鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:1145次 | 2019年03月08日
燃料電池汽車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)是互相補(bǔ)充、長(zhǎng)期并存的關(guān)系
李博士畢業(yè)于美國(guó)阿拉巴馬大學(xué)化工系,曾任美國(guó)休斯敦大學(xué)助理教授(博士生導(dǎo)師),現(xiàn)任浙江吉利汽車(chē)研究院有限公司燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)總工程師。在國(guó)內(nèi)外知名研究單位和公司從事燃料電池技術(shù)的研發(fā)近20年,涉及整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈。作為核心成員參與和主持過(guò)8項(xiàng)國(guó)家級(jí)重點(diǎn)項(xiàng)目(中國(guó)和美國(guó)),總資金規(guī)模達(dá)到5000余萬(wàn)元;申請(qǐng)美國(guó)/國(guó)際發(fā)明專(zhuān)利兩項(xiàng),授權(quán)中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利兩項(xiàng),在國(guó)際頂級(jí)和知名學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表論文近30篇,是能源領(lǐng)域排名第一的國(guó)際頂級(jí)期刊(Energy&EnvironmentalScience,影響因子高達(dá)30.067(2017年),>45篇)的稿件評(píng)審專(zhuān)家。
氫能作為目前多能源傳輸和融合交互的紐帶,也被認(rèn)為是目前全球技術(shù)革命的重要方向。您認(rèn)為氫能源是否可以成為未來(lái)社會(huì)的主要能源?從技術(shù)和產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)的角度,目前氫能源和燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展會(huì)呈現(xiàn)出怎樣的趨勢(shì)和特點(diǎn)?
李博士:
發(fā)展清潔的可持續(xù)的能源是國(guó)家能源安全和多樣性的保障。氫能是清潔的可再生能源,其來(lái)源多樣,產(chǎn)量大,而且相對(duì)安全,是未來(lái)清潔、可持續(xù)社會(huì)的理想能源。氫能可以連接諸如太陽(yáng)能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等多種清潔能源,在日常生活和產(chǎn)業(yè)活動(dòng)中普遍利用,從而形成氫能社會(huì)。
氫燃料電池汽車(chē)是終極的清潔能源汽車(chē),是氫能社會(huì)的主要構(gòu)成部分。燃料電池效率高,是氫能發(fā)電的最佳利用途徑,但是目前燃料電池的成本很高,一個(gè)有效降低其成本的方法是提高產(chǎn)量。汽車(chē)是一個(gè)很好的切入點(diǎn),通過(guò)補(bǔ)貼政策,促進(jìn)燃料電池汽車(chē)的規(guī)模化生產(chǎn),從而大幅度降低燃料電池成本,提升其技術(shù),推動(dòng)氫能社會(huì)的建設(shè)和發(fā)展。
燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的最主要特點(diǎn)是技術(shù)含量高且產(chǎn)業(yè)鏈長(zhǎng),其技術(shù)水平和國(guó)家工業(yè)體系及基礎(chǔ)是密切相關(guān)的。
因此我認(rèn)為其技術(shù)水平的提高不會(huì)是一蹴而就的,而是需要一個(gè)積累的過(guò)程;但是其產(chǎn)業(yè)鏈的建設(shè)可以通過(guò)相關(guān)政策的支持和引導(dǎo)來(lái)加速,如國(guó)家能源規(guī)劃、新能源汽車(chē)補(bǔ)貼政策等。
在中國(guó),大家一致認(rèn)為燃料電池汽車(chē)的商業(yè)化將從商用車(chē)開(kāi)始,因?yàn)樯逃密?chē)的路線固定,在加氫站極度短缺的情況下可以運(yùn)營(yíng);而對(duì)于乘用車(chē)的商業(yè)化,目前沒(méi)有很好的想法。
前些天,我中科院的老領(lǐng)導(dǎo)談了他的想法,他認(rèn)為燃料電池乘用車(chē)應(yīng)該從高附加值的車(chē)型著手進(jìn)行開(kāi)發(fā)和推廣,因?yàn)橘I(mǎi)此類(lèi)高附加值的豪華新能源轎車(chē)的用戶對(duì)加氫站布局的成熟度不敏感。通過(guò)開(kāi)發(fā)高端產(chǎn)品,提高產(chǎn)量并降低成本,進(jìn)而推廣大眾產(chǎn)品。這和特斯拉的推廣策略是一致的,也是有效的。
全球很多大車(chē)企都開(kāi)發(fā)過(guò)氫燃料電池汽車(chē),為何只有韓國(guó)現(xiàn)代汽車(chē)、日本豐田和本田三家車(chē)企實(shí)現(xiàn)燃料電池乘用車(chē)的量產(chǎn)并商業(yè)化?為何近期全球各大車(chē)企都紛紛投資電動(dòng)汽車(chē)?
李博士:
氫燃料電池汽車(chē)是終極的清潔能源汽車(chē)。近二十年里,全球大多大車(chē)企都嘗試過(guò)開(kāi)發(fā),但是因?yàn)槠浼夹g(shù)難度高、產(chǎn)業(yè)鏈長(zhǎng),性能和成本一直很難達(dá)到商業(yè)化的標(biāo)準(zhǔn),因而很多車(chē)企都淺嘗則止。投入研發(fā)資源較多和時(shí)間較長(zhǎng)的車(chē)企有美國(guó)通用汽車(chē)、德國(guó)奔馳汽車(chē)、韓國(guó)現(xiàn)代汽車(chē)、日本豐田和本田等車(chē)企,但最終實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)并商業(yè)化的車(chē)企依次是韓國(guó)現(xiàn)代汽車(chē)(2013年)、日本豐田(2014年)和本田(2016年),其中豐田的“Mirai”(“未來(lái)”牌)燃料電池汽車(chē)的技術(shù)最為成熟可靠。奔馳和寶馬公司計(jì)劃分別在2020年和2025年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)和商業(yè)化。
韓國(guó)現(xiàn)代汽車(chē)、日本豐田和本田三家車(chē)企能率先量產(chǎn)和商業(yè)化的原因是在于他們的堅(jiān)持和產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)作。
首先,他們的堅(jiān)持是基于他們對(duì)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)和方向的扎實(shí)的前期調(diào)研和準(zhǔn)確把握。
譬如,豐田汽車(chē)通過(guò)將員工派往全球各大知名燃料電池研究單位開(kāi)展合作來(lái)把握燃料電池技術(shù)的發(fā)展。其次,韓國(guó)和日本的大企業(yè)及財(cái)團(tuán)模式有利于供應(yīng)鏈的培育,從而率先實(shí)現(xiàn)技術(shù)和成本達(dá)到商業(yè)化的目標(biāo)。
韓國(guó)現(xiàn)代和日本豐田的成功開(kāi)啟了全球氫燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)化的序幕,目前還處于產(chǎn)業(yè)化的導(dǎo)入期,其發(fā)展速度受制于加氫站網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。加氫站網(wǎng)絡(luò)建設(shè)是一個(gè)從0到1的過(guò)程,而電動(dòng)車(chē)所需的電網(wǎng)已經(jīng)存在,其充電站的建設(shè)實(shí)際上是一個(gè)1到100的過(guò)程,因而電動(dòng)汽車(chē)的前期發(fā)展比較容易,這也是為何近期全球各大車(chē)企都紛紛投資電動(dòng)汽車(chē)的主要原因。當(dāng)然,各大車(chē)企也都關(guān)注和重視燃料電池汽車(chē)的開(kāi)發(fā),只是時(shí)間表有所不同。
你怎么看燃料電池汽車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)之間的關(guān)系?未來(lái)的發(fā)展路徑,是否是氫燃料電池汽車(chē)會(huì)與純電動(dòng)汽車(chē)長(zhǎng)期并存?
李博士:
業(yè)界較一致的觀點(diǎn)是燃料電池汽車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)是互相補(bǔ)充、長(zhǎng)期并存的關(guān)系。一般認(rèn)為燃料電池技術(shù)適合重型的、長(zhǎng)續(xù)航里程的汽車(chē);而目前的鋰離子電池則適合輕型的、較短續(xù)航里程的汽車(chē)。這可以從增加續(xù)航里程的模式來(lái)理解,即要增加續(xù)航里程,電動(dòng)汽車(chē)需要增加鋰離子電池,其增加是線性的;而燃料電池汽車(chē)則只需增加氫氣瓶的體積或數(shù)量即可。一般認(rèn)為350-400公里的續(xù)航里程是一個(gè)分界點(diǎn)。
張家口“11·28”重大爆燃事故曾一度將氫能推向輿論的風(fēng)口浪尖。隨后的調(diào)查顯示,氫能與該事故并無(wú)關(guān)聯(lián)。但由此也引發(fā)了各方對(duì)氫能安全問(wèn)題的高度關(guān)注,正在提速發(fā)展的氫能行業(yè)應(yīng)該如何更好提升安全性?
李博士:
首先,安全總是第一位的。發(fā)展新能源汽車(chē)首先要考慮的是安全。普通大眾對(duì)氫氣的認(rèn)識(shí)是易燃易爆的,有人甚至把氫氣和氫彈聯(lián)系在一起。實(shí)際上,從專(zhuān)業(yè)角度去了解,氫氣是比汽油和天然氣都安全的,這主要緣由氫氣的極強(qiáng)逃逸和擴(kuò)散能力。
氫燃料電池汽車(chē)已做過(guò)很多安全試驗(yàn),譬如碰撞、槍擊、火烤等,都不會(huì)引起爆炸,而且氫氣泄露燃燒的火焰是快速上升的,不會(huì)引起汽車(chē)的二次燃燒,坐在車(chē)內(nèi)的人員是安全的。近二十年來(lái),估計(jì)有上萬(wàn)輛燃料電池汽車(chē)在路上測(cè)試,還沒(méi)有爆炸事件的報(bào)道。
氫能行業(yè)和氫燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展除了技術(shù)上對(duì)安全進(jìn)行嚴(yán)格要求外,對(duì)大眾的氫氣安全知識(shí)的科普也必不可少,即向大眾闡明氫氣是相對(duì)安全的原理以及如何安全地使用氫氣的知識(shí)。
您認(rèn)為中國(guó)在發(fā)展氫能和燃料電池產(chǎn)業(yè)方面,在全球范圍內(nèi)處于怎樣的位置?有哪些機(jī)遇和優(yōu)勢(shì),又存在哪些問(wèn)題亟待解決?
李博士:
我認(rèn)為中國(guó)的氫能和燃料電池產(chǎn)業(yè)在全球范圍內(nèi)在技術(shù)上處于中流的位置,而在規(guī)模上則處于第一梯隊(duì)。氫能和燃料電池的技術(shù)水平和國(guó)家工業(yè)體系及基礎(chǔ)是密切相關(guān)的,目前高端的氫能設(shè)備都來(lái)自國(guó)外供應(yīng)商,譬如35MPa壓力的加氫站零部件已經(jīng)國(guó)產(chǎn)化,但70MPa壓力的加氫站零部件則仍然依靠國(guó)外供應(yīng)商。國(guó)際上氫燃料電池產(chǎn)品的功率密度一般在3.0kW/L以上,而國(guó)內(nèi)同類(lèi)產(chǎn)品的普遍水平是在2kW/L。但是,中國(guó)的氫能和燃料電池產(chǎn)業(yè)在規(guī)模上又是巨大的。首先中國(guó)是產(chǎn)氫大國(guó),2015年產(chǎn)氫氣2200多萬(wàn)噸,占世界總量的34%。
很多地區(qū)都有富余的氫氣,如寧波每年有7.23萬(wàn)噸的富余氫氣可供燃料電池汽車(chē)使用。此外,中國(guó)目前的棄風(fēng)、棄光現(xiàn)象非常嚴(yán)重,2016年全國(guó)棄風(fēng)棄光電量達(dá)到1100度,折合氫氣220億標(biāo)準(zhǔn)立方米(197萬(wàn)噸),這些氫氣非常廉價(jià)。其次,在全球氫能和燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)大發(fā)展趨勢(shì)和中國(guó)政府相關(guān)利好政策的情況下,中國(guó)的氫能與燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展。2018年是中國(guó)燃料電池汽車(chē)的元年,全年燃料電池商用車(chē)的產(chǎn)量超過(guò)1500輛。預(yù)計(jì)在2025年達(dá)到5萬(wàn)輛,2030年達(dá)到100萬(wàn)輛。
中國(guó)氫能和燃料電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有很多機(jī)遇和優(yōu)勢(shì)。
首先是政策上的利好。國(guó)家發(fā)改委和能源局于2016年頒布了《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃(2016-2030年)》,將氫能和燃料電池技術(shù)列入十五項(xiàng)重點(diǎn)發(fā)展技術(shù)。
同年,中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)發(fā)布了《節(jié)能與新能源汽車(chē)技術(shù)路線圖》,提出了全國(guó)燃料電池汽車(chē)的發(fā)展目標(biāo),即2020年達(dá)到5000輛(示范運(yùn)行),2025年達(dá)到5萬(wàn)輛,2030年要達(dá)到100萬(wàn)輛(大規(guī)模推廣)。與此相應(yīng),國(guó)家和20多個(gè)省市已發(fā)布了燃料電池汽車(chē)的規(guī)劃和補(bǔ)貼政策,國(guó)補(bǔ)對(duì)于燃料電池乘用車(chē),給予20萬(wàn)元/輛的補(bǔ)貼,對(duì)于燃料電池小型貨車(chē)和客車(chē),給予30萬(wàn)元/輛的補(bǔ)貼,對(duì)于燃料電池大中型客車(chē)和中重型貨車(chē),給予50萬(wàn)元/輛的補(bǔ)貼;相應(yīng)的地補(bǔ)與國(guó)補(bǔ)的比例范圍在0.2-1。
這些利好政策極大地推動(dòng)了氫能和燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)。但是仍然有很多問(wèn)題需要解決。
首先是氫氣的安全法規(guī)和管理辦法的改革。中國(guó)的氫氣安全法規(guī)比國(guó)際上的要嚴(yán)格很多,這嚴(yán)重阻礙了氫能和燃料電池產(chǎn)業(yè)在中國(guó)的發(fā)展。
目前國(guó)家層面正在參照國(guó)際的安全法規(guī),推動(dòng)將氫氣從危險(xiǎn)化學(xué)品轉(zhuǎn)為能源產(chǎn)品進(jìn)行管理的改革。改革的成功將會(huì)直接推動(dòng)氫能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)展,進(jìn)而推動(dòng)氫能和燃料電池產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展。
其次是要加強(qiáng)核心技術(shù)的開(kāi)發(fā)以及產(chǎn)業(yè)鏈的培育。氫燃料電池汽車(chē)的核心是燃料電池,而燃料電池的核心是材料(質(zhì)子交換膜、催化劑、碳紙或碳布擴(kuò)散層以及雙級(jí)板等)與組件(三合一電極與雙極板)及規(guī)模化制備工藝。
目前國(guó)內(nèi)燃料電池汽車(chē)產(chǎn)品中的燃料電池基本都采用國(guó)外公司的材料和組件,因此中國(guó)要發(fā)展氫能和燃料電池產(chǎn)業(yè)必須加強(qiáng)核心技術(shù)的開(kāi)發(fā)。同樣,我們?nèi)剂想姵叵到y(tǒng)的輔助系統(tǒng)的關(guān)鍵零部件如離心式空壓機(jī)、氫氣瓶及其瓶口組合閥等也大多是國(guó)外公司的產(chǎn)品,因此也必須加強(qiáng)開(kāi)發(fā)投入,培育產(chǎn)業(yè)鏈。只有這樣,我們的氫能和燃料電池產(chǎn)業(yè)將不受制于別人。
結(jié)語(yǔ):李偉博士,在國(guó)內(nèi)外知名研究單位和公司從事燃料電池技術(shù)的研發(fā)近20年,涉及整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈,包括氫氣的制備和提純;質(zhì)子交換膜燃料電池關(guān)鍵材料(膜和催化劑)、關(guān)鍵部件以及電堆和輔助系統(tǒng)的研發(fā)、設(shè)計(jì)與制備;燃料電池的仿真模擬;車(chē)用燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。掌握了氫能與燃料電池行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的國(guó)際前沿技術(shù),擁有產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化的豐富經(jīng)驗(yàn),是一位集產(chǎn)學(xué)研為一體的復(fù)合型資深專(zhuān)家。