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氫燃料電池與動力電池組成新的混動系統的優勢分析

來源:鉅大LARGE    2019-06-10    點擊量:60

近年來,多部委密集出臺了支持氫能產業發展的政策。2016年10月,工信部組織制定的《節能與新能源汽車技術路線圖》明確提出,2020年實現5000輛級燃料電池汽車應用,2025年實現5萬輛級的應用。2016年12月,國家發改委、能源局聯合印發《能源技術革命創新行動計劃(2016—2030)》,將可再生能源制氫、氫能與燃料電池技術創新作為重點任務。

補貼方面對氫燃料電池汽車的政策有所傾斜。雖然2019年新能源汽車補貼政策關于氫燃料電池的補貼細則暫未明確,但值得注意的是,2020年電動汽車的補貼退出后,氫燃料電池汽車的補貼至少還將維持3至5年。

業內人士認為,現行補貼政策對國內氫燃料電池的發展路徑有直接影響。與豐田、現代等生產企業發展路線不同,國內氫燃料電池汽車企業主要分布在商用車領域。氫燃料電池商用車已實現量產,而氫燃料電池乘用車仍處于示范運行階段。根據中國汽車工業協會公布的數據,2018年,氫燃料電池汽車銷量為1527輛,其中客車1400余輛、貨車100余輛。

目前,國內氫燃料電池汽車走的是“電電混動”的特色發展路線。該技術路線相當于將傳統插電混動汽車的內燃機系統替換為氫燃料電池系統,讓氫燃料電池與動力電池組成新的混動系統。

某車企氫燃料電池技術負責人給記者算了一筆賬:“一臺商用車,如果里面放一臺(最大輸出功率)30千瓦的燃料電池,再配一臺動力電池,可以拿到中央加地方補貼100萬元,成本大大降低。同樣的搭配放到轎車上,補貼只能拿40萬元。目前國內的氫燃料電池客車技術具有優勢,但乘用車技術與國外水平存在一定差距。“

當下制約氫燃料電池產業發展的,主要有兩大瓶頸:燃料電池組成本過高和加氫站數量少。

目前,國內車用氫燃料電池成本高達5000元/kW以上,整車成本遠高于動力電池汽車和燃油車。多位業內人士表示,隨著生產規模的擴大,未來氫燃料電池汽車成本有望和燃油車的成本相當,甚至比動力電池汽車更低。

加氫站建設是目前迫切需要解決的問題。從世界范圍看,截至2017年底,全球運行的加氫站共328座,日本91座,德國45座,美國40座。到2018年底,國內共建成加氫站12座并投入運營,在建的加氫站有33座。這一數字距離2020年目標建成100座仍相差較大。

清華工業開發研究院副院長朱德權認為,油氫混合站是未來的發展方向。“中國的土地這么貴,一個加氫站建下來怎么受得了,所以油氣混合站是未來。目前工研院在推動此事,中石化在北京正在規劃建設一個油氣混合示范站。”

目前,中石化等能源企業正在介入這一領域。《中國氫能與燃料電池年度報告2018》顯示,在國內已經建成和正在建設的加氫站中,加氫站的投建單位除了主營業務為加氫設備技術研發相關的企業外,還有8座加氫站的投建單位為傳統能源化工企業。中石化集團在加氫站建設方面正在做總體部署和安排,將利用油站網絡、安全生產管理經驗以及石化資源和制氫技術進行氫能供應。2018年10月,中石化與億華通簽訂了《戰略合作框架協議》,雙方將在氫氣供應、車輛加氫、加氫站運營等方面展開全面深入合作。

氫燃料電池汽車安全嗎

長期以來,由于公眾對氫能缺乏足夠的了解,對氫燃料電池汽車的安全尚有疑慮,形成了“談氫色變”的氛圍,這成為限制氫燃料電池汽車產業快速發展的一大因素。

“人們已經習慣于將汽油作為燃料,對氫氣這種燃料缺乏了解,如果采取必要的措施,氫氣的安全是可以保障的。”中國工程院院士衣寶廉表示。

氫氣的特性可以簡單概括為“易燃易爆、風險可控”。氫氣是易燃易爆品,有一定的可燃范圍和爆炸范圍,無色無味,人們憑感官無法發覺氫氣的泄漏,這成為人們對其心生恐懼的重要原因之一。但氫氣并非不可捉摸,其安全風險是可控的。

氫氣是世界上已知的密度最小的氣體,氫氣的密度只有空氣的十四分之一,在空氣中擴散速度快,其向上擴散速度是氮氣的2倍,天然氣的6倍。因此,除非受到屋頂、通風差的屋子或其他充有上升氣體的場所限制,氫氣的特性會防止它聚集在泄漏處周圍。

在氫燃料汽車和汽油車爆炸對比試驗中,由于氫氣的密度非常低,從燃料罐溢出之后會迅速上升擴散,即便著火,也是發生在氣源的上方,離車內乘員較遠。而汽油車一旦爆炸,液態的汽油會直接在車內燃燒。

衣寶廉表示,氫燃料電池的發電原理跟鋰電池、鋅錳干電池一樣,具有效率高的優點。氫燃料電池的工作方式跟內燃機一樣,電池發電部分和儲能部分是分開的,出現問題只要把氫氣和電池切斷,就不會燃燒和爆炸,所以氫燃料電池從整體上講是安全的。

國金證券分析認為,與鋰電池車輛相比,氫燃料電池車的安全性也處于上風。鋰電池車輛最大的安全隱患就是發生自燃或者火災,一旦鋰離子聚合物燃燒,將不斷發生鏈式反應,產生新的氣體狀鋰離子聚合物,從而加劇燃燒的劇烈程度。

相比之下,由于氫氣爆炸要求濃度高,在爆炸前一般就已經開始燃燒,反而很難爆炸。而且氫氣重量輕,溢出系統的氫氣著火后會迅速向上升起,反而一定程度上保護了車身和乘客。同時,現在車用儲氫裝置采用的鋁合金內膽碳纖維纏繞的儲氫瓶安全系數很高,在80km/h速度多角度碰撞測試中都可以做到毫發無損。但鋰電池在有安全措施的保護下,在常見的普通碰撞條件下也容易發生著火事故,側面反映了其安全性上天然的劣勢。

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