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氢燃料电池汽车 距大规模“上路”还有多远?

  近年来,随着一些国家相继提出禁售燃油车的时间表,一些企业发布了相应的电动化转型战略。中国汽车工程学会名誉理事长、中国汽车工业咨询委员会副主任付于武表示,汽车产业中新进入企业普遍都以电动化作为切入点,就此掀起全球电动汽车产业发展的新浪潮。
 
氢燃料电池汽车  距大规模“上路”还有多远?
 
  首先,全球电动汽车发展迅速。具体表现在以下几个方面:
  一是,电动汽车年销量和保有量实现高速增长。3年来年均增速接近6%,其中2015年100万辆;2016年200万辆;2017年300万辆。
  二是,电池成本持续快速下降。“平价竞争”有望在2025年前实现。全球范围内锂电池组成本在2025年和2030年会进一步降至90美元/千瓦时和70美元/千瓦时。很多研究表明,2025年电动车价格会低于传统燃油汽车。
  三是,充电基础设施同步推进。2015年~2017年全球充电桩数量分别跨过100万个、200万个和300万个门槛,2017年超过350万个。
  其次,“燃油车禁售”成为电动化的助推剂。
  已有一些国家明确提出燃油车禁售时间表,比如挪威、荷兰、爱尔兰、法国、英国等欧洲国家。印度也提出2030年不再出售燃油车目标,中国正在研究燃油车禁售时间表。
  “燃油车禁售”代表中长期发展方向,这一决策的主要目的是提升城市环境质量。但同时我们也看到,全球主要汽车强国并没有积极跟随“燃油车禁售”的浪潮。
  第三,全球主要汽车企业普遍加速向电动化转型。
  大众汽车集团:2025年电动汽车产量达到300万辆。
  宝马汽车集团:2025年新能源汽车销量占比15%~25%。
  戴姆勒汽车集团:2025年新能源汽车销量占比15%~25%。
  丰田汽车公司:2030年电动汽车+氢燃料电池汽车年销量达到100万辆。
  长安汽车公司:2025年停售燃油车。
  北汽集团公司:2025年停售自主的燃油汽车。
  第四,汽车产业电动化发展从可选项变为必选项。
  中国政府出台的“双积分”法规,推动了全球汽车产业的电动化转型。
  燃料电池汽车是节能与新能源汽车的战略方向,是氢能与燃料电池产业发展的主要着力点。氢燃料电池汽车发展目标是,2020年以小功率燃料电池与大容量动力电池的动力模型为技术特征,将整车成本降低到与纯电动车相当的水平。2025年,提高燃料电池功率,以大功率燃料电池与中等容量动力电电混合为特征,整车成本与混合动力成本相当。2030年,以全功率燃料为动力特征,汽车动力性、经济性、耐久性、环境适应性及成本等五关键指标达到产业化要求。
 
氢燃料电池汽车  距大规模“上路”还有多远?
 
  按照国家相关规划,氢燃料电池汽车到2030年将达百万辆级别。而近期在张家口交付的49台氢燃料客车,已算是业内订单规模之最。
  10余年时间、近千倍增长,尚处产业化初期的氢燃料电池汽车,距大规模“上路”还有多远?
 
  企业扎堆进入但年订单量仅以“千”计
  “根据10多年研究,我们基本可以判断,到2025年,国内氢燃料电池汽车将具备与燃油车、纯电动汽车全面竞争的水平。”清华大学汽车工程系党委书记李建秋说。
  集节能环保、续航里程长、燃料加注时间堪比油车等优点于一身,氢燃料电池汽车正在成为各路资本抢滩的热点。据不完全统计发现,目前已有超过30家上市企业涉足其中,除吉利、一汽、长城等耳熟能详的车企外,国家能源集团、中广核等能源企业也在纷纷布局氢燃料汽车。
  “预测称2025年,氢能汽车将占到全世界车辆的20%—25%,承担约18%的能源需求,未来将主导‘脱碳社会’。而氢气检测和管理正是核电安全的重要手段,部分设备也要用到制氢,核电与氢能本就密不可分。”中广核产业基金投资管理有限公司总裁徐文浩透露,中广核已将氢能确定为产业新方向,计划拿出30亿元设立氢能基金,氢燃料电池正是主要投资领域之一。
  同样关注氢能发展的,还有制造“大佬”东方电气。据东方电气(成都)氢燃料电池科技有限公司副总经理鄢治国介绍,目前燃料电池全套核心技术已取得突破,并率先应用于燃料电池客车上。“正在建设的核心部件膜电极中试生产线,预计年底建成后可满足1000辆车用系统。”
  饱受青睐之下,氢燃料电池汽车现状如何?“不少企业都称实现了车辆核心环节的自主技术,但燃料电池中的催化剂、加湿器及各种泵类等零部件,其实主要仍来自国外。换句话说,越是昂贵的部分越依赖进口,尚处产业化前期。”鄢治国坦言。
  而从实际应用看,北京氢璞创能科技董事长欧阳洵表示,氢燃料电池车的订单量去年约1200台,其中有三分之二到年底未能上牌。“不过目前基本都落实了。截至今年6月,订单量已有2000多辆,以客车和物流车为主。”
 
  研发起步较晚多项技术难题待攻克
  在鄢治国看来,电池寿命是发展新能源汽车需要解决的首要问题,“东方电气以商用车为主要切入点,对氢燃料电池要求很高。普通乘用车达到5000小时左右即可,但对公交车这类利用率极高的商用车明显不够,下一步计划先提高到1万小时。”
  这一说法得到了李建秋的赞同。“氢燃料电池寿命到2025年能达2.5万小时,与公交车的整车寿命基本相当。相比之下,现在寿命远远不够。”
  其次在于核心技术研发。“因起步相对较晚,我国燃料电池汽车生产商的基础研究落后于国外,这是不争的事实。”中植汽车研究院(杭州)有限公司院长黄政武坦言。我国氢燃料电池技术虽有所突破,但仍面临核心部件效率偏低、集成化程度整体不高、可靠性及稳定性有待验证等难题。同时在很大程度上,现阶段的技术培育离不开政策与补贴支撑。
  此外,上下游配合也存在问题。“有了技术,还需与之匹配的工艺水平才可实现生产。我们就遇到过既有工艺无法满足设计要求而不得不自建生产线的情况。”欧阳洵称。
  另一位长期从事研发的业内人士,对此也深有感触。“我们所研发的碳纸,用在燃料电池核心——膜电极中,事关导电性能。虽只是个小小零部件,但对原材料要求极高。因国内暂找不到符合要求的厂商,该材料只能依靠进口,最贵时价格与黄金相当。”
  付于武认为,燃料电池汽车的技术创新需求,从应用技术上看有以下六个方面:
  一是,电池堆组件性能提升技术(包括金属双极板、膜电极、复合膜、低铂催化剂等)。二是,空气压缩机组件、氧气再循环泵等关键辅助系统。
  三是,高比功率燃料电池系统(发动机)研发。
  四是,长寿命燃料电池系统(发动机)研发。
  五是,采用车燃料电池动力系统及整车集成技术。
  六是,商用车燃料电池动力系统及整车的集成技术。
 
  大中型商业车有望率先规模化量产
  一边是政策支撑、企业支持,一边是难题不断,氢燃料汽车如何实现产业化?
  黄政武表示,要真正实现产业化,首先应将目光放在技术上。一方面,要在国产化前提下,实现核心技术、关键零部件的优质、稳定。另一方面,要打通上下游链条,避免因关键材料、工艺等大量进口造成系统成本畸高。“目前,燃料电池整套系统的价格超过一般客车2-3倍。自身技术不一定可靠,依赖进口价格又贵,反过来又阻碍了产业化普及。因此,有必要全方位、有明确指向地扶持重点零部件企业健康发展,创造廉价、便利的使用环境。”
  相比之下,锋源创新科技成都有限公司董事长王海峰更显乐观,“距离成熟产业链条虽有一定距离,但毕竟已进入产业化‘试水’阶段。技术层面并没有无法攻克的瓶颈,可边发展边优化。”
  在王海峰看来,技术进步与产业发展,更像是“先有鸡还是先有蛋”的问题。产业化推广离不开技术支撑,更多技术进步又需依托量产。“比如,想要掌握某项零部件技术,就要先有足够数量的订单,才能规模生产并在量产中进一步磨合、优化技术。有时,我们不是没有产业化能力,只是暂未具备实现产业化的产能而已。”
  欧阳洵预测,要求中长续航里程的中大型商用车,有望率先突破产业化发展且无需补贴支持。氢燃料电池汽车真正走入寻常百姓家,则要到2022-2025年左右。
  “氢燃料电池汽车产业化发展,不能没有补贴,也不能一味依靠补贴。一旦没了补贴,好比大有希望的幼儿断了奶。到底是补贴退坡快,还是技术进步快,或是目前的关键所在。”黄政武提醒。
  从补贴政策调整节奏来看,新能源汽车补贴加速退坡是不可逆转的趋势。总体来看,我国新能源汽车产业在2020年进入“后补贴时代”。当前阶段是从导入期向成长期过渡的关键时期。
  2018年~2025年,总体上仍处于能源汽车产业从导入期向成长期的关键发展阶段。
  2025年~2030年,补贴的第二阶段,政策驱动效应进一步递减,税收优惠逐步退坡。
  2025年~2030年,纯电动和插电式混合动力进一步快速扩大市场份额,形成对传统汽车的颠覆性替代。
  2030年以后,燃料电池汽车发展速度加快。
  2050年,燃料电池汽车市场份额占20%~30%。
  后补贴时代需重点重视以下几方面工作:
  其一,提高电池功能性水平。随着技术进步,新能源汽车动力电池能量密度快速提升,能量密度较2012年提升2倍,成本下降70%。能量型动力电池单体比能量达到260Wh/kg, 价格1.2元/瓦时。下一代全电池产业化也看到希望。
  其二,推动限购城市和非限购城市新能源汽车的平衡发展。非限购城市发展潜力巨大,是后补贴时代市场发展的主要推手。这就要求企业拿出好产品,使消费者家庭购买的第一部车转向新能源汽车,这个市场潜力巨大。
  其三,在“蓝天保卫战”的战略部署下,重点领域重点突破,加快新能源商用车的推广应用步伐,加速推广新能源物流汽车。
  其四,加速新能源汽车在共享出行领域的推广。
  其五,加速新能源基地设施规模化、网络化、智能化发展和互联互通,进一步解决充电桩数量不足等问题。
  其六,积极探索“车电分离”新商业模式,有效解决新能源汽车使用成本,解决“前高后低”的问题,也可以解决充电不满和续航里程焦虑问题。
  另外,根据赛迪顾问数据,国内加氢站已有54座,全球329座。目前由于日加氢量较小,因此综合成本较高,盈利是个问题。在加氢站中,其成本结构包括压缩机(占30%)、土建施工费(占15%)、储压器(占11%)。
 
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