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中国已将燃料电池视为新能源汽车领域的主要技术方向之一,当下新能源汽车的两大发展主流

点击: 78 次  来源:http://www.shabbyhome28.com 时间:2020-02-15

图片 1 随着人类社会的发展,人们出行需求日益增加,汽车的保有量也越来越大,随之而来的环境保护问题和能源安全问题也迫在眉睫。对此,世界各国政府都在忙着制定燃油车的禁售时间表,鼓励大力发展新能源汽车。各大汽车厂商纷纷响应国家政府号召,开始转型研发生产新能源的汽车产品,跨行业制造商也纷纷加入新能源汽车的研发制造中来。

摘要:目前,中国已将燃料电池视为新能源汽车领域的主要技术方向之一,逐步加大对氢燃料电池领域的重视。预计在未来很短的时间内,即2020年左右,中国氢能产业或将会进入一个爆发期。

新能源汽车的形式是多种多样的,从新能源汽车的定义来看,新能源汽车指的是采用非常规的车用燃料作为汽车的动力来源,或者使用常规的车用燃料,但是采用新型的车载动力装置,综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术,形成有先进技术原理,有新结构和新技术的汽车。因此,新能源汽车的种类和形式多种多样,包括混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车、氢发动机汽车以及燃气汽车、醇醚汽车等等。

氢燃料一直是世界能源领域长期探索的尖端技术,因零排放、清净清洁、续航里程长、适应环境广等诸多优点,被诸多学界人士誉为可能是人类能源利用的最终形态,在未来的产业化过程中有着无限的想象空间。

从目前的市场主流看来,氢燃料电池汽车和纯电动汽车是当今市场研究的主要方向,而关于氢燃料电池车和纯电动到底哪一个是未来的主宰者之争的问题从未停止过。下面,我们就从各方面来分析,氢燃料汽车和电动汽车哪一个在未来的胜算更大。

目前,中国已将燃料电池视为新能源汽车领域的主要技术方向之一,逐步加大对氢燃料电池领域的重视。

当下新能源汽车的两大发展主流

《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书》显示:到2020年,中国氢能产业基础设施目标产值为3000亿元;2050年产值目标为40000亿元,届时,氢能将成为我国能源结构及产业结构的重要组成部分,而汽车市场有望成为氢能源最大的消费端。

当前新能源的两大发展方向中,一方面是以中国为首的电动汽车的发展,在全球大力倡导新能源的趋势下,新能源汽车已经成为我国从汽车大国到汽车强国的一大机遇。我国现已成为全球第一大电动汽车市场,除了国内的自主企业和初创车企纷纷加入新能源汽车的研发制造,国外的汽车巨头在本土转型发展电动汽车的同时,也开始布局中国市场。另一方面,以提倡氢能源为主的美国、日本、韩国、欧盟等国家和地区的氢能技术也已经进入了系统实施阶段。

2017年9月,上海首个氢能源基础设施投资建设运营平台成立,计划在三至五年内建成“环上海加氢站走廊”。规划到2020年,上海将聚集超过100家燃料电池汽车相关企业,于2025年建成50座加氢站,到2030年实现燃料电池汽车技术和制造总体达到国外同等水平,上海燃料电池汽车全产业链年产值突破3000亿元。

根据日本新能源及产业开发机构最新制定的目标,日本的氢燃料电池汽车的续航里程有望延长到目前的1.5倍,到2040年,日本的氢燃料电池车型的保有量有望从现在的2000辆增加到300~600万辆。此外,包括英国政府在内的很多国家也开始制定了氢燃料电池汽车的发展计划,英国计划在2030年前使氢燃料电池车保有量达到160万辆,并在2050年之前使其市场占有率达到30% ~ 50%。

有专家预测,预计在未来很短的时间内,即2020年左右,中国氢能产业或将会进入一个爆发期。

作为宇宙中分布最广泛的物质,氢构成了宇宙质量的75%,也被称为人类的终极能源。氢能大量地存在地球上的海水中,如把海水中的氢全部提取出来,将是地球上所有化石燃料热量的9000倍。氢的燃烧效率也非常高,只要在汽油中加入4%的氢气,就可使内燃机节油40%。作为一种清洁、高效、安全、可持续的新能源,它的应用形式涉及到生活的方方面面,取暖、烹饪、发电、航行器等,尤其在小汽车、卡车、公共汽车、出租车、摩托车和商业船上的应用现已成为焦点。

氢燃料电池的优势

由于电动汽车的发展可能造成废旧动力电池的回收难题,目前已经有声音提出质疑,不该大力发展电动汽车。而发展速度稍慢于电动汽车的氢能源,主要利用水的转换,不会带来像废旧电池回收利用那样的困扰。另外,在能量补充上,电动汽车目前需要耗费大量的时间来进行车辆的充电,也有企业针对此问题通过换电的方案来快速地对电池进行更换,但由于更换电池需要建设大量的换电站,目前在成本方面也受到极大限制。在续航里程上,目前市场上的电动汽车大部分依然面临着续航历程的考验,表现较好的电动汽车续航里程大多在500公里左右,大部分在500公里以内,而在日本韩国的某些汽车公司研发出来的氢燃料电池汽车,续航里程能达到1000公里,并且能实现像传统的燃油车一样3分钟内进行加气。

目前,日本燃料电池车已经进入产业化阶段,产业链上各主要环节具备核心技术,产品技术指标处于全球领先状态。燃料电池出货量和装机规模占全球60%以上,专利数目占全球的50%以上。

从这几点看来,氢燃料电池的汽车确实要比电动汽车拥有更多的发展优势。但目前的状况是,氢燃料电池的发展速度确实远远低于电动汽车,燃料电池的新能源汽车目前成本确实很高,这从国家此前的补贴政策可以看得出来,以我国2017年的补贴政策为例,一辆燃料电池汽车在2017年的补贴高达20多万,而一辆电动汽车的补贴大约在3-5万,这也足以见得目前燃料电池汽车的成本之高。

2018年5月,李克强总理在日本首相安倍晋三的陪同下,来到位于北海道的丰田汽车工厂,参观了氢能源汽车。在参观前李总理详细听取了丰田汽车公司总裁丰田章男有关氢能源汽车的性能和前景的说明,并重点了解氢气压缩储存和加氢站布局等安全问题。

由于氢能在地球上的广泛存在,这种清洁无污染又充足的能源在未来的发展确实大有前途。当前阶段燃料电池汽车不能快速发展的原因,一方面是成本的制约,另一方面,虽然目前氢燃料电池汽车在一些关键技术上已经取得大幅进展,但是氢燃料电池同样需要面临建设基础设施加氢站、在低温条件下车辆的启动问题,以及车辆行驶过程中转化而来的水的排放等问题,这些问题制约着氢能汽车的大规模产业化发展。

丰田公司早在1992年,就开始着手研究氢能源,并在2014年推出了第一辆氢能源汽车,通过在北美地区,以及零下40度的北海道最北端的严寒城市,以及非洲高温地区进行试验性运营,不断地完善后,于2016年,第一代氢能源汽车“未来”正式投放市场。目前该车年产量为3000辆,需要提前1年预订。2020年后,年产预计将会增加到3万辆。

长远来看氢能基建更节省成本

丰田章男曾经提到,汽车诞生已经100多年,从一辆时速只有几公里的交通工具,已经发展到如今时速可以达到300公里,甚至更高的大众化生活用品。那么接下来的100年,汽车应该作为一种什么样的形态存在于我们的人类社会?这是我们需要认真思考的问题。

尽管目前发展氢能源的成本很高,但是,通过专业机构的分析显示,从长远来看,氢能基础设施的建设比投资充电站更节省成本。

自1885年德国工程师卡尔·本茨发明第一台汽车算起,内燃机造就整个汽车工业的历史已达100余年。让人感到沮丧的是,这期间从未有另一种能源动力能够彻底代替内燃机对于汽车的作用。即便是当下如日中天的电动汽车,也因电池技术的限制,存在续航短、重量大、充电慢的短板,被人广为诟病。

当氢燃料电池电动汽车的预定规模在10万辆时,预计加氢基础设施总成本约为4.5亿欧元。而部署相同规模的电池电动车,需要的充电站成本约为3.1亿欧元。然而,由于加氢站相对集中,当部署更多的车辆时,氢能基础设施的成本的就更低一些:一旦有100万辆燃料电池汽车上路,氢能基础设施的成本总计约为19亿欧元,而电池充电基础设施成本则高达到28亿欧元。在把剩余电力转换成100%绿色氢气的过程中,氢气成本可能变得更加昂贵,因为若使用蓄电池的方式,需要安装大规模的储存设施。当氢燃料电池或者纯电动汽车市场渗透率达到2000万辆,对充电基础设施的投资总额将达到510亿欧元左右,而相应的加氢基础设施成本只需要400亿欧元。

氢燃料电池车的出现恰恰可以解决纯电动车存在的痛点。

因此,从长远看来,电动汽车的发展成本其实比氢气更高。当发展100万辆新能源汽车的时候,氢能基础设施的投入成本反而更便宜。从全方位考虑,不管是氢燃料汽车还是电动汽车,其发展目的都是为了实现低碳环保发展和找到未来出行所需的替代能源。电动汽车的发展可能需要大量的电力来源,而电力来源也可能给电网带来更大的电网压力,氢能源的发展,想要获得100%的绿色氢气需要更多的成本投入……

据悉,续航650KM的氢燃料只需3分钟就能填充完毕,相比于即使有Tesla超级充电站加持的特斯拉ModelS,500多公里的续航里程最快也要几十分钟才能充满,更遑论充电时间动辄数小时的普通纯电动汽车。

氢燃料电池汽车PK电动汽车,在未来到底谁更胜一筹?综上所述,不管是先发展电动汽车,再慢慢发展氢燃料电池汽车?还是真的像某些声音质疑的那样不该大力发展电动汽车,应该注重氢能源的发展?或者是两者并驾齐驱?目前,我们要做的,是先去解决这些发展过程中的一个个问题,才能决定到底哪种更符合未来的发展方向!

《氢燃料电池行业研究报告》显示,依据日本氢气的价格,氢能源汽车续航650KM仅需4600日元,约合278元人民币,比汽油的价格更为便宜。且氢气的价格不会像汽油随石油有较大波动,只会随着技术的提升越来越便宜。

此外,氢能源汽车的动力原理简单,由车载氢气与空气中的氧气产生反应生成水,并释放出能量,所以并不产生尾气,可真正意义上实现“零排放”,较其他能源更具环保性。

我国氢燃料电池发展的难点

氢燃料电池其历史可追溯到上世纪50年代,由英国剑桥大学Bacon用高压氢氧支撑了具有实用功率水平的燃料电池。此后,该项技术一直被军方所重视,在20世纪90年代后逐步转为民用。

自此以后,氢能就成为全球能源和交通领域发力的热点,不仅日本,英国、德国、法国、荷兰等国都在大力推出燃料电池汽车,并加大加氢站的建设。

我国虽然也在大力推动氢燃料电池汽车产业的发展,但要实现大规模的市场化推广,还有许多问题需要解决。

4月9日工信部发布的《新能源汽车推广应用推荐车型目录》显示,目录共包括67家企业的178款车型,其中燃料电池产品仅3家企业3款型号,且以货车和客车为主,仍旧没有乘用车的身影。

中国汽车工程学会李主任介绍,与日本成熟的技术相比,我国在燃料电池的关键基础材料,包括零部件、整个高端的集成、电池的寿命、成本、批量制备能力等方面,还存在比较大的差距。

在使用环节上,由于燃料电池汽车比其他汽车更为精密,因此维护成本更高;氢气在制备、储存、运输等过程中也需要更多的技术处理,成本也相应提升;配套设施方面,燃料电池汽车使用需要众多加氢站支持,加氢站由于需要配置大型压缩机等大型设备,成本同样比加油站和充电站更高。

成本层层加码下,过于高昂的费用,使得市场需求不足,进而阻碍了创新技术的研发热情。这些制约国内发展氢燃料的要素,导致中国在相关技术指标上落后于日本。

氢燃料电池发展前景广阔

由于氢能源的大规模应用尚处于导入期,所以燃料电池作为我国新能源汽车“三横三纵”发展路线的重要分支,分外需要政策的支持引导。

氢能是一种普世性的能源载体,氢能产业发展最大的障碍往往不是技术而是基础设施建设。

2014年财政部发布《关于新能源汽车充电设施建设奖励的通知》,其中,对符合国家技术标准且日加氢能力不少于200公斤的新建燃料电池汽车加氢站每个站奖励400万元。

将加氢站纳入补贴范围,可直接刺激配套产业加速发展,预计后续加氢站的建设会取得突飞猛进的效果。据悉,中石化正在对中国的加油站合建加氢站的问题进行全面布局。2030年,国内将建设加氢站1000座以上,满足200万辆燃料电池运输车辆,同时建成3000公里以上氢气长输管。

在此之前,2009年我国就开始对燃料电池汽车实行补贴,其主要形式是免征购置税,同时给予一次性不同额度的优惠。

2018年四部委联合发布《关于调整完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》,与纯电汽车不同,明确燃料电池汽车补贴永不退坡,力度不减,逐步带动燃料电池汽车产业取得实质性进展。

相关数据披露,2006-2017年燃料电池成本由124美元/kW下降至45美元/kW,十年间降幅高达63.7%。随着技术的成熟和成本的下降,加之政策支持,燃料电池汽车在未来成长性极高。

《“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。《节能与新能源汽车技术路线图》明确提出,2020年、2025年和2030年,中国燃料电池汽车的发展目标分别为1万辆、10万辆以及100万辆。

在未来,氢能源燃料电池是全球能源技术革命的重要方向,拥有十几万亿美元级的广阔市场,不仅中国,也是各主要国家大力突破的重要核心产业。这将会是一场伟大的变革,很荣幸的是,我们可作为见证人亲历其中,并成为其中的参与者和受益者。

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