燃料电池汽车的发展趋势是什么?

目前,新能源汽车已经成为世界汽车工业发展的一个趋势,就中国而言,作为全球最大的汽车消费国,在各大汽车厂商和有关科研机构,各大高校协同努力下,新一代燃料电池技术的发展正如火如荼地进行着,就目前来看,主要的研究热点集中在如何降低制造成本和提高汽车可靠性与耐久性上。就大局来看,燃料电池汽车技术发展的趋势主要表现在以下几点:

(1)燃料电池汽车中的动力源-燃料电池系统已经趋向集成化。目前来看,汽车燃料电池系统的研发已经呈现出了模块化和集成化的大趋势。通过限定用在汽车上的每个燃料电池模块的功率等级,然后再将不同数量的燃料电池模块进行组合与集成,从而可以实现汽车运行的不同的实际工况对于燃料电池的需求,同时还能够极大地降低燃料电池和汽车的生产制造成本,提高其使用寿命。

(2)燃料电池汽车逐步实现混动化。在初始的发展阶段,燃料电池汽车的动力形式主要以纯燃料电池驱动为主。随着科技的不断进步,以及研发投入的不断增加,我国科研人员率先实现并采用了燃料电池和动力蓄电池结合实现混合驱动的技术方案。这种方案不仅可以极大地提升燃料电池汽车的动力性能以及经济性能,同时还能不断提高燃料电池以及燃料电池汽车的使用寿命以及对成本的有效控制,这种技术正逐步得到了国际同行以及业内人士的广泛的认可与采纳。

(3)车载能源载体氢气化以及其来源的多样化。随着科技的不断进步,制氢、储氢技术研究的也在不断深入,并已经取得了新的突破。通过对多种车载能源载体的综合考虑,目前车载直接储氢的技术方案已逐步成为主流,在制取过程中则普遍采用了多重来源以及多种途径来实现。

(4)实现燃料电池汽车产业的联盟化。在当今汽车制造行业,燃料电池技术通常是伴随着自主研发的,但是目前来看,燃料电池汽车产业的发展正在逐步突破这种常规发展模式。汽车整车生产企业与燃料电池的生产厂家之间需要加强技术上的整合与合作。在未来的道路上,整车生产厂商与燃料电池的生产企业的合作共赢必将成为燃料电池汽车发展史上的一种及其重要的发展模式。

燃料电池汽车也是电动汽车,只不过“电池”是氢氧混合燃料电池。和普通化学电池相比,燃料电池可以补充燃料,通常是补充氢气。相比之下,燃料电池车相对于纯电动车就有了一些优势:燃料的种类、来源更灵活多样,还可以在数分钟内完成燃料的补充,而不是花费几十分钟甚至数小时去给电动汽车充电。

当然,燃料汽车也会有一些劣势:目前而言,它的商业化进程不比纯电动车快;其次,电动汽车已经在道路上(和你家中)建立了充电基础设施,但氢气销售点却很少,相隔距离也很远。这部分是由于缺少需求,还有就是建造成本高昂。普通的电动汽车充电站只需花数十万美元来建造,特斯拉的超级充电站建造成本高达30 万美元。但建造一个氢气燃料站需要花费100 万至200 万美元,因为需要解决处理液态氢气的问题。

目前,燃料电池的基本概况就如上文所述,那么未来它的发展趋势是什么样的?在我们国家,探索一个事物未来的发展前景,政府出台的相关政策以及相关规划肯定是不可能避开的一个重要参考。

中央发出的《“十三五”交通领域科技创新专项规划》等规划文件纷纷将发展氢能和燃料电池技术列为重点任务,到2030年将在全国实现百万台燃料电池车的应用,建成1000座加氢站。表明政府将燃料电池路线视为新能源汽车领域的主要技术方向之一,而不是补充,也不是简单的应予关注的新技术,这与以往相比是巨大不同。

上海市也发布了《上海市燃料电池汽车发展规划》,提出到2020年,聚集超过100家燃料电池汽车相关企业,燃料电池汽车全产业链年产值突破150亿元;建设加氢站5-10座、乘用车示范区2个,运行规模达到3000辆,积极推动燃料电池公交、物流等车辆试点。规划要求,设置燃料电池汽车商业运营示范区,开展公共交通、定制共享班车、分时租赁等运营示范;推动环上海加氢站走廊、嘉定、崇明、上海化工区、临港等示范区域加氢站的规划与建设;突破燃料电池电堆关键技术,开展催化剂、质子交换膜、膜电极、双极板等核心技术研究,提高电堆产品的性能和寿命,降低成本。

再来看看世界上各主要的汽车大国的情况:美、日、欧盟等主要国家和地区将燃料电池汽车纳入国家或地区战略发展体系进行规划,设立专项进行研发与示范推广,并制定各种政策抢占先机。如日本计划到2020年普及约4万辆燃料电池汽车,建设160座加氢站;德国计划在2023年左右普及10万辆,建设400座加氢站。目前全球燃料电池汽车已进入技术与市场示范阶段,预计在2020年将全面进入商业化阶段。

总之,氢能和燃料电池技术是世界能源转型和动力转型的重大战略方向。燃料电池汽车具有环保性能佳、转化效率高、加注时间短、续航里程长等优势,是未来汽车工业可持续化发展的重要方向,是应对全球能源短缺和环境污染的重要战略举措。发展燃料电池汽车已成为全球汽车与能源产业转型升级的重要突破口,是我们国家未来汽车发展的一个重点。燃料电池汽车不是电动汽车等新兴车辆的补充,而是一个重要的未来汽车发展方向。

简析中国的燃料电池汽车产业:另一个时代 来源:人民政协报

今年出台的《中国制造2025》规划纲要,国家明确提出将新能源汽车作为重点发展领域,未来国家将继续支持电动汽车、燃料电池汽车的发展。其中,燃料电池汽车的战略目标包括三个阶段,第一是在关键材料零部件方面逐步实现国产化;第二是燃料电池和电堆整车性能逐步提升;第三方面是要实现燃料电池汽车的运行规模进一步扩大,达到1000辆的运行规模。到2025年,制氢、加氢等配套基础设施基本完善,燃料电池汽车实现区域小规模运行。

燃料电池汽车也是电动汽车,可以在五分钟内给电池灌满燃料,而不是等上几个小时来充满电,这就是燃料电池汽车相比纯电动汽车的最大优势。在目前纯电动汽车遭遇充电慢、充电桩安放难、续航里程短等诸多问题的情况下,燃料电池汽车也被很多人看成另外一种替代传统汽车的可能。只不过“电池”是氢氧混合燃料电池,和普通化学电池相比,燃料电池可以补充燃料,通常是补充氢气。

作为汽车大国,中国发展燃料电池汽车,无疑具备相当优势。那么,中国的燃料电池汽车的研发情况如何?有哪些因素制约其产业化、商业化之路呢?

世界性潮流势不可挡

燃料电池汽车(fuel-cellvehicle,FCV)是一种用车载燃料电池装置产生的电力作为动力的汽车。与通常的电动汽车比较,其动力方面的不同在于FCV用的电力来自车载燃料电池装置,电动汽车所用的电力来自由电网充电的蓄电池。因此,FCV的关键是燃料电池。燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和空气分别送进燃料电池,电就被奇妙地生产出来。

清华大学汽车工程系裴普成教授坦言,燃料电池汽车是电动汽车的一种,燃料电池汽车的续驶里程是其他电动汽车所不能相比的,燃料电池功率密度明显高于其他电池。

裴普成介绍,燃料电池有其自身的优势:从安全性上看,氢气比汽油还安全。举例来说,为汽油汽车和使用氢气燃料的汽车分别创造燃料泄露和着火条件,3秒时,汽油汽车下方漏油着火,而氢气则是迅速冲高在汽车上方着火。一分半钟,氢气燃料汽车的火已经熄灭,而汽油车火势正旺,最终只剩下车架。由此来看,氢气用做汽车电池燃料更为安全。同时,国内外很多研究机构也都做过氢气燃料电池的碰撞、泡水、跌落实验,都没有出现安全问题。氢气的特点是非常轻,泄漏之后迅速上升,只要有良好通风,就不会发生危险。裴普成教授逗趣地说,其实过去家用煤炉中百分之五六十是氢气。

从加气模式上看,氢气燃料电池也非常方便,只需要几分钟的时间就可以将氢气加满。因此在未来,燃料电池汽车可以像现在汽车加油一样在加气站添加燃料,这一点是普通电动车无法做到的。

“燃料电池用途广泛,既可应用于军事、空间、发电厂领域,也可应用于机动车、移动设备、居民家庭等领域。早期,燃料电池发展焦点集中在军事空间等专业应用以及千瓦级以上分散式发电上。而如今,电动车领域成为燃料电池应用的主要方向,市场已有多种采用燃料电池发电的自动车出现。近20多年来,燃料电池经历了碱性、磷酸、熔融碳酸盐和固体氧化物等几种类型的发展阶段,其研究和应用正以极快的速度在发展。”裴普成说。

由于常规能源的日渐匮乏和排放标准的日益严苛,燃料电池汽车将有效降低对常规能源的依赖,并减少碳排放。目前,发展燃料电池汽车已经成为世界的一大潮流。

商业化前景广阔

随着环境问题和能源问题的日益突出,新能源汽车成为世界各大汽车厂商及研发机构的研究热点,而在其中,燃料电池汽车以其高效率和近零排放的优势被认为具有最广阔的发展前景。

我国对燃料电池汽车的探索从很多年前就开始了。长期从事氢源燃料电池研究的中科院大连化物所,早在上个世纪90年代初期,就开始了对氢源质子交换膜燃料电池的研究。1996年底,这一研究得到国家科技部、中科院、国家自然基金委的经费支持,并在国家“九五”计划中立项。2000年,大连化物所研发出第一台质子交换膜燃料电池发动机,并与中科院电工所、二汽集团合作,组装出了一台燃料电池中巴车,于2001年进行了试运行。

美国、欧盟、日本和韩国都投入了大量资金和人力进行燃料电池车辆的研究,通用、福特、丰田、奔驰等大公司都已经开发出燃料电池车并在公路上运行。

近年来,我国在燃料电池汽车方面的投入进一步加大,北京奥运会、上海世博会期间都有燃料电池轿车和大客车进行了示范运行。燃料电池汽车已然成为世界的宠儿。

中国工程院院士衣宝廉介绍,燃料电池汽车已经走过数个阶段。第一阶段,科研人员攻关解决燃料电池在汽车启动后便很快衰减的问题。第二阶段,科研人员主要解决燃料电池的可靠性、耐久性等问题。“现在,应该说已经进入了第三阶段,主要是进一步降低成本和铂(Pt)的用量,同时加强加氢站的建设,实现燃料电池车的商业化。”

当燃料电池汽车进入市场,我们首先要考虑的是,这种燃料电池汽车的成本如何?和传统汽车相比有何优势呢?

按照美国能源部的估算,如果量产50万辆的燃料电池汽车,每台汽车的燃料电池的成本接近40美元,其价格将会大大降低。如果用户购买燃料电池汽车,按照100公里1公斤氢气来估算,费用约为20元人民币,比传统汽车加油的费用要便宜。

2014年5月,日本经济产业省发布《氢燃料电池车普及促进策略》,将氢燃料、氢燃料电池车相关的国际技术标准引入日本国内,并将其作为国内氢燃料电池车行业标准。这说明在国家层面,日本已经在大力推进燃料电池汽车。

“今年,丰田的未来车已经宣布实现了商业化,现在订货已经超过了1500辆。”衣宝廉指出,从国际上来看,燃料电池车现在正进入一个商业化的诱导期。

产业化必经之路

中国的燃料电池汽车何时能够迎来大规模的产业化?

衣宝廉说,电动汽车的关键能源动力技术包括电池技术、电机技术、控制器技术。这3项技术是电动汽车所特有的技术,也是一直制约电动汽车大规模进入市场的关键因素。

“世界上第一轮燃料电池汽车研发高潮在2000年左右,当时,美国、欧洲和日本的各大汽车生产厂家,都在加紧开发燃料电池技术,企业界尤其是各大汽车生产厂家看到燃料电池巨大的市场潜力,纷纷投入巨资组成联盟,进行燃料电池车的相关研究、试验与生产。各大汽车公司,包括奔驰、通用、丰田等都认为,到2004年燃料电池车将能够批量生产,实现产业化。但显然,燃料电池汽车的发展速度没有当初人们想象的那么乐观。”衣宝廉说。

从产业界来看,在“十五、十一五规划”燃料电池汽车全球产业化热潮期间,中国汽车工业界并没有在燃料电池汽车方面有明显投入,进入“十二五规划”后,在燃料电池汽车产业化趋于理性化的大背景下,上汽集团制定了燃料电池汽车发展的五年规划,以新源动力为燃料电池电堆供应商,开始投入大量资金研发燃料电池汽车。

在国家层面上,我国早已意识到燃料电池汽车的先进性。科技部连续出台了多个五年计划,对电动汽车技术的研发,包括燃料电池汽车以及氢能技术的研发给予了专项经费的支持。“就中国的燃料电池研发技术来说,在前面三个五年科技计划支持下,我们基本上掌握了零部件和平台技术,但是我们在规模化、标准化、一致性方面还不够。”清华大学教授李建秋说。

近年来,我国在燃料电池汽车的产业化道路上走出了重要的几步。

2003年8月7日,一辆安装燃料电池的桑塔纳2000轿车在同济大学校园内奔驰,顺利通过了科技部的验收。这是我国第一辆燃料电池轿车样车“超越一号”。

2004年10月,全部采用“863”项目承担单位自主研发关键零部件的“超越二号”参加了在上海举办的第六届必比登清洁能源汽车挑战赛,以5项优秀成绩征服国外汽车巨头。

2006年6月11日,在法国巴黎举行的第八届必比登清洁能源汽车挑战赛上,“超越三号”取得4个A的好成绩,拔得头筹,这标志着我国燃料电池汽车技术跻身世界前列。

“燃料电池汽车是真正意义上的零排放。此外,它能够有效利用工业废氢。”上汽集团燃料电池整车项目总工程师指出,上汽集团一直贯彻国家能源战略,瞄准汽车驱动电气化趋势,推动燃料电池汽车升级,“2014年,我们开发的荣威750燃料电池汽车参加了整个全国巡游,跑了接近1万公里,经受住了不同路况、气候、海拔的考验。”

李建秋指出,目前,在燃料电池汽车整车技术方面,我们仍然有三大关键技术需要攻克,“第一是纯电驱动技术;第二是整车的结构安全集成技术;第三是车载的氢能源核燃料电池的技术。未来这个行业应当从材料到单体、发动机、整车形成相应的配合关系。”

中国工程院院士陈清泰指出,中国的汽车产业发展到今天,应该有能力支撑前沿技术投入,关键是政府和企业的战略抉择。需要指出的是,替代性技术的成长往往需要较长的过程,目前燃料电池汽车的研发至少已经历了三四十年的时间,但是中国决不能抱机会主义的心态,必须加大关键技术的研发。

“如果我们国家的政策得当,未来5年内整个燃料电池汽车,包括客车和轿车这两类,在电池耐久性、PT用量等方面应该会有明显的突破。”李建秋表示,目前客车已经进入技术示范阶段,2020年前后会进入大量的推广阶段。对于轿车来说,由于现在还需要技术攻关,预计到2020年进入大规模产业化建设,2025年前后进入大规模产业化生产阶段。

2017年燃料电池汽车要加速了? 来源: 电动汽车资源网

新能源汽车行业的人对燃料电池大概都有所了解,燃料电池汽车在载重、续航、节能等方面比纯电动汽车更胜一筹,氢燃料更是被誉为新能源汽车的终极目标,但燃料电池汽车的发展速度却远不及纯电动汽车,不过最近这两个月里,燃料电池的曝光率却超出了去年大半年水平,这让电动汽车资源网笔者有些意外了。笔者查阅资料发现,最近有不少企业将目光瞄准了燃料电池领域,斥巨资布局燃料电池业务,那今年会是燃料电池汽车开始起跑的一年吗?

政策催生更多“吃螃蟹”的企业

据了解,目前国内用于示范的氢燃料电池汽车仅200余辆,基本都是大巴,从企业申报的车型产品来看燃料电池商用车数量大过乘用车,主要是宇通客车、福田汽车、青年汽车等这几家企业在做尝试,研发生产燃料电池汽车产品,所以,燃料电池还处于探索阶段。不过政策却催生了更多企业涉足燃料电池领域。

去年12月29日四部委发布的《关于调整新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》中明确指出燃料电池汽车补贴将不退坡,燃料电池乘用车20万元/辆;轻型客车、货车30万元/辆;大中型客车、中重型货车50万元/辆。

多数地方燃料电池车补贴维持与国家补贴1:1的额度,同时还可能给予技术研发奖励与配套设施扶持等鼓励企业创新发展。

另外像《中国制造2025》、《节能与新能源汽车技术路线图》与《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》这些文件,总体上也指明了节能汽车、新能源汽车和智能网联汽车技术的发展方向和路径,提出燃料电池企业产业化目标。

利好政策不仅是一颗定心丸更是一针兴奋剂,敢于吃螃蟹的企业越来越多,大洋电机、骆驼股份、露笑科技、尤夫股份、富瑞特装等纷纷涉足燃料电池领域,试图赢在起跑线上。

燃料电池产业化的漫漫长路

造一辆电动汽车并不便宜,而燃料电池汽车的制造成本更高昂,所以对燃料电池的补贴普遍高出其他新能源汽车也是情有可原的,但如果只是追逐眼前和短期利益,显然不足以让企业冒这么大的险,因为产品研发投入成本和安全风险很高,并且基础设施也是一片空白,所以企业应该很清楚自己面临着怎样的处境。

根据目前一些企业的规划来看,显然也是步步为营,也结合了我国国情。1.目前我国燃料电池核心技术与欧美、日韩等国差距显著,所以在核心技术的研发上,国内企业选择与实力雄厚的国际企业进行合作,如大洋电机与巴拉德合作、富瑞特装携手PlugPower INC国际著名的燃料电池企业;2.以商用车为切入点,逐步实现燃料电池汽车的商业用途;3.签订的是长期协议,产品的研发推广都有中长期规划,企业目标的实现是一个步步推进的过程。如大洋电机与巴拉德签署的《燃料电池模块组装框架协议》,协议时间为5年、富瑞特装拟2017年推广500辆燃料电池物流车,2018年推广3000辆,所以今年只是企业向燃料电池领域迈出的第一步。

燃料电池汽车发展的几大限制因素简单概括起来有:技术水平与欧美、日韩国家有巨大差距、基础设施不完善、技术标准不健全、社会认知度不高等。这些问题既是客观存在的事实,也由来已久,而国家的目标是在2020年实现燃料电池汽车产业化,距离2020年的到来也不过就三四年的时间,纯电动汽车历经多年的发展,也还有诸多问题待完善,所以燃料电池汽车产业要想用这短短的三四年时间就实现弯道超车的几率很小,除了企业的投入,也还需要政府给予更多支持。

2024年 燃料电池汽车的爆发点 来源:雷锋网

随着丰田首款量产型燃料电池汽车 Mirai 的上市,燃料电池汽车受到广泛关注。

尽管燃料电池汽车的性能已经适于商业化生产,但是汽车产业仍然解决两个关键问题:进一步降低汽车成本;开发氢燃料基础设施。

市场研究公司 Navigant Research 在新发表的一份报告中预测,到 2024 年燃料电池汽车年销量将超过 22.8 万辆。Navigant Research 首席分析师 Lisa Jerram 说,“ 虽然汽车已经在市场上销售,汽车厂商也在提高燃料电池汽车的价格竞争力,但建设燃料站需要巨额投资。”

Navigant Research 在报告中称,在基础设施完善前,燃料电池汽车将仍然保持供应紧张的局面,产量维持在较低水平。为了推动燃料电池汽车基础设施建设,汽车厂商也在积极寻找燃料零售和氢燃料供应方面的合作伙伴。

到2024年,燃料电池汽车也能大规模量产

燃料电池 (Fuel Cell))是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和空气分别送进燃料电池,电被生产出来。它从外表上看有正负极和电解质等,像一个蓄电池,但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。不过它需要电极和电解质以及氧化还原反应才能发电。

由大比特资讯收集整理(www.big-bit.com)

2022-01-07

2022-01-07