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加氫三分鐘續航700公里 “氫汽車”發展駛入快車道

來源:亞洲新能源汽車網-編譯 瀏覽次數:1148 發布日期:2020-08-20

第四屆國際氫能與燃料電池汽車大會上,參觀者在氫燃料電池汽車驅動原理展臺前駐足觀看。

加氫三分鐘,續航700公里,真正實現零排放……近年來,作為新能源汽車的主要技術路徑之一,“氫汽車”正帶給人們無窮的想象空間。

前不久,我國金屬雙極板水冷電堆技術取得重要突破。北京嘉清新能源科技有限公司依托清華大學毛宗強技術團隊,成功研發出40千瓦車用金屬雙極板水冷電堆產品。第三方測試結果顯示,產品在體積功率密度、大電流持續穩定放電能力、單位面積放電電流密度等關鍵指標上,全面對標國際一流產品,形成了具有完全自主知識產權的核心技術體系。

那么,我國氫燃料電池汽車技術進展如何?還有哪些瓶頸?未來前景怎樣?記者進行了采訪。

加注時間短、續航里程長,氫能被業界視為傳統內燃機理想的替代解決方案

氫能,被視為21世紀最具發展潛力的清潔能源,是一種二次能源。它的來源多樣,能實現終端零排放、環境友好;它的用途廣泛,除了發電、發熱,也是理想的交通替代能源。

上世紀70年代起,氫能的獨特優勢被國際社會矚目。一些國家積極開發氫能、燃料電池等新一代能源技術。近年來,我國也大力支持氫能產業的發展。將氫能應用于汽車行業,打造氫燃料電池汽車,是各方深思熟慮的結果。

國際氫能協會副主席、清華大學核能與新能源技術研究院毛宗強教授介紹,氫燃料電池汽車加注時間短、續航里程長、零排放、無污染,被業界視為傳統內燃機理想的替代解決方案。而且,氫能效能高且穩定,僅少量水就能制備出可觀的氫氣,再轉換成電能,簡單便利。

從技術原理看,氫燃料電池由電堆、電控、供氫裝置、供空氣裝置等部件組成。“電堆是組成燃料電池的最基礎、最關鍵的核心部件。電堆中的氫氣和氧氣相遇,發生化學反應產生電。其中的技術難點在于,整個過程必須實現氣、水、熱、電、力這五個要素的相互協同,才能釋放出最大效能。”毛宗強說。

關于氫燃料電池,國際通常兩條技術路線并行:金屬雙極板水冷電堆和石墨雙極板水冷電堆。前者在低溫啟動、體積與功率密度等方面具有優勢,后者在可靠性、壽命和成本等方面有長處,是目前燃料電池商用車的首選對象。

我國是世界上氫資源最豐富的國家,同時擁有最大的汽車市場。但氫燃料電堆技術距離世界領先水平,還有一定差距。

專家解釋,電堆關鍵技術主要由國際主流車企掌握。“電堆設計技術門檻高,對材料、加工工藝等要求極高。想要發展得好,必須依靠自主創新。”毛宗強說,他率領的嘉清團隊,就是通過提升電堆單位、縮小電堆體積等技術創新,降低電堆的成本,提升了電堆的體積功率密度。

尋找適合的商業化路徑也不容忽視。當下,國內氫能汽車多數采取“鋰電池+氫燃料電池”的電電混合模式,未來將向純氫燃料汽車方向發展。多家國內企業大膽嘗試、持續攻關,實現氫燃料電池在大巴車、物流車、重卡、專用車等不同應用場景的產業化應用。

氫燃料電池汽車的發展不僅是一個技術問題,還依賴于整個產業鏈的支撐

近年來,隨著技術成熟度提升,氫燃料電池技術路線逐漸受到關注,“氫汽車”發展也駛入“快車道”。2019年,氫能首次寫進《政府工作報告》,要求“推動充電、加氫等設施建設”;有關部門密集出臺政策,引導并鼓勵氫能和氫燃料電池技術的開發利用;大部分省區市出臺氫能發展規劃,即將到來的2022年冬奧會也有望為產業帶來新機遇……

在云浮(佛山)氫能標準化創新研發中心主任趙吉詩看來,氫燃料電池技術已經逐漸進入產業導入期,前景廣闊。“國內氫燃料電池汽車的保有量已經超過6000輛,通過這幾千輛車逐步做驗證,有了支撐,就能促進技術進步、降低成本,為規模化、產業化奠定基礎。”

然而,氫燃料電池汽車發展不僅是一個技術問題,還依賴于整個產業鏈的支撐,特別是上游的氫氣制取、儲運以及加氫站等基礎設施。“只有打造出‘制、儲、運、加、用’一體化的產業鏈,才能進一步推動氫燃料電池汽車產業化和氫能商業化。”趙吉詩強調。

在制氫方面,有電解水、煤制氫、天然氣制氫等主要方法。我國氫能來源廣泛,既有大量的工業副產氫氣,又有大量棄風棄光電、低谷電等可供制氫的存量資源。氫制備出來后,需要運輸至加氫站并貯存。我國普遍采用20兆帕的氣態高壓運輸,經濟性和運輸效率較低。

此外,我國長期把氫歸于危化品管理,也在一定程度上制約了氫能的利用。趙吉詩說:“認可氫的能源屬性,按照車用能源進行管理,才能進一步滿足氫燃料電池汽車產業化的需要。”

作為氫燃料電池汽車的基礎設施,加氫站也需大量新建。據了解,從2006年第一座加氫站落地,我國已累計建成61座加氫站,僅去年一年,就建成30座加氫站。廣東國鴻氫能科技有限公司副總經理燕希強介紹,建設一座日加氫能力在500—1000千克的加氫站,成本在1500萬—2500萬元。他建議,未來可采取加氫、加油、充電站混建的方式來逐步降低運營成本,擴大加氫站建設規模。

國家層面也開始重視氫燃料電池汽車基礎設施的建設。今年4月,國家能源局發布《能源法(征求意見稿)》,首次將氫能納入能源種類;6月,住建部辦公廳發布關于國家標準《加氫站技術規范(局部修訂條文征求意見稿)》,擬新增液態氫儲存相關內容及技術標準。一系列政策的落地,有望進一步推動全產業鏈降本增效。

燕希強表示,氫氣的制取、儲運以及加氫站等產業鏈各環節,直接決定了氫氣的加注價格,即車輛的使用成本。“現在氫燃料汽車的能源成本與燃油車差不多,急需通過產業鏈上游的規模化,來降低氫燃料的使用成本。”

我國氫燃料電池汽車發展較快,核心技術方面還存在差距,應繼續加大研發投入

過去10年,我國新能源汽車累計推廣超過450萬輛,但大部分以純電動汽車為主。2016年,中國汽車工程學會發布的《節能與新能源汽車技術路線圖》預計,我國氫燃料電池汽車累計銷量在2020年、2025年和2030年將分別達到5000輛、5萬輛和100萬輛。

近年來,我國氫燃料電池汽車銷量增速明顯。從2015年僅有10輛,到2019年全年銷售2737輛,累計銷量達6000多輛,已達成2020年的階段性目標。其中,氫燃料電池商用車發展較快,在物流配送、公共出行等領域,實現了氫燃料汽車的商業化落地。乘用車方面,國內一些車企雖然也在積極研發,但規模相對較小,占比較低。

在上海重塑能源科技有限公司董事長林琦看來,乘用車生產量大,又面向消費端,開發、驗證的周期較長。此外,加氫站目前還沒有形成網絡,使得氫燃料電池乘用車相對純電動汽車,仍然發展較緩。趙吉詩也認為:“如果技術突破帶動成本降低,乘用車市場巨大。”

技術層面,我國已經初步掌握了氫燃料電池電堆、空壓機等關鍵材料技術,大部分零部件能實現不同程度的國產化,但與國外先進水平相比,仍存在一定差距。“氫燃料電池電堆的核心零部件,如催化劑、質子交換膜等,一些關鍵材料和部件仍依賴進口,核心技術離產業化還有一定距離。”鴻基創能科技(廣州)有限公司副董事長、首席技術官葉思宇表示。

今年4月,財政部等公布《四部委關于完善新能源汽車推廣應用財政補貼政策的通知》,提出爭取通過4年左右時間,建立氫能和燃料電池汽車產業鏈,關鍵核心技術取得突破,形成布局合理、協同發展的良好局面。“技術和產業的全面發展需要一定的沉淀。”葉思宇說,要從產業持續健康發展的角度出發,不斷加大研發投入,把知識成果轉化成產業,并通過產學研結合,促進創新技術發展。

專家同時指出,放眼新能源汽車領域,氫燃料電池汽車與純電動汽車既有一定程度的競爭,又相輔相成,關鍵是要能夠形成能源革命的合力,共同驅動一個更加美好的未來。隨著我國在燃料電池電堆技術上取得突破,期待更多的示范企業以點帶面,推動我國燃料電池和氫能汽車產業的有序發展,形成氫能經濟的崛起態勢。

標簽:  氫汽車
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