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深评:燃料电池车发展应避开这些“坑”

小秦叨车 汽车之家 2018-09-07 13:04:02
[摘要]燃料电池被广泛视为21世纪车用能源“终极形态”,长续航、加氢快、零排放的优势为众多国家和车企所看好。

   燃料电池被广泛视为21世纪车用能源“终极形态”,长续航、加氢快、零排放的优势为众多国家和车企所看好。但燃料电池技术真的能快速颠覆纯电动吗?丰田燃料电池汽车上市是否意味着我们应加快应用步伐?燃料电池应用又应该采取什么样的策略?诸多问题敬请看本期深度分析。

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  ●《深评问道》是什么?

  《深评问道》是汽车之家首个面向行业端用户打造的栏目,特约汽车行业资深从业者执笔,独家解析/揭秘行业大事件。除了热闹表象,我们更想向您呈现对事物本质、因果以及未来可能性的探究和思考。

  本期行业评论员——智电汽车专家团,由一群拥有汽车专业硕、博士学历,十年以上汽车产业工作经验,分布在高校、汽车行业协会、零部件公司、主机厂、咨询公司等不同产业环节链条上的资深人士组建。在汽车产业向智能化、电动化转型升级之际,向更多的人分享汽车产业的新科技。

  本文作者:胡玉峰,先后从事汽车电控开发、整车试验、节能与新能源汽车产业咨询等工作,曾参与国家863重大项目、工信部“节能与新能源汽车技术路线图”、中国工程院“汽车强国战略”等10余项重大研究/行动,擅长汽车产业评论分析与政策解析。

  本期精华导读

  ★燃料电池与纯电动相比,确实有着无可比拟的优势。

  ★但燃料电池的短板同样明显,而且并未找到切实可靠的解决路径。

  ★丰田燃料电池技术虽走在国际前列,但其特殊性不应被忽视。

  ★作为战略储备性技术,当前过多着力于推广应用上并非明智之举,并不符合实际国情。

  ★当务之急,乃是加强基础理论研究,重点解决核心技术的专利突破。

  众所周知,同属新能源汽车类别,纯电动汽车和插电式混合动力汽车均有着其不足的地方。纯电动是续航里程短、充电时间长、运行效率低、安全难放心;插混则是不能实现零排放、不能彻底摆脱石油消耗困扰。所以,国际公认,21世纪的终极车用能源形式是燃料电池技术,也就是通过氢与氧化学反应、释放-结合电子过程发电、最终生成水的氢动力汽车。

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  由于燃料电池汽车加注的能源为液态氢,与汽柴油形态相同,因此具有长续航(600km以上)、加氢快(3-5分钟)、零排放(生成的是水)三大优点,同时还可彻底解决石油消耗问题,对于许多国家而言简直是集万千宠爱于一身。

丰田(进口) Mirai 2015款 基本型

  『丰田Mirai燃料电池车』

  不仅国外,国内不少地方政府和车企也在纷纷上马燃料电池项目,即便没有上马的车企,也在大张旗鼓计划大笔投资,仿佛现在不搞燃料电池,未来就会被彻底抛弃一样。而计划的重点,都落脚于四个字:推广应用。

燃料电池车推广计划
省市/车企时间规划
国家路线图2020年、2025年、2030年2020年达1万辆,2025年10万辆,2030年100万辆
苏州2020年

建成加氢站10座,

运行800辆氢燃料电池车

上海2020年建设加氢站5-10座、乘用车示范区2个,运行规模达3000辆
北京2020年推广5000辆燃料电池车
佛山2025年
推广燃料电池叉车5000辆、乘用车10000辆、客车5000辆
张家口2022年氢燃料电池客车将服务于冬奥会
武汉2025年

燃料电池汽车推广达万辆级,

建成加氢站10座以上

西安新青年2020年

投放1000辆氢燃料电池物流车,

建设8座加氢站

宇通2019年—2020年开始千辆级的大规模推广应用
长城2022年北京冬奥会推出首支燃料电池车队
制表:汽车之家行业评论员

  燃料电池真的这么美好吗?我们真的应该效仿国外、加速推广应用步伐吗?未必!

  一、燃料电池短板明显且暂时无解

  有句话说的好,人无完人。世间并没有一项事物能做到十全十美,燃料电池亦如是。其主要的缺点有以下三点:制氢难、成本高、基础设施建设投入大。

  一是制氢难。当然,很多人也会说储氢、运氢也难,但在笔者看来后两者的难度是低于前者的。之所以说制氢难,目前国际上主要的制氢策略是电解水、工业废氢采集、煤化工制氢三条路。

  对于电解水,这根本就是一个伪命题,原因是能源形态从水、电解、出氢、氢氧反应、出电、排水,整个过程就是从水到水,是一个逆向和正向的过程,中间只有能源浪费,并不满足新能源汽车“节能”的出发点。

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  对于工业废氢采集,也非常困难,要满足全社会车用氢气的需求量,一两个工厂是完全不够的,至少80%以上的工业企业都要建立完备的废氢采集体系和安全储氢体系。那么问题来了,废氢是卖不上价的,工业企业凭什么帮你收集?

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  对于煤化工制氢,虽然拥有成本和规模优势,但环保的风险十分巨大。比如,建设一个10万标立米/小时的煤制氢厂,一年下来排放的二氧化碳在80-90万吨左右,不仅通不过环评,而且还与燃料电池减排的本质形成了巨大冲突。

  二是成本高。目前一套80kW质子交换膜燃料电池系统的成本在180美元/kW以上,即便以控制成本出名,丰田Mirai的整套燃料电池系统也接近2万美元。换句话说,燃料电池动力系统成本接近20万元,是传统动力总成(发动机+变速箱)的6-8倍。即便随着后期规模扩大和贵金属铂用量的下降,这个成本在10年内也很难降到6万元以内。

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  三是基础设施投入太大。由于能源形态不同,加氢站难以像充电桩一样形成小场地、分布式布局,也无法形成私人车库加氢桩形式,而必须如同加油站一样独立建立/共建(共建技术规范已制定)。相当于,在加油站、充电站之外,建立独立的第三套能源供给体系,这个基础设施投入太大,一般国家根本承受不起。

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  问题严不严重,不应看现在的情形,而应看是否存在有效解决的思路,只要有思路,解决起来只是个时间的问题。但很遗憾的是,对于制氢、成本、基础设施三大问题,目前暂时还没有看到任何行之有效的解决思路,方案有很多,但都存在缺陷和漏洞。

  二、外企加速应用有其特殊背景

  有读者可能会问,难就不做了吗?人家国外已经应用得风声水起了!我们现在不去抓紧做,贻误了战机谁来负责?

  首先,笔者首先强调,我们不反对做燃料电池,但我们反对操之过急的应用燃料电池!为何这么说?我们先来看看国外搞燃料电池的一些背后考虑。

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  先看看日本丰田。丰田把推广应用燃料电池作为战略性任务来看待,在其规划里面,传统汽车节能减排-混合动力推广-燃料电池应用及普及是三大阶段性部署。所以,丰田早早的把Mirai推向了市场,并开始着手加氢站的建设和试营运。

  再看看韩国现代。早在1998年现代就开始研发燃料电池技术,并在2013年推出了途胜ix FCEV,这款车也成为了全球最先量产的燃料电车车型,拔得了头筹。2018年现代进一步推出了NEXO,采用了全新的燃料电池技术平台,续航里程提升至609km。超过了丰田Mirai的502km,更是超过了本田Clarity的589km。

  如果你认为现代走的早,那就大错特错了,欧洲车企并不甘于人后。1994年奔驰就已推出首款氢燃料电池车——NECAR1,只不过这只是一款概念车而已,续航仅仅只有130km。此后NECAR2、NECAR3、NECAR4、NECAR5、NECAR5.2陆续发布,但都只是概念状态,直到去年奔驰GLC F-cell(插混氢燃料)问世,才算是真正意义上接近实用的产品出手。不光是奔驰,大众、宝马也在抓紧开发燃料电池车型。

  显然,国外的这些车企都在“如火如荼”的进行燃料电池车型开发,一副恨不得明天就要把车拿出来开卖一样。然而静下心来观察,这些车企不过都是在做技术验证,包括丰田在内,并没有明确推广和应用燃料电池车型的具体计划!

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  而更加需要值得注意的是,不管是日本,还是韩国,还是欧洲,它们有着非常相似的国情特征:领土面积狭小。什么意思呢?直白点讲,它们如果要实现全社会的车用能源更替,所花费的代价,远远比不上中国。这也是为何美国在燃料电池上并不是那么积极和热衷的原因。

  三、立足实际,应用并非当午之急

  对于任何一项技术,研发和应用是两个不同层级的概念。研发只考虑技术可行性、可靠性等问题,应用则要结合实际情况来具体问题、具体分析。

  但我们的实际状态,却与这个理念有着很大的差异。在铺天盖地的宣传之下,我们将发展燃料电池的重心放在了如何加快应用步伐之上,却忽略了我们自身的实际情况。

  一是忽略了自身实力差距。丰田、大众、奔驰这些国际巨头,每年拥有数十亿、上百亿美元的利润,远超多数中国车企的营收规模。人家有钱有资本烧燃料电池应用,我们实际上是掏不出这么多钱的(烧也是烧财税的钱并非企业的钱),不能穷跟风。

跨国车企2017年营收及利润情况(亿美元)
车企营收利润
丰田2547168.99
通用166494.27
宝马104175.89
日产108261.23
大众240359.37
本田129256.9
现代
80746.59
福特151845.96
戴姆勒169594.27
制表:汽车之家行业评论员

  二是忽略了应用环境差别。前面已经说到,我国地大物博,幅员辽阔,车辆应用规模庞大,燃料电池在还没有确切有解决三大问题的有效途径之前,我们就贸然突进、加速应用,存在着巨大的路径选择风险。

  三是忽略了燃料电池技术客观发展规律。从技术研发到产品应用,通常有较长的周期。目前国际上普遍认为,燃料电池在乘用车领域进行大规模应用可能要在20年后,如此长周期,我们就开始着力推广应用,是一种技术冒进。

  在这样的忽略面前,我们当前的政策过度将重心放在了补贴上面,对于燃料电池设置了很高的补贴金额,变相引导了车企将应用燃料电池技术作为首要目标,而忽视了在技术储备期,应当以基础研究和专利突破作为重点!

国家对氢燃料电池车补贴基准(万元)
时间乘用车商用车轻客/轻货大客/中重货
2013年2050//
2014年1947.5//
2015年1845//
2016年20/3050
2017年20/3050
2018年20/3050
2019年20/3050
2020年20/3050

  对于推广应用补贴设置这么高,但对于关键技术研发却略显“寒碜”。统计数据显示,十三五国家重大科技专项中,新能源汽车专项共计投入资金才28亿元,其中分到燃料电池汽车的不到一半。与此相比,美国仅在奥巴马期间就投入了高达17亿美元(超百亿人民币)、2010-2015年期间日本政府向NEDO研究组织投入32.4亿元、德国政府计划投入110亿元。研发与应用的着力点差异,可见一斑。

  四、基础研究和专利突破才是关键

  还是拿丰田举例子。丰田发展燃料电池技术的关键在于什么?在于几辆Mirai几个加氢站吗?不是,丰田当前在燃料电池方面最大的功夫,是下在了基础研究(包括理论、材料、技术构型等方面),是下在了专利储备方面。

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  『数据来源:Innography.com』

  也就是说,丰田并没有过早拿应用当回事,在其战略规划里面,直到2050年燃料电池都只占很少一部分。在此之前,扎稳根基才是它最想做的事,用中国古代的话讲,这是“广积粮、高筑墙、缓称王”。

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  所以,我们应该把部署的重心做出重大调整了!必须紧紧瞄准基础研究和专利储备上面下功夫,将资源向在这两方面做出战略性倾斜。具体而言,最要紧的事就是尽快调整补贴政策对燃料电池车型的设计,将购车补贴全面转为基础研究和专利突破的扶持上去,留适当财政资金用于规定区域的少量车型使用和验证补贴。

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  在这一期间内(至少十年),我们必须将膜电极、电堆、质子交换膜等核心部件相关的技术和专利尽可能的掌握齐全,做到与全球先进水平同步。在此之后,再视实际情况变化,对燃料电池应用做出相应的、合适的部署。有了核心技术,推广应用都是轻而易举的事情。

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  全文总结:

  说了这么多,其实笔者就一个意思,我们现在过度纠结于燃料电池推广应用,将补贴过度导向前端购车,忽视基础技术是一个本末倒置的行为,政策也好车企也好,不要被国外车企极为稀疏的应用案例带偏了方向,要注意到它们真正的重心所在。不然即便用天量补贴来建立一个规模上光鲜、数据上亮眼的燃料电池应用样板,也必定是一个无基之塔、浮泛无根,迟早会被空心化害得顷刻倒颓。

编辑:齐少恒

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