观点:商用车转型升级主要发展方向“氢能社会”离我们有多远?
浏览:601次    类型:电动化    来源:新能源网    作者:商用汽车网    2019-12-30 18:20

电动汽车和燃料电池汽车是并行互补的关系。是否要大力发展燃料电池汽车,这本不应该是一个问题,但实际上却不见得。去年总理访问日本,在丰田公司参观了燃料电池汽车等产品,于是坊间盛传,认为动力电池的电动汽车不行了,未来我国将转向燃料电池汽车。这显然是谣传,但其背后的逻辑值得我们警惕——即把复杂的产业发展问题简单化,认为传统汽车技术领域我们追不上,但可以在电动汽车领域“弯道超车”;认为在解决汽车节能排放的战略取向上,只能集中到一个重点,要么是动力电池电动汽车,要么是燃料电池汽车。


最近我国燃料电池汽车补贴政策出现空档期,业内疑虑又起:会不会因为动力电池电动汽车发展良好,政府要放缓对燃料电池汽车的支持?笔者认为这样的担心是不必要的。理由有二:一是在政府发布的《节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020)》中,明确将燃料电池作为重点发展方向之一。当前正在制定的《新能源汽车产业发展规划(2021-2035)》,燃料电池汽车也是发展重点。因此不存在政府放缓支持燃料电池汽车的情况。二是就技术特点而言,动力电池电动汽车适用于乘用车,而燃料电池汽车更适用于长途重载的商用车。二者是并行互补的关系,明确这一点很重要。我们应该全面看待电动汽车相关技术发展,经过近20年的发展,一方面,动力电池有了长足进步,业界普遍认同动力电池电动汽车可作为乘用车转型升级的主要方向;另一方面,燃料电池电动汽车也有了长足进步,正被明确为商用车转型升级的主要方向。


应把重型载货车作为燃料电池汽车的主要发展方向


当前,对于动力电池电动汽车的发展规划目标是明确的,各大汽车公司都已作出全面电动化转型的规划,甚至有些国家和地区还提出了禁售燃油车的时间目标。但这些规划和实践目标中不包括商用车,特别是用于高速公路长途运输的重型载货车。国际上,燃料电池汽车发展多集中于乘用车领域,如丰田明星车型Mirai就是乘用车,不过最近丰田开始把Mirai的燃料电池动力系统用于大客车。早些年,我国燃料电池汽车研究也是跟随国际路线,集中于乘用车,近年来才开始转向大客车和物流车。笔者认为,基于燃料电池已取得重大技术进步,以及我国节能减排的目标要求,应该把重型载货车作为燃料电池汽车的主要发展方向。


其一,我国节能减排与能源紧缺形势严峻。一方面,我国已成为CO2排放世界第一大国,若要兑现我国政府在《巴黎协定》中的承诺,需大幅降低汽车的碳排放。而动力电池电动汽车的推广,仅可以降低乘用车领域的碳排放。虽然商用车数量不到全部车辆的1/5,但燃油消耗却接近一半,因此需要明确有效的措施降低商用车领域的碳排放。另一方面,我国石油进口依存度已超过70%,能源安全形势严峻。要解决这一问题,也必须降低商用车特别是中重型载货车对柴油的依赖。


其二,技术发展已经成熟。研究表明,基于当前的技术路线,如果能够大规模产业化,燃料电池动力系统的成本可与柴油机相当,而氢气的产、输、供成本可与柴油相当,因此制定较大规模燃料电池汽车产业化的规划基础已经形成。


其三,我国具有发展燃料电池汽车的独到优势。与动力电池电动汽车可以使用现有的供电网络不同,发展燃料电池汽车需要重新建立氢的供应系统。我国正处于大规模的基础设施建设阶段,因此在可用于建设基础设施的财力物力方面具有优势。另外,我国风电光伏发展迅速,有大量的碎片化能源需要消纳,可以用于制氢。我国还有全世界规模最大的化学工业体系,每年产生大量的工业副产氢。同时,我国还是全世界最大的商用汽车生产国和消费市场,无论是市场规模还是企业实力,都足以支撑发展燃料电池汽车。


其四,我国有10年产业化推广动力电池电动汽车的经验和教训,可以合理处理政府推动与市场拉动的关系、产品开发和基础设施建设的关系、生产与应用的关系。同时,也有助于在燃料电池汽车领域更科学地运用政府补贴。首先补贴应适度,过少则推动力差,过多易引起分散重复,甚至出现“骗补”现象。其次,应对补贴总量进行规划,制定预算,既不过多加重财政负担,也不过分拉长补贴下发周期,造成企业财务困难。再者,不要让地方政府补贴车型,以免催生地方保护,地方政府更应该做的是支持基础设施建设。


此外,长途客车也是燃料电池汽车发展的重点车型。与重型载货车相同,长途客车也不适合使用动力电池作动力,而且运行线路相对稳定,管理相对集中,适合发展燃料电池车型。


需补充完善燃料电池技术路线


如果将商用车特别是重型载货车作为燃料电池汽车的主要突破方向,需补充完善燃料电池技术路线。虽然笔者不是这方面专家,但想提出两点。一是液氢路线。由于重型载货车需要800~1000公里的续驶里程,压缩氢气路线不能满足这一需求,成本太高。因此需要重视液氢路线,缩短氢气过渡过程,提前谋划液氢系统汽车产品的设计和基础设施建设。二是电电混合的程度。燃料电池技术如果用于乘用车和物流车,行驶工况复杂、储备功率大,可以采取适当缩小电堆、加大电池容量的技术路线;如果用于重型载货车,则需要更多考虑高速公路长途行驶的工况,合理设置燃料电池电堆的功率额度和电电混合的程度。


合理设定规划数量目标


产业化推广阶段与前期的技术准备、少量试点阶段不同,需要规模市场来支撑。笔者大胆建议,以2025年左右累计生产50万辆为规划目标。在产业化推广阶段,由政府指定个别地区少数企业重点突破。设定50万辆为目标,可以保证在几个重点区域内达到10万辆规模,使燃料电池汽车研发、生产和氢的制取、输送、供应系统,达到一定的市场规模,从而实现技术进步和成本下降。政府还可以按50万辆制定补贴规划,达到50万辆后不再补贴,避免当下动力电池电动汽车发展中出现的数量发展过快、财政补贴左支右绌的尴尬状况。在当年《节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020)》的制定过程中,也存在第一阶段要不要制定50万辆为规划目标的争论,经过反复讨论,最终还是明确得出50万辆为全国产业化推广最低规模的结论。实践证明这一目标的确定非常重要。笔者并未低估建立氢的制、输、供系统的难度,如果出现制、输、供系统跟不上的情况,建议宁可适当推迟实现第一阶段目标的时间,也不要减少第一阶段规划的数量目标。


相关部门和机构应各司其职


在燃料电池汽车发展中,汽车行业(包括燃料电池汽车及部件制造企业)、能源行业、中央政府和地方政府应各有分工,各司其职。汽车行业应聚焦燃料电池汽车的研发制造;能源行业可聚焦氢燃料的储存、运输、供应系统;中央政府的重点应是国家战略规划、氢能源管理、相关标准法规制定、优惠政策制定以及适当的政府补贴;而地方政府应致力于区域规划的制定、区域内氢燃料储运供系统的建设,以及在国家标准法规尚未制定前以地方标准法规形式摸索经验。在产业发展过程中,跨界发展常被人推崇,但笔者认为,行业企业可以通过跨界整合获得技术来源,但业外企业想越俎代庖往往难以成功。


近日,上海智能型新能源汽车研发与转化功能型平台获市政府批准,启动建设。建设投资经费中,有近3亿元用于采购新能源电池材料基础研究、燃料电池研发测试的设备。燃料电池可将氢这种燃料里的化学能转变成电能,排放出零污染的水。作为新能源汽车的一种,燃料电池汽车被很多业内人士视作未来汽车的“终极方案”。


多位专家认为,燃料电池汽车是氢能产业的一个重要载体,氢能产业正在全球兴起。长三角区域可率先在法规和规章上有所突破,把氢从“危险化学品”转变为“能源”进行管理,并加强跨省联动,为氢能产业发展提供制度保障和应用场景,迎接绿色“氢能社会”的到来。


氢是未来能源网络的枢纽


负责功能型平台的上海智能新能源汽车科创功能平台有限公司总经理缪文泉说,“氢能社会”这个概念源自日本。2014年,日本政府发布的《氢能与燃料电池战略路线图》为“氢能社会”建设规划了3个阶段,提出到2040年建成零碳氢燃料供给体系。在2016年路线图修订版中,日本政府增加了燃料电池汽车、加氢站、家用燃料电池供给系统的量化目标。目前,丰田等日本车企已售出燃料电池汽车10000多辆,配套的加氢站有100多座。家用燃料电池供给系统也在普及,20多万套氢能热电联产设备进入了日本家庭。


为什么要把“氢能社会”作为国家战略?缪文泉解释说,一方面,这与日本的化石能源匮乏有关;另一方面,氢能在未来能源体系中占有重要地位。《2019长三角氢能/燃料电池产业创新发展白皮书》指出,未来能源网络是电网、气网、氢网合一的立体结构,实现多能互补、能源有效转换。氢能作为清洁能源的重要载体,可消纳富余电量、灵活转化为电能,还可部分替代天然气,是能源三网合一的枢纽。


对我国来说,加快发展氢能产业,不仅能在全球能源变革中占得先机,培育出一个市场前景广阔的新兴产业,还能有效减少二氧化碳和污染物排放。“《巴黎协定》使我国面临很大的减排压力,提高氢能在能源体系中的比例,能让电力、交通、建筑等行业有效‘脱碳’。”智能型新能源汽车功能型平台副总经理陈碧峰说。


“陪跑”催生国际先进成果


燃料电池是氢能产业的关键设备之一,加注氢气的燃料电池汽车则是氢能应用的重要载体。上海市政府和嘉定区政府出资建设、同济大学等5家单位组建的智能型新能源汽车功能型平台,其使命之一就是支撑燃料电池和燃料电池汽车研发,本着“存量共享、增量补缺”原则,为高校、科研机构和企业提供设备、技术、测试等系统服务。


目前,日本的燃料电池技术处于全球领先地位。丰田、本田、日产等车企已推出商用燃料电池汽车。与日本等一些发达国家相比,我国在燃料电池材料等底层技术以及膜电极组件等关键零部件领域,还有较大差距。


如何迎头赶上?上海市区两级政府出资近3亿元,用于采购新能源电池材料基础研究、燃料电池研发测试的设备。今后,智能型新能源汽车功能型平台将利用这些设备为研发人员提供服务,如利用原位分析设备,研究燃料电池中氢离子和氧离子的电化学反应过程;利用电堆研发和测试装备,提高国产燃料电池的寿命和可靠性。


2018年3月注册公司以来,这个平台组建了一个电池材料电化学分析团队,为高校、科研机构和企业提供技术支持、资源整合服务。缪文泉将这种服务称为“陪跑”。如今,平台“陪跑”已催生出一个令人振奋的成果——上海一家初创企业采用创新结构设计,近日研制出功率密度大于丰田产品的燃料电池电堆样品,分为1千瓦、5千瓦两种规格。在平台支持下,这家企业掌握了燃料电池双极板、密封等关键技术,拥有自主知识产权,有望在全国率先打造出国际先进、自主可控的量产燃料电池。


未来3年是智能型新能源汽车功能型平台的建设期,可以预见,它将推动上海的燃料电池、燃料电池汽车技术和产业更快发展。傅翠晓表示,在加强产业关键技术研发的同时,如何做好氢能产业的顶层设计,并在长三角一体化背景下进行产业布局和应用推广,值得立法和行政部门关注。


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