氫燃料電池是使用氫這種化學(xué)元素，制造成儲存能量的電池。其基本原理是電解水的逆反應(yīng)，把氫和氧分別供給陽極和陰極，氫通過陽極向外擴(kuò)散和電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)后，放出電子通過外部的負(fù)載到達(dá)陰極。
1839年，歐洲科學(xué)家William R.Grove爵士將這一構(gòu)想付諸實(shí)驗(yàn)，發(fā)明了世界公認(rèn)的第一個燃料電池。
在過去的一百多年里，受限于技術(shù)，同時也受內(nèi)燃機(jī)的沖擊，燃料電池未能推廣開來。在交通工具多次演變、環(huán)保和節(jié)能越來越被重視的今天，燃料電池在中國經(jīng)過漫長等待，開始迎來曙光。
8月25日，北京億華通科技股份有限公司(以下簡稱“億華通”)張家口基地首臺氫燃料電池發(fā)動機(jī)正式下線，在當(dāng)天舉行的下線儀式上，億華通副總經(jīng)理、張家口生產(chǎn)基地總經(jīng)理宋海英和清華大學(xué)汽車工程系副主任李建秋教授共同接受了我們的采訪。
氫燃料電池進(jìn)入商業(yè)化提速階段
億華通張家口基地規(guī)模較大，一期產(chǎn)線年產(chǎn)能2000臺，二期年產(chǎn)達(dá)8000臺。作為我國氫燃料電池發(fā)動機(jī)生產(chǎn)企業(yè)的領(lǐng)頭羊，億華通張家口基地的投產(chǎn)是我國氫燃料電池商業(yè)化提速的一個標(biāo)志。
然而，氫燃料電池在我國的發(fā)展是一個循序漸進(jìn)的過程，走到今天并不容易。李建秋教授將我國氫燃料電池的發(fā)展過程分為三大階段：第一階段(約2001年—2005年)，當(dāng)時的燃料電池、動力電池、驅(qū)動電機(jī)等都不成熟，更多是概念性的東西。“當(dāng)時我們(億華通)與福田組裝的第一輛車，燃料電池系統(tǒng)就占了大半個車廂，座位不得不拆掉一部分”，李建秋回憶說。
第二階段(約2005年—2010年)，重點(diǎn)圍繞燃料電池加動力電池這一“電電混合”動力系統(tǒng)開展研究。這個時期，零部件成熟度不斷提高，動力電池、電機(jī)技術(shù)也在提升，尤其是經(jīng)過2008年奧運(yùn)會一整年的示范運(yùn)行，混合動力系統(tǒng)的構(gòu)型基本固定。
第三階段(約2010年—2015年)，針對燃料電池本身的可靠性、耐久性和成本開展攻關(guān)。
現(xiàn)階段(2015年~)國內(nèi)氫燃料電池企業(yè)陸續(xù)建設(shè)生產(chǎn)線并進(jìn)行產(chǎn)業(yè)鏈布局，氫燃料電池向商業(yè)化邁進(jìn)。比如，億華通不僅在張家口投入10億元人民幣建設(shè)氫燃料電池發(fā)動機(jī)生產(chǎn)基地，還計(jì)劃在山東濱州、湖北武漢等地陸續(xù)進(jìn)行布局。
然而，我國氫燃料電池的發(fā)展，在技術(shù)上同國外相比還是存在不小的差距。據(jù)了解，國外質(zhì)子交換膜燃料電池最長壽命已達(dá)到40000~60000小時，我國現(xiàn)在大概5000小時，2020年大概做到10000小時，2025年大概做到20000~25000個小時，到那時氫燃料電池可以做到與車輛等壽命，這將大大提高消費(fèi)者的接受程度。
加氫站難題的破解之道
氫燃料電池汽車的推廣與純電動汽車有所不同，純電動汽車只需在電網(wǎng)覆蓋之處建設(shè)充電樁，即可完成基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，而氫燃料電池汽車則需要建設(shè)加氫站、制氫廠等一系列設(shè)施。建設(shè)加氫站的成本比充電樁要高出許多，這也是燃料電池汽車推廣難的一個重要原因。
李建秋表示，根據(jù)加注氫氣的能力算，一天加注200公斤氫氣的加氫站，不含土地成本，目前需要1000萬人民幣左右。如果要支持70兆帕的加氫站，費(fèi)用會更高一些。
面對加氫站如此高昂的建設(shè)成本，不必望而卻步。業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，加氫站可以新建，也可對現(xiàn)有的加油站進(jìn)行升級改造，加油與加氫可同時運(yùn)營。在氫燃料電池汽車尚未大規(guī)模推廣的階段，以加油為主，這樣可以維持運(yùn)營，在氫燃料電池汽車多起來之后，就以加氫為主。當(dāng)然，在城市中，也可以實(shí)行加氫站與充電站混合運(yùn)營，打造一個“純電驅(qū)動、零排放”的交通體系。
億華通副總經(jīng)理、張家口生產(chǎn)基地總經(jīng)理宋海英表示，在2020年之前，張家口將建設(shè)19座加氫站，并將所有公交車輛換為氫燃料電池汽車。億華通2017年將交付150輛燃料電池汽車給張家口，公司與清華大學(xué)合作建設(shè)制氫廠以及3座加氫站，將于2018年初建成。
氫燃料電池難掩光芒
除加氫站之外，氫燃料電池的生產(chǎn)成本和使用成本也頗受關(guān)注，它的優(yōu)勢也非常明顯。
李建秋表示，目前，氫燃料電池發(fā)動機(jī)的生產(chǎn)成本為10000~15000元/kW;如果生產(chǎn)線全開，年產(chǎn)千臺機(jī)以上，成本會下降到6~8成;如果年產(chǎn)10萬臺，成本則可以下降到1000~2000元/kW，如果按正常速度發(fā)展，億華通2025年可以達(dá)到這一規(guī)模。氫燃料電池發(fā)動機(jī)的生產(chǎn)成本直接影響到氫燃料電池汽車的售價，從而影響消費(fèi)者的購買選擇。
與純電動汽車相比，氫燃料電池汽車的優(yōu)勢比較明顯。比如，冬季氣溫降低，純電動要為空調(diào)等系統(tǒng)供電，其續(xù)航里程必然要打折扣。而氫燃料電池車在不影響續(xù)航里程的同時其產(chǎn)生的余熱為乘客艙保溫，比純電動更加節(jié)能。
此外，氫與電之間的“氫電互動”也是氫燃料電池的一大優(yōu)勢。當(dāng)太陽能、風(fēng)能發(fā)出的電存儲不下時，可以采用電解水制氫，把氫氣作為電能的存儲的載體(無損耗)，用電高峰時，再用氫氣發(fā)電，此為能源端的“氫電互動”;燃料電池也可以在緊急情況下用來為建筑等供電，這則是車載端的“氫電互動”。
純電動和氫燃料電池各有其適用領(lǐng)域。短續(xù)駛里程和緊湊型轎車會以純電動為主，SUV、大型車或續(xù)駛里程在400公里以上者，燃料電池汽車較有優(yōu)勢。未來，燃料電池和純電動將各有其細(xì)分市場，二者相互配合，共同打造“純電動、零排放”的交通體系。
呼喚國家出臺區(qū)域示范政策
2009年元月，國家科技部、財(cái)政部、發(fā)改委和工信部共同啟動了“十城千輛節(jié)能與新能源汽車示范推廣應(yīng)用工程”(簡稱“十城千輛示范”)，通過提供財(cái)政補(bǔ)貼，計(jì)劃用3年左右的時間，每年發(fā)展10個城市，每個城市推出1000輛新能源汽車開展示范運(yùn)行。客觀地講，這一政策為我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈走向成熟并在全球獲得領(lǐng)先地位立下了汗馬功勞。
氫燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展也需要這樣一個過程。據(jù)了解，無論是上汽集團(tuán)、福田汽車、宇通客車這些氫燃料電池整車企業(yè)，還是億華通等氫燃料電池發(fā)動機(jī)生產(chǎn)企業(yè)，都未做到大規(guī)模生產(chǎn)，而規(guī)模化又直接制約著降成本和產(chǎn)業(yè)鏈的形成。因此，氫燃料電池也需要類似“十城千輛”這樣一個示范，選擇氫能資源豐富的區(qū)域，通過規(guī)模化生產(chǎn)，降低成本，形成產(chǎn)業(yè)鏈條。
此外，氫燃料電池相關(guān)企業(yè)在前期需要做大量投入，業(yè)內(nèi)希望在國家補(bǔ)貼不退坡之外，重點(diǎn)區(qū)域的地方政府能夠加大補(bǔ)貼和扶持力度。
氫燃料電池節(jié)能、環(huán)保的特性毋庸置疑，它將是未來電池領(lǐng)域的重要一極，但它的發(fā)展需要政府、企業(yè)和消費(fèi)者的共同呵護(hù)。與國外相比，我國的氫燃料電池發(fā)展還存在差距，這就需要各方努力，尤其是政策上要提供相應(yīng)的支持，培育氫燃料電池發(fā)展所需要的環(huán)境和土壤。
我國氫燃料電池的發(fā)展與國外的差距客觀存在，我國的氫燃料電池發(fā)展好了，這個領(lǐng)域被國外壟斷的概率也就變小了。
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