燃料电池产业化之路该如何拓展

近期,国内燃料电池领域热点不断,产学研领域进行合作的消息频频发布,也让业界对2018年我国燃料电池汽车的发展充满了期待。专家表示,由于氢具有来源广泛、大规模稳定储存、持续供应、远距离运输、快速补充等特点,在未来车用能源中,氢燃料与电力将并存互补,共同支撑起我国新能源汽车产业的明天。

合作共进

2017年12月底,荷兰燃料电池生产商NEDSTACK、系统集成商HYMOVE与苏州华民投资有限公司、张家港同创富瑞新能源产业投资基金企业、张家港悦丰氢能科技有限公司合资成立的车用燃料电池项目正式签约。

据了解,该项目引进国外成熟的车用燃料电池系统技术,研发生产车用燃料电池集成系统,荷兰氢电车用燃料电池项目总投资1.25亿元,注册资金5000万元,开发应用于物流车及大巴车的燃料电池动力系统,投产后年产3000套动力系统,年销售额达12亿元。

2017年12月下旬,潍柴动力发布消息称,与罗伯特·博世有限公司签署战略合作框架协议,就未来合力打造国际一流的燃料电池技术产业链及双方在智能制造领域的合作进行了框架性约定。根据合作协议,双方将建立国际一流的燃料电池汽车技术创新链和产业链,共同合作开发生产氢燃料电池及相关部件。在工业4.0时代,博世将助力潍柴动力建设世界先进、中国领先的数字化示范工厂,提高工厂的智能化、自动化水平。

潍柴动力方面表示,“通过本次合作,公司预期将突破燃料电池商用车的核心技术并实现产业化,形成较大规模的应用,建立国际一流的燃料电池汽车技术创新链和产业链,培育出具有国际竞争力的燃料电池商用车龙头企业。”

2017年12月中旬,石大胜华发布公告称,将与中国石油大学(华东)胜华新能源研究院就氢燃料电池及锂离子电池相关领域进行合作。

该公告表示,双方将整合资金、学术、教育、政府及合作伙伴资源,在氢燃料电池及锂离子电池相关领域开展创新合作。围绕氢燃料电池及锂离子电池相关领域积极吸引国内外高层次科研领军人才,规划、实施一批具有世界先进水平的科研课题并推动转移转化,加快我国氢燃料电池及锂离子电池技术及产业发展;遴选研究院研发的氢燃料电池及锂离子电池技术、材料、工艺、装备等领域原始创新成果,面向应用实施二次研发并转移转化,促进科研成果转化为现实生产力;通过产学研协同的科研项目实施,将中国石油大学(华东)胜华新能源研究院的研究开发力量与石大胜华的成果产业化开发力量紧密结合,积极探索培养创新创业高端人才的新模式。

专家表示,从国际先进水平来看,燃料电池汽车目前已进入商业化导入期。然而,我国在燃料电池汽车研发方面还存在不小差距,加快产学研合作刻不容缓。从多方合作来看,通过技术引进和自主创新相结合的方式,可有效加快我国燃料电池汽车的发展。

优点突出

“与锂电池相比较,燃料电池在车用领域有很多优点,如能量密度高,效率高,零排放,低温启动。”上海交通大学燃料电池研究所所长、中央章俊良表示,从里程数和载重量来看,短途交通及轻载量可以使用锂电池。但只要超过某一个里程数的临界点,燃料电池汽车会比锂电池汽车更具成本优势。“这基本是一个共识。目前,燃料电池各方面的性能都有很大提高。总体而言,已经达到产业化的门槛。”

据了解,燃料电池汽车是利用与电解水完全相反的原理,通过氢气和空气中的氧气发生化学反应产生的电带动发动机运转,从而驱动汽车行驶的。与电动汽车利用已储存的电驱动汽车行驶不同,燃料电池汽车一边发电一边行驶,在行驶过程中仅排出水,不会产生污染空气的有害气体。同时,氢气的能源密度是车载锂离子电池10倍,充一次氢气可以行驶更长的距离,并且燃料电池的能量转换效率比内燃机要高2-3倍。此外,电动汽车需长时间充电,而燃料电池汽车则可以在短时间内完成加气。

氢燃料电池汽车不仅清洁,而且重量轻。一辆续航里程400公里的燃料电池车,仅需50千瓦的燃料电池堆,大约加5公斤的氢气。同时,氢燃料电池还能解决纯电动汽车充电时间长的问题。

作为我国汽车动力系统转型升级和新能源汽车战略的重要方向,我国在燃料电池汽车领域的研究和进展并不晚于国外。经过多年努力,目前我国已经初步掌握了燃料电池电堆及其关键材料、动力系统、整车集成和氢能基础设施的核心技术。

“燃料电池汽车续航里程长、动力性能高、零排放。国家很支持发展燃料电池车,补贴政策是小车20万元,商用车30万元,大巴车50万元。根据规划,燃料电池汽车争取到2030年能达到接近百万辆。目前,新安动力和北京亿华通都宣布可以做到零下30摄氏度的储存和启动,适应2020年张家口冬奥会时用车的要求。宇通客车已开发出第三代燃料电池客车,车里程超过500公里。”中国工程院院士衣宝廉表示,燃料电池汽车是新能源汽车发展的终极方向。

前景可期

除了国家的大力扶持、相关研发的可喜进步、相关企业的不懈努力之外,在衣宝廉看来,我国发展燃料电池汽车具有一个非常大的优势——大量的廉价副产氢。“目前,全国副产氢近千万吨,主要来自于焦炉煤气、合成氨、甲醇、氯碱等化工行业。”

“我国可再生能源利用中存在大量的‘弃风’‘弃光’‘弃水’现象。仅四川、云南两省弃水就超过400亿千瓦时,三北地区弃风达497亿千瓦时。而目前人工制氢的重要途径之一就是水电解氢,如果把上述被弃用的电能利用起来,可制氢300万吨。”衣宝廉说。

在肯定成绩的同时,衣宝廉也坦言,燃料电池汽车生产成本、氢气制备与储运、加氢站建设依然是摆在我国燃料电池汽车面前的“三座大山”。“燃料电池汽车发展到现在,在技术上已经达到一定成熟阶段,但距离商业化推广仍有一段距离。”

在衣宝廉看来,当前燃料电池汽车技术已具备了一定的技术基础,但要进行大规模的市场推广,仍需要满足四大基本条件。首先,燃料电池发动机安全结构要过关,寿命要达到500-10000小时,满足车用要求;第二,燃料电池汽车的售价在扣除政府补贴后,应与锂电池或燃油车接近;第三,要有充足的廉价氢燃料供给;第四,要做到盈利,逐步摆脱政府补贴,实现商业化。

对此,章俊良表示赞同。“目前,国内外燃料电池寿命差距比较大,国际先进水平已经超过5000小时。与此同时,由于主要原材料依赖于进口,造成国内燃料电池电堆生产成本居高不下,相关企业对燃料电池产业链的上游关注度不太,低水平重复投资较多。”

“虽然短时间内,我国燃料电池发展还有不尽如人意之处,但产业化前景可期。从《汽车产业中长期发展规划》到相关地方政府的规划,从科研机构到相关汽车企业的努力,都可以看到我国燃料电池美好的未来。”章俊良说。

在章俊良看来,要想加快推动我国燃料电池产业的发展,就政府层面而言,要大力支持技术发展。对于基础设施建设,应给予各种优惠,尽量避免低水平的重复投资和建设。“要集中精力把产业链的每个环节都做好。”

“学术界要加强原始创新,解决燃料电池大规模产业化的技术瓶颈,要进一步研究超低铂载量膜电极技术,还有长寿的电极板涂层技术。此外,学术界与产业界要加强合作,联合推动成立一些专业化企业,打破关键原材料物件严重依赖进口的局面。”章俊良说。