中國燃料電池汽車何時(shí)能夠迎來大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化
日期：2024-10-16 11:01:56 作者：宏力精密鋼管 閱讀數(shù)：371今年出臺(tái)的《中國制造2025》規(guī)劃綱要，國家明確提出將新能源汽車作為重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域，未來國家將繼續(xù)支持電動(dòng)汽車、燃料電池汽車的發(fā)展。其中，燃料電池汽車的戰(zhàn)略目標(biāo)包括三個(gè)階段，第一是在關(guān)鍵材料零部件方面逐步實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化;第二是燃料電池和電堆整車性能逐步提升;第三方面是要實(shí)現(xiàn)燃料電池汽車的運(yùn)行規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大，達(dá)到1000輛的運(yùn)行規(guī)模。到2025年，制氫、加氫等配套基礎(chǔ)設(shè)施基本完善，燃料電池汽車實(shí)現(xiàn)區(qū)域小規(guī)模運(yùn)行。
燃料電池汽車也是電動(dòng)汽車，可以在五分鐘內(nèi)給電池灌滿燃料，而不是等上幾個(gè)小時(shí)來充滿電，這就是燃料電池汽車相比純電動(dòng)汽車的最大優(yōu)勢。在目前純電動(dòng)汽車遭遇充電慢、充電樁安放難、續(xù)航里程短等諸多問題的情況下，燃料電池汽車也被很多人看成另外一種替代傳統(tǒng)汽車的可能。只不過“電池”是氫氧混合燃料電池，和普通化學(xué)電池相比，燃料電池可以補(bǔ)充燃料，通常是補(bǔ)充氫氣。
作為汽車大國，中國發(fā)展燃料電池汽車，無疑具備相當(dāng)優(yōu)勢。那么，中國的燃料電池汽車的研發(fā)情況如何?有哪些因素制約其產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化之路呢?
世界性潮流勢不可擋
燃料電池汽車(fuel-cellvehicle，F(xiàn)CV)是一種用車載燃料電池裝置產(chǎn)生的電力作為動(dòng)力的汽車。與通常的電動(dòng)汽車比較，其動(dòng)力方面的不同在于FCV用的電力來自車載燃料電池裝置，電動(dòng)汽車所用的電力來自由電網(wǎng)充電的蓄電池。因此，F(xiàn)CV的關(guān)鍵是燃料電池。燃料電池是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。燃料和空氣分別送進(jìn)燃料電池，電就被奇妙地生產(chǎn)出來。
清華大學(xué)汽車工程系裴普成教授坦言，燃料電池汽車是電動(dòng)汽車的一種，燃料電池汽車的續(xù)駛里程是其他電動(dòng)汽車所不能相比的，燃料電池功率密度明顯高于其他電池。
裴普成介紹，燃料電池有其自身的優(yōu)勢：從安全性上看，氫氣比汽油還安全。舉例來說，為汽油汽車和使用氫氣燃料的汽車分別創(chuàng)造燃料泄露和著火條件，3秒時(shí)，汽油汽車下方漏油著火，而氫氣則是迅速?zèng)_高在汽車上方著火。一分半鐘，氫氣燃料汽車的火已經(jīng)熄滅，而汽油車火勢正旺，最終只剩下車架。由此來看，氫氣用做汽車電池燃料更為安全。同時(shí)，國內(nèi)外很多研究機(jī)構(gòu)也都做過氫氣燃料電池的碰撞、泡水、跌落實(shí)驗(yàn)，都沒有出現(xiàn)安全問題。氫氣的特點(diǎn)是非常輕，泄漏之后迅速上升，只要有良好通風(fēng)，就不會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)。裴普成教授逗趣地說，其實(shí)過去家用煤爐中百分之五六十是氫氣。
從加氣模式上看，氫氣燃料電池也非常方便，只需要幾分鐘的時(shí)間就可以將氫氣加滿。因此在未來，燃料電池汽車可以像現(xiàn)在汽車加油一樣在加氣站添加燃料，這一點(diǎn)是普通電動(dòng)車無法做到的。
“燃料電池用途廣泛，既可應(yīng)用于軍事、空間、發(fā)電廠領(lǐng)域，也可應(yīng)用于機(jī)動(dòng)車、移動(dòng)設(shè)備、居民家庭等領(lǐng)域。早期，燃料電池發(fā)展焦點(diǎn)集中在軍事空間等專業(yè)應(yīng)用以及千瓦級(jí)以上分散式發(fā)電上。而如今，電動(dòng)車領(lǐng)域成為燃料電池應(yīng)用的主要方向，市場已有多種采用燃料電池發(fā)電的自動(dòng)車出現(xiàn)。近20多年來，燃料電池經(jīng)歷了堿性、磷酸、熔融碳酸鹽和固體氧化物等幾種類型的發(fā)展階段，其研究和應(yīng)用正以極快的速度在發(fā)展。”裴普成說。
由于常規(guī)能源的日漸匱乏和排放標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)苛，燃料電池汽車將有效降低對(duì)常規(guī)能源的依賴，并減少碳排放。目前，發(fā)展燃料電池汽車已經(jīng)成為世界的一大潮流。
商業(yè)化前景廣闊
隨著環(huán)境問題和能源問題的日益突出，新能源汽車成為世界各大汽車廠商及研發(fā)機(jī)構(gòu)的研究熱點(diǎn)，而在其中，燃料電池汽車以其高效率和近零排放的優(yōu)勢被認(rèn)為具有最廣闊的發(fā)展前景。
我國對(duì)燃料電池汽車的探索從很多年前就開始了。長期從事氫源燃料電池研究的中科院大連化物所，早在上個(gè)世紀(jì)90年代初期，就開始了對(duì)氫源質(zhì)子交換膜燃料電池的研究。1996年底，這一研究得到國家科技部、中科院、國家自然基金委的經(jīng)費(fèi)支持，并在國家“九五”計(jì)劃中立項(xiàng)。2000年，大連化物所研發(fā)出第一臺(tái)質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)，并與中科院電工所、二汽集團(tuán)合作，組裝出了一臺(tái)燃料電池中巴車，于2001年進(jìn)行了試運(yùn)行。
美國、歐盟、日本和韓國都投入了大量資金和人力進(jìn)行燃料電池車輛的研究，通用、福特、豐田、奔馳等大公司都已經(jīng)開發(fā)出燃料電池車并在公路上運(yùn)行。
近年來，我國在燃料電池汽車方面的投入進(jìn)一步加大，北京奧運(yùn)會(huì)、上海世博會(huì)期間都有燃料電池轎車和大客車進(jìn)行了示范運(yùn)行。燃料電池汽車已然成為世界的寵兒。
中國工程院院士衣寶廉介紹，燃料電池汽車已經(jīng)走過數(shù)個(gè)階段。第一階段，科研人員攻關(guān)解決燃料電池在汽車啟動(dòng)后便很快衰減的問題。第二階段，科研人員主要解決燃料電池的可靠性、耐久性等問題?！艾F(xiàn)在，應(yīng)該說已經(jīng)進(jìn)入了第三階段，主要是進(jìn)一步降低成本和鉑(Pt)的用量，同時(shí)加強(qiáng)加氫站的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)燃料電池車的商業(yè)化?！?/p>
當(dāng)燃料電池汽車進(jìn)入市場，我們首先要考慮的是，這種燃料電池汽車的成本如何?和傳統(tǒng)汽車相比有何優(yōu)勢呢?
按照美國能源部的估算，如果量產(chǎn)50萬輛的燃料電池汽車，每臺(tái)汽車的燃料電池的成本接近40美元，其價(jià)格將會(huì)大大降低。如果用戶購買燃料電池汽車，按照100公里1公斤氫氣來估算，費(fèi)用約為20元人民幣，比傳統(tǒng)汽車加油的費(fèi)用要便宜。
2014年5月，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省發(fā)布《氫燃料電池車普及促進(jìn)策略》，將氫燃料、氫燃料電池車相關(guān)的國際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)引入日本國內(nèi)，并將其作為國內(nèi)氫燃料電池車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。這說明在國家層面，日本已經(jīng)在大力推進(jìn)燃料電池汽車。
“今年，豐田的未來車已經(jīng)宣布實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化，現(xiàn)在訂貨已經(jīng)超過了1500輛?！币聦毩赋觯瑥膰H上來看，燃料電池車現(xiàn)在正進(jìn)入一個(gè)商業(yè)化的誘導(dǎo)期。
產(chǎn)業(yè)化必經(jīng)之路
中國的燃料電池汽車何時(shí)能夠迎來大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化?
衣寶廉說，電動(dòng)汽車的關(guān)鍵能源動(dòng)力技術(shù)包括電池技術(shù)、電機(jī)技術(shù)、控制器技術(shù)。這3項(xiàng)技術(shù)是電動(dòng)汽車所特有的技術(shù)，也是一直制約電動(dòng)汽車大規(guī)模進(jìn)入市場的關(guān)鍵因素。
“世界上第一輪燃料電池汽車研發(fā)高潮在2000年左右，當(dāng)時(shí)，美國、歐洲和日本的各大汽車生產(chǎn)廠家，都在加緊開發(fā)燃料電池技術(shù)，企業(yè)界尤其是各大汽車生產(chǎn)廠家看到燃料電池巨大的市場潛力，紛紛投入巨資組成聯(lián)盟，進(jìn)行燃料電池車的相關(guān)研究、試驗(yàn)與生產(chǎn)。各大汽車公司，包括奔馳、通用、豐田等都認(rèn)為，到2004年燃料電池車將能夠批量生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。但顯然，燃料電池汽車的發(fā)展速度沒有當(dāng)初人們想象的那么樂觀?！币聦毩f。
從產(chǎn)業(yè)界來看，在“十五、十一五規(guī)劃”燃料電池汽車全球產(chǎn)業(yè)化熱潮期間，中國汽車工業(yè)界并沒有在燃料電池汽車方面有明顯投入，進(jìn)入“十二五規(guī)劃”后，在燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)化趨于理性化的大背景下，上汽集團(tuán)制定了燃料電池汽車發(fā)展的五年規(guī)劃，以新源動(dòng)力為燃料電池電堆供應(yīng)商，開始投入大量資金研發(fā)燃料電池汽車。
在國家層面上，我國早已意識(shí)到燃料電池汽車的先進(jìn)性?？萍疾窟B續(xù)出臺(tái)了多個(gè)五年計(jì)劃，對(duì)電動(dòng)汽車技術(shù)的研發(fā)，包括燃料電池汽車以及氫能技術(shù)的研發(fā)給予了專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)的支持。“就中國的燃料電池研發(fā)技術(shù)來說，在前面三個(gè)五年科技計(jì)劃支持下，我們基本上掌握了零部件和平臺(tái)技術(shù)，但是我們在規(guī)?；?、標(biāo)準(zhǔn)化、一致性方面還不夠?！鼻迦A大學(xué)教授李建秋說。
近年來，我國在燃料電池汽車的產(chǎn)業(yè)化道路上走出了重要的幾步。
2003年8月7日，一輛安裝燃料電池的桑塔納2000轎車在同濟(jì)大學(xué)校園內(nèi)奔馳，順利通過了科技部的驗(yàn)收。這是我國第一輛燃料電池轎車樣車“超越一號(hào)”。
2004年10月，全部采用“863”項(xiàng)目承擔(dān)單位自主研發(fā)關(guān)鍵零部件的“超越二號(hào)”參加了在上海舉辦的第六屆必比登清潔能源汽車挑戰(zhàn)賽，以5項(xiàng)優(yōu)秀成績征服國外汽車巨頭。
2006年6月11日，在法國巴黎舉行的第八屆必比登清潔能源汽車挑戰(zhàn)賽上，“超越三號(hào)”取得4個(gè)A的好成績，拔得頭籌，這標(biāo)志著我國燃料電池汽車技術(shù)躋身世界前列。
“燃料電池汽車是真正意義上的零排放。此外，它能夠有效利用工業(yè)廢氫?！鄙掀瘓F(tuán)燃料電池整車項(xiàng)目總工程師指出，上汽集團(tuán)一直貫徹國家能源戰(zhàn)略，瞄準(zhǔn)汽車驅(qū)動(dòng)電氣化趨勢，推動(dòng)燃料電池汽車升級(jí)，“2014年，我們開發(fā)的榮威750燃料電池汽車參加了整個(gè)全國巡游，跑了接近1萬公里，經(jīng)受住了不同路況、氣候、海拔的考驗(yàn)?！?/p>
李建秋指出，目前，在燃料電池汽車整車技術(shù)方面，我們?nèi)匀挥腥箨P(guān)鍵技術(shù)需要攻克，“第一是純電驅(qū)動(dòng)技術(shù);第二是整車的結(jié)構(gòu)安全集成技術(shù);第三是車載的氫能源核燃料電池的技術(shù)。未來這個(gè)行業(yè)應(yīng)當(dāng)從材料到單體、發(fā)動(dòng)機(jī)、整車形成相應(yīng)的配合關(guān)系?！?/p>
中國工程院院士陳清泰指出，中國的汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展到今天，應(yīng)該有能力支撐前沿技術(shù)投入，關(guān)鍵是政府和企業(yè)的戰(zhàn)略抉擇。需要指出的是，替代性技術(shù)的成長往往需要較長的過程，目前燃料電池汽車的研發(fā)至少已經(jīng)歷了三四十年的時(shí)間，但是中國決不能抱機(jī)會(huì)主義的心態(tài)，必須加大關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)。
“如果我們國家的政策得當(dāng)，未來5年內(nèi)整個(gè)燃料電池汽車，包括客車和轎車這兩類，在電池耐久性、PT用量等方面應(yīng)該會(huì)有明顯的突破?！崩罱ㄇ锉硎?，目前客車已經(jīng)進(jìn)入技術(shù)示范階段，2020年前后會(huì)進(jìn)入大量的推廣階段。對(duì)于轎車來說，由于現(xiàn)在還需要技術(shù)攻關(guān)，預(yù)計(jì)到2020年進(jìn)入大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化建設(shè)，2025年前后進(jìn)入大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)階段。