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老司机聊新能源燃料电池适合中国吗1

2018-09-17 21:32:47 作者: 0人读过 | 我要赞

老司机聊新能源 燃料电池适合中国吗?

燃料电池的优势

发展新能源汽车的最终目的是实现零污染零排放,达成这一目标的途径是多种多样的,其中最主要的两种是纯电动和燃料电池。我国主推的是纯电动汽车,目前产销量和增长速度均位居世界第一。而我们的邻居日本则对燃料电池汽车青睐有加,对燃料电池技术的研发和加氢站的建设都走在了世界的前列。

最近,丰田、本田、日产等11家日本公司宣布达成协议,将合作成立新公司,大规模战略布局燃料电池车加氢站。这11家公司里,既有汽车巨头,又有能源巨头,还包括金融机构,覆盖了整条燃料电池产业链的上下游。

2017年10月,丰田开始启动氢燃料电池车Mirai在中国的实证实验。同时,丰田还在中国常熟建成了一座70MPa加氢站。

日本车企不但在日本国内大力推进燃料电池产业的发展,还积极向海外扩张。丰田和本田先后在中国投放了燃料电池汽车Mirai和ClarityFuel Cell进行技术验证。

燃料电池有何优势,让日本企业青睐有加呢?

一、燃料电池的优势

在前不久举行的2017东京车展期间,我们全面体验了丰田的燃料电池汽车Mirai。随后,我们又试驾了本田的燃料电池汽车Clarity Fuel Cell。对于燃料电池的优势,我们有很深的体会。

丰田的Mirai是世界上第一款真正实现商业化的燃料电池汽车,它的售价为723.6万日元,另可获得200万日元的补贴。在Mirai之前,也有量产的燃料电池汽车,但是一般消费者只能租赁,无法购买。

燃料电池才是未来? 日本试驾丰田Mirai

在日系车企中,丰田对燃料电池汽车的投入最大,本田次之。本田早在1996年就开始了对燃料电池技术的研究,推出过多款技术验证车型。Clarity Fuel Cell是本田首款正式销售的燃料电池汽车。

终极环保 解析本田Clarity燃料电池汽车

用最简单的话来描述燃料电池动力系统:用氢气储能,用燃料电池堆发电,用电机驱动。所以燃料电池有3大优势:能量密度高、补充能量快、行驶安静平顺。

一辆汽车行驶500km,大约需要37L燃油、6kg氢气或者100kWh的电能

老司机聊新能源燃料电池适合中国吗1

,不同储能介质和设备的体积重量差别很大。锂电池的能量密度最小,燃料电池则介于锂电池和燃油之间。

单纯比较同等能量燃油和氢气的重量,氢气还要更轻一些。但是储存氢气需要高压储氢罐,而储存燃油只需要简单的油箱。从整套储能系统的角度来看,氢气相比燃油还有不小的劣势,但比起锂电池还是有巨大的优势。同时,随着技术的进步,如果今后能用上150MPa甚至更高压的储氢罐,那么燃料电池的能量密度还将大幅提升。

燃料电池相比锂电池的另一大优势是补充能量非常快。燃料电池汽车加注氢气只需要大约3分钟,就可以行驶500km,方便程度和燃油车差不多;而电动汽车即使是快充也需要1个小时以上。

燃料电池汽车最大的优势是加氢非常快。以丰田Mirai为例,它加满5kg氢气只需要3min,可行驶500km。纯电动汽车的充电速度要达到这一水平,需要在3min内充电80kWh,相当于充电功率达到了1500kW。以目前的技术来看,这样巨大的充电功率只存在于试验室里,要实现商用化基本是不可能的。

燃料电池系统的主要作用是储能和发电,驱动车辆前进的是电动机。所以在行驶性能上,燃料电池汽车和纯电动汽车是完全一样的,它们都很安静、平顺,起步都非常快。

纯电动汽车的支持者都非常推崇电动机带来的简洁高效、安静平顺的驾驶体验。燃料电池汽车同样由电动机驱动,所以它也具备纯电动汽车在行驶性能方面的优势。同时,燃料电池汽车还解决了纯电动汽车上电池太重太大、充电时间太长的缺点。看起来,燃料电池汽车似乎是完美的新能源汽车,那它为何没能成为当下的主流呢?

燃料电池的技术难点

二、燃料电池的技术难点

人们对纯电动汽车有所诟病的地方,在燃料电池汽车上都得到了完美的解决。那么为何燃料电池还没有成为新能源技术的主流呢?技术上的诸多难点是一个重要的原因。

为了配合阿波罗登月计划,研发适合月球车的动力系统,通用在1966年推出了世界上的首款燃料电池汽车ELECTROVAN。

ELECTROVAN的货仓被储氢罐、储氧罐、燃料电池堆所占据(为了应对月球上的环境,必须配有储氢罐),整套动力系统的重量达到了1655kg,整车重达3220kg。

ELECTROVAN实在太重,而它的燃料电池堆功率又太小,导致这辆车从静止加速到100km/h需要长达30s的时间。另外,货仓被燃料电池系统占满,让它几乎没有实用性可言。在ELECTROVAN诞生后的几十年里,燃料电池一直在沉寂之中,它面临两大挑战:减小整套系统的重量和体积、提升燃料电池堆的功率。直到最近十年,燃料电池才重新走入了人们的视野。

日系厂商在燃料电池技术上走在了世界的前列。丰田Mirai、本田ClarityFuel Cell均在不影响车内空间和实用性的前提下实现了不错的性能和长距离的续航里程。

以丰田Mirai为例,它的燃料电池堆重量仅56kg,体积仅37L,输出功率却达到了114kW。同时,它采用了70MPa的储氢罐,可以在有限的体积内容纳更多的氢气,实现更长的续航里程。

虽然日系厂商在燃料电池技术上取得了不小的突破,但是在新能源汽车最大的市场——中国,燃料电池技术依然非常落后。

按中国目前的燃料电池技术,要把一套燃料电池系统放进一台常规的乘用车里问题不大,但是性能就比较难让人满意了。图为2017上海车展上一家中国公司展出的燃料电池汽车。

这台车所采用的燃料电池堆尺寸为846mm×421mm×364mm,重量90kg,输出功率30kW。和Mirai的燃料电池堆相比,它的体积大了250%,重量重了61%,功率却只有Mirai的26%。

另外,在储氢罐方面,中国目前还造不出70MPa的产品,国产燃料电池汽车采用的都是35MPa的储氢罐。为了保证续航里程,储氢罐的体积很大,所以国内的燃料电池汽车以大巴为主。

在11月份举行的2017广州车展上,上汽大通的FCV80燃料电池汽车正式上市,售价为130万元,补贴之后售价30万元。FCV80是国内第一款正式上市销售的燃料电池汽车。

通过上汽大通FCV80,我们可以更加直观地看到中日燃料电池技术之间的差距。打开FCV80的尾门,我们可以看到储氢罐占据了车尾相当大的空间,影响了实用性。这就是35MPa储氢罐带来的劣势。

在底盘下方,还有一块体积很大的锂电池组。FCV80的电池容量达到了14.3kWh,而日系燃料电池汽车的锂电池容量往往只有1kWh左右。这是因为中国的燃料电池堆功率不够,需要锂电池来补充。

中国的燃料电池堆输出功率较小,一般只有不到50kW,而电动机的功率往往超过100kW。也就是说,当你全力踩下加速踏板,电动机无法全力输出,因为燃料电池堆提供的电流是不够的。那怎么办呢?只好增加一块大容量的电池,来补充额外的电流。

日系厂商在燃料电池技术上一骑绝尘,显然影响到了其他国家研发和推广燃料电池的热情。2015年,丰田宣布开放5680项燃料电池方面的专利。不过这些专利对中国企业的帮助似乎不大。

中国是否该发展燃料电池

三、燃料电池适合中国吗?

前面说到的是燃料电池在技术方面的难点。如果国家真的要大力发展燃料电池,那么我相信这些难点在几年内是可以被攻克的。但是要推广燃料电池,面临的困难不仅仅是技术方面的,更多的挑战在于产业链的上下游,包括氢气的生产和运输、加氢站的建设。

日本的燃料电池产业之所以强大,是因为它们很早就确立了氢能源社会的长远规划。日本是目前世界上唯一在家庭中大范围使用燃料电池的国家,从2002年开始,日本就陆续发布了许多促进氢燃料电池发展的政策。日本在燃料电池汽车方面的领先,是整个国家发展战略的产物。

在日本燃料电池汽车上市不过3年,而普通家庭使用氢能源已近10年。ENE-FARM家用热电共生系统利用天然气提取氢气,注入燃料电池中发电,再用发电时产生的热能来供应暖气和热水。

ENE-FARM系统于2009年上市。到2015年,价格下降了一半,装机量超过14万台。ENE-FARM系统带动了氢气的生产、运输等环节的发展,为日本推广燃料电池汽车提供了前提条件。

在日本,氢气的来源很环保,主要是工业废气和风力发电电解水制氢。

氢气制备完成后,需要压缩、灌装,然后运输到加氢站。

氢气的运输也是整个燃料电池产业链当中的关键一环。图中这种运输车的储氢罐压力为45MPa,相比Mirai上70MPa的储氢罐,成本会低不少,它一次可以装载24.3kg的氢气。

日本的加氢站建设也走在了世界的前列。我们在试驾丰田Mirai的过程中,体验了一次加氢服务,感觉还是非常方便快捷的。

截止2017年8月,日本已建成的加氢站达到了91座。日本政府计划在2020年把加氢站的数量提升至160座,在2025年达到320座。

近100座加氢站对日本这个国家来说并不多。不过单看东京都地区,加氢站已经称得上密集了,满足日常使用的需求完全没有问题。

相比日本,中国发展燃料电池有优势,也有劣势。优势在于,中国的风电资源丰富,但风电不够稳定,很多电能没有进入电,而是浪费了。但是用风电来电解水制氢,则是非常合适的。

但是,中国幅员辽阔,氢气的运输是个大问题。一辆半挂油罐车可以运输30t左右的燃油,换成氢气,却只能容纳数百公斤。同时,高压设备成本不菲,加氢站的建设更是需要耗费巨资。

更重要的是,中国有强大的电,但没有日本那样长远的氢能源社会规划。对中国来说,电的问题好解决,氢的问题不太好解决。

目前纯电动依然是新能源的主流,但是日本在燃料电池方面的努力也是我们应该注意的。

我们应该看到,中国在纯电动方面有一定的优势,但是这种优势非常脆弱,它并非基于技术的领先,而是得益于政策的扶持。而在燃料电池领域,中国则大幅落后于世界先进水平。日本车企要做出一款优秀的纯电动汽车是非常容易的事情,但是中国车企在目前则没有制造优秀燃料电池汽车的能力。

从中国的产业结构来看,发展燃料电池并不是一种非常经济的选择,我们不必向日本一样押注燃料电池。但是,新能源产业的路线之争还未尘埃落定,中国的新能源企业有必要未雨绸缪,对燃料电池技术进行持续的研发。

点评:燃料电池虽好,但是不一定适合所有国家。综合各方面来考虑,中国目前选择了纯电动汽车这条路。但是我们也应该持续关注、研究其他的新能源技术,做好足够的技术储备。

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