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多乐彩封账号:燃料电池为什么在中国不能成为车用动力的主流?

放大字体  缩小字体 发布日期:2019-03-08  来源:盖世汽车  作者:姚青弋
    近半年来燃料电池“很热”,然而至少在中国,燃料电池技术(Fuel Cell)并不会在未来十年「替代」锂电池技术,也不会成为车用动力的「主流」。但它仍将作为纯电动汽车的补充,作为柴油机的潜在替代动力系统,快速发展并取得一定的商业化成就。

    为什么这么说?下面就从燃料电池技术的意义、定位两方面分别说一说,最后再简单说说燃料电池应用场景和局限。

    一,燃料电池系统的意义

    燃料电池系统并不是这两年才开始热起来的,我国在2008年就开始了氢燃料电池汽车的示范运行。在美国,氢燃料电池更是与锂电池技术呈螺旋式的交替发展,这与政治环境密不可分——布什政府时期就曾大力推动「氢经济」,促进了当时的氢燃料电池技术的发展,通用在2002年推出的Autonomy自主魔力概念车曾轰动一时,其动力系统就是氢燃料电池,这一趋势直到2008年奥巴马政府才被暂停,转回了纯电动的推进路线。

    在日本,在「氢能社会」的国家战略下,氢能建设与燃料电池汽车的发展更是如火如荼,由于燃料电池汽车和混合动力汽车技术的相似,也由于燃料电池的上游产业实力,日本在产业端有着强大的优势;另一方面,氢能作为重要的「二次能源」,无论是中东的石油、澳大利亚的煤矿还是日本海的风都可以转化为氢气,这对于多元化日本的能源进口结构有着重要的意义,在福岛事故之前更是与核能发展路线能够相辅相成,因此上升到国家战略并不为怪。

    氢能从来不是「终极能源」,但它「二次能源」的意义不仅对于日本,对于中国、美国也是一样的能源意义。而在应用端,燃料电池不仅可以车用,在军事领域同样有着极大的潜力:无人机、潜艇、坦克等载具使用燃料电池相较于发动机可以降低噪音和热源,相较于锂电池极大提升续驶里程;现代化单兵作战电源的使用中,燃料电池同样最为可能的长续航能源;在分布式发电的场景,燃料电池同样可以承担和柴油机相似的作用,并且有着更低的噪声、振动和污染。

    所以,仅「能源多样化」和「技术储备」两点,就足以支撑燃料电池和氢能产业的发展意义。

    二,燃料电池在交通领域的定位

    那么我为什么说「在中国燃料电池在交通领域是次要的地位,而不是(能)替代纯电动车?」

    还是先来看美国和日本,美国在特朗普政府治下对新型能源并不感冒,这背后一个重要的原因是美国的能源结构已然悄然发生改变——随着页岩油页岩气的大发现和开采技术进步,美国已经成为了能源输出国,能源安全问题相较于日本、欧洲、中国而言,并不急迫。而日本则是强力推动燃料电池汽车发展,原因在上一段提到了,与此同时,民用发电燃料电池、军事用途燃料电池等等用途加在一起,规模和汽车产业比起来都太小了,燃料电池汽车的量可以带动整条氢能产业链的技术发展和成本下降。从这个角度看,汽车无疑是最值得投入的工业。事实上,日本用汽车来拉动技术的尝试已经成功了多次,最近的一次,就是1997年问世的现代混合动力汽车标杆——第一代Prius。Mirai就是新的Prius:一方面赔本赚吆喝,另一方面开放专利力邀全世界加盟。

    而对于中国来说,与纯电路线对比,燃料电池缺少了产业基础和自主技术的支撑。我国与日美相比,燃料电池系统中关键的电堆、空压机,以及电堆的关键零部件膜电极,均依赖进口;储氢瓶技术仅可以自主化生产35MPa储氢气瓶,70MPa储氢气瓶未能自主化;运氢技术未能突破液氢运输与管道运氢,仍需拖车运输高压气瓶;加氢站设备同样依赖进口。一方面,整条产业链的落后凸显了亟需对该领域的投入;另一方面也反映了相较于日本,我国缺少氢能工业禀赋,在起跑线上已经落后,所需投入更巨。

    但燃料电池技术的用武之地与纯电动并不完全重合。除了无人机/分布式发电等等场景之外,在交通领域,中重载卡车的应用场景纯电动还无法胜任,续驶里程和充电时间的限制,使得纯电动重卡并不是一个现实的命题。而燃料电池恰可以承担这样的角色。其他诸如城际长途客运、叉车等场景,同样更适合使用燃料电池。燃料电池系统更像开放式的内燃机系统,或者更具体一点,它更像柴油机系统。这也是潍柴、东风等商用车厂商大力投入燃料电池的原因。

    所以从需求端来看,燃料电池技术的主要应用场景是中重载卡车、长途客车,乘用车领域是大型乘用车。与纯电动车的场景并不冲突,“替代”无从谈起。

    三,燃料电池的应用场景

    未来十年,燃料电池汽车会在哪些地方兴起呢?上一节已经谈了需求端,也就是什么样的车型和载具可能使用燃料电池。这一节再谈谈供给端,说说什么样的场景下适合使用燃料电池。

    谈这个问题前,先要说说目前燃料电池汽车的局限。上一节中已经谈到我国的氢能产业技术较为稚弱(虽然已经在加速发展,并且涌现出了一些自主技术与公司),与此同时,很多应用场景同样受到限制。比如最现实的问题:氢从哪里来?

    氢气的制备方式很多样,包括化石燃料制氢、煤制氢、电解水制氢、氯碱工业副产氢等等。但是这些方式并不完全适用于燃料电池汽车的氢气制备,比如天然气制氢和电网电解水,可以说是对能源增加了一重浪费。

    那么什么样的氢能适合呢?氯碱工业副产氢,煤制氢,无法上网的可再生能源制氢。

    从产能角度看:

    · 我国是氯碱工业大国,统计数据显示,2017年中国烧碱产量3365.2万吨,而每生产1吨烧碱约副产280立方米(约合0.025吨)氢气?;谎灾?,中国的氯碱工业每年可以生产出至少85万吨氢气,这些氢气可以让10万辆Mirai加氢每辆车加氢1700次,奔跑85000公里。

    · 煤制氢的产能不需多说。

    · 我国的可再生能源无法上网的「弃风」「弃水」「弃光」均为百亿kWh的量级,尽管逐年上网率在提升,仍是巨大的数字。

    但这些也是看起来美好。

    一,燃料电池需要的氢气纯度极高,一般认为需要「四个9」以上,即纯度大于99.99%,上述途径得到的氢气都需要进行纯化,特别是煤制氢得到氢气纯度较低,如直接使用会导致燃料电池催化剂中毒,这意味着制氢成本的增加。

    二,氯碱工业和可再生能源均有着明显的地域特征,氯碱工业集中在华北华东部分省份、可再生能源集中于西北西南地区,但是氢能运输能力有着极大的限制:目前仅有的拖车运氢超出200公里的半径就已经并不经济。这意味着目前氢能的使用将被局限在部分地区。

    因而氢燃料电池的使用场景进一步受到了限制:从供给端看,短中期内氢燃料电池商用车的应用场景,或是上述富氢地区的区域内应用;或是公路运输主干线的应用(如北京-武汉-广州这样的公路运输大动脉)。

    尽管眼下有着各种局限:上游产业与技术、燃料电池技术、下游应用场景……但燃料电池与氢能产业将在未来十年快速发展,氢能是新能源战略的重要组成部分;燃料电池是重要的动力系统技术;燃料电池汽车在交通领域会成为纯电动汽车的重要补充与支撑。在今天,燃料电池汽车或许正相当于2008年开端的纯电动汽车,谁也不会想到10年后,它的发展已经超乎了所有人的想象。
 
关于我们:中国化学与物理电源行业协会(China Industrial Association of Power Sources,缩写CIAPS) 是由电池行业企(事)业单位自愿组成的行业性、非营利性的社会组织,主管部门为工业和信息化部。协会成立于1989年12月,现有460多家会员单位,下设碱性蓄电池与新型化学电源分会、酸性蓄电池分会、锂电池分会、太阳能光伏分会、干电池工作委员会、电源配件分会、移动电源分会、储能应用分会、电池设备分会、动力电池应用分会等十个分支机构。
本会服务范围包括:铅酸蓄电池、镉镍蓄电池、氢镍蓄电池、锌锰碱锰电池、锂一次电池、锂离子和锂聚合物电池、太阳电池、燃料电池、锌银电池、热电池、超级电容器、温差发电器及其他各种新型电池、电池系统解决方案,以及各类电池用原材料、零配件、生产设备、测试仪器和电池管理系统等。

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