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观点丨李建秋: 燃料电池汽车的发展需要多方共同努力

8月25日,坐落于张家口空港技术开发区,由北京亿华通科技股份有限公司总投资10亿元兴建的氢燃料电池发动机生产基地首台氢燃料电池发动机下线,这标志着中国首条自动化氢燃料电池发动机大批量生产线正式投产。

亿华通与张家口市政府达成氢能战略合作是在2016年。至今,搭载亿华通第三代氢燃料电池发动机的新能源客车已经完成张家口地区工况适应性试验,表现良好。

2022年,第24届冬季奥林匹克运动会将在北京和张家口举行。按照规划,亿华通和张家口市将共同建设该地区氢能综合利用产业体系,建设京张奥运氢能高速公路,以及多个风光电氢综合能源利用示范项目,并于今年率先启动百辆级燃料电池客车示范运营。

清华大学汽车工程系教授、燃料电池专家李建秋在此次下线仪式上接受了记者专访,对我国燃料电池产业的发展进行了回顾和展望,并提出了自己的建议。辑录于此以飨读者。


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李建秋教授(右一)正在接受媒体采访


我国燃料电池汽车的研发经过了三个阶段。第一个阶段从“十五”期间开始,即2001年到2005年,是燃料电池汽车的研发阶段。当时,科技部启动了电动汽车专项,燃料电池汽车与纯电动汽车并行。那时很多零部件都不成熟,包括燃料电池、动力电池、驱动电机都不成熟。所以那个时期主要是做一些概念,比如研究燃料电池是怎样工作的,怎么样提高水平。我们与福田汽车合作试装的第一辆客车是把座椅都拆掉的,因为燃料电池系统占了大半个车箱。

第二个阶段从2005年到2010年,在“十一五”期间。重点围绕燃料电池加动力电池的混合动力系统开展研究。那时候,零部件的成熟度在很快提高,包括动力电池和电机的技术也在很快提高。所以使燃料电池整车,包括动力系统的技术水平得以迅速提升。经过那一时期,尤其是2008年奥运会期间,燃料电池试验车经过春夏秋冬完整一年的示范运行,使我们基本上把动力系统的构型进行了优化,得到了比较好的电量混合动力系统的构型。就是说,燃料电池系统的构型基本上固定了。

但是,燃料电池发动机本身还有很多问题没有突破。所以我们在“十二五”期间,2010年到2015年,重点针对燃料电池的可靠性、耐久性和成本问题开展攻关,迎接燃料电池系统的产业化。到2015年,亿华通已经掌握了电电混合动力系统技术,包括整车控制技术再加上发动机本身的技术。在2015年前后,我们开发的客车和物流车陆续完成了公告。从2015年开始推广应用。与北汽新能源、福田、宇通,还有物流车企业开始进行合作。

如果与国外同类产品比较的话,我们动力系统构型的特点是成本低。就是我们系统的燃料电池发动机可以比较小,而动力电池的容量比较大,形成电电混合动力,使发动机基本上工作在稳态。如果燃料电池发动机工作在稳态,它的耐久性是很好的。

燃料电池汽车要发展起来,一定要有几十家高水平的关键零部件企业,就像我国电池产业一样,有比亚迪、有CATL,有一大批技术和产能都居于世界前列的零部件企业,才能够支撑起这个新兴产业的发展,才能像电池产业那样达到国际领先水平。

与纯电动汽车相比,燃料电池汽车有优势。首先,纯电动汽车在低温环境下,电池的温度会下降,造成启动困难,能耗增加。因为,除驱动车辆行驶外,动力电池还要拿出一部分能量用来维持车厢的空调、采暖系统运转,所以纯电动车冬天运行时续航里程要打折扣。而燃料电池汽车冬季的表现非常好,一台30千瓦的燃料电池发动机除输出30千瓦的电功率之外,冷却水还能提供约25-30千瓦的余热,温度大概有60-70度,足够车厢取暖之用,还能为电池保温。即使在零下10度或20度的环境温度下,客车内的温度也会保持在零上10-20度,电池的温度保持在零上10-20度。电池的电量不会下降,充放电性能不会下降,寿命不会衰减,车辆的续航里程也不会下降。而且冬天比纯电动汽车更加节能,因为它是用废热采暖。

随着电池技术的进步,纯电动汽车和燃料电池汽车可能会根据自身的特点向不同领域发展。续驶里程在300公里以下的车型,尤其是紧凑型车会以纯电动为主。出远门的物流车、卡车、有轨电车等,越重的、需要能量越多的、续航里程越长的车型,燃料电池汽车就越有优势。

其次,两者都是纯电驱动,都是零排放,但都有自己细分的市场,都会相互配合。比如在新能源利用方面,风、光等可再生能源发出的电,既可以给电池充电,电解水制氢后也可以给燃料电池用,我们叫氢电互动,就是氢能源和电能相互作用。什么意思呢?如果太阳能发出来的电用不了、存不住的话,可以电解水制氢,把氢气作为电能存储的载体。到用电高峰时,燃料电池发电再上网补充电能,这个时候就是能源端的氢电互动。如果发生地震等灾害,市电断了,车用燃料电池发电连上市电可以救急,在紧急情况下它可以作为一个电站用。这是车载端的氢电互动。当然,目前这还是一个愿景。

燃料电池汽车发展从现在开始慢慢地爬坡,到2020年会达到万台车的规模,2025年会达到10万台甚至百万台的规模。在这个发展过程中,我预计会是商用车先行,乘用车滞后3-5年。

目前,我们培育和扶持亿华通这样的企业做国内的领头羊,研究怎么样把发动机这个关键零部件,像传统柴油机那样,由自己掌握核心技术和自主生产。只有这样,将来才具备降成本和大批量商业化生产的可能。我们从2015年开始布局这条生产线,并且在张家口政府的大力支持下迅速落地了。今天大家看到的是一条发动机总装生产线,将来我们还会布局电堆的升级版和核心材料的生产线。通过这样的布局,让国内掌握整个产业链自主配套,成本也会大幅下降。

燃料电池汽车的推广与纯电动汽车的推广是有差别的,纯电动汽车只要有电力设施供电就可以推广,而燃料电池汽车的推广取决于氢能基础设施的配套情况。所以我们推广燃料电池汽车的指导方针是选择氢能源和制氢成本比较低的区域。张家口就具备这样的条件。

第一,张家口是国家新能源推广重点示范城市。张家口地区有大量的风电和光电资源,

我们的发展规划是,利用张家口这些没有碳排放的风电进行电解水制氢,供给燃料电池汽车使用,让这些电产生价值。

水资源是稀缺的,电解水的用量大家不用担心。电解水用的是经过净化的工业用水,而且用水量并不大,已经是比较成熟的技术了。

对于政府来讲,燃料电池汽车不再使用有二氧化碳排放的传统燃油,对于老百姓来讲,燃料电池汽车的使用成本比燃油车便宜或者相当,对于我们这个能源制造企业来讲,它使用的是上不了网的弃电制氢,会进一步产生经济效益,这样,就可以从各个方面实现双赢、三赢或者多赢的局面,有利于燃料电池汽车的推广。

有了氢气之后怎么推广燃料电池汽车?下一步就是在推广区域布局加氢站。目前,我们正在帮张家口做加氢站布局规划。因为燃料电池汽车的续航里程比较长,借鉴日本、美国一个加氢站替代两个加油站的经验,第一批在张家口布局19-20个加氢站(张家口有19个区县,保证每个区县1个)。

燃料电池汽车的发展和加氢站的建设,是相互促进相互影响的关系。世界上燃料电池研发推广比较好的是日本,它的车已经准备好了,但制约燃料电池汽车推广的障碍是加氢站建设没有跟上。没有加氢站,车就推广不起来。我们充分吸取日本的经验,帮助张家口市政府做的氢规划,就将加氢、制氢和车的推广同步规划,同步建设。

从国家长远的能源基础设施建设来讲,加氢站将来要跟加油站慢慢地兼容。就是说随着燃油汽车比例的下降,现在的加油站会慢慢地转化成加氢站。所以这套基础设施不用完全新建,只是在原来的基础上升级。据了解,现在中石油、中石化也在论证什么时候能够大规模上加氢站。他们可能先找一两个加油站试点改造成兼顾加氢站。第一步是兼顾35兆帕的加氢站,下一步再升级到70兆帕加氢站,然后是一个既有35兆帕加氢口,又有70兆帕加氢口的加氢站,将来甚至还有液氢加氢口。我相信,未来5到10年,有些加油站会变成混合运行模式的。在城市里,还可以同时布局充电和加氢基础设施,两者配合,形成真正的纯电驱动,又是零排放的城市交通体系。

现在这个阶段,我们是先把车辆端的技术通过张家口这个项目做好,通过冬奥会示范没有问题,氢能源的制取生产可以持续,国家决定大规模推广时会有能源企业大规模地介入。

氢气的来源是多样化的。中石油、中石化的态度是,如果将来汽油车、柴油车少了,氢能源车多了,他们会对石油裂解工艺进行改进,不再生产那么多柴油汽油,多生产氢气。另外,天然气重整制氢、煤重整制氢,成本大概也是10元钱左右。我国现在有大量的弃风弃光和弃水,先把这部分弃电用好是当务之急。我记得去年的弃电加起来是1500亿度,1500亿度除以50,可以制成的氢气是多少,大家可以自己算一算。1公斤氢气加到1辆轿车上可以跑100公里,你算算这些弃电能支持多少轿车行驶。这是我国可再生能源转型的一个非常重要的着力点。

燃料电池汽车的可行性和可靠性,要经过春夏秋冬来测试来检验。业内有一句话叫:发动机是试出来的,不是算出来的。就是说车好不好一定要经过不同的环境,不同气候的全方位检验。

我国燃料电池汽车还处在发展初期,离不开政府的支持。我们希望,国家能够出台燃料电池汽车区域示范的相关政策。这方面有一个非常好的例子,就是纯电动汽车的示范推广。它是通过十城千辆这个大规模的示范运行带动了产业链的成熟和发展,使我国新能源汽车居于全球领先的位置。燃料电池汽车也需要一个示范推广过程。上汽也好,福田也好,宇通也好,关键零部件企业亿华通也好,都有技术,都能做产品,但是都没有量。没有量就形不成产业链,就降不下成本,就难以实现产业化。所以希望通过区域示范把成本降下来,把质量提上去,把规模推上去。并且通过我们这条生产线,拉动上游的阀,关键材料,关键零部件的发展。希望国家能够出台示范推广政策,比如在3到5个城市或者10个城市以内进行示范,甚至也搞个燃料电池汽车十城千辆示范。那么,一个城市有几百到千辆的规模就可以了。通过示范,3到5年后再进行大范围推广。

第二个建议是对燃料电池汽车的补贴要加强。在我国燃料电池汽车的产业链没有形成之前,企业前期的研发投入是比较多的,所以希望除了中央对燃料电池汽车的补贴不退坡之外,各个重点区域的地方政府要进一步地加强对燃料电池汽车发展的补贴和扶持。通过政府的扶持把量推上去,待累计到一个量级,比如万辆级别就开始退坡或停止补贴。这些都是可以商量的。

第三个建议,是希望媒体多宣传燃料电池汽车绿色和环保的理念,宣传燃料电池汽车安全的概念。除了给老百姓宣传,还要给政府宣传。通过宣传为绿色的氢能源推广、安全应用打下一个群众基础。


(根据录音整理 未经本人审阅)



(来源:中国电动汽车百人会 )

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