对国内氢燃料电池汽车推广应用的几点看法

摘要: 近日,清华大学汽车工程系副主任、国内著名氢燃料电池汽车专家李建秋接受了《汽车纵横》的采访,围绕如何进行氢燃料电池汽车推广应用的主题谈了他的看法,并提出了诸多建议供行业参考。

11-11 07:40 首页 汽车纵横杂志社

近两年来,从国家政府部门到行业开始大力支持燃料电池汽车的推广应用,商业化运营的元年已经到来。我国已初步掌握氢燃料电池整车、动力系统与关键零部件等技术,但其进一步的发展仍面临着缺乏实施方案、基础设施规划不够等各种难题。近日,清华大学汽车工程系副主任、国内著名氢燃料电池汽车专家李建秋接受了《汽车纵横》的采访,围绕如何进行氢燃料电池汽车推广应用的主题谈了他的看法,并提出了诸多建议供行业参考。

氢燃料电池汽车的优势有哪些?


汽车纵横》:近几年来,在国家到地方政策的大力扶持下,以纯电动 和插电式混合动力为主的新能源汽车发展迅速,纯电动车型的进展尤其突出。燃料电池汽车一直被视为新能源汽车的终极发展方向,与纯电动车型相比,氢燃料电池汽车的优势主要体现在哪些方面?


李建秋:首先,到了冬季特别是在我国北方地区,纯电动汽车在低温环境工作时电池的温度会下降,造成启动困难,能耗增加。因为除了要驱动车辆行驶,动力电池还要拿出一部分能量用以维持空调、采暖等系统的运转,所以目前国内纯电动汽车在推广应用中的一大突出问题是冬天运行时续航里程会打折 扣,但是氢燃料电池汽车在这方面的表 现却非常好。


例如,一台30千瓦的氢燃料电池发动机除输出30千瓦的电功率之外,冷却水还能提供约25-30千瓦的余热, 将这些余热通过一套整车热管理系统收集起来,能够使冷却水的温度达到60-70度,足够车厢取暖之用,还能为电池保温。即使在零下10度或20度的环境温度下,客车内的温度也会保持在 零上 10-20度,电池的温度保持在零上10-20度。电池的电量不会下降,充放电性能不会下降,寿命不会衰减, 车辆的续航里程也不会下降。而且,在冬天,氢燃料电池汽车比纯电动汽车更加节能,因为它是用废热采暖。


在轿车领域,我们认为随着国家动力电池技术的发展,续驶里程在300公 里以下的、尤其是紧凑型轿车会以纯电动为主。而一些大车型,如SUV、MPV,或者是车重超过 1.8吨、续驶里程在400公里以上的,氢燃料电池汽车就有优势。总之,氢燃料电池汽车与纯电动车型在整个产业链平台上是兼容的,各有自己细分的市场,二者相互配 合,共同打造“纯电驱动、零排放”的交通体系。


可为能源利用带来哪些好处?


《汽车纵横》:从能源端角度看, 发展动力电池和燃料电池产业,会在能源利用上起到哪些作用?


李建秋:动力电池产业和燃料电池产业会相互配合。比如在新能源的利用方面,风、光等可再生能源发的电既可以给电池充电,电解水制氢后也可以供给氢燃料电池,这叫做“氢电互动”,就是氢能源和电能相互作用。如果太阳能发的电用不了、存不住,可以通过电解水制氢,把氢气作为电能存储的载体。到用电高峰时,氢燃料电池发电再上网补充电能,这就是能源端的氢电互动。


如果发生地震等灾害导致断电,车用氢燃料电池发电连上市电可以救急,在紧急情况下可以作为一个电站,这是车载端的氢电互动。这就是整个氢电互动的长期愿景。


它需要分区域、分步骤地实施。以张家口这个示范区域为例,因为它有大量的氢能源,整个城市规模也不大,氢气的供给体系很容易建设,在这里验证 好推广模式后可以再推广到整个河北、整个京津冀,实现整个京津冀的绿色能源和零排放。

国内氢燃料电池汽车产业发展情况如何?


《汽车纵横》:燃料电池汽车作为 国家重点扶持的产业发展方向,历经数年发展,业内不少专家判断今年已经到 商业化运营阶段。氢燃料电池汽车是如何在国内发展起来的?技术水平达到了什么程度?目前还面临哪些挑战?


李建秋:国内氢燃料电池汽车研发经过了大概三个阶段:第一个阶段从 2001年到2005年,这是氢燃料电池汽车的研发阶段,当时已经被纳入“十五”电动汽车重大科技专项,在时间上与纯电动汽车是并行的。当时的很多零部件 包括系统都不成熟。我记得我们与福田 汽车一起合作的第一辆氢燃料电池汽车,整个氢燃料电池系统占了大半个车 厢,连座位都需要拆掉一些。


第二个阶段是从2005年到2010 年,在“十一五”期间,我们重点围绕 氢燃料电池加动力电池的混合动力系统 开展研究。当时的零部件成熟度(动力 电池、电机等)在快速提高,氢燃料电池汽车的动力系统技术也在迅速提升。经过那一阶段尤其是2008年的奥运会,我们氢燃料电池汽车经过了一年四季在线路上的完整示范运行,将动力系统构 型进行了优化、固定,得到了比较好的 混合动力系统构型,基本结束了自由探 索。但是,氢燃料电池发动机本身还有很多问题没有突破。 


近几年来我们重点针对燃料电池本身的可靠性、耐久性和成本开展攻关。到了2015年前后,以国内的氢燃 料电池发动机企业亿华通为例,已经掌握了电电混合动力系统、整车控制技术和发动机本身的技术。我们的客车和物 流车产品陆续地完成了公告。也就是在 2015年之后,真正开始面向商业化推广应用。目前动力系统已经被国内一些 企业完全掌握,具有成本低、构型体积 比较小等优势。电电混合系统有利于氢 燃料电池发动机长期处于稳态下工作, 提高产品的耐久性。


但是在技术上,国内燃料电池汽车 技术水平同国外相比还是有一定差距。 例如国外质子交换膜燃料电池最长寿命已达到40000-60000小时,而我国现在大概5000小时,如果我们能将更好的技术应用到燃料电池发动机上,整车寿命与传统车接近同步,就能提高消费者的接受程度。


国内的燃料电池发动机还完全没有实现产业化,自2015年开始,国内 有个别企业陆续布局生产线,将来还可能对电堆进行升级并布局核心材料的生 产线。只要关键零部件由我们自己掌握和生产,将来才具备降成本和大批量商 业化生产的能力,让我们国内企业自主、完全地掌握整个产业链。我们国家的燃 料电池汽车要发展起来,一定是要有几 十家关键零部件企业,有一大批技术和产能都居于世界前列的零部件企业,才能够支撑起这个新兴产业的发展,才能像电池产业那样达到国际领先水平。

何时实现规模化突破?


《汽车纵横》:据您估计,国内燃 料电池汽车产业真正发展起来,达到您所认为的理想状态还要多久?判断标准是怎样的?


李建秋:我估计,国内氢燃料电池 汽车产业从现在开始慢慢起飞、爬坡, 到2025年左右会有很大的提升,预计到2020年会达到万辆级的规模,2025年会达到10万辆级甚至是百万辆级的规模。

 

汽车纵横》:在您看来,这种万辆级的规模是首先会在乘用车领域实现?还是商用车领域?


李建秋:我们判断商用车领域会先行,乘用车大概会滞后3到5年左右。 以国内氢燃料电池发动机企业亿华通现在的战略为例,从现在到2020年还是以商用车用的石墨极作为材料的双极板 的电堆为主,但是已经在部署金属极板 电堆的研发,预计在2020年前后会有成果,而生产线的就绪大概要到2023到2025年左右。也就是说这个金属板的电堆批量生产大概会滞后个3到5年。 从国内来讲,金属极板电堆的难度和挑战更大一点,其技术成熟程度还是要稍 微地滞后于石墨双极板。


《汽车纵横》:从生产和使用成本的角度看,目前国内氢燃料电池汽车及 关键零部件处于什么水平?适宜做商业化推广吗?


李建秋:氢燃料电池发动机的生产成本为10000-15000元/kW;如果生产线全开,年产千台机以上,成本会下降到6-8成;如果年产10万辆,成本 则可以下降1000-2000元/kW,如果按正常速度发展,以亿华通公司为例,2025年可以达到这一规模。氢燃料电 池发动机的生产成本直接影响到氢燃料 电池汽车的售价,从而影响消费者的购 买选择。


最适合在哪些地区先行推广?


《汽车纵横》:要实现万辆甚至 十万、百万辆的规模,在全国各地的推 广必不可少。您认为要推广燃料电池汽车,在哪些地方容易实现突破?选择的标准是什么?


李建秋:原则上哪里都可以推广应 用氢燃料电池汽车。但是在初期最好选 择氢能源和制氢成本比较低的区域。因 为用户自己都会算账,如果他们发现氢燃料电池汽车的使用成本比传统车高, 就会弃用,会给以后的推广带来更多麻 烦。所以在当前这个阶段,我们要让政 府对觉得对推动环保有利,让能源企业看到它会产生经济效益,让用户觉得比使用传统车划算,这三个条件都满足了, 说明在这个地方就适合氢燃料电池汽车的推广应用。


以河北张家口市为例,它是国家新 能源推广重点示范城市,有大量的风电和光电资源。利用张家口没有碳排放的 风电进行电解水制氢,供给氢燃料电池 汽车使用,让这些电产生价值。虽然水 资源是稀缺的,但电解水的用量不用担心。电解水用的是经过净化的工业用水, 而且用水量并不大,这已是比较成熟的 技术。氢燃料电池汽车不再使用有二氧化碳排放的传统燃油,使用成本比燃油车便宜或者相当,对于能源制造企业来 讲,使用的是上不了网的“弃电”制氢, 会进一步产生经济效益,这样,就可以从各个方面实现双赢、三赢或者多赢的 局面,有利于氢燃料电池汽车的推广。


我们算一笔账,张家口一带每年大概有100多亿度电是不能上网的“弃 电”。这些电如果用于电解水制氢,大概50度电可以制一公斤氢气,假如这些“弃电”全用上就可以制出几亿公斤。 一般一辆氢燃料电池轿车一年大约跑两 万公里路,只需要200公斤左右的氢气。假如有两亿公斤,一年可以支撑几十万 辆氢燃料电池轿车的运行。

推广上量节奏应如何把控?


《汽车纵横》:在推广应用氢燃 料电池汽车的过程中,应把握怎样的节奏?现阶段有哪些要注意的问题?


李建秋:当前阶段的确是氢燃料电池汽车的上量阶段,但是不要一下子上得太快。氢燃料电池汽车的可行性和可靠性要经过春夏秋冬的示范运行来测 试、来检验。有句话叫做“发动机是试 出来的,不是算出来的”,因此车辆好 不好一定要经过不同环境、不同气候的全方位检验。尽管经过了这10多年的 各种测试,但都是小批量,比如几辆或 者10辆这种规模,成百上千辆一起运行的测试还没有完全充分地检验过。所 以在这个阶段我们认为还是要适当地控 制量。不仅要看批量生产的质量,还要 看新车的交付和运行。


因为产品自身有迭代的过程,用户在使用中也要积累经验。我相信经过两 到三年的持续地改进,到2020年前后 就会开始出现爆发式增长。现在要通过 大规模的区域示范推动技术成熟,让产 品成功迭代。我们现在做到百辆级。明年从百辆级做到千辆级,后年再看看,中间也不排除比如发现车或者发动机还 有问题,再花一两年时间来改进。

如何布局基础设施?


《汽车纵横》:纯电动汽车在推广过程中一直饱受充电基础设施不足的制 约。接下来要推广氢燃料电池汽车,您认为对基础设施方面该如何考虑?


李建秋:对纯电动汽车而言,只要有电力设施能够供电,基本上所有的城 市都可以推广。但是氢燃料电池汽车的 推广取决于氢能基础设施。所以目前我 们主要选择氢能源成本比较便宜的区域进行推广。


因为氢燃料电池汽车的续航里程 比较长,借鉴日本、美国一个加氢站替 代两个加油站的经验,加氢站的布局可以稀疏一点,每站相隔距离远一点,比 如首批将在张家口布局 19-20个加氢站(张家口所有区县,保证每个区县1个)。


至于是新建加氢站还是在原有加油站的基础上改进,我们认为,既然一 个加油站中可以有柴油、92号或者95号的汽油,也可以再多一个加氢的功能,让油气和氢混合运行。加氢站的将来还 是要和加油站慢慢兼容的。即随着燃油汽车比例的下降,现在的加油站会慢慢 地转化成加氢站。所以,加氢基础设施并不用完全新建,只是在原来的基础上 升级。


现在,中石油、中石化也在论证什么时候大规模投建加氢站。他们可能先找一两个加油站试点改造,兼顾加氢站。 第一步是兼顾35MPa的加氢站,下一 步再升级到70MPa加氢站,然后实现 一个既有35MPa加氢口,又有70MPa加氢口的加氢站,将来甚至还有液氢加氢口。我相信,未来5到10年,有些加油站会变成混合运行模式。在城市里, 还可以同时布局充电和加氢基础设施, 两者配合,形成真正的纯电驱动零排放的城市交通体系。


对行业政策有哪些建议?


《汽车纵横》:作为氢燃料电池汽车行业从业者和研究者,为促进这一产业的发展,您对当前行业政策有哪些建议?


李建秋:首先,我们希望国家能够 出台关于氢燃料电池汽车区域示范的一 些政策。国内新能源汽车发展的过程中一个非常好的例子就是我们纯电动和插电式混动车型的推广是通过“十城千辆”的大规模示范带动起来的,包括产业链的成熟,氢燃料电池汽车的推广也需要这个过程。没有量就形成不了产业链, 降不了成本。希望我们地方政府敢于示 范,让氢燃料电池汽车产品通过一定规模的示范提升质量,拉动上下游产业链, 降低关键材料、零部件及整车产品成本,推动这个行业健康发展。一开始参与示 范的城市不要多,3到5个城市或者10 个城市以内即可,甚至做一个氢燃料电池汽车“十城千辆”示范工程,每一个 城市几百到一千辆的规模就可以了。通过这个示范3到5年,在氢气富集的重点区域实现车辆和基础设施的规模化, 升级技术,然后再大范围地推广。


其次,目前燃料电池汽车自身的产 业链没有形成,企业对研发投入比较多。 在这种情况下我们希望除了中央对燃料 电池汽车的补贴不退坡之外,各个重点区域的地方政府也能进一步加强对它的补贴和扶持,把量做上去,地方政府可以考虑设立一个标准,比如累计到哪个数量级就不再补贴了,或者开始退坡。除此之外,希望社会各方对氢燃料 电池汽车的安全性、环保性有正确的认识,增进了解,不仅是公众,还包括政府管理人员。





编辑: 赵黎 


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