人民日报:“氢汽车”发展已驶入快车道

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  《 人民日报 》( 2020年08月17日   第 19 版)

  加氢三分钟,续航700公里,真正实现零排放……近年来,作为新能源汽车的主要技术路径之一,“氢汽车”正带给人们无穷的想象空间。

  前不久,我国金属双极板水冷电堆技术取得重要突破。北京嘉清新能源科技有限公司依托清华大学毛宗强技术团队,成功研发出40千瓦车用金属双极板水冷电堆产品。第三方测试结果显示,产品在体积功率密度、大电流持续稳定放电能力、单位面积放电电流密度等关键指标上,全面对标国际一流产品,形成了具有完全自主知识产权的核心技术体系。

  那么,我国氢燃料电池汽车技术进展如何?还有哪些瓶颈?未来前景怎样?记者进行了采访。

  加注时间短、续航里程长,氢能被业界视为传统内燃机理想的替代解决方案

  氢能,被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源,是一种二次能源。它的来源多样,能实现终端零排放、环境友好;它的用途广泛,除了发电、发热,也是理想的交通替代能源。

  上世纪70年代起,氢能的独特优势被国际社会瞩目。一些国家积极开发氢能、燃料电池等新一代能源技术。近年来,我国也大力支持氢能产业的发展。将氢能应用于汽车行业,打造氢燃料电池汽车,是各方深思熟虑的结果。

  国际氢能协会副主席、清华大学核能与新能源技术研究院毛宗强教授介绍,氢燃料电池汽车加注时间短、续航里程长、零排放、无污染,被业界视为传统内燃机理想的替代解决方案。而且,氢能效能高且稳定,仅少量水就能制备出可观的氢气,再转换成电能,简单便利。

  从技术原理看,氢燃料电池由电堆、电控、供氢装置、供空气装置等部件组成。“电堆是组成燃料电池的最基础、最关键的核心部件。电堆中的氢气和氧气相遇,发生化学反应产生电。其中的技术难点在于,整个过程必须实现气、水、热、电、力这五个要素的相互协同,才能释放出最大效能。”毛宗强说。

  关于氢燃料电池,国际通常两条技术路线并行:金属双极板水冷电堆和石墨双极板水冷电堆。前者在低温启动、体积与功率密度等方面具有优势,后者在可靠性、寿命和成本等方面有长处,是目前燃料电池商用车的首选对象。

  我国是世界上氢资源最丰富的国家,同时拥有最大的汽车市场。但氢燃料电堆技术距离世界领先水平,还有一定差距。

  专家解释,电堆关键技术主要由国际主流车企掌握。“电堆设计技术门槛高,对材料、加工工艺等要求极高。想要发展得好,必须依靠自主创新。”毛宗强说,他率领的嘉清团队,就是通过提升电堆单位、缩小电堆体积等技术创新,降低电堆的成本,提升了电堆的体积功率密度。

  寻找适合的商业化路径也不容忽视。当下,国内氢能汽车多数采取“锂电池+氢燃料电池”的电电混合模式,未来将向纯氢燃料汽车方向发展。多家国内企业大胆尝试、持续攻关,实现氢燃料电池在大巴车、物流车、重卡、专用车等不同应用场景的产业化应用。

  氢燃料电池汽车的发展不仅是一个技术问题,还依赖于整个产业链的支撑

  近年来,随着技术成熟度提升,氢燃料电池技术路线逐渐受到关注,“氢汽车”发展也驶入“快车道”。2019年,氢能首次写进《政府工作报告》,要求“推动充电、加氢等设施建设”;有关部门密集出台政策,引导并鼓励氢能和氢燃料电池技术的开发利用;大部分省区市出台氢能发展规划,即将到来的2022年冬奥会也有望为产业带来新机遇……

  在云浮(佛山)氢能标准化创新研发中心主任赵吉诗看来,氢燃料电池技术已经逐渐进入产业导入期,前景广阔。“国内氢燃料电池汽车的保有量已经超过6000辆,通过这几千辆车逐步做验证,有了支撑,就能促进技术进步、降低成本,为规模化、产业化奠定基础。”

  然而,氢燃料电池汽车发展不仅是一个技术问题,还依赖于整个产业链的支撑,特别是上游的氢气制取、储运以及加氢站等基础设施。“只有打造出‘制、储、运、加、用’一体化的产业链,才能进一步推动氢燃料电池汽车产业化和氢能商业化。”赵吉诗强调。

  在制氢方面,有电解水、煤制氢、天然气制氢等主要方法。我国氢能来源广泛,既有大量的工业副产氢气,又有大量弃风弃光电、低谷电等可供制氢的存量资源。氢制备出来后,需要运输至加氢站并贮存。我国普遍采用20兆帕的气态高压运输,经济性和运输效率较低。

  此外,我国长期把氢归于危化品管理,也在一定程度上制约了氢能的利用。赵吉诗说:“认可氢的能源属性,按照车用能源进行管理,才能进一步满足氢燃料电池汽车产业化的需要。”

  作为氢燃料电池汽车的基础设施,加氢站也需大量新建。据了解,从2006年第一座加氢站落地,我国已累计建成61座加氢站,仅去年一年,就建成30座加氢站。广东国鸿氢能科技有限公司副总经理燕希强介绍,建设一座日加氢能力在500—1000千克的加氢站,成本在1500万—2500万元。他建议,未来可采取加氢、加油、充电站混建的方式来逐步降低运营成本,扩大加氢站建设规模。

  国家层面也开始重视氢燃料电池汽车基础设施的建设。今年4月,国家能源局发布《能源法(征求意见稿)》,首次将氢能纳入能源种类;6月,住建部办公厅发布关于国家标准《加氢站技术规范(局部修订条文征求意见稿)》,拟新增液态氢储存相关内容及技术标准。一系列政策的落地,有望进一步推动全产业链降本增效。

  燕希强表示,氢气的制取、储运以及加氢站等产业链各环节,直接决定了氢气的加注价格,即车辆的使用成本。“现在氢燃料汽车的能源成本与燃油车差不多,急需通过产业链上游的规模化,来降低氢燃料的使用成本。”

  我国氢燃料电池汽车发展较快,核心技术方面还存在差距,应继续加大研发投入

  过去10年,我国新能源汽车累计推广超过450万辆,但大部分以纯电动汽车为主。2016年,中国汽车工程学会发布的《节能与新能源汽车技术路线图》预计,我国氢燃料电池汽车累计销量在2020年、2025年和2030年将分别达到5000辆、5万辆和100万辆。

  近年来,我国氢燃料电池汽车销量增速明显。从2015年仅有10辆,到2019年全年销售2737辆,累计销量达6000多辆,已达成2020年的阶段性目标。其中,氢燃料电池商用车发展较快,在物流配送、公共出行等领域,实现了氢燃料汽车的商业化落地。乘用车方面,国内一些车企虽然也在积极研发,但规模相对较小,占比较低。

  在上海重塑能源科技有限公司董事长林琦看来,乘用车生产量大,又面向消费端,开发、验证的周期较长。此外,加氢站目前还没有形成网络,使得氢燃料电池乘用车相对纯电动汽车,仍然发展较缓。赵吉诗也认为:“如果技术突破带动成本降低,乘用车市场巨大。”

  技术层面,我国已经初步掌握了氢燃料电池电堆、空压机等关键材料技术,大部分零部件能实现不同程度的国产化,但与国外先进水平相比,仍存在一定差距。“氢燃料电池电堆的核心零部件,如催化剂、质子交换膜等,一些关键材料和部件仍依赖进口,核心技术离产业化还有一定距离。”鸿基创能科技(广州)有限公司副董事长、首席技术官叶思宇表示。

  今年4月,财政部等公布《四部委关于完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》,提出争取通过4年左右时间,建立氢能和燃料电池汽车产业链,关键核心技术取得突破,形成布局合理、协同发展的良好局面。“技术和产业的全面发展需要一定的沉淀。”叶思宇说,要从产业持续健康发展的角度出发,不断加大研发投入,把知识成果转化成产业,并通过产学研结合,促进创新技术发展。

  专家同时指出,放眼新能源汽车领域,氢燃料电池汽车与纯电动汽车既有一定程度的竞争,又相辅相成,关键是要能够形成能源革命的合力,共同驱动一个更加美好的未来。随着我国在燃料电池电堆技术上取得突破,期待更多的示范企业以点带面,推动我国燃料电池和氢能汽车产业的有序发展,形成氢能经济的崛起态势。

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