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新引擎上新赛道 氢能源迎春天

来源:中国科学报 9-21 张双虎

在日前举办的2022世界新能源汽车大会“氢能与燃料电池汽车商业化”主论坛会场里,弥漫着浓浓的氢能产业发展的“春天气息”。

与会专家表达最多的是,氢能产业已成为战略性新兴产业和未来产业的重点发展方向,正迎来重大历史发展机遇期。在“双碳”目标的大背景下,氢能源产业发展似乎在新赛道上搭载了商用汽车的新“引擎”。

引领国际潮流

“总体来看,全球氢能产业尚处于初期示范和商业模式探索阶段。”国家能源局总工程师向海平说,“从我国国情和能源发展实际出发,氢能在能源革命中有重要的战略地位。”

氢能作为二次能源,具有来源多样、终端零排、用途广泛等优势。氢能能够实现电力、热力、液体燃料等各种能源品种之间的跨能源网络协同优化。因此,发展氢能产业对于碳中和目标有着非常重要的战略意义。

一方面,我国“双碳”目标的提出为氢能产业发展提供了前所未有的历史机遇;另一方面,氢能相关技术近年来不断发展成熟,氢能制备、储运的经济成本持续降低。而氢能应用场景的不断丰富,必将进一步牵引氢能应用的产业需求,为氢能提供广阔的发展空间。

“氢燃料电池商用车是中国氢能燃料电池的特色和优势,与10年前纯电动车的发展情况类似,我们正在引领国际潮流。”在当天的主题报告上,中科院院士、龙8国际会员注册教授欧阳明高说。

据国际能源机构(IEA)统计,全球燃料电池商用车基本都是在中国推广的。尤其巴士和卡车,其他国家基本没有,而在中国却成功推广使用。

“能取得引领全球的地位,得益于中国在燃料电池汽车技术方面的进步和一系列应用示范。”欧阳明高说,“和六七年前相比,目前我国燃料电池的寿命、经济性、安全性等各项指标都有大幅度提升。”

2008年北京奥运会时,我国开始氢燃料电池示范应用,从国外进口了十几辆最先进的氢燃料电池大巴,并建成国内首座加氢站。到2022年冬奥会、冬残奥会上,中国已有超过1200辆各类氢燃料电池车参与示范应用,累计运营里程超375万公里。同时,冬奥会示范运营车辆全部使用绿氢,减排二氧化碳2700吨。

国家能源局公布的数据显示,截至2022年上半年,我国建成运营加氢站269座,除甘肃、青海、西藏外,其余各省份至少有一座加氢站,目前加氢站总数已经是世界第一。

截至2022年7月,我国燃料电池车保有量达10561辆,是全球燃料电池车保有量最多的国家。车辆运行涉及全国68座城市,基本上从原来小规模示范进入到商业化推广初期。

“整体来说,在‘双碳’目标和各项新能源政策支持下,在资本助力、产业协同发展、技术进步、基础设施建设带动下,我国很有可能成为全球第一个实现燃料电池汽车产业化、商业化的国家。”北京亿华通科技股份有限公司董事长张国强说。

抓住重要窗口期

“这次冬奥会开始前我们担心氢能的安全问题,压力很大,还专门请国际氢安全国际咨询委员会来把关。”欧阳明高说,“但事实证明,氢能利用是安全、可实用化、可商业化、可规模化的技术。”

作为2008年北京奥运会氢燃料车保障组成员之一,张国强对比两次奥运会氢燃料车使用情况后认为,冬奥会氢燃料电池汽车的示范有两方面意义:一是让全世界看到氢能可以作为一种能源保障人类大规模出行需求;二是通过复杂路况(最低温度零下28摄氏度、最大坡度16度、最高海拔2198米)实现零事故,验证了当前氢燃料电池技术的成熟度。

目前,我国氢燃料电池车保有量超过1万辆,而且通过“以奖代补”的形式,形成了总规模万辆级的5个氢燃料电池车城市群。今后两三年,还有1万辆氢燃料电池车“正在赶来”。

“未来几年是燃料电池车发展最重要的窗口期。”欧阳明高说,“但同时也面临燃料电池效率低、寿命短、成本高等问题。”

欧阳明高解释说,提高效率、降低损耗可以减少氢瓶数量、减轻热管理负担,尤其对商用车来说,不但要面对国外厂商的竞争,还要面对来自纯电动卡车的压力。所以,燃料电池领域要改进材料、电堆和推进系统,通过技术创新解决寿命问题,也要通过规模化和国产化降低成本。

近年来,不少中国企业通过“剥洋葱”的方式,解决了发动机技术、电堆技术、模电极技术难题。欧阳明高说,虽然在某些方面还与国外有些差距,但金属板电堆、石墨板电堆等技术路线都取得了突破,一些典型产品的技术指标已经跟丰田、巴拉德差不多了。

“经过这么多年发展,我们基本掌握了燃料电池相关核心技术,后期随着量的增长,成本会呈指数级下降。”张国强说,“未来产业发展会面临很多挑战,但目前最急缺的是基础设施保障。”

丰田汽车(中国)投资有限公司高级执行副总裁董长征同样认为,要实现燃料电池普及,基础设施建设十分重要。

“现在我国能对应70兆帕的加氢站只有19座,其中能正常商业运营的仅8座。这个数字对于行业来说是远远不够的。再环保的技术,只有普及后才能为环保作贡献。”董长征说,“再如,目前经销商或4S店都不能更换或维修氢瓶,必须返回工厂进行作业,这给客户带来极大不便。今后希望能加快立法、完善监管体系,允许满足安全条件的4S店开展这方面业务。”

以车用为“引擎”

数据显示,目前交通领域用能占能源使用总量的11%,其中大部分为化石燃料;其碳排放也占全国碳排放总量的11%左右。谈及氢能源产业发展,欧阳明高认为,可以通过应用端带动基础设施建设,“氢燃料电池汽车只是一个先导和突破口”。

未来新能源革命,氢和电是两个主要能源载体。二者可以互相转换,既是物质基础又是动力基础。欧阳明高认为,可再生能源、电网、制氢、转换、储氢、运输、储能、应用,每个环节都有很多选择。

“现在我们要应用于重卡和长途客车,再扩展到各种重载交通工具,然后是火车、船舶、飞机。这是发展氢能源的路径。”欧阳明高说。

在本届大会的技术展上,各类氢燃料动力汽车也成为亮点。福田汽车搭载了亿华通240千瓦氢燃料电池发动机的49吨重型卡车吸引了众多参会者的目光。这款车最高满足1000公里以上续航需求,被业内专家认为是我国重卡领域燃料电池的技术突破。

展会上亮相的还有捷氢科技自主设计的大功率质子交换膜燃料电池系统——捷氢启源P4H,系统采用了PROME Smart智能算法,让系统效率大大提升,最高效率可达60%,在25秒内实现零下30摄氏度无辅热的低温启动。该电池系统具有高可靠性、高效率、长寿命等优势,可应用于燃料电池乘用车、客车和中重卡等。

现代汽车带来的NEXO中国版也吸引众多观众驻足。这款氢燃料动力汽车在续航里程及补能方面有着优异的表现,在充满氢后,轻型乘用车工况下续航里程可达550公里,加满氢仅需5分钟,解决了新能源汽车补能时间过长和续航焦虑等问题。

无论是大会的专题报告还是技术展,都能看到氢能正在新能源汽车领域发力,未来车用引擎将进入“氢”时代。

编辑:李华山

2022年09月22日 07:45:39

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