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[導(dǎo)讀]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。

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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