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氢能前景广阔
2020年11月05日 15:16 来源于 中国石油石化    作者:周 军        打印字号
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  加氢汽车技术不断进步,应用更加广泛,加氢站的建设自然如虎添翼。

 

  加氢3分钟,续航700公里,真正实现零排放……近年来,作为新能源汽车的主要技术路径之一,“氢汽车”正带给人们无穷的想象空间。而随着氢汽车的逐步发展,必将给加氢站的建设增添动力。

  最环保的能源

  氢能被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源,是一种二次能源。其来源多样,能实现终端零排放、环境友好;用途广泛,除发电、发热外还是理想的交通替代能源。

  上世纪70年代起,氢能的独特优势被国际社会瞩目。一些国家积极开发氢能、燃料电池等新一代能源技术。近年来,我国大力支持氢能产业的发展。将氢能应用于汽车行业,打造氢燃料电池汽车,是各方深思熟虑的结果。

  氢燃料电池汽车加注时间短、续航里程长、零排放、无污染,被业界视为传统内燃机理想的替代解决方案。氢能效能高且稳定,仅少量水就能制备出可观的氢气,再转换成电能,简单便利。

  从技术原理看,氢燃料电池由电堆、电控、供氢装置、供空气装置等部件组成。电堆是组成燃料电池的最基础、最关键的核心部件。电堆中的氢气和氧气相遇,发生化学反应产生电。其中的技术难点在于,整个过程必须实现气、水、热、电、力这五个要素的相互协同,才能释放出最大的效能。

  我国是世界上氢资源最丰富的国家,拥有最大的汽车市场。但我国氢燃料电堆技术距离世界领先水平,还有一定的差距。电堆关键技术主要由国际主流车企掌握,电堆设计技术门槛高,对材料、加工工艺等要求极高。想要发展得好,必须依靠自主创新。

  因此,寻找适合的商业化路径不容忽视。

  当下,国内氢能汽车多数采取“锂电池+氢燃料电池”的电电混合模式,未来将向纯氢燃料汽车方向发展。多家国内企业大胆尝试、持续攻关,实现氢燃料电池在大巴车、物流车、重卡、专用车等不同应用场景的产业化应用。

  制氢途径多样

  近年来,随着技术成熟度的提升,我国氢燃料电池技术路线逐渐受到关注,“氢汽车”发展也驶入了“快车道”。

  2019年,氢能首次写进了我国的政府工作报告,要求“推动充电、加氢等设施建设”。国家有关部门密集出台政策,引导并鼓励氢能和氢燃料电池技术的开发利用。全国大部分省区市出台了氢能发展规划,即将到来的2022年冬奥会有望为产业带来新机遇……

  氢燃料电池技术已经逐渐进入产业导入期,前景广阔。国内氢燃料电池汽车的保有量已经超过6000辆。通过这几千辆车逐步做验证,有了支撑,就能促进技术进步、降低成本,为规模化、产业化奠定基础。

  氢燃料电池汽车发展不仅是一个技术问题,而且依赖于整个产业链的支撑,特别是上游的氢气制取、储运以及加氢站等基础设施。只有打造出一体化的产业链,才能进一步推动我国氢燃料电池汽车的产业化和氢能的商业化。

  一般来说,在制氢方面有电解水、煤制氢、天然气制氢等主要方法。

  我国氢能来源广泛,既有大量的工业副产氢气,又有大量的弃风弃光电、低谷电等可供制氢的存量资源。氢制备出来后,需要运输至加氢站并贮存。我国普遍采用20兆帕的气态高压运输,经济性和运输效率较低。

  我国长期把氢归于危化品管理,在一定程度上制约了氢能的利用。只有认可氢的能源属性,按照车用能源进行管理,才能进一步满足氢燃料电池汽车产业化的需要。

  作为氢燃料电池汽车的基础设施,加氢站也需大量新建。据了解,从2006年第一座加氢站落地至今,我国已累计建成了61座加氢站,仅去年一年就建成了30座加氢站。

  建设一座日加氢能力在500~1000千克的加氢站,成本为1500万~2500万元。未来,可采取加氢、加油、充电站混建的方式逐步降低运营成本,扩大加氢站的建设规模。

  国家层面开始重视氢燃料电池汽车基础设施的建设。今年4月,国家能源局发布了《能源法(征求意见稿)》,首次将氢能纳入能源种类。6月,住建部办公厅发布了关于国家标准《加氢站技术规范(局部修订条文征求意见稿)》,拟新增液态氢储存相关内容及技术标准。一系列政策的落地,有望进一步推动我国全产业链的降本增效。

  氢气的制取、储运以及加氢站等产业链各环节,直接决定了氢气的加注价格,即车辆的使用成本。现在氢燃料汽车的能源成本与燃油车差不多,急需通过产业链上游的规模化来降低氢燃料的使用成本。

  打通上下游产业链

  过去10年,我国新能源汽车累计推广超过450万辆,但大部分以纯电动汽车为主。2016年,中国汽车工程学会发布的《节能与新能源汽车技术路线图》预计,我国氢燃料电池汽车累计销量2020年、2025年和2030年,将分别达到5000辆、5万辆和100万辆。

  近年来,我国氢燃料电池汽车销量增速明显。

  我国从2015年仅有10辆,到2019年全年销售2737辆,累计销量达6000多辆,已达成了2020年的阶段性目标。其中,氢燃料电池商用车发展较快,在物流配送、公共出行等领域,实现了氢燃料汽车的商业化落地。乘用车方面,国内一些车企虽然在积极研发,但规模相对较小,占比较低。

  乘用车生产量大,又面向消费端,开发、验证的周期较长。此外,加氢站目前还没有形成网络,使得氢燃料电池乘用车相对纯电动汽车仍然发展较缓。一旦技术突破带动成本的降低,乘用车市场巨大。

  技术层面,我国已经初步掌握了氢燃料电池电堆、空压机等关键材料技术,大部分零部件能实现不同程度的国产化,但与国外先进水平相比仍存在一定的差距。

  氢燃料电池电堆的核心零部件,如催化剂、质子交换膜等,一些关键材料和部件仍依赖进口,核心技术离产业化还有一定的距离。

  今年4月,财政部等公布了《四部委关于完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》,提出争取通过4年左右时间,建立氢能和燃料电池汽车产业链,关键核心技术取得突破,形成布局合理、协同发展的良好局面。技术和产业的全面发展需要一定的沉淀,要从产业持续健康发展的角度出发,不断加大研发投入,把知识成果转化成产业,并通过产学研结合促进创新技术的发展。

  放眼新能源汽车领域,氢燃料电池汽车与纯电动汽车既有一定程度的竞争又相辅相成,关键是要能够形成能源革命的合力,共同驱动一个更加美好的未来。

  作者为中国科技智库副秘书长、中国科学院副教授、作家

  责任编辑:石杏茹

  znshixingru@163.com

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