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20多个城市抢跑氢燃料电池汽车:加氢焦虑被忽视

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抢跑氢燃料电池汽车

中国新闻周刊记者/杨智杰

发于2021.3.1总第985期《中国新闻周刊》

继纯电动车、芯片产业之后,又一个新兴产业——氢燃料电池汽车产业,正频频出现在全国各地的产业规划路线图中,呈现遍地开花的趋势。

据不完全统计,截至2020年底,20多个城市颁布了40多个氢能产业专项政策。中国国际经济交流中心信息部副部长景春梅注意到了这股热潮,“氢能产业横跨能源、材料、装备制造等多个领域,既能有效带动传统产业转型升级,又能催生新产业链,整合带动效果突出。因此,地方政府发展氢能的积极性颇高”。

当地方政府制定了雄心勃勃的产业规划,投入大量财政补贴购置车辆、补贴建设加氢站这些“面子工程”后,很容易发现,产业链前中后端面临的挑战远远超出预想。正如工业和信息化部装备工业一司司长罗俊杰早在2018年指出,“氢燃料电池汽车的发展不仅是一个技术问题,还依赖于整个氢能产业链的发展,而且还要解决成本与管理等一系列问题,某种程度上看,比电动汽车的推广难度可能更大。”

 氢能大国的“加氢焦虑”

氢能逐渐被吹向了“风口”,但是无论是从业者还是普通大众,都无法打消对这种“危化品”的恐惧,这始终困扰着氢能产业的发展。“氢气现在不是作为能源、而是作为化工品被看待,这是全世界的普遍状况,在中国更为突出。按照现在的法规标准,氢气只能在化工区使用,因为它被归类于危险化工品。”中国氢能联盟专家委员会主任、同济大学汽车学院原院长余卓平曾提道。

过去两年,国外加氢站曾发生多起爆炸事故。2019年5月到6月的两个月内,韩国江原道发生氢燃料储存罐爆炸、美国加州圣塔克拉拉储氢罐泄漏爆炸、挪威首都奥斯陆的一处加氢站发生爆炸。2020年,美国北卡州朗维尤一家氢燃料工厂发生爆炸,损毁了附近60处房屋,庆幸的是没有造成人员伤亡。

从已公布的事故调查原因看,多处爆炸是由操作规范和技术流程不严格造成,与氢源无关。近年来,余卓平在多个场合科普氢气,呼吁把氢作为能源来管理,“汽油、天然气都危险,为什么大家能够无障碍使用,是因为有一套人员管理措施,既保证安全,又能大规模使用。”

舜华新能源董事长高顶云见证了国内加氢站的一路发展。2004年,上海开始发展氢燃料电池汽车,有车没站,同济大学团队联合上海航天发起成立了舜华新能源,建设加氢站。高顶云后来出国考察发现,欧美日参数图片)韩重点发展燃料电池乘用车,加氢站普遍小而精,国内的技术路径则是优先发展商用车,加氢站从技术装备到外观,都设计得偏工业化,讲究规模。

日本拥有140多座加氢站,全球领先。高顶云注意到,日本的加氢站往往建在幼儿园、住宅楼旁边。“我们加氢站的标准现在已经挺全的,只是一些标准跟国外相比,相对保守。”

2020年,《中华人民共和国能源法(征求意见稿)》明确氢能的能源属性,但对于氢能从业者来说,这个节奏仍需提速。

统计显示,目前国际制氢年产量6300万吨左右,中国每年产氢约2200万吨,占世界氢产量的三分之一,成为世界第一产氢大国。“虽然中国是第一产氢大国,具有丰富的资源基础,但国家层面仍然没有给予氢能明确定位。氢只是作为新能源汽车产业发展的一部分,缺乏战略规划。”余卓平表示。

不少发达国家将氢能产业作为国家能源转型、产业创新以及疫情中实现经济复苏的抓手。从全世界范围来看,目前大约有50个国家对氢燃料电池有战略布局。国内的发展节奏也在近几年提速,2019年,“推进充电、加氢等设施建设”首次被写入两会《政府工作报告》。2020年9月,财政部等五部委发布对燃料电池汽车第一个专项补贴政策。

中国作为全球最大产氢国,正报以巨大热情。但不少地方在发展氢燃料电池车产业时,都会面临一个难题:加氢焦虑。氢是二次能源,全球有96%的氢气来自于煤或者天然气制氢,其余是电解水制氢、可再生能源制氢。目前国内加氢站的氢都来自于工业副产氢,但即便山东、四川、浙江等多地声称工业副产氢丰富,真正用于燃料电池汽车产业链的量远远不够。

而在氢的储运上,目前国内常用长管拖车,将压缩后的氢气气体跨区域运输。工业副产氢更受制于运输距离,不适合长距离调配。“长管拖车不经济,要是做管道运氢,建设成本又太高,所以非常纠结。”中国科学院院士、中国电动汽车百人会副理事长欧阳明高指出,目前一些储运方式能效偏低、成本偏高,需要实现技术更新。

景春梅对《中国新闻周刊》表示,对发展燃料电池的城市,“氢从哪里来”是必须要考虑的因素,源头不能得到保障,后面都是无源之水,“加氢焦虑”成为氢燃料电池汽车发展的重要制约因素。

舜华新能源建设的安亭加氢站已经运营超过十年了,直到现在,每天来加氢的车仍稀稀落落。舜华董事长高顶云告诉《中国新闻周刊》,加氢站一年的运营成本是200多万元,目前绝大多数加氢站都不赚钱,主要因为燃料电池汽车不多,不能满足基本负荷。

香橙会(氢能服务机构)统计,截至2020年底,中国已建成118座加氢站,其中投入运营101座。中国氢能联盟发布的《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》(2019版)显示,预计到2035年,中国加氢站达到1500座,到2050年达到10000座以上。

激进的规划中,加氢站建设最大的“拦路虎”就是成本问题。上汽大通燃料电池平台总经理高辉强对《中国新闻周刊》指出,一个充电桩需要花费几万至几十万元,而加氢站的投资成本非常高。而且,建加氢站远比充电桩更复杂。

位于山东潍坊的潍柴加氢站,在当地政府补贴后,氢价降到了50多元/公斤。即便如此,氢气价格仍旧偏高。潍柴新能源业务负责人对《中国新闻周刊》介绍,以一辆公交车为例,一天跑200公里,100公里需要4~5公斤氢气,一公斤氢气50多元,要花费400多元。与混合动力和传统燃油车相比,“氢气能降到35元/公斤~40元/公斤,就可以和传统车运行费用持平,但是现在全国没有城市能做到,这是示范的目标。”

景春梅曾撰文分析,我国氢燃料电池汽车尚处起步阶段,运营车辆较少,赢利较困难,加氢站的建设运营无法通过规模经济效应平衡收支,导致建设运营模式不够成熟,加氢设备产业化能力不足、成本偏高。基础设施不足又反过来影响氢燃料电池汽车推广应用。

仍存在“卡脖子技术”

相较于传统内燃机汽车和纯电动汽车,燃料电池汽车在技术上更加复杂。

上汽大通燃料电池平台总经理高辉强向《中国新闻周刊》解释,氢不是终极能源,需要在车上进行能源转换,简单理解,氢燃料电池汽车具有传统汽车上能量转换并排气、排水的特点。同时,它的能量产生了电能,并用高压电驱动车轮,因此又具备了纯电动车的逻辑,所以比较复杂。

燃料电池,是将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置,技术门槛最高。上海捷氢科技有限公司(以下简称“捷氢”)专门研发燃料电池技术,成立于2018年,是上汽集团为加快燃料电池汽车产业化发展,整合资源成立全资子公司。捷氢总经理卢兵兵向《中国新闻周刊》介绍,燃料电池真正的核心是电堆,而电堆的“心脏”是膜电极,“膜电极是整个技术的决定性要素,既影响寿命,又影响性能,更重要的是成本——膜电极现在占电堆成本的70%左右。”

但是作为电堆的“心脏”,国内膜电极仍落后于国外一些国家。“通过这么多年的努力,燃料电池系统辅助零部件,基本可以实现国产化。但是膜电极的三个核心材料,碳纸、质子交换膜以及催化剂,主要依赖进口,国内也在做,但是和国外还有差距。”卢兵兵说。据报道,由于高技术壁垒,国内商业化的膜电极,超过七成依赖进口。

景春梅也曾撰文总结,关键材料和核心技术尚未自主,是我国氢能产业发展面临的瓶颈之一。“与发达国家相比,关键零部件主要依靠进口,燃料电池的关键材料包括催化剂、质子交换膜以及炭纸等大都采用进口材料;关键组件制备工艺亟须提升,膜电极、双极板、空压机、氢循环泵等和国外存在较大差距;关于氢品质、储运、加氢站和安全标准较少,氢气品质检测和氢气泄漏等重要测试装备欠缺,权威检测认证机构尚未形成。”

不过,在近些年政策加持下,国内氢燃料电池技术已经“超出预期”。高辉强记得,五年前,上汽大通推广第一辆燃料电池汽车时,找个产业链上的供应商都很难,没有很大的车规级供应商,多是一些实验室的产品。“当时我们试了国内三家空压机厂商,没有一家能满足我们的车规要求,后来选用了国外产品。国内产业链非常薄弱,很多时候没得选。”如今,高辉强发现,供应链上公司选择的余地很大,而且出现了一些车规级供应商,无论在成本还是质量的一致性上都有很大的进步。

中国科学院院士、中国电动汽车百人会副理事长欧阳明高表示,与五年前相比,现在的产品所有主要的性能指标都有大幅提升,比如核心指标燃料电池寿命提升了300%。国产燃料电池零部件的产业链已经建立,系统集成能力大幅增强,头部企业正在形成。下一步的重点就是要使燃料电池系统成本十年内下降80%以上。

“近年来,我国企业不断进行自主研发,但与国际领先水平仍存在明显差距,燃料电池核心技术和关键材料仍掌握在加、美、日、韩、德、法等发达国家手中。”景春梅认为,政府和企业的火力点,都应该集中在核心关键技术的薄弱环节,而不是急于扩大终端市场,“为使燃料电池产业化拥有足够的技术支撑,迫切需要加强燃料电池的材料新体系及其电化学机理过程的研究,政府资金应在基础研究环节集中发力,尽快突破核心技术和关键材料瓶颈。”

打通整个产业链

氢燃料电池作为重要一环,串联起了氢能产业链的上下游。上游提供氢燃料的来源,包括制氢、储氢、运氢和加氢站,下游则是应用端,目前汽车是氢能大规模应用的突破口。全产业链横跨多个领域,包括能源、汽车工业、交通等。

产业链不同环节的发展水平不一,制约氢燃料电池汽车的产业化。欧阳明高多次指出,氢燃料产业链自主化程度与技术水平和燃料电池还有差距,需要氢能技术全链条各环节进行突破。

潍柴运营了两年多的加氢站。氢燃料电池汽车需要的氢气,纯度要求不低于99.97%,对硫、一氧化碳等杂质含量要求苛刻,实现商业化必须做到“低成本、持续稳定供应”,同时,氢源也要在200公里以内。“氢气从制出到加注进氢燃料电池汽车之间,有一系列的环节,比如制备、纯化、罐冲、运输等,这是一个很长的产业链。”潍柴前述负责人提道。这些因素才是地方做好产业的关键,而不是只建个站、买几辆车那么简单。

“虽然部分城市在技术与产业协同层面高度契合,但受限于储运因素,终端氢能应用与上游氢源供应之间往往难以形成有效协同,影响氢能供应链示范效果。”景春梅建议,需加大上游氢源与下游用氢市场之间的协同力度,结合示范工程探索氢气长距离储运相关技术与商业模式创新。

当上游氢燃料产业还存在技术和运输瓶颈,下游市场需求还并没有想象那么乐观时,中游的部分产能供应已经有过剩的倾向。目前,燃料电池产业发展形势较好,但是目前入局者增多,面临过度竞争的趋势。根据天眼查不完全统计,2015年,燃料电池相关企业只有1500多家,截至目前,相关企业已经超过8000家。“企业增多也可能鱼龙混杂,大家过度竞争,造成资源浪费,随着市场发展和政策驱动,会淘汰一大批。”卢兵兵说。

他注意到,现在一些公司打着做氢燃料电池技术的名号,实际上是做集成。就像电子系统一样,在国内外买电堆,再加上空压机等辅助零部件,组成系统,没有真正的核心竞争力,在后期也会被逐渐淘汰。

景春梅也提醒,目前地方政府规划的氢燃料电池电堆总产能超过1500兆瓦,氢燃料电池汽车产能总计近万辆。在她看来,我国氢能产业化尚处于起步阶段,市场容量有限,关键技术、经济性及基础设施等均存在瓶颈,短时间内这些产能很难充分释放,一旦规划实施有可能面临产能过剩风险。

在余卓平看来,氢能及燃料电池汽车产业的发展,需要政府强有力地进行全国层面规划,打通整个产业链条。

百万目标雄心

产业链的种种掣肘以及全产业链成本高,从其他产业发展经验看,解决问题的办法只有一个:技术创新和规模化应用。

目前,全国累计推广氢燃料电池汽车不足1万辆,建成加氢站100座左右。有评论指出,如此“迷你”的市场规模,如何带动整个产业的技术突破和商业化?

根据《节能与新能源汽车技术路线图2.0》,到2025年中国氢燃料电池车运行数量要达到10万辆左右,2030~2035年要实现100万辆的保有量。但现实却有些尴尬。一方面,燃料电池汽车产销量数据有点凉,受疫情和补贴政策调整影响,2020年氢燃料电池汽车产销量不佳,分别是1199辆和1177辆,与2019年相比大幅下降;另一方面,截至2020年底,国内氢燃料电池汽车的接入量只有6002辆,其中超过一半是物流车,近四成是公交车,通勤客车只有4.40%,公路客车占6%。

相关研究报告显示,从全球范围来看,目前国外氢燃料电池汽车已经完成了整车的技术、性能研发工作,整车性能已能接近传统汽车水平,成熟度已接近产业化阶段,如日本丰田、本田和韩国现代汽车,其中丰田Mirai汽车销量处于领先水平。

成本居高不下,是阻碍国内氢燃料电池汽车推广的痛点之一。福田汽车新能源系统集成副总工程师兼燃料电池客车产品总监魏长河曾提到,氢燃料电池客车的整车采购成本,是燃油车和纯电动汽车的两倍以上。

目前,一辆氢燃料电池公交车的价格在200万元左右,多地购入氢燃料电池公交车做示范运行,只能依赖政府补贴。景春梅指出,“相比之下,电动车只要100万元,中间差不多都是政府在补贴。政府可以补贴几辆示范车,但是真正要做成规模,就要考验地方的财力。”

除了投资购车,地方也对加氢进行补贴。景春梅估算,氢价降到30~40元/公斤才有市场竞争力,但实际氢价都是80~100元/公斤,政府不补贴,就没有经济性。当各地公交车跑起来,加氢补贴比购买公交车的花费还要高。

“有些地方政府摆几辆车、一两个加氢站是挺好看,但要让车都跑起来,而且每次加氢都给补贴,补贴的钱远远超过固定资产。这种模式是否可持续,真的是要打问号。”景春梅对《中国新闻周刊》说。

在乘用车市场,国内氢燃料电池汽车的整车产品,还远远缺乏市场竞争力。2020年9月,上汽大通发布首款高端氢燃料电池MPV EUNIQ 7,基于上海地区的补贴政策下,售价为29.98万元~39.98万元。上汽大通燃料电池平台总经理高辉强对《中国新闻周刊》说,由于燃料电池行业成本降低,和2015年相比,氢燃料电池汽车的成本已经降低了一半。但是这个价位与电动车和燃油车相比,仍然“高端”。

2017年以来,上汽大通已经试水了两款车,共推广了400多辆,销往辽宁、新疆、上海、山东青岛、广东佛山等地。“我们现在是跟纯电动汽车在赛跑,必须快速地降低成本,提升技术和质量。乐观地看,接下来三四年,整车的成本可能还会对半砍。”高辉强说。

多位从业者都指出,氢燃料电池汽车可以走纯电动汽车的发展路径,通过规模推广降低成本。“如果不大规模应用,成本就降不下来。现在大家看清楚了,方向是对的,现在就是要找到更好的应用场景。如果只是几十辆的应用,没办法降低成本。”余卓平说,十年前,纯电动汽车技术进入可用阶段,现在燃料电池技术跟当时纯电动汽车的技术相比并不落后,已经进入可用阶段。

但如何把握好规模化商用的节奏,业内仍然缺乏共识,国家相关政策也不支持在现阶段大幅提速整车的生产。财政部等五部委关于燃料电池汽车的示范应用通知中明确提醒:奖励资金由地方和企业统筹用于燃料电池汽车关键核心技术产业化,人才引进及团队建设,以及新车型、新技术的示范应用等,不得用于支持燃料电池汽车整车生产投资项目和加氢基础设施建设。

景春梅也指出,在氢能示范应用中,不宜过快地追求终端市场应用。她对《中国新闻周刊》表示,目前国内企业在核心技术、关键材料和装备制造等方面,与国际差距仍然明显,大量核心专利掌握在美日等国企业手中,这些掌握核心技术的国外企业,在研发上多年投入尚未获得回报,正面临成本亟须摊薄的困境。

“如果此时大规模推广终端应用,本土企业将依赖国外技术,削弱自主核心技术创新动力,并导致全产业链上的高额利润大幅外流,出现‘花自己的钱,帮别人开拓市场’的尴尬局面。”景春梅提醒,突破核心关键技术是现阶段氢能示范首要目的,应用规模不宜作为评价示范效果的主要指标。现阶段,地方和企业发展氢燃料电池企业,重点应放在商用车领域,积极拓展燃料电池重卡的商业化应用,待条件成熟时再扩展到乘用车。

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