清华教授朱德权:燃料电池商业化面临“三长两短”|电动车百人会2019
清华工业开发研究院副院长朱德权演讲
国内对发展氢燃料电池车已部署多年,但正式进入商业化仍有一段长路要走。1月13日,清华工业开发研究院副院长朱德权在参加中国电动 汽车 百人会论坛时表示,目前我国推动燃料电池商业化面临“三长两短”,建议对氢能和燃料电池 汽车 更加重视。
朱德权表示,中国的经济正从数量型增长转向质量型增长,经济质量增长的本质是全球产业链的破坏与重塑,在经济质量型增长的过程中,中国可以通过发展氢能,去创造新的巨大的产业链引领全球。
在提到发展氢能时,他用“三长两短”概括了产业面临的现状。即,我国有丰富廉价的氢能资源,巨大的商用车市场和很大的补贴力度。但同时,我国也存在产业链不完整、不配套,以及关键零部件和产品的差距大等问题。
朱德权建议,要慎重稳健的发展,特别是基础设施建设,安全放第一,另外,目标一定要定得高。“我认为动力系统是可以做到每千瓦时60美金的,我把燃料电池动力系统所用材料重量算了一下,规模上去了就可以做到。”
今天我想说的是,燃料电池正式进入商业化阶段,它的路径和面临的挑战是什么。
第一,我们今天谈燃料电池 汽车 ,实际上高度我认为要拔高。
因为燃料电池 汽车 只是氢能源的一种实现形式,而氢能源将对我们国家的国民经济结构都会产生重大影响。氢能源将颠覆两个行业:一是会颠覆交通,交通里主要是 汽车 , 汽车 占90%以上;二是会颠覆能源,因为可再生能源和传统能源的应用,中间氢能是最好的连接点。我国去年是82.7万亿的GDP, 汽车 和能源两个行业都超过了10万亿,再加上消费电子、房地产,四个行业是40多万亿,氢能将颠覆两个10万亿行业。所以,对氢能在国民经济中的重要性还可以进一步强调。
第二,中国的经济正从数量型增长转向质量型增长。
数量增长经济是长胖,今天不行了,长胖长不动了,于是我们就往产业链上游争。经济质量增长的本质是全球产业链的破坏与重塑,就是要破坏这个产业链中间的核心部分了,然后进行重塑。
中国能不能创造新的巨大的产业链,去引领全球有没有可能?比如说像高铁这个体量不大的领域我们就做到了,这件事情引领了全球。中国这么大的消费市场,什么产业链是可以的呢?答案就是氢能。
氢能的影响会涉及到全球GDP超过1/4的额度,所以这个产业链是推动我国经济格局发生变化,同时继续和全球进行分工与分享的领域,就是不用打仗的领域。所以,我们在传统产业链上是非打仗不可的,但是氢能产业链上一定会引领并吸引全球合作的。
全球的合作我们靠什么呢?第一,靠我们并跑甚至领跑的技术,第二,靠我们巨大的市场规模。要从能源的角度去看待氢能,不能仅仅从 汽车 这个交通工具的角度去看。如果从能源格局的高度去看待氢能的话, 汽车 只是一部分,包括燃料电池电堆,比如怎么规模化,规模化的重点不在 汽车 上,重点在储能,一个中型风电场的储能所使用的燃料电池功率总量相当于1千辆公交车,1千辆公交车多费劲,但一个风电场的市场更容易开拓,更容易规模化。所以我觉得,从燃料电池规模化降成本的角度、可能储能更重要。
中国发展氢能,特别是燃料电池 汽车 ,我们有“三长两短”,我们有三个长处是外国人没有的:
第一,我国有丰富廉价的氢能资源,这是非常适合于我们引领全球的。
我到日本、韩国、德国、挪威、加州这些地方去看加氢站基础设施的时候,大约他们平均氢气的最低使用成本8美金,加氢站还不挣钱。中国的工业副产氢气今天我们已经能够做到了4美金交给用户,制氢、储氢、运输氢是可以挣钱的,全环节都可以盈利的。4美金就是30元人民币,40元人民币和60美金的油价等同,30元人民币就意味着比柴油要便宜了,今天是可以做到的。仅仅一个氯碱行业100万吨的工业副产氢气,可以供200万辆 汽车 使用。氯碱算小的,还有焦化厂、钢厂,我们现在大量的石化厂的脱氢装置,更加巨大。
我们最近派了16个人、两个组进驻京东、进驻菜鸟等物流公司来研究氢能在物流车的使用场景,究竟切入口在什么地方。
调研的结果:第一是物流车;第二是公交车,公交车拉动力没有物流车大,碎片化的政府市场不好做。第三是增程式的小轿车,就是出租车的增程,平时都是用电,跑长途或者某一个关键时刻起动氢能源,因为他们的换车点几乎很固定,有少量的加氢站就可以了。第四是大卡车和固定区域车辆。我们有巨大的商用车的切入口,这个切入口也是没有一个国家拥有的。我们刚刚调研完,像京东在北京有4个分拨中心,比如顺义的分拨中心600多辆物流车,一个加氢站可以每天2吨的氢气用量,这样的加氢站怎么能不盈利?商用车这个巨大的市场是任何一个国家没有的。
第三,补贴力度很大,我自己觉得现在的技术水平基本上可以让FCV燃料电池 汽车 和普通的物流车、公交车几乎等价了,再过两年,如果补贴不变也许会倒挂起来了。
“两短”主要为:
第一,产业链不完整、不配套。中国的氢能是从小公司开始的,几乎全是初创企业,从技术部门发动的。现在大企业进来时间还很短,但是日韩是大公司发展的,所以我们的产业链不完整、不配套,成本降不下来,一个进口的空压机几乎相当于人家整个动力系统的成本,这是不可以的。
第二,关键零部件和产品的差距大,动力系统的膜电极,空压机,氢泵以及储氢瓶,加氢枪和软管等加氢站的关键部件都是进口过来的,高压氢用材料这些东西都没有进行深入研究,安全性隐患巨大。
最后我想说的是,现在的氢能源太热了,我们一定要慎重稳健的发展,特别是基础设施建设,安全放第一。第二,目标一定要定得高。
我认为,动力系统是可以做到每千瓦时60美金的,我把燃料电池动力系统所用材料重量算了一下,规模上去了就可以做到;第二,铂载量,我们做商业化的不怕铂载量大,因为铂是可以不卖的、可以回收的、是硬通货,可以用融资租赁方式解决的。
能源现在已经到4美金了,所以燃料电池成本目标对大规模商业化非常重要的,这个目标就是到了这个阶段,就可以不要补贴了,我们不需要补贴依然可以商业化,那时候氢能将飞速发展。
编者按:10月26日,由联合国开发计划署、中国 汽车 工业协会联合主办,佛山市人民政府、佛山市南海区人民政府全面支持的2019联合国开发计划署氢能产业大会(UNDP氢能产业大会)在佛山市南海区樵山文化中心隆重举行。
联合国开发计划署和世界 汽车 组织领导,以及国家相关部委、全球组织机构、科研院校、 汽车 集团、氢能与燃料电池核心企业等嘉宾代表将齐聚佛山,分享产业趋势报告、前沿技术成果和应用案例,为氢能与燃料电池 汽车 产业实现大规模商业化发展贡献智慧和力量。
在10月26日的论坛上,德国国家氢和燃料电池技术组织(NOW GmbH)国际部部长Dr. Geert Tjarks发表了主旨演讲。他在演讲中表示,德国从2000年就开始研发氢燃料电池技术,过去的十年完成了第一阶段,开发了很多新的技术。现在进入第二阶段,重点就是如何推广、应用这些技术,增加这些技术的效能、降低它的成本。
关于加氢基础设施,Dr. Geert Tjarks表示,德国目前有76个加氢站,今年年底将增加到100个。下一个阶段,将进一步提高到400个。
以下是Dr. Geert Tjarks的演讲实录:
德国国家氢和燃料电池技术组织(NOW GmbH)国际部部长 Dr. Geert Tjarks
Dr. Geert Tjarks:亲爱的来宾,女士们,先生们,非常感谢主办方邀请我来参加这次大会,谢谢联合国开发计划署、中国 汽车 工业协会、佛山市政府南海区政府,邀请我做这个汇报。
首先,先介绍我们的“NOW”。“NOW”是我们负责不同的德国联邦政府的一项项目,特别是联邦政府的一些交通项目,我们很多年前就已经成立了,我们在那个时候有一个NIP的项目,我将会在这里跟大家多说一下NIP的项目。我们也会负责在德国的一些充电基建项目,所以我们特别为德国的联邦政府不同项目服务,我们帮助政府加快提高这方面的能力。我们的公司就是这样一种职能,我的演讲有三部分,一是我们在德国氢能方面的一些举措和方法。二是氢能在能源系统的决策。三是在氢能方面的做法。
我们跟其他的国家一样,我们也签署了《巴黎协定》,我们要致力于减排,我们要在2030年之前减少至少55%的排放,因为我们可以看到过去几年一些数字,大家可以在图表上面看到变化,特别是一些公共交通贡献出来的减排数字。另外,对我们来说二氧化碳的减排在一方面是非常重要的,另一方面也是不容易做到的,所以这里我们遇到的问题,即我们怎样能够在公共交通领域做到减排目标?我们当然可以减少交通的需求量,我们另一方面也要找一些技术帮助我们能够减少排放。我们看了一下到底能够利用哪些技术帮助我们实现减排的目标?
我们看到了氢能技术真的能够帮助我们减少二氧化碳的排放,而且在公交领域,氢能也有很多不同的应用,也能够帮助我们的交通运输系统,比如说下面也可以发展一些氢能大巴,比如说有一些长途的运输客车也是很重要的,比如说在德国已经有氢能的火车在应用了。
当然了我们在脱碳项目方面其实遇到了很多问题,我们也希望能够把氢能应用到那个方面。我们要把氢能不仅作为可再生资源而且要帮助我们实现减排,发挥很大作用,因为对我们来说,我们知道燃料电池、纯氢在应用和运输方面都有很多的限制。
但是,其实我们是用一些合成的燃料,这些合成的燃料是在氢气基础上开发的。这种燃料能够实现方便的运输,我们也需要有这些氢技术用在交通方面,我们整个的策略想法就是要开发燃料电池行业,我们2000年就已经开始研发,我们过去的十年就完成了第一阶段,我们现在进入市场第二阶段,我们整个联邦政府一共提供14亿欧元的资金支持。
在这个阶段,我们通过研发开发出很多新的技术,今天我们还在应用这些技术到市场,所以第二个阶段,我们重点就是如何推广、应用这些技术,增加这些技术的效能、降低它的成本,所以成本是其中一方面的问题,我们通过不断的研发降低成本。
我们不仅仅是在应用方面做大量工作,我们在制氢生产方面也做了很多工作。我们所取得的成果,大家可以看到我们在燃料电池推广应用方面, 在德国我们就可以看到一共有76个加氢站,今年年底我们就会有100个加氢站,我们服务600万的顾客 ,其实能服务到600万的顾客是一个挺好的成果。
下一个阶段,我们要把整个的加氢站数字提高到400个 ,我们这个数字正在不断增加,在未来我们相信会有更多,所以我们希望能够在未来满足德国的燃料电池 汽车 的需求。
第二部分,我们在能源系统里面的氢应用情况。我们刚才也说到电动移动性方面,氢的作用很重要,我们要确保我们真的能够用这些绿色的能源,运用到我们的交通行业里面,我们要去想一下怎样把这些可以再生的能源应用到我们的运输部门里面,所以我们的政府很确信怎样能够把这些从其他行业里边所得到的能源能够应用到交通领域里面。
比如说,把那些电力方面的能源帮助我们再整合到能源系统里面,比如说我们从一些炼油厂实现氢能源应用?我们如何在短期内实现脱碳的一些任务?我们要去看怎样利用这些氢能源在很近的将来就可以实现我们作为一种可再生资源实现脱碳的任务。
在这里,我们可以看到水电解,是从电力到气体技术的最基本方法,我们可以看到德国有15个示范性的工厂正在做这个操作,整个的水电解能力正在不断提高,在不同的行业里面这些氢的耦合等等的应用也在增加。当然了,我们到2030年要实现我们的减排目标,所以我们可以看到从2020-2030年我们从100兆瓦的量达到2030年超过10GW的安装量,其实是可以做到的,我们要不断利用这些水电解的方法,2050年我们就要实现一到二GW的安装量。
最后,成本是很重要的。我们知道要在德国生产这些绿色的氢能成本是挺贵的,我们要根据我们限定的法规尽量降低氢能的生产成本,当我们买电力的时候,我们要考虑每个千瓦的成本,在付这些成本的时候我们还要付一些税等等其他的一些费用。我们现在已经有一些灵活的技术,但是我们同时也要在法规的框架下让整个成本能够实现降低目标,整个的政策和整个的行业框架都很重要。
最后一部分,氢能在整个经济里面接下来要做什么。政府方面,我们要去跟交通管理部门合作,要去开发一些国家的氢能策略,我们在今年的两委就会发布一些氢能策略,以及我们跟交通部合作、能源部合作,所以一共有4个部级的政府部门携手看未来整个氢能能够发挥多大作用。以及我们还有一些国家级的部长级大会,这是在德国一个比较特别的大会,去讨论全国氢能策略。
这是我们整个的国家框架,下一步,我们就要应用和推广整个的氢能,所以我们要说的就是怎样整合氢能到我们这个行业里面,因为我们知道有局部的案例成功并不足够,比如只是火车上面的氢能应用成功,并不能够让我们确保能够把它们升级到其他的行业应用里面,所以我们要考虑应用方面、生产方面等等,在应用方面是我们下一步的重点,我们已经推出“氢能大地”的计划,里面包括了9个氢能应用地区,包括公共 汽车 、卡车、小轿车等等其他的交通行业所涉及的一些车辆,都会把它们结合到我们这个氢能的计划里面。
我们还有另外一个“11个”大规模研发项目,我们称之为“REALLABORE”,我们希望未来整个德国能够产生氢能并能够增加很多,这是我们现在政府要推出的其中一些项目。我们整个项目就是要把不同行业的利益整合在一块,我们要有一个氢能生产的最佳条件,最后就能够把这些氢能成功地出售出去,以及把氢能应用到他们需要的地方。所以在我们整个的HYAMD项目我们就是氢能推广下一步的项目。
这一页大家可以感受到这些项目一些信息,比如现在我们整个的氢能项目规模大概是600瓦规模,我们未来要增加到100兆瓦。这个表里面大家可以看到德国北部有一些生产厂,但是南部有更多的氢能需求,所以我们要把整个的氢能技术推广得更快,同时能够把这些氢能应用到不同的地区,我们现在会进口一些化学的能源、石油等等,所以德国其实是不能够自给自足的,不能100%满足德国电能的要求,我们未来可能会从中国买一些能源。
我们最后的目标即找到一些可再生能源作为我们的能源载体,让我们整个德国的这些能源都可以结合利用起来。
这是我们在欧盟规定范围里面做的活动的情况,比如说在我们的国际级别上有一些创新任务,我们的创新目标就是包括欧盟在内23个国家推广氢能技术,我们把不同的利益方都能够结合起来,能够帮助我们去利用氢能给大家带来的好处,让它能够真正地在市场上推广。
这是最后一张幻灯片,我们在氢能行业要通过合作实现目标,非常重要的是把不同的利益方整合起来,实现规模的提升,降低成本,就把不同的市场、不同国家的利益方联系在一块,这是最重要的。所以我们要跟卡塔尔合作,我们跟卡塔尔有一个很强大的合作关系,对我们来说就是要通过这样一种合作把氢能推广到国际市场。
非常感谢大家!
作者 | 欧阳明高
编辑?|?Jane
来自帮宁工作室(gbngzs)的报道
01.
点评2019年新能源汽车技术热点
第一,?补贴退坡阵痛与全球转型大势。
就国内形势看,补贴政策退坡,新能源汽车销量不及预期,商用车下降最严重,从20万辆掉到10万辆。
从国际形势看,德国、法国、美国都发布了新能源汽车继续补贴政策。令我感到意外的是美国,计划将单个汽车公司20万辆电动汽车免税门槛提高到60万辆。
从中国公司看,以比亚迪和宁德时代为代表的中国公司加快技术创新力度,尤其在电池技术方面,相继推出C2P技术和刀片电池技术,具有里程碑意义。而且,这两家公司还进一步扩大国际配套的速度和规模。
从跨国公司看,以大众汽车集团为代表的跨国公司战略清晰化,从规划转向行为。
从新兴公司看,特斯拉市值突破700亿美元,超过奔驰和宝马,仅次于大众和丰田,成为第三大市值公司。其上海超级工厂建成,即将大规模量产。全球转型已成大势。
第二,?新能源汽车动力系统技术价值越来越受到重视。
2019年锂电池获得诺贝尔化学奖;中国科协发布2019年20个重大科学技术难题,其中的两个难题,一是高比能量动力电池,一是氢燃料动力电池系统。此外,中国工程院发布全球工程前沿2019,动力电池被提到4次,燃料电池被提到2次,氢能与可再生能源被提到4次,电驱动和混合电动驱动系统被提到2次。
第三,?电动汽车核心技术市场前景非常明朗,但正在遭受阵痛。
现在PHEV和EV遇到的情况相当于20年前(1999年)的手机状态,燃料电池可能会再晚十年。每个技术都是S曲线发展过程,新能源汽车技术正在S曲线底部,即将要上坡。
第四,?新能源汽车推动新能源革命的战略意义被认识,但还没受重视。
以前我们谈新能源汽车往往是基于交通工具角度,或者化石能源角度来谈,其实应该从新能源和交通电动化双重角度来看,否则其价值会被大大低估甚至误解。
动力电气化——电池、燃料电池、氢能本身就是新能源革命的核心技术。《第三次工业革命》里提到新能源革命五大支柱,概括起来就是动力电气化;能源低碳化;系统智能化。
因为新能源汽车所具有的双重属性,补贴新能源汽车其实也是投资国家新一代能源基础设施,如果2035年我们有1亿辆电动汽车,车载电池储电容量就是50亿度电。从这个角度看,补贴很值。
02.
PHEV繁荣期10年左右
先来看插电混合动力。今年合资企业插电混动卖得非常火,比例上升很快,行业反响热烈。
从政策看,“双积分”油耗核算是加权平均值,这个值在不断下降,要满足这个法规就必须做新能源汽车。相对HEV,PHEV更有优势。为什么?PHEV成本跟HEV基本相当,但它有不限行的方便,有使用费用的降低,综合效益不错。
另外,PHEV残值比EV高。总体看,EV二手车残值偏低。从客户选车标准看,安全、性价比、便利性、车辆残值这些符合客户需求。
我个人估计,今后5年PHEV会上涨,但中间会出现一个高峰期,整个繁荣期10年左右。根据我们的计算,到2030年,100纯电里程的PHEV与500纯电里程的电动车相比,成本方面不具备优势,甚至各方面EV都会超过PHEV。
《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》(征求意见稿)提出,2025年新能源汽车占比25%,PHEV将发挥重要作用。估计到2025年,PHEV会达到峰值,现在PHEV在总量中占比20%~25%。当然,纯电动汽车仍然会占新能源汽车主体。因此技术上,尤其国内企业要通过系统平台化,部件模块化的共享,来简化开发流程、降低开发成本,避免折腾和浪费,这非常重要。
本田汽车就是一个例子。今年本田汽车发布了电动平台化战略,以前本田技术路线非常多元化,最后统一到一个平台,叫串并联平台。何谓串并联平台?混合动力城区运行最好就是串联,高速公路最好就是并联,这可以从内燃机效率角度来解释。
为什么就剩一个?因为可以平台化、模块化、共享化,降低成本,而且这种系统的机械结构极其简单,给电驱动系统技术快速提升提供了很大空间,很值得我们学习,国内有些汽车企业已经在朝这个方向走。
03.
纯电动仍是新能源汽车主力
关于纯电动。我讲讲在应对纯电动汽车焦虑方面的一些进展。
成本方面。2019年中国动力电池成本降到0.6元~1元/瓦时,各种类型电池不一样,磷酸铁锂可做到100美元/千瓦时以下。
至于比能量,磷酸铁锂在提升。以前大家着重在单体比能量上下功夫,但单体比能量到一定时候,锂离子电池材料就会有瓶颈,要把比能量做到足够高,遇到安全瓶颈就要加东西,一加东西成本就上升,所以要有一个平衡。其实300瓦时/公斤的电池去年就做出来了,今年是推向市场。
今年电池厂在比能量方面做得最漂亮的工作不是单体,而是宁德时代和比亚迪做的电池包,以前是从单体电池,到电池模块,再到电池PACK这三个层次。现在基本上减少到两个层次,中间模块去掉,直接从单体电池到电池PACK。
这两个厂家,一个做三元电池,一个做磷酸铁锂电池,但具体做法不太一样。宁德时代电池包叫CTP,重量能量密度提升10%~15%,体积能量密度提升15%~20%。车上体积能量密度最重要,零部件减少40%。
比亚迪电池包叫刀片电池,已申请专利,很多国外企业都对这个技术感兴趣。车有多宽,电池也可以做多宽。以前电池很短,现在整个长条就像一个刀片,高度不变,一片一片叠起来,刚度和强度都非常好,还可以做结构件。而且电池单体制造成本还可以进一步下降,这是2019年的重要创新。
以前认为磷酸铁锂电池跑不了500公里,因为装不了那么多电池,现在就可以做到。一辆A级车装到60度电没问题,磷酸铁锂电池主要是体积比能量,而体积比能量偏低。
寿命和质保方面。大家总担心寿命,比亚迪电动大客车提出10年100万公里质保,这在商用车领域已经非常高。轿车分两种,如果是运营车,宁德时代提出5年50万公里,家用轿车是8年15万公里。
低温方面。宁德时代新的自加热技术,可以做到加热2度/分钟,不需要其他东西,就是自加热。自加热靠什么?靠电机里的电感电容回路,进行高频振荡。
快充问题。现在的常规电压平台,可以做到30分钟~45分钟充电80%。超级快充可以做到15分钟充电80%,主要在负极上改变材料,当然会增加成本。将来可能做到充10分钟就能走多远,比如续航里程500公里的汽车,可做到充5分钟续航100公里,比快充容易多了。
安全理念问题。我们开始强调系统安全性,而不是简单的单体安全性。比如只要把热蔓延防止住,就不会有事故,现在热蔓延法规开始实施。
另外,更多强调使用安全。还有就是电池、整车、充电桩系统安全,更多是预警,而不是报警。比如电压的监测、内短路、自放电都可以监测,所以电池厂更多在电池管理上做文章,而不是改变材料。
改变材料要么增加成本,要么有副作用,非常复杂。现在是不增加成本,就改算法,或者利用大数据,可以干很多事。
提高电池比能量只是一个方面,更重要的是降低整车电耗。如何降低?要从整车系统集成技术上想办法,这其中,电驱动系统技术进步所带来的重量和体积减少贡献最大。
如果是内燃机或者油电混合动力,打开前舱门,前舱里装满了动力系统部件。而电机比功率越来越大,体积越来越小,电机控制器也一样。国内有好几家企业在做碳化硅电力电子器件,体积缩小80%,再集成到电机上。电机和电机控制器又跟车轴集成,成为一体化电驱动车轴。车载充电器移到车下,由交流慢充变成直流慢充。
这样前舱就会慢慢空出来,逐渐实现电动底盘平台化,跟现在的汽车完全不一样。现在的承载式车身是封闭壳子,平台是虚拟的。大家知道,丰田汽车、大众汽车都在做电动底盘平台。最理想的电动底盘平台轴距可以灵活改变,底盘对各种车型适应性好,车身轻量化后花样多,就能灵活地做车型开发。
这都是带发动机的PHEV做不到的。我们预测,2030年前在轿车领域,各种路线中纯电动会做到最优秀。
综合以上,未来5年PHEV会繁荣,2025年可能达到峰值(取决于购置税减免政策和限行政策),但纯电动仍是新能源汽车主力。
2025年左右,纯电动乘用车综合成本可能小于燃油车(有的企业会提前)。2030年,500公里纯电动乘用车综合成本可能小于100公里纯电里程插电混合动力。2035年,纯电动乘用车将成为新销售乘用车主流。
《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》(征求意见稿)提出,2035年纯电动汽车将成为主体。大众汽车集团预计,2040年欧洲70%汽车将是纯电动车,而中国这个数字可能超过85%。未来燃油汽车仍有一定影响力,大众汽车集团到2040年才彻底结束燃油车生产和销售。燃油车比例会逐步降低,而不是一蹴而就。
04.
氢能燃料出路在于创新
关于氢能燃料电池。2019年被认为是中国氢能元年。这半年来,国外一些大能源公司如BP、壳牌、西门子、法国EDF、美国AP等都来找我们谈氢能。面向低碳转型,欧洲出台了全方位技术一揽子规划。新能源汽车包括氢能和燃料电池专项,一些中国能源企业更积极地介入氢能。
我个人认为,氢能是新能源技术体系重要组成部分。如果把氢能跟化石能源相连,这个意义不大,重要的是把可再生能源发的不稳定的电,通过电解水制氢转换成氢能。所以,氢能的合理性取决于它在可再生能源转型中的大规模能量储存。
小规模、短周期储存,电池非常优秀,但是大规模、长周期储存需要氢能,尤其是中国西北部集中式的一望无际的光伏和风电。另外,氢能有多元化利用需求,不仅车要用,将来发电、航空、供热、工业原料、农业化肥,甚至医学、炼钢等都要用。
从固定式储能角度看,氢能有几个优点。第一,储氢比电池储电便宜。车下储能大概差一个数量级,也就是10倍的关系。1公斤氢是34度电,再便宜的储能电池也需要800元,长寿命是9000次循环,因此一般要1元/瓦时以上。氢能储能装置储1千瓦时能量约需100元(视车载情况而异,由于体积限制,加之氢燃料电池发电效率比电力电池储电效率低,会下降3至5倍)。
第二,与储电互补。电池是高频双向调节,氢能是低频调节,两者互补。
第三,?商品属性更好。
第四,储运方式灵活多样。有特别不合理的,也有合理的,目前这方面争议较多。
比如长管拖车不经济,要做管道运氢,建设成本又太高,需要创新。再比如可以长途输电,当地制氢,西部2000公里先把电输到北京附近再制氢。无论哪里制氢对电网负荷调节作用都类似,国家电投已经在做示范。
储能为什么这么重要?将来可再生能源发电电价会极其便宜,储能成本反倒会占很高比例,看一种储能方式好不好,要看全链条,也就是可再生能源生产、运输、储存等全链条成本。
由于氢能热和纯电动汽车补贴退坡,几个因素叠加,氢能燃料电池汽车成为热点。但也有很多人严重质疑,其中一些观点也有道理。所以它既受吹捧,也受质疑;它既不是那么好,也不是那么差,关键是找到平衡点。
为什么要做新能源汽车?只有在向可再生能源低碳转型时,新能源汽车优势才会凸显。不仅要用新能源,反过来还会推动新能源转型,没有这个反作用,其意义就没这么大。基于可再生能源、动力蓄电池和氢能成为储能的优先选择,纯电动汽车、燃料电池汽车成为智能低碳能源系统互动终端,新能源汽车优势才会凸显。
从长期看,一是当可再生能源发电量比例足够高,比如超过50%,2035年就可能达到;二是可再生能源发电成本足够低,低到多少?比如0.1元,现在目标是0.2元;三是储能成本在可再生能源制、运、储、运全链条综合成本中占比足够高,假如占到50%~70%;四是燃料电池效率也足够高,这样技术经济性就很优异。
但这需要科学技术的新突破,战略思维的新理念和商业化的新模式,不能一蹴而就,需要时间。目前发展燃料电池汽车的现实挑战,仍然是氢能燃料电池全链条的技术经济性。
多大挑战?举个例子,日本氢能燃料电池乘用车技术路线图是,2025年轿车燃料电池+储氢瓶+电池等于5万元,而500公里纯电动的动力电池约4万元,也就是说,按照乐观估计,2025年500公里车还是没法跟纯电动相比。
此外,不仅要储氢,还有燃料电池,氢能燃料电池总体积比扁平化电池体积大,这会挤占乘员空间。再加上氢燃料电池轿车使用能耗和维保费用大大高于纯电动,除非换电池,每度两三元,一般家用纯电动车不这么做,都是在家里慢充。
如果给氢能燃料电池汽车定位,什么情境下有优势?前面讲过储电比储氢贵,所以里程越长,收益就越大。但纯电动汽车除电池就是电机,氢燃料电池汽车除储氢瓶,还有燃料电池发动机,燃料电池是固定成本,储氢成本随里程增长可以累计收益,来抵销燃料电池成本,这是平衡点。
对乘用车而言,这个平衡点中长期看是500公里左右。商用车需要能量多,其平衡点里程会短一些,比如两三百公里就能达到平衡点。所以相对而言,氢燃料电池动力系统更适合于长途、大型、高速重载,应用于柴油重型车,而锂离子电池最适合汽油乘用车。
虽然柴油车数量比汽油车小很多,但车用柴油消耗总量与汽油消耗总量差不多。一辆柴油车至少顶10辆乘用车油耗,加上排放总量也差不多,所以这个意义很大。此外,轮船、飞机、潜艇、火车和作业机械等也用柴油。
中国燃料电池商用车已经居世界首位,目前是4000辆,我们要继续朝这个方向努力。燃料电池发动机成本在快速下降,跟5年前相比已经下降一半,今后5年还要下降一半以上。很多材料和部件由于进口成本高,比如质子交换膜,进口一平方米2500元,变成国产后就在1000元以内,所以大家要有信心。
从商用车角度,当前面临的挑战是氢运输、车载储氢和加氢站。虽然储氢比储电成本低,但它体积大,而且建加氢站比较贵,对安全要求很高。尽管面临这些瓶颈,但创新非常活跃。
所以,氢能战略必要性没有问题,现实技术和经济性是全球面对的共同挑战,出路在于创新。
市场突破口在哪里?首先,在弃风弃电弃水和副产氢富余的地方。尽量在当地使用,别运,一运就贵。尽量在低成本、高安全储氢瓶能够覆盖的里程范围里。最好在温度较低的北方地区,燃料电池有40%~50%是废热,北方可以用来取暖,如果是纯电动,可用电来供暖。
还有就是地方政府愿意支持并且大型能源企业愿意建加氢站,满足这些条件就是市场突破口。但现在还不是大范围全面铺开的时候,而是要重点突破,示范带动,以点带面,行稳至远,避免大起大落。
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1,太阳能:直接从太阳辐射。主要是提供热能和电能。
2,生物能源:绿色的植物通过光合作用,太阳能转化为化学能储存在体内,随着食物链的单向流动,最终转换成热能散失去。为了得到燃烧和厌氧发酵沼气所获得的能量。
3,风能:由太阳辐射冷热不均产生的空气压力差,导致形成的空气水平移动 - 风提供能量。主要是通过风力涡轮机,以获取能量。
4,水能量的太阳辐射能量,水的循环,从海洋的暖湿气流,热上升,将太阳能转化为势能,形成沉淀在山中,水流,势能转化为动能是水电。主要通过水电能源。
5,海洋能,包括隐藏的能量潮汐,波浪,海流,海水运动,而且取之不尽,用之不竭的。主要是从月亮,太阳和其他天体,波的引力潮汐能,海流能,主要受风的影响。主要是通过潮汐的动能来发电。
6,地热能:地球内部放射性元素的衰变。可用于地热发电和供暖。
7,氢能:通过燃烧或燃料电池的能量。
8,核能:核电厂获得能量。
能源,可再生能源,并直接从自然界的一次能源。