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氢能大规模推广 商用车需“先行”

作者:李靖恒 来源:能源发展与政策 发布时间:2019-08-20 浏览:
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近日,成都市氢能暨新能源汽车产业推进工作领导小组办公室印发的《成都市氢能产业发展规划(2019-2023年)》提出,到2023年,成都市氢能产业主营业务收入力争超过500亿元,推广各类燃料电池汽车2000辆,燃料电池轨道车示范线2条,加氢站30座,建设全国知名的氢能产业高端装备制造基地。

除成都外,目前各地发展氢能及氢燃料电池的计划已纷纷被提上日程,“氢能热”正持续爆发。国发能研院、绿能智库了解到,2018年,我国新能源汽车产销量分别为127万辆和125.6万辆。其中燃料电池汽车去年的产量为1619辆。虽然氢能源汽车的产量占比目前仍然较少,却受到了越来越多的关注和重视。

氢能源是未来新能源领域最重要的发展方向之一,目前政府、学界和企业都高度关注氢能源汽车的研发和生产,中央和各地政府陆续出台了相关扶持和补贴政策鼓励氢能源汽车的发展。国发能研院、绿能智库认为,根据我国对于氢能源汽车未来发展的初步规划,预计在2030年左右可以实现大规模的推广和市场化。

政策发力 顶层需加强

《中国制造2025》提出实现氢能汽车的运行规模进一步扩大,到2020年要生产1000辆燃料电池车,到2025年,制氢、加氢等配套基础设施基本完善,氢能汽车实现区域小规模运行。

我国在2016年发布的《节能与新能源汽车技术路线图》中提出了分三步走的发展思路:近五年内以中等功率燃料电池与大容量动力电池的深度混合动力结构为技术特征,实现氢能汽车在特定地区的公共服务用车领域大规模示范应用,达到5000辆左右的应用规模;在2025年左右,以大功率燃料电池与中等容量动力电池的电电混合为特征,实现氢能汽车的较大规模批量化20商业应用,达到5万辆的使用规模;在2030年左右,实现以全功率燃料电池为动力特征,在私人乘用车、大型商用车领域实现百万辆规模的商业推广。同时到2030年,实现燃料电池电堆比功率从2kW/kg到2.5kW/kg的提升,和燃料电池寿命从5000小时到8000小时的进步。整个过程中,将进一步提高氢能汽车低温启动,可靠耐久、使用寿命等性能并降低整车成本,逐步扩大燃料电池系统产能,完善氢气供应运输及加注基础设施建设,支撑氢能汽车的产业化发展。

并且,《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》中专门指出要系统推进燃料电池汽车研发与产业化,并提出目标:2020年实现燃料电池汽车批量生产和规模化示范应用。《规划》提出未来着力解决的两大重点问题是解决氢燃料电池成本高企和加氢站不足。

除了中央下发的相关政策以外,各省市也陆续发布了推进燃料电池发展的文件。2017年,上海市在国内率先发布了《上海市燃料电池汽车发展规划》,明确提出:2020年建设加氢站5-10座,示范运行规模达到3000辆;2025年建成加氢站50座,乘用车推广不少于2万辆、其它特种车辆推广不少于1万辆。

在财政支持政策方面,氢燃料电池汽车是新能源汽车中的重点补贴对象,不仅补贴金额最高,而且在相当长的时期内不会退坡。

不过,虽然地方性文件出台较多,但截至目前,业内依然缺乏一整套国家级的机制。比如,由于标准、法规不健全,加氢站既无明确的归属管理部门,在国家层面也无完整的审批流程。国发能研院、绿能智库认为,在未来的发展过程中,氢能源汽车政策体系需在顶层设计上发力。

技术突破 体系待完善

国发能研院、绿能智库研究发现,我国氢能研究起步早,但是体系不完善。从2001年开始,国家科技部863电动汽车重大专项设立课题,以期在燃料电池、燃料电池发动机以及整车系统方面形成一套拥有自主知识产权的核心技术,最终开发成功燃料电池公交车和燃料电池轿车。我国燃料电池汽车产业链的研发体系以大学为主,清华大学、同济大学以及大连化学物理研究所承担大量的研发工作,而燃料电池汽车的生产体系建设较为缓慢。

经过多年努力,我国在氢能和燃料电池技术领域取得了较大进展,在氢制备、储运等技术领域,我国的制氢工业以引进技术为主,技术相对成熟,与发达国家的差距不大。在燃料电池技术领域,我国已经掌握了诸如催化剂、质子交换摸、双极板材料等关键技术,但与国外先进技术相比仍有很大的差距。关键零部件规模生产和电堆批量组装及相关性能指标落后较大。目前国内具有完全自主知识产权的电堆主要由大连新源动力提供,国外企业通过在国内合资建厂组装电堆为国内企业提供电堆,但膜电极等核心零部件仍掌控在外方手中。

国发能研院、绿能智库认为,我国燃料电池产业目前整体还处于研发示范阶段。目前,我国已经自行设计、制造了多种不同型号的燃料电池样车;研制的燃料电池发动机和汽车在2008年北京奥运会和2010年上海世博会进行示范运行,均取得圆满成功;上汽也于2013年举办实现燃料电池汽车中国万里行活动,验证了燃料电池汽车的环境适应性。但与此同时,国内的产业化程度还很低,而国外少数发达国家燃料电池产业链各环节均已实现产业化。

此外,在加氢站方面,我国的技术和建设也相对滞后。目前国内加氢站大多为液氢储氢35MPa高压供氢加氢站,而国外的加氢站大多为高压70MPa。35MPa车载储氢瓶无法满足长距离、高载重要求。而且国内建设加氢站所需的核心设备大多都依赖进口,导致加氢站的建站成本居高不下。

截至2019年3月,我国已投产加氢站数量达到25座(其中两座内部整改站)。在已建成的加氢站中,固定式加氢站有11座,撬装式加氢站有14座。此外,还有17座加氢站在建。加氢站分布主要集中在广东、江苏、上海、湖北、河北等地。而日本加氢站的数量已经接近100个。

氢能发展 商用车先行

虽然日本、欧美等发达国家都在积极研发和生产氢能源乘用车,但是我国目前生产的氢能源汽车主要以商用车为主,包括客车和专用车。国发能研院、绿能智库认为,目前的技术、成本以及加氢站三个方面决定了我国应该优先发展氢能源公交、大巴等商用车。

当前,燃料电池系统、氢气制备、储运及安全应用等核心产品技术对外依赖程度偏高、生产成本也偏高。例如,日本丰田氢能源乘用车Mirai的体积比功率为3.1kW/L,而国产的大多不到2kW/L,电池体积较大,不适合放在小轿车使用。此外,产品性能及可靠性仍然差距较大。

在储氢技术方面,目前国内主流的低压储氢技术更适合公交领域。同等体积下,压力越大储氢量越高,车辆行驶里程就更远。受储氢瓶材料限制,我国高压储氢的压力多为35MPa,欧、美、日等国家采取的压力则是70MPa,这限制了我国氢燃料电池乘用车的发展。低压车载储氢系统的重量是现在高压储氢方式的三倍以上,比较适合重量不敏感的车型。而且,车辆重量的增加,会导致终端用户使用成本的增加,因此该技术目前更适合用于以政府采购为主、成本相对不很敏感的公交领域。另外,公交车作为大量载人的交通工具,对安全性要求更高,使用低压储氢技术更为保险。

作为关键的配套设施,加氢站布局偏少也是制约因素之一。相对于私人乘用车来说,公交车由于数量相对较少、行驶路线固定,对加氢站的数量和分布要求不高。另外,当前国内氢燃料汽车研发、生产、销售、运营、基建等环节基本上都是政府买单。普通消费者对氢能源汽车的了解和关注程度都不高,氢能源乘用车的普及、推广还有很长的路要走。

结合国情、生产技术、成本、加氢站数量等综合情况,当前国内氢燃料技术更适合于商用车的搭载试用。通过城市公交、班车,物流车等商用车的试运营,不断积累技术、提升产品性能、降低成本,然后逐渐普及到乘用车上。

不过,由于居高不下的整车成本,且电堆、车载氢系统、燃料系统成本都比较高昂,如果想要实现氢燃料电池商用车的普及,还需要克服诸多挑战。

国发能研院、绿能智库认为,发展氢能汽车,燃料电池系统是关键。随着关键零部件批量化,未来燃料电池系统的成本有望实现大幅度下降。在国家的节能与新能源汽车技术路线图里面,燃料电池成本预计在到2020年达到5000元/kW,到2030年可以达到600元/kW。而电堆成本又是燃料电池系统的关键成本。电堆成本主要包括催化剂、膜和双极板的成本,随着关键材料国产化和电堆体积功率的提升,电堆成本可以大幅度下降,将从2020年的1000元/kW降低到2030年的150元/kW。

其次,车载氢系统的关键部件也需要规模化和国产化。预计,到2030年,车载氢系统预计从3000元/kg降低到1800元/kg,而氢能源客车整车的成本会降低到60万元左右,也就是和现在传统客车的成本相当。在那个时候,燃料电池客车可以实现大规模的推广和市场化。

对于氢气的成本,国发能研院、绿能智库了解到,目前氢气到站价格基本为35-45元/公斤,加上加氢站的服务费用,终端用户用氢价格通常都在60元/公斤以上。如果氢燃料电池汽车要比柴油车更经济,则氢气的零售必须降低到35元/公斤以下。随着大批量规模化制氢和储运,未来氢气到站价格有望降低到25元/公斤,零售价降到35元/公斤是可以预期的。

此外,加氢站成本高昂、数量偏少也是需要解决的问题。目前关键零部都是通过进口,比如氢气压缩机和加氢机,批量化和国产化也可以大幅度降低加氢站的成本。现在单座加氢站成本往往在1000万元以上,比海外高50%左右,预计2030年可以降到350万元左右。同时,目前中国加氢站建设的审批流程较复杂和缓慢,即使在政府最支持的地方,走完建设加氢站的全套审批流程,时间最短也要半年。在加氢站的建设过程中,规划、立项、审批、运营监管方面均遇会有难题,相关方面的制度需要进一步改善。

国发能研院、绿能智库认为,优先发展燃料电池商用车是我国实现氢能汽车突破的一条重要路径,而要实现氢能源商用车的普及,还需克服整车成本偏高、技术不成熟、氢气成本高昂以及加氢站成本较高、审批流程缓慢等一些列问题。

关键字:氢能 燃料电池车

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