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衣宝廉院士:氢燃料电池汽车 三分天下必有其一

   日期:2017-09-26     来源:能源杂志    作者:王伟    浏览:693    评论:0    
核心提示:2016年12月底国务院出台《关于调整新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》中明确规定,2017年对所有纯电动车推广补贴在2016年补
2016年12月底国务院出台《关于调整新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》中明确规定,2017年对所有纯电动车推广补贴在2016年补贴基础上再降低20%,2016年已对纯电动车补贴进行过20%的下调,2017年再度下调。纯电动车骗补及整体产业链不环保的现实,已引起国家的警惕。关于特斯拉因环保问题而被处罚新闻,点击“原文阅读”:《特斯拉Model S竟然因“排放超标”在新加坡吃罚单》。 电动车滑坡中,唯一补贴不降的是“燃料电池车”。就燃料电池汽车推广使用问题,能源杂志记者采访了中科院衣宝廉院士。
 
2016年12月19日,国务院印发《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》,提出要系统推进燃料电池汽车研发与产业化,到2020年,实现燃料电池汽车批量生产和规模化示范应用。日前,本刊采访了中国工程院院士、国家863《电动汽车重大专项》专家组成员和燃料电池发动机责任专家衣宝廉,请他分析作为真正零排放的清洁能源,氢燃料电池在未来能源版图上,应占据什么地位。在交通和储能领域,业界应当如何抢抓机会实现持续发展,抢占战略制高点。
 
《能源评论》:未来的能源结构将呈现清洁多元的特征。在汽车动力领域,氢燃料电池被视为最清洁的技术,您如何评价其应用和前景?
 
衣宝廉:现代社会需要两种能源系统,一种是固定能源,比如现代电网,另一种是移动能源,如交通领域的汽柴油、天然气、LNG以及燃料电池等。燃料电池在代替油气提供移动动力源(10.500, -0.21, -1.96%)方面,大有作为。原因是,其在拥有高比能量的同时,对环境非常友好,反应后的产物仅仅是水,所以尽管门槛高难度大,人们对燃料电池的预期也很高。据日经BP绿色技术研究所预测,以氢气为能源基础的全球市场规模2020年将达到1000亿美元,2030年接近4000亿美元,2050年接近16000亿美元。
 
在应用方面,除航天、消费电子,最主要的标志性应用就是氢燃料电池汽车,而且因行驶里程长、加氢速度快以及驾乘舒适性、操控习惯和燃油车完全一样,在未来新能源汽车产业竞争中具有很大的优势。
 
《能源评论》:既然氢燃料电池汽车优势这么突出,能在交通领域一统江湖吗?
 
衣宝廉:这需要统筹考虑燃油车、纯电动车的发展才能下结论。
 
搭载锂电池的纯电动汽车的主要问题是,因续航不足引发里程焦虑症。锂电池的能量密度要从每千克160瓦时提升到300甚至500瓦时,是基础材料的系统工程,短时间突破非常困难。而氢燃料电池汽车面临的问题是加氢站不普及、成本需继续下降,这个是规模问题。以丰田“未来”售价为例,扣除政府补贴折合人民币28万元,只比纯电动车贵一点,已经看到了商业化的曙光。
 
未来,氢燃料电池会在国民经济中会起到一个“举氢若重”的作用,至少它可以代替大部分燃油和一部分电池,汽车市场可能是三分天下、三国争霸:氢燃料电池汽车跑长途,发挥大功率优势;市内近郊交通,用锂离子电动汽车;搭载少量电池的混合动力燃油车,可能份额比较小,但也不会终结。
 
《能源评论》:在氢燃料电池应用的另一个重要领域,储能行业是否也存在三分天下的格局?
 
衣宝廉:从大的分类来看,储能技术路线可以分为三种:物理储能、化学储能、电磁储能。在产业格局上,包括氢燃料电池在内的化学储能,是整个储能行业的重要组成部分,而且也是三种路线中市场化程度较高的领域。对氢燃料电池而言,目前尚处在研发和示范阶段,未来随着技术逐渐成熟,将在分布式电站等领域发挥应有作用。
 
《能源评论》:有业内人士对于电化学储能的前景并不乐观,认为其规模和经济性不足,您如何评价?
 
衣宝廉:要全面来看,不能听一面之词,化学储能是一个大型工业体系,从欧美经验来看,化学储能一定要发展,主要是与分布式太阳能电站配套使用,可以小到家庭,大到一栋大楼或者一个厂区,以提供晚间备用能量为主。所以化学储能的优势在于其不受地域限制、灵活方便,其他物理储能技术,不管是飞轮储能、压缩空气储能、还是抽水蓄能,都不可能因地制宜做到小而精、小而美。
 
实现盈利 还需5年
 
《能源评论》:再回到交通领域,有机构认为,因锂电池的技术在逐渐提升,如果氢燃料电池技术无法在20~25年摆脱试水阶段,将可能永远无法成为主流。您如何判断目前氢燃料电池汽车所处的市场阶段?
 
衣宝廉:目前国外主流车企如丰田、本田、奔驰、通用、福特、宝马等虽然不断推出新车型,但氢燃料电池汽车仍处于市场导入期的临界点,尚未进入S型曲线的上升期,实现盈利估计还需要5年左右,上升时点要到2020~2025年,大幅度提高要在2025~2030年。
 
即使是推出“未来”(Mirai)的丰田,也在观望,因为目前的氢燃料电池汽车用户,遇到的焦虑比纯电动汽车还要多。原因就在于加氢站建设成本较高,要大规模铺开不是小事情,所以我们要结合中国的特点考虑发展路径问题。
 
《能源评论》:您认为,比较适宜我国的推广路径是什么?
 
衣宝廉:总体普及推广思路是循序渐进、以大代小。中国的突破路径应首选公交大巴车,其次是轻轨,因为作为公共交通站点,只需在起点和终点各布置一个加氢站,就可以比较少的加氢站先稳定运行起来,达到四两拨千斤的效果。
 
燃料电池轿车,也不能全面布开,可以在特定区,比如北京或者上海选取一个区,进行实验。基础设施方面,可以考虑在加油站旁边建加氢站,将来随着加油站逐渐减少,加氢站扩大,最后加油站转变成加氢站。
 
《能源评论》:《中国制造2025》提出,到2020年要生产1000辆左右的燃料电池汽车,并进行示范运行,其实现路径也是大巴突破?
 
衣宝廉:国内目前用于示范的氢燃料电池汽车已达200余辆,基本都是大巴,累计运行里程十余万公里。《中国制造2025》提出来的1000辆进行示范,也主要是大巴车。原因就在于,大巴对加氢站的依赖较低,1000辆车只需几十个加氢站,而且不集中在一个城市,投资资金也有保证。
 
产业做大 三种精神
 
《能源评论》:在产业化方面,国外有哪些经验值得我们学习?有哪些需要政策层面支持?
 
衣宝廉:国外的体制一般是大企业大投入,一个从事氢燃料电池汽车开发的公司,至少要有10台发动机同时在运行测试。
 
反观国内的情况,几家科研机构都是仅有一套实验装置,还无法实现24小时运行。由于氢燃料电池汽车在短期内不赚钱,无论是私企还是国企都不想在关键技术上投资建厂。未来应坚持研发与产业化同步推进,一是国家要动员私营企业或国有企业在关键材料领域投资建设生产线,实现原材料自给自足,让成本能大幅度下降。二是要尽快进行可靠性和耐久性实验,把产品寿命提升到国际水平。
 
《能源评论》:日本丰田公司声称公开相关专利之后,又表示可出售燃料电池汽车的关键零部件;此前,美国特斯拉公司也宣布公开专利。您认为,他们采取这一策略对国内相关企业有何意义?
 
衣宝廉:不管是特斯拉还是丰田,公开专利肯定是好事,反映出领先企业希望其技术和产品在世界上能够普及的心态,体现了企业家的全球视野和境界,我们大力欢迎。此举确实对产业起到了促进作用,对国内企业而言,一是搞清楚方向,知道了要“向东走还是向西走”。二是能躲过路上的“坑坑洼洼”。但专有技术还要靠自己去解决,对有经验的企业,判断起来就比较容易,进展很会快,不会走更多弯路。
 
这也体现了工程和理论的差别。现在中央提出理论、工程和工匠精神,三者要有机结合,理论和工匠是两个极端,工程介于二者之间,工程既要有理论指导,也要有工匠基础,对工程技术国外企业是不会告诉你的,也是学不来的,得靠自己去摸索,能不能做成,取决于工匠精神的高低,与工业基础、行业积累关系密切。
 
《关于调整新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》附件:
 
 
新能源汽车推广补贴方案及产品技术要求
 
一、新能源客车补贴标准和技术要求
 
(一)新能源客车补贴标准。补贴金额=车辆带电量x单位电量补贴标准x调整系数(调整系数:系统能量密度/充电倍率/节油水平),具体如下:
 
 
(二)新能源客车技术要求
 
1.单位载质量能量消耗量(Ekg)不高于0.24Wh/km·kg。
 
2.纯电动客车(不含快充和插电式混合动力客车)续驶里程不低于200公里(等速法)。
 
3.电池系统总质量占整车整备质量比例(m/m)不高于20%。
 
4.非快充类纯电动客车电池系统能量密度要高于85Wh/kg,快充类纯电动客车快充倍率要高于3C,插电式混合动力(含增程式)客车节油率水平要高于40%。
 
二、新能源乘用车补贴标准和技术要求
 
(一)新能源乘用车、插电式混合动力(含增程式)乘用车推广应用补贴标准如下:
 
 
(二)新能源乘用车技术要求
 
1. 纯电动乘用车30分钟最高车速不低于100km/h。
 
2. 纯电动乘用车动力电池系统的质量能量密度不低于90Wh/kg,对高于120Wh/kg的按1.1倍给予补贴。
 
3. 纯电动乘用车产品,按整车整备质量(m)不同,工况条件下百公里耗电量(Y)应满足以下要求:m≤1000kg时,Y≤0.014×m+0.5;1000<m≤1600kg时, Y≤0.012×m+2.5;m>1600kg时,Y≤0.005×m+13.7。
 
4. 工况纯电续驶里程低于80km的插电式混合动力乘用车B状态燃料消耗量(不含电能转化的燃料消耗量)与现行的常规燃料消耗量国家标准中对应限值相比小于70%。工况纯电续驶里程大于等于80km的插电式混合动力乘用车,其A状态百公里耗电量满足与纯电动乘用车相同的要求。
 
三、新能源货车和专用车补贴标准和技术要求
 
(一)新能源货车和专用车以提供驱动动力的动力电池总储电量为依据,采取分段超额累退方式给予补贴,具体如下:
 
 
(二)新能源货车和专用车技术要求
 
1. 装载动力电池系统质量能量密度不低于90Wh/kg。
 
2. 纯电动货车、运输类专用车单位载质量能量消耗量(Ekg)不高于0.5 Wh/km·kg,其他类纯电动专用车吨百公里电耗(按试验质量)不超过13kWh。
 
四、燃料电池汽车补贴标准和技术要求
 
(一)燃料电池汽车推广应用补贴标准如下:
 
 
(二)燃料电池汽车技术要求
 
1. 燃料电池系统的额定功率不低于驱动电机额定功率的30%,且不小于30kW。燃料电池系统额定功率大于10kW但小于30kW的燃料电池乘用车,按燃料电池系统额定功率6000元/kW给予补贴。
 
2.燃料电池汽车纯电续驶里程不低于300公里。
 
五、动力电池技术要求
 
新能源汽车所采用的动力电池应满足如下标准要求:
 
1. 储能装置(单体、模块):电动道路车辆用锌空气蓄电池(标准号GB/T 18333.2-2015,6.2.4条/6.3.4条90度倾倒试验暂不执行)、车用超级电容器(标准号QC/T 741-2014)、电动汽车用动力蓄电池循环寿命要求及试验方法(标准号GB/T 31484-2015,6.5工况循环寿命暂不执行)、电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法(标准号GB/T 31485-2015,6.2.8、6.3.8针刺试验暂不执行)。
 
2. 储能装置(电池包):电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第3部分:安全性要求与测试方法(标准号GB/T 31467.3-2015)。
 
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