氫燃料電池車在“新時代”中國的發(fā)展趨勢

王衛(wèi)楠，楊振中

摘 要：如今發(fā)展清潔能源的趨勢已經(jīng)勢不可擋，氫燃料電池車作為現(xiàn)階段理論上最高效、節(jié)能、環(huán)保的車用發(fā)動方式，被業(yè)界廣泛關(guān)注和研究。在純電動汽車被廣泛使用的當(dāng)下，氫燃料電池車仍然被認(rèn)為是解決純電動汽車技術(shù)難點(diǎn)的終端替代方式。文章根據(jù)當(dāng)下熱門的氫燃料電池技術(shù)，綜述了氫燃料電池車在現(xiàn)今中國的發(fā)展趨勢及問題所在，再從市場出發(fā)，提出了新時代下雖然核心技術(shù)落后，但仍可以發(fā)展氫燃料汽車的優(yōu)勢點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：氫燃料電池;新時代;發(fā)展趨勢

中圖分類號：U469.72 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ?文章編號：1671-7988（2019）23-17-03

The Development Trend of Hydrogen fuel cell Vehicles in the "new era" China

Wang Weinan， Yang Zhenzhong

（ North China University of Water Resources and Electric Power， Henan Zhengzhou 450045 ）

Abstract： Nowadays， the trend of developing clean energy is unstoppa-ble. As the most efficient， energy-saving and environmentally-friendly vehicle launching method in theory， hydrogen fuel cell vehicles have been widely concerned and studied by the industry. At the moment when pure electric vehicles are widely used， hydrogen fuel cell vehicles are still considered as a terminal alternative to solve the difficulties of pure electric vehicle technology. Based on the current popular hydrogen fuel cell technology， this paper reviews the development trend and problems of hydrogen fuel cell vehicles in China today， and then from the market， puts forward the advantages of hydrogen fuel vehicles in the new era， although the core technology is backward point.

Keywords： Hydrogen fuel cell; New era; Development trend

CLC NO.： U469.72 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2019）23-17-03

引言

氫燃料電池的基本原理是把氫罐中的氫氣和空氣中的氧氣分別供給陽極和陰極，氫氣在陽極上放出電子，電子經(jīng)外電路傳導(dǎo)到陰極并與氧化氣結(jié)合生成離子，離子通過電解質(zhì)到陽極，與氫氣反應(yīng)，構(gòu)成回路，把氫氣化學(xué)能中的吉布斯自由能部分轉(zhuǎn)換成電能，不受卡諾循環(huán)效應(yīng)。氫燃料電池車一般由以下部件構(gòu)成。

根據(jù)原理可以看出氫燃料電池車的優(yōu)點(diǎn)有點(diǎn)是純凈、高效等，還被許多研究者譽(yù)為人類終極能源;但它并不是完美無瑕，氫燃料電池車的成本、氫能的存儲、運(yùn)輸及安全等很多問題還尚未有一套完善的解決方案，讓氫燃料電池車一直處于被探索的階段，未來也變得可望而不可即。2019年前我國就開始醞釀相關(guān)政策，2019年就直接或間接地出臺了傾向氫燃料電池汽車的很多政策，自此很多車企開始參與布局氫燃料電池車市場，中國氫燃料電池車領(lǐng)域或?qū)⒂瓉磙D(zhuǎn)折點(diǎn)。

1 國內(nèi)外氫燃料電池車發(fā)展情況

1.1 國內(nèi)外氫燃料電池汽車技術(shù)現(xiàn)狀對比

從整車角度來看，氫燃料電池汽車技術(shù)核心國內(nèi)外差別在于電堆功率和儲氫罐壓力。目前，國內(nèi)電堆只能采用Plug- in構(gòu)型，不能采用功率更高的全功率構(gòu)型，同時儲氫罐技術(shù)落后，國內(nèi)還無法量產(chǎn)70 MPa的氣罐。

圖1 ?氫燃料電池車組成部件

為核心零部件技術(shù)對比。從核心零部件角度來看，國內(nèi)外氫燃料電池系統(tǒng)性能差距非常明顯，存在代差。而且 “質(zhì)子交換膜”這樣的氫燃料電池核心技術(shù)全球僅有美國杜邦公司可以提供。另外，氫燃料電池系統(tǒng)5000h的壽命仍然無法達(dá)到實(shí)際需求。

表1 ?核心零部件技術(shù)參數(shù)對比

1.2 國內(nèi)外氫燃料產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施現(xiàn)狀對比

截止2018年年底，歐洲有152座，亞洲有136座，北美有78座。我國已建成或在運(yùn)營的加氫站有26座。圖2是中日韓三國的氫站建設(shè)分布圖。

圖2 ?中、日、韓加氫站分布對比圖

2 我國發(fā)展氫燃料電池面臨的問題及優(yōu)勢

2.1 我國發(fā)展氫燃料電池面臨的問題

在技術(shù)上，燃料電池堆功率密度提升了210%，壽命提升了150%，成本下降了60%。在豐田、本田、現(xiàn)代、奔馳等國際領(lǐng)先企業(yè)已發(fā)布量產(chǎn)車型，關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到或接近傳統(tǒng)燃油車水平的背景下，我國燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)仍存在較大差距。一是核心技術(shù)落后。燃料電池功率密度、燃料電池催化劑、質(zhì)子交換膜、碳紙、貴金屬鉑用量、冷啟動溫度、壽命等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)落后。二是產(chǎn)業(yè)鏈不完善。很多產(chǎn)品停留在試驗(yàn)階段，工程化能力不足，產(chǎn)品性能和可靠性較低，還沒有形成穩(wěn)定的零部件到整車的供應(yīng)體系，大部分核心零部件仍依賴進(jìn)口。三是成本過高。我國氫燃料電池車價格受制于核心技術(shù)國家，還沒有形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈體系，導(dǎo)致成本降不下來。四是相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)滯后。上述也提供了國內(nèi)外加氫站建設(shè)的數(shù)量對比。不能滿足市場的要求。

2.2 “新時代”下中國的氫燃料電池車的發(fā)展優(yōu)勢

2.2.1 利用資源整合的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)氫電聯(lián)產(chǎn)

我國的油氣公司可利用資源整合的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)氫電聯(lián)產(chǎn)。國外很難做到的管道混輸，然而我國在氫氣儲運(yùn)環(huán)節(jié)，我國擁有著世界上最好的天然氣管網(wǎng)優(yōu)勢，利用棄風(fēng)、棄光制取的氫氣在支線管道混輸向全國市場輸送。

我國在液化天然氣和液化石油氣領(lǐng)域儲運(yùn)經(jīng)驗(yàn)豐富，擁有完善的基礎(chǔ)設(shè)施，能極大的的完成液態(tài)氫的儲運(yùn)業(yè)務(wù)。我國在建設(shè)和運(yùn)營純氫管網(wǎng)方面有著技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)的優(yōu)勢，可更快地進(jìn)入高壓氣態(tài)氫的儲運(yùn)環(huán)節(jié)。以上提供了氫能事業(yè)的一部分經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。

2.2.2 國家政策大力支持

2019年3月發(fā)布了《關(guān)于進(jìn)一步完善新能源汽車推廣應(yīng)用財政補(bǔ)貼政策的通知》，由此可以看出，對純電動汽車正在逐步向下調(diào)整補(bǔ)貼力度，但氫燃料電池車沒有變動，地補(bǔ)退出的費(fèi)用又可以用在建設(shè)加氫站以及相關(guān)配套運(yùn)營服務(wù)設(shè)施等方面。

國務(wù)院新聞辦對2019年《政府工作報告》的83處修訂的解讀中，提出“推進(jìn)充電、加氫等設(shè)施建設(shè)”。氫能第一次被寫入《政府工作報告》?！丁笆濉眹铱萍紕?chuàng)新規(guī)劃》中也寫入了發(fā)展氫能燃料電池技術(shù)。

2.3 國內(nèi)氫燃料電池車發(fā)展方向

2.3.1 提升氫燃料電池乘用車的額定功率

《雙積分》的《修正案》要求，燃料電池系統(tǒng)額定功率從之前的30kW-60kW之間作為補(bǔ)貼門檻提高至75kW。其技術(shù)要求為：（1）續(xù)航里程不低于300 km;（2）系統(tǒng)功率至少為驅(qū)動電機(jī)額定功率的30%;（3）系統(tǒng)額定功率大于10 k W。

2.3.2 商用車在很長時間內(nèi)會是氫燃料電池車的主要領(lǐng)域

目前來說，乘用車使用鋰電池基本滿足需要，但續(xù)航、儲能方面不如氫燃料電池汽車。同時還擁有更快的燃料加注，更低溫度的啟動，適應(yīng)環(huán)境更強(qiáng)，運(yùn)輸距離長、承載重量高，所以以目前的技術(shù)、市場來說，更適合物流車、公交車等商用車領(lǐng)域。

2.3.3 前期成本大，但長期利好明顯，需提前投資布局市場

氫燃料電池會成為未來汽車的終極能源，雖然困難重重，但氫能風(fēng)暴已經(jīng)來臨，這是一項(xiàng)投資未來的產(chǎn)業(yè)。

3 總結(jié)

發(fā)展氫能源在2019年的《政府工作報告》中首次被寫入，這一信號表明國家對氫能源的認(rèn)可以及要大力推動的決心，結(jié)合我國實(shí)際情況，國家重點(diǎn)則是有計(jì)劃推動加氫站等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，鼓勵氫燃料電池汽車的技術(shù)科研及相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

2019年的氫燃料電池車補(bǔ)貼政策或?qū)⒈旨?xì)化、開放的態(tài)度，一方面利用補(bǔ)貼階梯提升技術(shù)能力、保障安全;另一方面激發(fā)企業(yè)主觀能動性，推進(jìn)其適時布局。

在新時代中國特色社會主義核心思想的引領(lǐng)下，發(fā)展環(huán)保、清潔的氫能源勢不可擋，氫燃料電池車作為國家未來汽車能源的重要選擇，有利于提高能源自給率，維護(hù)國家能源安全，我國利用現(xiàn)有的不同于其他國家的能源企業(yè)管理方式，為氫能源的發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，氫燃料電池汽車也會在不久的未來形成完整的產(chǎn)業(yè)化體系。

參考文獻(xiàn)

[1] 汽車之家[OL].https//www.autohome.com.cn/news/201907/939782. html.

[2] 郜昊強(qiáng)，宋業(yè)建.氫燃料電池汽車發(fā)展趨勢分析[J].Aotomobile Parts， 2018（12）：075-077.

[3] 趙學(xué)良.氫燃料電池電動車對石化企業(yè)的戰(zhàn)略意義[J].當(dāng)代石油石化.2019，27（1）：15-19.