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衣寶廉院士:氫燃料電池汽車 三分天下必有其一

   2017-09-27 能源雜志

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核心提示:2016年12月底國(guó)務(wù)院出臺(tái)《關(guān)于調(diào)整新能源汽車推廣應(yīng)用財(cái)政補(bǔ)貼政策的通知》中明確規(guī)定,2017年對(duì)所有純電動(dòng)車推廣補(bǔ)貼在2016年補(bǔ)

2016年12月底國(guó)務(wù)院出臺(tái)《關(guān)于調(diào)整新能源汽車推廣應(yīng)用財(cái)政補(bǔ)貼政策的通知》中明確規(guī)定,2017年對(duì)所有純電動(dòng)車推廣補(bǔ)貼在2016年補(bǔ)貼基礎(chǔ)上再降低20%,2016年已對(duì)純電動(dòng)車補(bǔ)貼進(jìn)行過(guò)20%的下調(diào),2017年再度下調(diào)。純電動(dòng)車騙補(bǔ)及整體產(chǎn)業(yè)鏈不環(huán)保的現(xiàn)實(shí),已引起國(guó)家的警惕。關(guān)于特斯拉因環(huán)保問(wèn)題而被處罰新聞,點(diǎn)擊“原文閱讀”:《特斯拉Model S竟然因“排放超標(biāo)”在新加坡吃罰單》。 電動(dòng)車滑坡中,唯一補(bǔ)貼不降的是“燃料電池車”。就燃料電池汽車推廣使用問(wèn)題,能源雜志記者采訪了中科院衣寶廉院士。

2016年12月19日,國(guó)務(wù)院印發(fā)《“十三五”國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》,提出要系統(tǒng)推進(jìn)燃料電池汽車研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化,到2020年,實(shí)現(xiàn)燃料電池汽車批量生產(chǎn)和規(guī)模化示范應(yīng)用。日前,本刊采訪了中國(guó)工程院院士、國(guó)家863《電動(dòng)汽車重大專項(xiàng)》專家組成員和燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)責(zé)任專家衣寶廉,請(qǐng)他分析作為真正零排放的清潔能源,氫燃料電池在未來(lái)能源版圖上,應(yīng)占據(jù)什么地位。在交通和儲(chǔ)能領(lǐng)域,業(yè)界應(yīng)當(dāng)如何搶抓機(jī)會(huì)實(shí)現(xiàn)持續(xù)發(fā)展,搶占戰(zhàn)略制高點(diǎn)。

《能源評(píng)論》:未來(lái)的能源結(jié)構(gòu)將呈現(xiàn)清潔多元的特征。在汽車動(dòng)力領(lǐng)域,氫燃料電池被視為最清潔的技術(shù),您如何評(píng)價(jià)其應(yīng)用和前景?

衣寶廉:現(xiàn)代社會(huì)需要兩種能源系統(tǒng),一種是固定能源,比如現(xiàn)代電網(wǎng),另一種是移動(dòng)能源,如交通領(lǐng)域的汽柴油、天然氣、LNG以及燃料電池等。燃料電池在代替油氣提供移動(dòng)動(dòng)力源(10.500, -0.21, -1.96%)方面,大有作為。原因是,其在擁有高比能量的同時(shí),對(duì)環(huán)境非常友好,反應(yīng)后的產(chǎn)物僅僅是水,所以盡管門檻高難度大,人們對(duì)燃料電池的預(yù)期也很高。據(jù)日經(jīng)BP綠色技術(shù)研究所預(yù)測(cè),以氫氣為能源基礎(chǔ)的全球市場(chǎng)規(guī)模2020年將達(dá)到1000億美元,2030年接近4000億美元,2050年接近16000億美元。

在應(yīng)用方面,除航天、消費(fèi)電子,最主要的標(biāo)志性應(yīng)用就是氫燃料電池汽車,而且因行駛里程長(zhǎng)、加氫速度快以及駕乘舒適性、操控習(xí)慣和燃油車完全一樣,在未來(lái)新能源汽車產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中具有很大的優(yōu)勢(shì)。

《能源評(píng)論》:既然氫燃料電池汽車優(yōu)勢(shì)這么突出,能在交通領(lǐng)域一統(tǒng)江湖嗎?

衣寶廉:這需要統(tǒng)籌考慮燃油車、純電動(dòng)車的發(fā)展才能下結(jié)論。

搭載鋰電池的純電動(dòng)汽車的主要問(wèn)題是,因續(xù)航不足引發(fā)里程焦慮癥。鋰電池的能量密度要從每千克160瓦時(shí)提升到300甚至500瓦時(shí),是基礎(chǔ)材料的系統(tǒng)工程,短時(shí)間突破非常困難。而氫燃料電池汽車面臨的問(wèn)題是加氫站不普及、成本需繼續(xù)下降,這個(gè)是規(guī)模問(wèn)題。以豐田“未來(lái)”售價(jià)為例,扣除政府補(bǔ)貼折合人民幣28萬(wàn)元,只比純電動(dòng)車貴一點(diǎn),已經(jīng)看到了商業(yè)化的曙光。

未來(lái),氫燃料電池會(huì)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中會(huì)起到一個(gè)“舉氫若重”的作用,至少它可以代替大部分燃油和一部分電池,汽車市場(chǎng)可能是三分天下、三國(guó)爭(zhēng)霸:氫燃料電池汽車跑長(zhǎng)途,發(fā)揮大功率優(yōu)勢(shì);市內(nèi)近郊交通,用鋰離子電動(dòng)汽車;搭載少量電池的混合動(dòng)力燃油車,可能份額比較小,但也不會(huì)終結(jié)。

《能源評(píng)論》:在氫燃料電池應(yīng)用的另一個(gè)重要領(lǐng)域,儲(chǔ)能行業(yè)是否也存在三分天下的格局?

衣寶廉:從大的分類來(lái)看,儲(chǔ)能技術(shù)路線可以分為三種:物理儲(chǔ)能、化學(xué)儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能。在產(chǎn)業(yè)格局上,包括氫燃料電池在內(nèi)的化學(xué)儲(chǔ)能,是整個(gè)儲(chǔ)能行業(yè)的重要組成部分,而且也是三種路線中市場(chǎng)化程度較高的領(lǐng)域。對(duì)氫燃料電池而言,目前尚處在研發(fā)和示范階段,未來(lái)隨著技術(shù)逐漸成熟,將在分布式電站等領(lǐng)域發(fā)揮應(yīng)有作用。

《能源評(píng)論》:有業(yè)內(nèi)人士對(duì)于電化學(xué)儲(chǔ)能的前景并不樂(lè)觀,認(rèn)為其規(guī)模和經(jīng)濟(jì)性不足,您如何評(píng)價(jià)?

衣寶廉:要全面來(lái)看,不能聽(tīng)一面之詞,化學(xué)儲(chǔ)能是一個(gè)大型工業(yè)體系,從歐美經(jīng)驗(yàn)來(lái)看,化學(xué)儲(chǔ)能一定要發(fā)展,主要是與分布式太陽(yáng)能電站配套使用,可以小到家庭,大到一棟大樓或者一個(gè)廠區(qū),以提供晚間備用能量為主。所以化學(xué)儲(chǔ)能的優(yōu)勢(shì)在于其不受地域限制、靈活方便,其他物理儲(chǔ)能技術(shù),不管是飛輪儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能、還是抽水蓄能,都不可能因地制宜做到小而精、小而美。

實(shí)現(xiàn)盈利 還需5年

《能源評(píng)論》:再回到交通領(lǐng)域,有機(jī)構(gòu)認(rèn)為,因鋰電池的技術(shù)在逐漸提升,如果氫燃料電池技術(shù)無(wú)法在20~25年擺脫試水階段,將可能永遠(yuǎn)無(wú)法成為主流。您如何判斷目前氫燃料電池汽車所處的市場(chǎng)階段?

衣寶廉:目前國(guó)外主流車企如豐田、本田、奔馳、通用、福特、寶馬等雖然不斷推出新車型,但氫燃料電池汽車仍處于市場(chǎng)導(dǎo)入期的臨界點(diǎn),尚未進(jìn)入S型曲線的上升期,實(shí)現(xiàn)盈利估計(jì)還需要5年左右,上升時(shí)點(diǎn)要到2020~2025年,大幅度提高要在2025~2030年。

即使是推出“未來(lái)”(Mirai)的豐田,也在觀望,因?yàn)槟壳暗臍淙剂想姵仄囉脩簦龅降慕箲]比純電動(dòng)汽車還要多。原因就在于加氫站建設(shè)成本較高,要大規(guī)模鋪開(kāi)不是小事情,所以我們要結(jié)合中國(guó)的特點(diǎn)考慮發(fā)展路徑問(wèn)題。

《能源評(píng)論》:您認(rèn)為,比較適宜我國(guó)的推廣路徑是什么?

衣寶廉:總體普及推廣思路是循序漸進(jìn)、以大代小。中國(guó)的突破路徑應(yīng)首選公交大巴車,其次是輕軌,因?yàn)樽鳛楣步煌ㄕ军c(diǎn),只需在起點(diǎn)和終點(diǎn)各布置一個(gè)加氫站,就可以比較少的加氫站先穩(wěn)定運(yùn)行起來(lái),達(dá)到四兩撥千斤的效果。

燃料電池轎車,也不能全面布開(kāi),可以在特定區(qū),比如北京或者上海選取一個(gè)區(qū),進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。基礎(chǔ)設(shè)施方面,可以考慮在加油站旁邊建加氫站,將來(lái)隨著加油站逐漸減少,加氫站擴(kuò)大,最后加油站轉(zhuǎn)變成加氫站。

《能源評(píng)論》:《中國(guó)制造2025》提出,到2020年要生產(chǎn)1000輛左右的燃料電池汽車,并進(jìn)行示范運(yùn)行,其實(shí)現(xiàn)路徑也是大巴突破?

衣寶廉:國(guó)內(nèi)目前用于示范的氫燃料電池汽車已達(dá)200余輛,基本都是大巴,累計(jì)運(yùn)行里程十余萬(wàn)公里。《中國(guó)制造2025》提出來(lái)的1000輛進(jìn)行示范,也主要是大巴車。原因就在于,大巴對(duì)加氫站的依賴較低,1000輛車只需幾十個(gè)加氫站,而且不集中在一個(gè)城市,投資資金也有保證。

產(chǎn)業(yè)做大 三種精神

《能源評(píng)論》:在產(chǎn)業(yè)化方面,國(guó)外有哪些經(jīng)驗(yàn)值得我們學(xué)習(xí)?有哪些需要政策層面支持?

衣寶廉:國(guó)外的體制一般是大企業(yè)大投入,一個(gè)從事氫燃料電池汽車開(kāi)發(fā)的公司,至少要有10臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)在運(yùn)行測(cè)試。

反觀國(guó)內(nèi)的情況,幾家科研機(jī)構(gòu)都是僅有一套實(shí)驗(yàn)裝置,還無(wú)法實(shí)現(xiàn)24小時(shí)運(yùn)行。由于氫燃料電池汽車在短期內(nèi)不賺錢,無(wú)論是私企還是國(guó)企都不想在關(guān)鍵技術(shù)上投資建廠。未來(lái)應(yīng)堅(jiān)持研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化同步推進(jìn),一是國(guó)家要?jiǎng)訂T私營(yíng)企業(yè)或國(guó)有企業(yè)在關(guān)鍵材料領(lǐng)域投資建設(shè)生產(chǎn)線,實(shí)現(xiàn)原材料自給自足,讓成本能大幅度下降。二是要盡快進(jìn)行可靠性和耐久性實(shí)驗(yàn),把產(chǎn)品壽命提升到國(guó)際水平。

《能源評(píng)論》:日本豐田公司聲稱公開(kāi)相關(guān)專利之后,又表示可出售燃料電池汽車的關(guān)鍵零部件;此前,美國(guó)特斯拉公司也宣布公開(kāi)專利。您認(rèn)為,他們采取這一策略對(duì)國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)有何意義?

衣寶廉:不管是特斯拉還是豐田,公開(kāi)專利肯定是好事,反映出領(lǐng)先企業(yè)希望其技術(shù)和產(chǎn)品在世界上能夠普及的心態(tài),體現(xiàn)了企業(yè)家的全球視野和境界,我們大力歡迎。此舉確實(shí)對(duì)產(chǎn)業(yè)起到了促進(jìn)作用,對(duì)國(guó)內(nèi)企業(yè)而言,一是搞清楚方向,知道了要“向東走還是向西走”。二是能躲過(guò)路上的“坑坑洼洼”。但專有技術(shù)還要靠自己去解決,對(duì)有經(jīng)驗(yàn)的企業(yè),判斷起來(lái)就比較容易,進(jìn)展很會(huì)快,不會(huì)走更多彎路。

這也體現(xiàn)了工程和理論的差別。現(xiàn)在中央提出理論、工程和工匠精神,三者要有機(jī)結(jié)合,理論和工匠是兩個(gè)極端,工程介于二者之間,工程既要有理論指導(dǎo),也要有工匠基礎(chǔ),對(duì)工程技術(shù)國(guó)外企業(yè)是不會(huì)告訴你的,也是學(xué)不來(lái)的,得靠自己去摸索,能不能做成,取決于工匠精神的高低,與工業(yè)基礎(chǔ)、行業(yè)積累關(guān)系密切。

《關(guān)于調(diào)整新能源汽車推廣應(yīng)用財(cái)政補(bǔ)貼政策的通知》附件:

新能源汽車推廣補(bǔ)貼方案及產(chǎn)品技術(shù)要求

一、新能源客車補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求

(一)新能源客車補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)。補(bǔ)貼金額=車輛帶電量x單位電量補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)x調(diào)整系數(shù)(調(diào)整系數(shù):系統(tǒng)能量密度/充電倍率/節(jié)油水平),具體如下:

(二)新能源客車技術(shù)要求

1.單位載質(zhì)量能量消耗量(Ekg)不高于0.24Wh/km·kg。

2.純電動(dòng)客車(不含快充和插電式混合動(dòng)力客車)續(xù)駛里程不低于200公里(等速法)。

3.電池系統(tǒng)總質(zhì)量占整車整備質(zhì)量比例(m/m)不高于20%。

4.非快充類純電動(dòng)客車電池系統(tǒng)能量密度要高于85Wh/kg,快充類純電動(dòng)客車快充倍率要高于3C,插電式混合動(dòng)力(含增程式)客車節(jié)油率水平要高于40%。

二、新能源乘用車補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求

(一)新能源乘用車、插電式混合動(dòng)力(含增程式)乘用車推廣應(yīng)用補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)如下:

(二)新能源乘用車技術(shù)要求

1. 純電動(dòng)乘用車30分鐘最高車速不低于100km/h。

2. 純電動(dòng)乘用車動(dòng)力電池系統(tǒng)的質(zhì)量能量密度不低于90Wh/kg,對(duì)高于120Wh/kg的按1.1倍給予補(bǔ)貼。

3. 純電動(dòng)乘用車產(chǎn)品,按整車整備質(zhì)量(m)不同,工況條件下百公里耗電量(Y)應(yīng)滿足以下要求:m≤1000kg時(shí),Y≤0.014×m+0.5;10001600kg時(shí),Y≤0.005×m+13.7。

4. 工況純電續(xù)駛里程低于80km的插電式混合動(dòng)力乘用車B狀態(tài)燃料消耗量(不含電能轉(zhuǎn)化的燃料消耗量)與現(xiàn)行的常規(guī)燃料消耗量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)應(yīng)限值相比小于70%。工況純電續(xù)駛里程大于等于80km的插電式混合動(dòng)力乘用車,其A狀態(tài)百公里耗電量滿足與純電動(dòng)乘用車相同的要求。

三、新能源貨車和專用車補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求

(一)新能源貨車和專用車以提供驅(qū)動(dòng)動(dòng)力的動(dòng)力電池總儲(chǔ)電量為依據(jù),采取分段超額累退方式給予補(bǔ)貼,具體如下:

(二)新能源貨車和專用車技術(shù)要求

1. 裝載動(dòng)力電池系統(tǒng)質(zhì)量能量密度不低于90Wh/kg。

2. 純電動(dòng)貨車、運(yùn)輸類專用車單位載質(zhì)量能量消耗量(Ekg)不高于0.5 Wh/km·kg,其他類純電動(dòng)專用車噸百公里電耗(按試驗(yàn)質(zhì)量)不超過(guò)13kWh。

四、燃料電池汽車補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求

(一)燃料電池汽車推廣應(yīng)用補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)如下:

(二)燃料電池汽車技術(shù)要求

1. 燃料電池系統(tǒng)的額定功率不低于驅(qū)動(dòng)電機(jī)額定功率的30%,且不小于30kW。燃料電池系統(tǒng)額定功率大于10kW但小于30kW的燃料電池乘用車,按燃料電池系統(tǒng)額定功率6000元/kW給予補(bǔ)貼。

2.燃料電池汽車純電續(xù)駛里程不低于300公里。

五、動(dòng)力電池技術(shù)要求

新能源汽車所采用的動(dòng)力電池應(yīng)滿足如下標(biāo)準(zhǔn)要求:

1. 儲(chǔ)能裝置(單體、模塊):電動(dòng)道路車輛用鋅空氣蓄電池(標(biāo)準(zhǔn)號(hào)GB/T 18333.2-2015,6.2.4條/6.3.4條90度傾倒試驗(yàn)暫不執(zhí)行)、車用超級(jí)電容器(標(biāo)準(zhǔn)號(hào)QC/T 741-2014)、電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池循環(huán)壽命要求及試驗(yàn)方法(標(biāo)準(zhǔn)號(hào)GB/T 31484-2015,6.5工況循環(huán)壽命暫不執(zhí)行)、電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池安全要求及試驗(yàn)方法(標(biāo)準(zhǔn)號(hào)GB/T 31485-2015,6.2.8、6.3.8針刺試驗(yàn)暫不執(zhí)行)。

2. 儲(chǔ)能裝置(電池包):電動(dòng)汽車用鋰離子動(dòng)力蓄電池包和系統(tǒng)第3部分:安全性要求與測(cè)試方法(標(biāo)準(zhǔn)號(hào)GB/T 31467.3-2015)。



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