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万钢:燃料电池汽车产业化、商业化面临七大问题

作者:中国储能网新闻中心 来源:汽车纵横杂志社 发布时间:2018-09-12 浏览:
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中国储能网讯:作为新能源汽车的一个重要发展方向,氢燃料电池汽车无疑是当下的一个热门领域,广受业内外关注。国内的氢燃料电池汽车在近年来已经大有发展,但其商业化仍面临许多壁垒,全国政协副主席万钢分析指出,当前氢燃料电池汽车的产业化、商业化仍面临七大明显问题,并对如何有针对性地解决问题提出了建议,值得业内参考。

十三届全国政协副主席,

致公党中央主席,

科学技术部部长(至2018年3月),

中国科学技术协会主席  

万钢

如何评价国内燃料电池汽车发展现状

中国在2008年奥运会期间就推出了第一批燃料电池汽车,为奥运会做运输服务和赛场服务,在当时引起了世界的关注。车辆数量到2010年世博会时已经翻了数倍,运行于世博会的燃料电池客车、轿车和场地用车超过了200辆。

国内的燃料电池汽车产品曾参加世界大赛,在北京有示范应用,还参加了加利福尼亚州的燃料电池汽车商业化运行测试。目前国内燃料电池汽车的商业化示范运行已经遍布许多城市,申龙、宇通、中通、东风等车企都研发样车并参与示范。

例如上汽集团早在2007年就在前期研发的基础上开始了对燃料电池的开发,2014年开展全国万里行活动,还开发了燃料电池商用车,同时制定了第十三个五年计划,明确了到2020年燃料电池汽车发展的战略目标。

有统计数据表明,目前国内累计运行的燃料电池车辆有近千辆,投入运营的加氢设施有12座,在建的有近10座。

在国际合作方面,目前中国已经开展了双边和多边合作。我们在2017年清洁能源部长级会议上与合作伙伴启动了国际氢能经济伙伴计划,希望电动汽车能够在2030年达到30%的市场份额。在双边合作方面,我们开展了中美清洁能源汽车研究中心和中德电动车联合研究中心的合作。

在联合国环境署的支持下,中国进行了三轮燃料电池汽车联合示范项目,同时我们还主动倡议和发起组织了国际氢能燃料电池协会。目前中国燃料电池汽车取得了明显进步。在技术上,中国燃料电池汽车的特色就是电- 电混合动力系统,既符合燃料电池本身的技术特点,也适合中国技术创新的产业特点。

从纯电动到具有部分电力和部分燃料电池驱动的系统上看,有以下几类:一类是能量混合型的,以纯电动汽车为主,同时用燃料电池来补足其驱动。一类是以燃料电池为主,用动力电池来补足其驱动,这两类都有发展前景。

在基础研究方面,车用燃料电池取得了顺利进展。燃料电池材料的不少指标得到明显的提升。从最近参观的三个企业(中科院大连化工所的新源动力、北京亿华通、上海弗尔赛)看,他们不约而同选择了同一条技术路径:30kW驱动模块、60kW驱动模块以及120kW驱动模块,电堆功率密度已经达到了2kW/L。

在过去十多年中,在国家科技计划和产业技术创新工程支持下,中国开展了氢能燃料电池汽车的研究、开发、示范、运营工作,初步形成了从燃料电池电堆系统到整车的研发体系和制造能力,并开展了系统的示范运行。

目前新能源汽车已经成为全球汽车产业转型升级的重要标志。根据中汽协和国外的统计数据,2017年,全球主要国家新能源汽车销售超过了142万辆,中国的销量达到77.7万辆。全球新能源汽车累计销售量突破了340万辆,中国占比超过50%。从车型分布上看,乘用车和商用车都开始增长,乘用车占比超过了商用车,中国的燃料电池客车也开始逐渐在城市中应用。

但必须看到的是,国内燃料电池汽车的商业化、产业化还是滞后的。特别是产业生态和市场还没有建设起来,有七个比较明显的问题。

01、产业化、商业化进度滞后

目前国内新能源汽车尽管数量比较多,但主要还是运行在城市范围之内。主要的短板是续驶里程、充电时间和能量密度。从市场上看,国内城市公交汽车和城市之间远程公交车的比例约是1:6。这些远程公交车是点对点运行,停靠时间短,留出的充电时间不多,环保要求又比较高,从城市中心到另外一个城市中心,运量需求也比较大。至于城市出租车,特别是特大城市的出租车,比如北京的一般都是双班运行,很难有较长的充电时间,所以他们希望充电的时间短一些。

随着网购的发展,城市物流车需求极旺,但是它的运行强度比较高,行驶里程比较长。从中远期来看,中型和重型载货车是一个发展方向,这次应对污染防治的攻坚战明确把落后的柴油机作为一个方向。中型和重型载货车的行驶里程长,环保要求高,想要解决这些问题,一个很好的办法就是用燃料电池汽车替代。目前电动汽车的短板,完全可以用燃料电池汽车和氢能源来补足。

02、关键技术难题久攻不下

目前有许多关键问题久攻不下。虽然早在本世纪初,国内就部署了一系列研究,但是在一些关键问题上没有显著进展,而且差距明显。比如电堆功率密度,国内产品基本上在2kW/L左右;据报道,国际先进水平已经达到了3kW/L左右。

催化剂效率方面,国内每千瓦的铂用量大概0.3克;据报道,国际先进水平已经达到了0.06克以下;在膜电极耐久性方面,国内动态工况实测寿命大概在3000小时左右;据报道,国外已经达到了9000小时;空气压缩机方面,国内现在的燃料电池产品基本采取低压鼓风机,国外主要采取高压空气压缩机。如果能够把压力提高到两倍左右,效率可以提高50%。

近期有必要建立一个燃料电池检测平台,对国内外燃料电池产品进行对比测试,以确定具体差距。可以通过国际合作共同讨论建立一个检测平台,建立统一的燃料电池产品检测和技术标准,这对构建燃料电池汽车的产业化是十分重要的。

03、产业链比较薄弱,工程化能力不足

目前燃料电池用催化剂、质子交换膜、碳纸等一些关键材料已经有了,但其开发多停留在实验室样品阶段。因此,一致性和可靠性有波动。空气压缩机和氢气回流泵等关键部件也有一些样件,但是没有稳定的产能,产品供应不足,而且价格很高。

储氢材料的储氢容量重量比要达到5%到7%才有实用价值,还要15年时间。现在35兆帕碳纤维绕金属内胆气瓶的储氢密度比较低,仅3.9%,需要开发更高压力的碳纤维缠绕塑料内胆气瓶,这不是没有技术,但是没有标准,更没有检测方法。目前,整车企业还没有形成稳定的零部件供应体系,供应链薄弱,工程化和工艺流程创新能力不足,导致零部件的工艺质量低、产品一致性、可靠性、耐久性不足,不能满足要求。

04、企业主体作用还有所缺失

整车方面,乘用车企业除上汽以外,其他的上市公司还没有把燃料电池汽车作为自己的主攻产品列入企业发展规划。这与国际汽车企业——丰田、本田、通用以及奔驰等形成明显差距,国内整车企业还没有起到领头羊的作用。在动力系统方面,目前动力机械企业随着各地环保法规的进一步收紧,面临着转型升级的严峻考验。

许多业内专家认为,环保、高效、长续驶里程的燃料电池发动机才是柴油机的最佳替代品。据了解,潍柴动力已经决定把氢燃料电池发动机作为转型升级的重要方向,应该给予支持,希望他们形成先发优势。中国燃料电池企业经过艰苦的创业,目前形成新源动力、亿华通、弗尔赛等专攻燃料电池系统的新三板创业企业,但能力规模需要加强,而且,新三板的一些规定不适应这些企业的发展,需要监管部门有更多改进措施。

在关键材料方面,东岳集团经过十多年的努力,质子交换膜已经进入国际市场,被奔驰、宝马等企业认可。希望他们能够拓展产业链,在膜电极方面提供高质量的产品。另外,还需要有企业在空气压缩机、氢气回流泵等方面的企业积极参与。中国在空气压缩机方面有有利条件,中国是空调生产能力最强的国家,在技术能力方面不差,关键差在企业能不能主动承担这方面的任务。

05、制氢供氢和加氢系统落后

目前国内制氢供氢和加氢系统落后造成了氢燃料成本的剧增。中国低成本氢来源是十分广泛的,但是由于规模化供氢体系尚不完善,运输成本比较高,用氢价格超过了燃油成本,还没有形成可持续的商业模式。2018年2月11日,国内领军企业牵头成立了跨学科、跨行业、跨部门的氢能产业联盟,标志着中国氢能及燃料电池产业发展将提质增速。希望生产燃料电池、研究燃料电池整车、主要系统以及供氢系统的企业,能够在一起形成一个共识:在有车的地方建设必要的供氢系统,这是推动电动汽车十多年发展中取得的十分重要的经验。

06、技术标准、检测体系严重滞后

燃料电池汽车的运行涉及的汽车、能源领域以及一系列新的技术标准、规范法规亟待设立和更新,检测能力也有待加强。在氢储安全和运行安全方面,70MPa氢瓶、燃料电池全生命周期的测试评价等方面的标准还有待完善。现在的加氢站建设标准是极其落后的,还是上世纪50年代的设想,亟需提升,但现在可以通过国际合作解决。目前国内的主管部门不明确,运行的规范也不健全。燃料电池电堆和燃料电池发动机的技术标准也亟待完善,相应的检测能力要继续加强,企业研发和生产检测能力同样需要研究开发,燃料电池生态系列的零部件行业标准、检验方法、检测体系也要规范地发展。

07、亟需加强国际开放和合作

我国新能源汽车的开放和创新将发挥率先引领作用。我们的思路就是优化能源结构、防止大气污染、应对气候变化,这也是人类必须面对的共同挑战。各国汽车领域责无旁贷,所以我们有必要坦诚相待、精诚合作、协同创新,为世界汽车的转型升级作出应有的贡献。

近二十年来,中国在基础研究、技术标准、示范运营和市场推广中积极参与和牵头组织实施了一批多边和双边的重大国际合作项目。积累了丰富的国际合作经验,创造了产、学、研合作的新模式,有效推进了知识产权保护、创造和转化,带动了新能源汽车国际化发展。

在新时代,我们要进一步加强燃料电池汽车领域的国际合作,一是政策法规方面要加强政府间的合作,二是整车零部件企业之间在投资、合资和技术方面的合作,三是大学、研究机构在技术标准、检测能力方面的合作,四是在示范运行、市场调查和预测方面的一些合作。

解决问题的两条建议

第一,今年下半年全国政协将就促进新能源汽车健康发展举行双周协商座谈会。双周协商座谈会是中国一种特殊的、具有自身特色的议政形式,全国政协主席亲自主持会议,由各方面提出意见,对未来发展提出建议,同时向中央政府国务院进行汇报。7 月份我们将组织开展相关调研,建议各有关方面积极参加和协助调研,共同努力组织好、开好这次座谈会,向党中央国务院提出新的建议。

第二,结合第十三个五年规划,今年要开展中期评估,对燃料电池汽车在科技创新、产业发展、能源革命等的一系列规划以及相关政策的实施情况进行科学评估,明确发展的路径和方向,促进燃料电池汽车的健康发展。

(本文根据万钢在由清华大学、中国电动汽车百人会和国际氢能委员会共同举办的“氢能产业创新发展论坛”上的演讲内容整理)

来源:汽车纵横杂志社

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