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氢燃料才是新能源汽车动力最终解?

  • 作者: 陈亮YC
  • 2021-11-19 15:02
  • 3599

全国乘联会最新数据显示,今年10月份新能源乘用车零售销量达到32.1万辆,同比增长141.1%;前10个月零售销量为213.9万辆,同比增长191.9%,渗透率达到13%,实现对燃油车市场的替代效应,并拉动车市加速向新能源化转型的步伐。

截止到今年10月份,国内氢燃料电池汽车保有量为8305辆,对于汽车行业来讲,尽管这个数字不大,但是从2016年开始就在逐年提升,氢燃料电池车还处于初期阶段,尤其是在2020年,受疫情影响,氢燃料电池车销量还有所下滑。与纯电动车相比,氢燃料电池车当前的保有量差距无疑是巨大的,这一点与纯电动车保有量之于燃油车有些类似。

众所周知,纯电动车二氧化碳排放量尽管为零,但其所需要的电,仍然是以化石燃料转化而来,并不算真正意义上的清洁能源。在努力完成“双碳”目标前提下,清洁能源的使用显得尤为重要。

值得注意的是,国家相关部门陆续出台文件,支持推动燃料电池汽车的发展。近日,中共中央、国务院陆续正式发布《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》以及《2030年前碳达峰行动方案》,确保能够实现“到2030年,新增新能源、清洁能源动力的交通工具比例达到40%左右”的目标。

氢燃料电池汽车是新能源汽车的重要技术路线之一,近年来也受到国家政策的大力支持,迎来重大发展机遇。根据《节能与新能源汽车技术路线图2.0》规划:到2025年,氢燃料电池汽车保有量达到10万辆左右,加氢站数量达到1000座以上;到2035年,氢燃料电池汽车保有量达到100万辆左右,加氢站数量达到5000座以上。

大力发展氢燃料电池车已然成为了新能源汽车的重要方向。

真正零排放

传统燃油汽车核心是三大件——发动机、变速箱、底盘,纯电动车核心则是三电系统(即电池、电机和电控)。纯电动车用电池提供动力,电机作为传动系统驱动车辆行驶。

简单理解,就是把电能转换为机械能,由于不需要复杂的传动结构,驾驶起来更容易且基本无噪音,同时也确实是“零排放”,但是要打上一个引号。

和纯电动车相比,氢燃料电池车优势十分明显,第一体现在环保层面,氢燃料通过氢气燃烧获得动能,属于真正的清洁能源;第二体现在补能上,氢燃料电池车所采用的氢气罐仅仅只需要3-5分钟就就可以充满,这在很大程度上解决纯电动车充电时间过长的问题;第三体现在工作效率上,氢气燃烧获得的能量密度及效率远高于当前的纯电动汽车;第四则是体现在能源结构上,真正意义上缓解对化石燃料的依赖。

不过从目前来看,氢燃料电池汽车的普及推广主要有三大难点,第一是加氢站的建立;第二是氢气罐的安全性;第三是燃料电池的成本高。

在国外

在新能源汽车技术路线上,日本车企以保守著称,当然从另一角度来说,就是待产品成熟才会向市场推广,丰田汽车作为全球车企领头羊,对于新能源车的发展有着不同的看法。汽车社长章男曾多次公开表示,在其技术路线上,氢燃料电池是未来的主攻方向。本田在该领域同样也有所布局,其氢燃料电池车CLARITY FUEL CELL目前已在日本、美国和欧洲市场发售,续航里程为750km。

马自达则是坚持将内燃机技术开发到极致。

正如创驰蓝天之父——人见光夫所说,“以环保的视角来看,换算成综合二氧化碳排放量,电动车是128g/km,而搭载创驰蓝天发动机的车型是142g/100km,只需要改善10%左右的二氧化碳排放量,就可以达到与电动车(EV)相媲美的环保标准,通过改进新一代发动机就可以实现这个目标。如果电动汽车的电力来源是通过煤炭发电、石油发电产生的,则汽车的环保性能已经超越电动车。”

当然,走路线的毕竟独此一家,很难说有代表性,但是在去年12月份上市的氢燃料电池车Mirai就很有说服力。现款已经是该车第二代车型,储氢罐增加至三个,可携带氢气增加至5.6kg,续航增加30%,达到850km,同时解决了纯电动车的两大痛点——续航和充电时长焦虑。

已经在前不久闭幕的第二届上海进博会中展出,并且在即将到来的北京冬奥会上,将会有140辆承担延庆等山地赛区观众或工作人员的运输任务。

在以为代表的日本市场是如此,在传统汽车工业拥有雄厚实力的德国也是如此。今年上半年,德国联邦交通部长就表示:“德国即将成为一个步入氢能源时代的国家,氢燃料电池是对纯电动汽车的最有力补充。”德国政府的目标是成为全球领先的氢技术强国,打造从氢能的生产、运输到工业应用的完整产业链,以此来减少二氧化碳的排放。

总而言之, “要实现碳中和,敌人是二氧化碳”。

在国内

那么,氢燃料电池车在国内市场发展情况如何?

据了解,从20世纪90年代开始,国家就加大了关于氢能应用方面的研究,2008年奥运会中氢燃料客车的出现便是非常好的证明。经过20多年的发展及应用,我国氢燃料电池行业在2020年迎来井喷之势,去年1月武汉氢燃料电池客车下线;2月,陕西首台氢燃料客车下线;3月潍柴2万台氢燃料电池发动机工厂正式投产;4月上汽氢燃料电池摆渡车入驻机场,氢燃料电池汽车一度有种成为动力电池终极解决方案的感觉,氢燃料电池与三元锂电池、磷酸铁锂电池之争已然开启。

前面提到,氢燃料电池车普及的三大难点。

第一条,关于加氢站的建立,实际已经有了明确规划,如中石化将在未来五年加快发展以氢能为核心的新能源业务,规划布局1000座加氢站/油氢合建站、7000座分布式光伏发电站点。

第二条,氢气罐的安全性问题,在极端碰撞冲击情况下,可以通过监控关键部件加速度等指标,通过系统确认发生碰撞之后开启泄压阀释放氢气、降低气罐压力来避免爆炸。目前来看,实现量产的氢燃料电池安全技术成熟,使用安全有保障。

第三条,燃料电池的成本高,实际上,燃料电池系统国产化程度已从2017年的约30%提升至60%-70%,电堆、膜电极、空压机、氢气循环泵等核心部件均可自主生产,气体扩散层、催化层和质子交换膜等核心材料也在加速研发中,普遍处于送样测试验证阶段,有行业专家分析认为,未来2-3年氢燃料电池产业链有望完全实现国产化供应,这样一来就会大幅降低成本。根据中国氢能联盟《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》(2020年)预测,2035年我国氢燃料电池系统的生产成本将降至当前的1/5(约800元/kW)。

在乘用车方面,国内相关企业进行了相应布局。

长城汽车今年3月份正式发布构建氢能战略,以及氢柠技术。氢柠技术是一套高性价比的车规级“氢动力系统”全场景应用解决方案,是汽车柠檬平台核心技术路线之一。

该技术涵盖了氢燃料电池系统、燃料电池电堆,车载储氢系统及核心关键部件,包括1整套车规级研发体系,3大技术平台和5大性能优势。

作为氢柠技术的核心,3大技术平台包括了氢电平台(HE)、电堆平台(HS)、储氢平台(HP)。其中氢电平台(HE)具有可靠性、耐久性,安全性,环境适应性、大功率,高功率密度的特点。电堆平台(HS)已开发完成第一代单堆额定功率150kW,峰值功率160kW燃料电池金属板电堆,功率密度达到4.2kW/L以上。储氢平台(HP)包括70MPa IV型储氢瓶、70MPa瓶口阀和减压阀,以及储氢系统的集成和控制。

五大性能是指汽车在未来五年内,将重点围绕燃料电池系统全面走向‘五高’,即:高功率(>200kW),高效率(>60%),高温度(>100℃),高耐久(>20000小时)和高互联(新能源+智能网联)。

此外,北汽EU7 FCV、红旗H5氢燃料版、长安CS75 FCV(氢燃料电池)、氢燃料电池SUV、东风风神AX7氢燃料电池版等等均将陆续推向市场。

写在最后:前不久,市出台的《关于支持本市燃料电池汽车产业发展若干政策》,包括整车购置奖励、支持关键零部件发展、加氢站建设补贴、氢气零售价格补贴等六部分政策。如标题中所说,氢燃料电池车才是新能源汽车终极动力解决方案?在某种程度上是可以肯定的,但是纯电动汽车和氢燃料电池车将会在很长时间内实现共存,只有真正摆脱化石能源的依赖才是新能源汽车的正解。

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