钜大LARGE | 点击量：581次 | 2019年03月12日
中国现阶段将“宝”压在氢燃料电池上可取吗
氢燃料电池车作为面向未来的汽车能源技术，长续航无污染的优点显而易见，但成本居高不下始终是阻碍大规模推广应用的重要原因。与此同时，日本丰田Mirai(参数|询价)的大幅降本引起了全球关注，但在其背后，日本国内家用燃料电池系统（Ene-Farm）的推广是否也起到了重要的降本促进作用？中国是否该效仿该路径来实施相应的推广计划？我们就来研究一下Ene-Farm的相关问题，以期对国内产业发展提供借鉴。
本文作者：胡玉峰，先后从事汽车电控开发、整车试验、节能与新能源汽车产业咨询等工作，曾参与国家863重大项目、工信部“节能与新能源汽车技术路线图”、中国工程院“汽车强国战略”等10余项重大研究/行动，擅长汽车产业评论分析与政策解析。
本期精华导读
★燃料电池汽车成本仍然极高、阻碍乘用车技术应用，但丰田Mirai的大幅降本需要高度重视。
★丰田Mirai成本降低不仅与丰田自身有关，与日本全社会推进的计划也有紧密关系。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
★日本全社会推进的主要方式是Ene-Farm家用燃料电池计划，规模效应对于燃料电池系统降本有明显促进作用。
★从技术原理上讲，虽然Ene-Farm家用燃料电池计划确实存在较好的协同降本作用，但从实际国情出发，我国并不适宜大规模沿用该思路。
★国内燃料电池汽车降本的主要着力点还是车辆本身，社会协同降本的思路可考虑数据中心的不间断发电技术，而非家用。
一、燃料电池汽车的命门：成本
燃料电池车主要是以氢氧电化学反应为动力来源的汽车，具有长续航、零排放、燃料补给速度快、功率大、运行平稳等诸多优点，被广泛视为21世纪终极车用能源技术。但燃料电池车的缺点也同样明显，其中最主要的就是成本太过高昂。
高昂到什么程度呢？高昂到即便是财大气粗的中国，也需要对其进行20-50万元不等的单车补贴（基准），才勉强能进行推广应用。即便如此，国内产量仍然缪缪无几，2018年也才生产了1000多辆。
当然，提到成本，就不得不提丰田的Mirai，作为全球率先量产并投放市场的燃料电池乘用车，其之所以敢站在市场开卖，还是与其成本大幅下降有很大关系：从最初立项的预计售价1亿日元（约600万人民币），到2018年日本国内补贴后售价500余万日元（约30万人民币）。
丰田Mirai之所以能实现如此明显的降本，除了量产规模扩大、混合动力系统大规模应用、系统简化等原因之外，还有一点必须予以重视：整个电池系统的成本是如何降低的？
毕竟，作为整车里面成本最高的部分，燃料电池系统的降本才是关键，无论如何去简化，基于质子交换膜（PEMFC）为核心的电堆系统是不可能被拿掉的。
二、Mirai降本是否借了Ene-Farm的东风？
无独有偶，日本还有另一项产品也用到了以质子交换膜为核心的电堆系统，那就是Ene-Farm（家用燃料电池热电联供系统）。
再翻查一下，原来丰田也有用到这个东西，旗下的爱信精机早就应用了该系统。
具体来讲，爱信精机这套系统采用了SOFC技术路线，也就是我们熟知的固体氧化物技术路线，输出功率700W，发电效率达到了46.5%。不仅是爱信精机，其实东芝和松下也有相关的产品，也就是聚合物电解质的Ene-Farm产品，其中应用到了质子交换膜。
而Ene-Farm的工作原理可以简单概括为：通过天然气制取氢气，再通过氢气发电来提供家庭用的热能和电能，包括热水、暖气、供电等。这套系统从日本政府大力补贴至今，全社会已经推广应用了近30万套。
随着推广规模的扩大，以及几大厂家的竞争加强，整个系统的成本在快速下降，从最初的800万日元降至了目前的100万日元左右，也就是6-7万元人民币/套。
目前还没有确切的统计分析，来确定Ene-Farm的规模化应用对于日本燃料电池车的成本下降到底有多大的促进作用。但可以绝对肯定的是，Ene-Farm中采用的电极、电解质膜、催化剂、分离器等都是汽车通用的关键部件，远超于燃料电池车的应用量对于整个产业链的成本降低作用肯定是极其明显的；同时，Ene-Farm还带动了氢气的生产、运输等环节的发展，形成了产业协同效应。可以说，丰田Mirai的成本降低，Ene-Farm作用功不可没。
三、日本政府大力推动是首要动力
Ene-Farm得到有效推广，与日本政府的关系密不可分：2009年，单套Ene-Farm价格约340万日元，再加上50万日元左右的施工费，但政府给予了140万日元的补贴，因此用户实际负担金额为250万日元左右（约15万人民币），虽然补贴连连下降，但2015年ENE-FARM的合计补贴金额还是达到了222亿日元之多。
之所以日本如此强烈推进，是因为日本的国土资源情况极为特殊，作为一个岛国，日本绝大多数资源或者能源都需要进口，无法实现能源独立。因此强烈的危机感促使日本上下对发展可独立的能源需求极为迫切。
氢能无疑是一个优秀的选项，即便不采用天然气制氢，也可以通过无穷无尽的太阳能/水/核电来电解水制氢，实现社会能源的独立供给，虽然很困难但至少是一个具有可行性的技术选项。
也就是说，在面向未来的可持续发展道路上，日本要想摆脱能源受制于人，氢能社会是不得已押宝又必须押宝的选项：即便赌失败了，也不会有怨言，毕竟没有更好的选项。
四、我国国情不同不能跟风押宝
不管是纯电动也好，插电式混合动力也好，还是燃料电池技术，其本质上都是在解决车用能源的问题，都是在解决能源安全的问题。而我国的资源条件相比日本而言，确实“宽裕”不少。统计数据显示：我国石油探明储量为256亿桶，天然气探明储量超过1万亿立方米，总发电量近6.8万亿千瓦时，短期内还不存在完全依赖进口的情况。
换句话说，为了区区几万辆燃料电池汽车应用规模，现阶段就将“宝”压在氢燃料电池上的做法是不可取的！
进一步来看，Ene-Farm这套技术对于我国当前的国情也并不十分适用。即便现在一套系统的成本也降至接近6万元人民币，对于绝大多数家庭而言也很难负担，购买这套系统，实际上一年仅能省下3000—4000元人民币的电费，需要15年以上才能抵消购买成本。
这对于绝大多数家庭而言，根本就不会接受。或许读者会问，日本为何会得到部分推广呢？单纯是因为家庭更加富裕吗？其实并不是，日本地震频繁，家庭断电是常有的事情，Ene-Farm技术可以不受地震影响，可以连续若干天实现独立发电，这也是很多家庭购买的重要原因。
所以说，不管是经济性，还是必要性，Ene-Farm在我国根本不具备大规模推广的可能性，效仿日本全社会推进、同时实现家用和汽车的协同降本更是难上加难。
五、Ene-Farm局部应用可能性分析
虽然大规模应用并不现实，但不影响Ene-Farm在我国的局部推广。在我国南方，由于全面供暖尚未实现，因此对家庭采暖设备需求正在逐步加大，同时南方天然气资源相对丰富，给Ene-Farm提供了便利条件。
再来核算一下，一套地暖系统目前价格约在2万元左右，每年的采暖所需要的燃气费是2500元左右，按照10年计算，综合采暖成本是45000元。若国内应用Ene-Farm的成本可达到6万元一套，则每年所需的燃气采暖费大致相同，但每年节省的电费可以达到3000元以上，因此10年下来综合成本是5万元左右，与地暖系统相差不大。
加上Ene-Farm的不间断供电特性，对于南方新建的高档小区而言，可以构成很好的吸引力，当然这必须要地方政府联同企业共同推进。
另外，Ene-Farm的不间断供电特性，对于国内日益庞大的大数据企业而言也是很好的参考选项，统计数据显示，国内数据中心的电费已占数据中心运维总成本的60%-70%，而空调所用电费占其中的40%。每年总消耗的电能超过2000亿瓦时。显然，应该合理推动Ene-Farm在数据中心方面的应用。
六、国内燃料电池汽车降本的思路
说了半天的Ene-Farm和社会协同，还是要回到主题上来：车用燃料电池应该如何降本？很明显，效仿日本Ene-Farm的全社会推进已经不是好办法了，那么剩下的事情只能交给自己来做。
笔者的看法是，国内燃料电池车降本要从规模上做起，特别是要从商用车领域做起，再协同到乘用车领域上来。而商用车领域除了各国常见的公交客车以外，还有对大功率有需求的工程用车。
之所以这么讲，是因为我国基础建设的力度还在，未来十年甚至二十年对于工程车的需求都会处于全世界的高位水准，而2018年国内工程车的需求量已经在40万辆左右，这是一个极为庞大的数字。燃料电池功率大、首先替换柴油的特性正好在工程车领域可以得到很好的发挥，加上工程车比较集中的使用场景，加氢问题也能较好的解决。通过工程车的规模化应用，带动整个产业链的发展，带动整个产业链的成本下降，最终将这种成本下降传递到乘用车领域。
还要注意的一点是，乘用车领域我们过于偏向PEMFC质子交换膜技术路线，实际上日产一直在坚持SOFC固体氧化物技术路线。日产的设想是：使用SOFC燃料电池系统作为纯电动的增程发动机，用来弥补纯电动续航短的缺点，当电池即将耗尽时，燃料电池发电机起动为动力电池充电，直至充满。
这种技术路线的好处是，SOFC固体氧化物技术反应慢、工作温度也很高，应对复杂工况时不能实现很好的急速启动，不能很好的变化负荷，但作为有预判缓冲、可恒定输出的增程发动机，恰恰是非常合适。
最后还是那句话，取其精华去其糟粕，不是不学国外，也不是一味的放弃丰田路线去走日产路线，而是要学会正确的师夷长技，这才是强大的根本所在。
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