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两大汽车巨头前后抛出氢能战略,“终极能源”在中国真的步步临近了

作者:中国储能网新闻中心 来源:上官新闻 发布时间:2020-09-17 浏览:
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“喝氢排水”,一直是汽车行业看得到、够不着的科学命题。美好的技术与产品设想面前,有人投入巨资不见迟迟回响,有人甚至沦为行业笑柄。相比电动汽车风头无两,这条“氢路”从来都不好走。

近日,上汽集团发布了第一款面向市场的高端氢燃料电池mpv汽车,并高调抛出五年内推出十款燃料电池汽车、形成万辆级销售规模的“氢战略”。

而在三个月前,领跑全球氢能汽车技术的丰田汽车,宣布与中国的一汽、东风、广汽、北汽等大型车企共同成立“联合燃料电池系统研发(北京)有限公司”,开展商用车氢燃料电池系统研发。

两家世界知名车企先后在氢能汽车领域实施“大动作”,绝非巧合。从企业透露的技术和产品最新进展看,氢燃料电池汽车早已不是“华而不实”的概念性产品。如今,大批量生产、大规模市场投放已经具备了相当成熟的基础。

“大动作”中,还有个细节颇具深意:丰田与中国合作伙伴们组建的联盟里,恰恰没有国内最大车企上汽集团。在业内看来,两大企业在氢能汽车领域,已经到了直接竞争阶段,潜力巨大的中国市场,是它们共同的竞技舞台。

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放弃与坚持

氢可以作为驱动机器的燃料,是化学课本上最基础的知识。但现实中,至今一提起氢能汽车,却总伴随着“不靠谱”的质疑之声。

50年前,美国宇航员尼尔·阿姆斯特朗乘着阿波罗11号飞船登上月球,飞船上一个不起眼的科技,却引起了一些科技人士的注意。他们关注到,飞船使用燃料电池作为主电源,并且在1968年至1972年间的12次飞行任务中均未出现任何事故。

美国人的登月计划让燃料电池第一次进入公众视野,当时世界汽车工业高速发展,燃料电池汽车顺理成章地成为探索方向。但在世界大国纷纷入场后,加拿大人和德国人却占得先机。

1993年,加拿大巴拉德公司才推出世界上第一辆以氢燃料电池为动力系统的样车。燃料电池的民用之路出现转机。一年后,奔驰necar 1问世,成为世界上第一辆真正意义上的氢燃料电池汽车。“这是一个新时代,其意义可以与戴姆勒和卡尔·本茨制造出第一辆以内燃发动机为动力的车辆相比。”时任戴姆勒-奔驰集团技术研究主任赫默特·韦乐激动万分。

一时间,人们乐观地认为,汽车产业将从“点火燃烧时代”进入“电化学时代”。几乎和奔驰同时代,丰田、本田、日产、大众、福特、现代、欧宝等世界主要车企纷纷入场。

可是乐观并非会有好的结果。问题随着氢燃料电池产业化的深入,越积越多。

电堆反应需要贵金属铂作为催化剂,成本高昂;燃料电池系统太大,难以在乘用车中布置;加氢站等基础设施匮乏,需要重新建立一套能源体系……这些都成为燃料电池汽车投入商业化应用的掣肘。

更让氢燃料电池产业界人士意想不到的是,当他们正为突破民用产业化“卡脖子”技术苦苦寻觅时,锂电池技术获得巨大飞越。这无异于雪上加霜。特别在2010年之后,电动汽车异军突起,这让先后进入燃料电池汽车赛场的世界各大车企纷纷调转新能源战略方向,只剩下少数几家车企依然在坚持。毕竟面临全球汽车市场白热化竞争,市场重压下,很少有股东能忍受企业在一个看不到亮光的“无底洞”里越陷越深。

众车企纷纷抽身后,“无底洞”里只剩丰田勇往直前。也正是这家全球汽车龙头企业的坚持,让即将进入历史故纸堆的技术有了再次兴起的可能。

1992年,丰田加入氢燃料电池汽车的研发大军。4年之后,丰田第一款燃料电池汽车fchv-1面世,并参加了大阪游行。这是一款改装自rav4的燃料电池概念车,续航里程达到250公里。

之后19年,历经数次设计思路更改,7次车型的升级迭代,2015年,mirai上线:加氢3分钟,续航500公里,令世界惊艳。

mirai在日文中意为“未来”,因为丰田汽车社社长丰田章男认为,这是把钱投在有未来的地方。上市时,mirai在日本国内售价720万日元,经日本政府补贴后,用户到手价500万日元,约为一辆丰田“皇冠”轿车的价格。“至少21世纪以来,在氢燃料电池领域,丰田就是行业的标杆。”汽车业内人士表示。

从量产方面看,丰田的氢燃料电池汽车是成功的。但从商业方面看,却不尽如人意。市场数据显示,2015年上市至今,mirai的累计销量刚刚超过1万辆。“将氢燃料电池首先应用于乘用车进行产业化,可能并不是一个最佳选择。”丰田经营者开始思考。

深思熟虑之后,丰田开始调整氢燃料电池的产业化之路,将产品线瞄准商用车,并同时将产业化的市场从日本移到了中国。今年6月份,丰田决定与一汽、东风、广汽、北汽等汽车集团成立“联合燃料电池系统研发(北京)有限公司”,正式踏入商用车氢燃料电池系统领域。“中国是全球最大的汽车市场,也是对技术变革最敏感、接受度最高的市场。”汽车市场分析人士认为,这是丰田实施新计划的根本原因。

按照规划,“联合燃料电池系统研发(北京)有限公司”被定位为开放式技术合作与研发平台,将开展满足中国市场需求的“fc电堆等的组件技术”“ fc系统控制技术”以及“车辆搭载技术”等一系列技术研发工作。

“中国是全球最大的汽车市场,也是对技术变革最敏感、接受度最高的市场。”汽车市场分析人士认为,这是丰田实施新计划的根本原因。“快30年过去,现在丰田真的是着急了。”

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隐秘的车道

丰田行至半程时,2001年,一个代号为“凤凰一号”的项目在上汽集团内部悄悄成立。

当时,丰田是全球汽车老大。上汽在改革开放中,通过合资合作迅速成长。上海汽车产业刚刚由“国外导入期”,向“内生增长期”转型。彼时,满大街跑的是上海大众的桑塔纳,上海通用的赛欧则刚刚成为现象级产品。从市场规模前景看,当时上汽集团急速壮大,但从自主掌握的核心技术看,和世界汽车巨头相比,上汽基础薄弱,差距巨大。

所以,氢能汽车成为当年上汽锻炼自主创新能力的一个支点。“凤凰一号”为氢燃料电池,这一“从零开始”的自主核心技术而生。这和之后电动汽车技术研发一样,是面对传统燃油汽车领域的技术鸿沟,我国企业必须找到“弯道超车”的那条车道。

之后的日子里,“弯道超车”战略反复被提起,但超车的主角是电动汽车的“三电技术”。氢能源燃料电池这条“隐秘的车道”上,前行者尤为孤独,哪怕是走在前头的丰田,也只是默默耕耘。“很长时间里,我们既看不到对手,也看不到标杆,这样的研发,是最难坚持的。”上汽燃料电池研发负责人说,不知不觉中,上汽成为中国唯一持续投入研发燃料电池汽车的本土企业。

就像所有刚刚起步的工业门类一样,最初,所有核心零部件、原材料都要依赖进口。“在刚开始研发的那段时期,由于量小,因此上游鲜有供应商愿意为此做过大的投入,所以我们不仅要做产品研发,还需要投入到每一个零部件的研发当中。”上汽集团副总裁蓝青松回忆。

以双极板这一燃料电池核心技术为例,几年前也只有欧洲和日本可以造出符合要求的产品。“双极板就像是燃料电池的承重墙,400多片金属双极板组装在一起,对精度要求十分高,而且还要解决金属板的电化学腐蚀问题。”当时负责参与到上汽双极板技术攻关项目的侯中军说,“虽然我们设计时想明白了,但国内却没有工艺能制造出,涂层的技术水平也达不到要求。”

后来,产学研这条路让上汽打破国外垄断成为可能。时任上汽前瞻技术研究部项目负责人的侯中军得知上海交通大学精密成型团队拥有攻克双极板的技术,便立即从嘉定南下闵行寻找答案。接触后,两个团队一拍即合,决定联合起来攻关难题。经过一轮又一轮的设计输入、评估测试、优化改进……经过近10年,金属双极板“中国方案”终于产业化落地。

“一开始,我们做出来的金属双极板性能很低,大家都不大看好。但我们认为,金属双极板更加符合车用电堆高功率密度和低成本制造的要求,如果燃料电池汽车要迈向产业化,原来的石墨双极板必须被颠覆。幸好我们坚持了。”回忆起这段历程,侯中军颇为感慨。

从冲压、焊接、涂层、密封,到最后做出成品,每天有1000多片金属双极板在生产线上产出。看到了燃料电池核心零部件未来发展的前景,2016年,该项目中的上海交大团队决定独立,成立上海治臻新能源装备有限公司。这家公司与上汽也有着密切的联系——它的天使投资来自上汽创投。今年,这个产学研攻关核心技术的经典案例,还荣获上海市技术发明奖特等奖。

“我们摸索出来,通过产学研模式,可以为氢燃料电池汽车发展出一批优秀的国内供应商,与国外供应商形成良性竞争。这样,才能把燃料电池的成本做得更低,更好地推动燃料电池汽车的产业化发展。”上汽集团副总裁兼总工程师祖似杰说。

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商业化之路道阻且长

本周,中国国际工业博览会在上海上演。回顾近20年来的工博会历史,上汽燃料电池汽车技术是展台上的“常客”。但时间一久,公众和媒体新鲜感难免褪去,疑问声反而增加:“为什么要搞那么多年”“是不是中看不中用”“究竟还能不能产业化”……

交大团队成功创业,治臻新能源发展的经验,给上汽带来启发:氢能汽车要真正成功,必须聚焦核心技术,通过市场化机制,并寻求合作伙伴,把产业链做起来。

2018年,上汽捷氢科技因此诞生,专门研发燃料电池系统、电堆等核心零部件。与治臻新能源一样,捷氢科技与上汽前瞻技术研究部也有着千丝万缕的联系——它脱胎于上汽前瞻技术研究部。独立后,捷氢科技即直面市场竞争,这也让上汽的燃料电池汽车产业化步伐全面提速。

在传统的供应关系中,一级供应商只要根据整车厂需求提供零配件,但为了加快产业化,捷氢科技决定走向市场,主动为客户寻找应用场景。“我们判断,机场会是燃料电池汽车重要的应用场景之一。”捷氢科技总经理卢兵兵说。传统充电的新能源汽车由于充电耗时长,无法满足机场的运营效率,这是他们的痛点,而这恰恰是燃料电池汽车的优势。燃料电池汽车加氢只需几分钟,加一次能有500多公里续航里程,并且机场运行车辆的路线相对固定,加氢需求更集中。于是,捷氢科技找到了机场集团。

在捷氢科技的牵线搭桥下,今年4月26日,上汽集团与上海机场集团签署战略合作协议,将于出行服务等多个方面应用氢燃料电池汽车。

有了机场的成功经验,卢兵兵认为,燃料电池汽车会在具备条件的区域里率先实现小规模商业化运营,包括钢铁园区、化工园区、煤炭矿区、港口区域、封闭的物流园区等。其中,机场、港区都有结构性节能减排的需求,但传统充电的新能源车无法满足运行效率;而钢铁园区、石化园区、煤炭矿区都副产氢气。

几个月后,上汽集团又与宝武集团达成了战略合作协议,计划共同打造“一园两廊”(吴淞氢能产业园、环a30公路氢走廊、临港至南通氢走廊)国家级氢能产业示范区,共同推动燃料电池汽车和加氢站在示范区内落地。

从实验室到园区,未来再从园区到城区,氢燃料电池的成本控制是每一步的关键,燃料电池的生产和销售主要受限于许多因素,很多部分都是实验室级的供货,这正是成本的主要问题。“现在,包含电堆在内的氢燃料电池系统,其成本将随着规模的上升而大幅度下降。与大通fcv80相比,我们刚刚发布的全球首款燃料电池mpv车型euniq 7成本已经大幅下降。当然目前氢燃料电池汽车正处于导入期,依然需要政策扶持。”

“我们正在市场上应用的是第三代产品,技术指标全面超越丰田mirai一代。第四代产品会比第三代产品实现整体成本下降40%,第五代产品比第四代产品再下降30%。”卢兵兵在捷氢内部的一次研讨会中分享。根据他们团队的测算,到“十四五”末期,氢燃料电池系统万台级的成本能够接近于大排量的进口柴油机。

成本的降低,带来的是市场的直接反馈。今年8月份,捷氢科技举办了一场燃料电池技术与应用论坛。论坛过后,公司销售部门接到的电话更多了,就连财务部门也收到了融资意向。卢兵兵还透露,为了降低研发的融资成本,捷氢科技还计划引入战略投资,目标科创板上市。

位于安亭汽车城的加氢站。目前,上海加氢站只能建在外环外。

量产车的推出、应用场景的丰富让氢燃料电池车看到了更加光明的前景。“不过现在看,实现盈利还太早,还有许多阻隔需要突破。”业内人士表示,比如法律法规的配套。目前氢的安全性已经得到验证,危险系数低于汽油,但当前在国内氢依然被定性为“危化品”,而非能源,因此在生产、存储、运输、使用等环节都受到限制。“比如在上海,加氢站按规定只能建在外环外,还无法进入城市。在日本东京,市中心就能够见到加氢站。”

目前看来,即便上汽实现万辆规模的“氢战略”,氢能汽车实现市场突破后,按照汽车行业规律,该领域距离盈利依然遥远。“现在不盈利也是要搞的,这关系到我们国家的能源战略和能源安全。有机会的情况下,不能放弃两条腿走路。”上海市发改委能源处有关负责人坚定地表示。

栏目主编:徐蒙

本文作者:张煜 徐蒙 阮希琼

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