加氫三分鐘,續(xù)航700公里,真正實現(xiàn)零排放……近年來,作為新能源汽車的主要技術(shù)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(shù)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(xué)毛宗強技術(shù)團隊,成功研發(fā)出40千瓦車用金屬雙極板水冷電堆產(chǎn)品。第三方測試結(jié)果顯示,產(chǎn)品在體積功率密度、大電流持續(xù)穩(wěn)定放電能力、單位面積放電電流密度等關(guān)鍵指標上,全面對標國際一流產(chǎn)品,形成了具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)體系。
那么,我國氫燃料電池汽車技術(shù)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(xù)航里程長,氫能被業(yè)界視為傳統(tǒng)內(nèi)燃機理想的替代解決方案
氫能,被視為21世紀最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉?,是一種二次能源。它的來源多樣,能實現(xiàn)終端零排放、環(huán)境友好;它的用途廣泛,除了發(fā)電、發(fā)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(yōu)勢被國際社會矚目。一些國家積極開發(fā)氫能、燃料電池等新一代能源技術(shù)。近年來,我國也大力支持氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。將氫能應(yīng)用于汽車行業(yè),打造氫燃料電池汽車,是各方深思熟慮的結(jié)果。
國際氫能協(xié)會副主席、清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院毛宗強教授介紹,氫燃料電池汽車加注時間短、續(xù)航里程長、零排放、無污染,被業(yè)界視為傳統(tǒng)內(nèi)燃機理想的替代解決方案。而且,氫能效能高且穩(wěn)定,僅少量水就能制備出可觀的氫氣,再轉(zhuǎn)換成電能,簡單便利。
從技術(shù)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(chǔ)、最關(guān)鍵的核心部件。電堆中的氫氣和氧氣相遇,發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電。其中的技術(shù)難點在于,整個過程必須實現(xiàn)氣、水、熱、電、力這五個要素的相互協(xié)同,才能釋放出最大效能。”毛宗強說。
關(guān)于氫燃料電池,國際通常兩條技術(shù)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(yōu)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(shù)距離世界領(lǐng)先水平,還有一定差距。
專家解釋,電堆關(guān)鍵技術(shù)主要由國際主流車企掌握。“電堆設(shè)計技術(shù)門檻高,對材料、加工工藝等要求極高。想要發(fā)展得好,必須依靠自主創(chuàng)新。”毛宗強說,他率領(lǐng)的嘉清團隊,就是通過提升電堆單位、縮小電堆體積等技術(shù)創(chuàng)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(yè)化路徑也不容忽視。當下,國內(nèi)氫能汽車多數(shù)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(fā)展。多家國內(nèi)企業(yè)大膽嘗試、持續(xù)攻關(guān),實現(xiàn)氫燃料電池在大巴車、物流車、重卡、專用車等不同應(yīng)用場景的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
氫燃料電池汽車的發(fā)展不僅是一個技術(shù)問題,還依賴于整個產(chǎn)業(yè)鏈的支撐
近年來,隨著技術(shù)成熟度提升,氫燃料電池技術(shù)路線逐漸受到關(guān)注,“氫汽車”發(fā)展也駛?cè)?ldquo;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(shè)施建設(shè)”;有關(guān)部門密集出臺政策,引導(dǎo)并鼓勵氫能和氫燃料電池技術(shù)的開發(fā)利用;大部分省區(qū)市出臺氫能發(fā)展規(guī)劃,即將到來的2022年冬奧會也有望為產(chǎn)業(yè)帶來新機遇……
在云浮(佛山)氫能標準化創(chuàng)新研發(fā)中心主任趙吉詩看來,氫燃料電池技術(shù)已經(jīng)逐漸進入產(chǎn)業(yè)導(dǎo)入期,前景廣闊。“國內(nèi)氫燃料電池汽車的保有量已經(jīng)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(shù)進步、降低成本,為規(guī)?;?、產(chǎn)業(yè)化奠定基礎(chǔ)。”
然而,氫燃料電池汽車發(fā)展不僅是一個技術(shù)問題,還依賴于整個產(chǎn)業(yè)鏈的支撐,特別是上游的氫氣制取、儲運以及加氫站等基礎(chǔ)設(shè)施。“只有打造出‘制、儲、運、加、用’一體化的產(chǎn)業(yè)鏈,才能進一步推動氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)化和氫能商業(yè)化。”趙吉詩強調(diào)。
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(yè)副產(chǎn)氫氣,又有大量棄風(fēng)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(tài)高壓運輸,經(jīng)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(chǎn)業(yè)化的需要。”
作為氫燃料電池汽車的基礎(chǔ)設(shè)施,加氫站也需大量新建。據(jù)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(jīng)理燕希強介紹,建設(shè)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(shè)規(guī)模。
國家層面也開始重視氫燃料電池汽車基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。今年4月,國家能源局發(fā)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(fā)布關(guān)于國家標準《加氫站技術(shù)規(guī)范(局部修訂條文征求意見稿)》,擬新增液態(tài)氫儲存相關(guān)內(nèi)容及技術(shù)標準。一系列政策的落地,有望進一步推動全產(chǎn)業(yè)鏈降本增效。
燕希強表示,氫氣的制取、儲運以及加氫站等產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié),直接決定了氫氣的加注價格,即車輛的使用成本。“現(xiàn)在氫燃料汽車的能源成本與燃油車差不多,急需通過產(chǎn)業(yè)鏈上游的規(guī)?;?,來降低氫燃料的使用成本。”
我國氫燃料電池汽車發(fā)展較快,核心技術(shù)方面還存在差距,應(yīng)繼續(xù)加大研發(fā)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(xué)會發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》預(yù)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(fā)展較快,在物流配送、公共出行等領(lǐng)域,實現(xiàn)了氫燃料汽車的商業(yè)化落地。乘用車方面,國內(nèi)一些車企雖然也在積極研發(fā),但規(guī)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(chǎn)量大,又面向消費端,開發(fā)、驗證的周期較長。此外,加氫站目前還沒有形成網(wǎng)絡(luò),使得氫燃料電池乘用車相對純電動汽車,仍然發(fā)展較緩。趙吉詩也認為:“如果技術(shù)突破帶動成本降低,乘用車市場巨大。”
技術(shù)層面,我國已經(jīng)初步掌握了氫燃料電池電堆、空壓機等關(guān)鍵材料技術(shù),大部分零部件能實現(xiàn)不同程度的國產(chǎn)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(zhì)子交換膜等,一些關(guān)鍵材料和部件仍依賴進口,核心技術(shù)離產(chǎn)業(yè)化還有一定距離。”鴻基創(chuàng)能科技(廣州)有限公司副董事長、首席技術(shù)官葉思宇表示。
今年4月,財政部等公布《四部委關(guān)于完善新能源汽車推廣應(yīng)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(chǎn)業(yè)鏈,關(guān)鍵核心技術(shù)取得突破,形成布局合理、協(xié)同發(fā)展的良好局面。“技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的全面發(fā)展需要一定的沉淀。”葉思宇說,要從產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的角度出發(fā),不斷加大研發(fā)投入,把知識成果轉(zhuǎn)化成產(chǎn)業(yè),并通過產(chǎn)學(xué)研結(jié)合,促進創(chuàng)新技術(shù)發(fā)展。
專家同時指出,放眼新能源汽車領(lǐng)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(guān)鍵是要能夠形成能源革命的合力,共同驅(qū)動一個更加美好的未來。隨著我國在燃料電池電堆技術(shù)上取得突破,期待更多的示范企業(yè)以點帶面,推動我國燃料電池和氫能汽車產(chǎn)業(yè)的有序發(fā)展,形成氫能經(jīng)濟的崛起態(tài)勢。(記者 谷業(yè)凱 劉詩瑤)
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