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卢兵兵:把成本降下来,油改氢势在必行
中国汽车报网 ·   ·  2020-09-14

  9月14-16日,由中国汽车工程学会与国际氢能燃料电池协会(筹)共同主办的第五届FCVC大会于上海汽车会展中心召开。上海捷氢科技有限公司总经理卢兵兵到场并发表了主题为“中国燃料电池客车示范推广应用及面临的实际挑战”的演讲,以下为文字实录: 

  今天主要给大家讲三个方面:第一,为什么油改氢是一个势在必行的策略;第二,燃料电池重卡目前经济性情况怎么样;第三,捷氢的产品和服务优势。 

  为什么油改氢势在必行?人类社会的发展史是整个能源密度不断的提高,同时又是一个去碳从氢的过程,碳的比例不断降低,氢的比例不断提升,零排放的全部是氢气的。 

  目前国内存在几个问题,首先是能源消费持续增长,其次是目前的能源还是以化石能源为主,碳排放压力非常大,巴黎气候协议对中国的压力也很大,怎么样在2035年以后达到高峰,到最后逐步往下减,这面临巨大挑战,另外可再生能源这几年得到了充分的发展,但目前整体比例还是比较低的,大概占15%,同时可以看到,路网以及其他电场发的没有路网的电是500亿度电左右,这个和目前整个能源的效率和安全是不匹配的。讲到效率,每个GDP单位产量能量消耗比平均水平还要高1.5倍,所以必须要进行能源革命,提供安全高效的能源体系。 

  为什么说燃料电池或者氢气在能源结构里面很重要呢?大家看图,右侧是传统能源,当中是氢能,左上角是一个电网,氢气在这里面做到一个很好的转换介质和媒介的作用,可以把石化能源转换成氢气,同时氢气和电可以用燃料电池发电,同时有多余的电可以通过电解水把它制氢,所以说燃料电池具有低碳、安全、高效清洁的作用,也就意味着它的这些优势可以作为能源转换媒介,使它在交通工业建筑领域发挥应有的作用,将氢能纳入终端能源体系,未来将会成为终端能源的主体,并带来十几万亿的新兴产业。 

  为什么是燃料电池汽车率先使用呢?燃料电池具有四大特点,首先是零排放,不光是在使用过程当中,包括在报废以后整个对环境的污染也是零排放的,这个和锂电池比起来有一个巨大的差异,锂电池还要进行回收。长续航,这是针对锂电池车里程焦虑和充电焦虑而言。多环境的适用性,是指它具有零下40度到零上50度的工作环境,它可以根据具体环境适用,因为锂电池在低温环境下有低温衰减的特点,而燃料电池没有这个特点,所以也更适合于低温使用。便利性,是指跟充电时间比,3-5分钟加氢的时间可以和燃油车加油的时间相媲美。 

  燃料电池为什么会在商用车领域率先使用呢?目前碰到的第一个问题就是基础设施,乘用车是满天飞的,一天在A城市一天在B城市,后天不知道在哪里,商用车相对固定,只要在固定行驶范围内有一个加氢站就可以比较好的解决这个问题。目前燃料电池还在发展的初期阶段,所以它将来的功率密度提升相对来说还有巨大的空间,目前它的功率密度还不是足够高,所以在整车布置里面相较于轿车,尤其是ABC级车部署还是比较困难,所以到D级车以及大的SUV相对布置容易,商用车布置相对比较方便。 

  一辆卡车的排放相当于200辆轿车的排放,因为现在轿车的排放已经足够好了,而我们的商用车可能还在国III、国IV,所以从节能减排来说,国家也向中重卡去倾斜。 

  燃料电池整个储能的特点以及功率密度的特点,以及长里程的特点,可以很好地克服锂电池现在在中重卡领域技术路线的不足。 

  再来看看目前整个国内商用车对环境压力的问题,中重卡颗粒物PM排放已经占到60%,所以如果能够把中重卡的柴油机污染问题解决,对中国的蓝天保卫战和青山绿水的贡献是巨大的。 

  看国内目前重卡的规模,从17年开始基本上徘徊在110万辆上下,为什么锂电池和燃料电池比有它的弱势呢?假如选40吨的卡车,如果按570km续航里程的话,它的锂电池重量要达到5吨,如果同样的续航里程,应用燃料电池的话是3吨,光驱动的动力系统重量就差2吨。以18吨的重卡举个例子,续航里程570km的是3.7吨,如果用燃料电池的话是1.3吨,这里就差2.4吨,有效载荷比例显著下降,同时始终多承载一个2.4吨的铁疙瘩,对能源的消耗也是一个巨大的浪费。 

  同时国家也在不断推出节能减排鼓励政策,或者治污的措施,也在给这个行业加紧去污染,去柴油机化。 

  那是不是会忽如一夜春风来,燃料电池重卡马上满天飞?其实也不会,因为这里存在着一个巨大的问题是什么呢?是成本。为了比较好的去测算整个燃料电池重卡的经济性问题,我们做了一个分析,一个叫TCO,就是整个生命周期里面所有的使用成本,这里涵盖了购车成本、政策补贴收入以及使用成本、维保成本、残值和它的维修管理费用,对三个不同的动力驱动形式ICEV,BEV还有FCV,大家可以看一下是怎样的结果。 

  如果基于像采用捷氢内部的390系统,500km续航里程,储氢量29公斤,生命周期行驶50万公里,整个残值做相应的处理,18吨运输车按照每公里油耗28升,柴油按5.1元每升,纯电消耗每百公里85千瓦时,电价取1元钱平均,续航里程是500公里,燃料电池每百公里综合工况按照5公斤,氢气价格取40块钱每公斤的话,内燃机整个生命周期156万,纯电动173万,燃料电池273万,基于目前的假设来说燃料电池的成本肯定是比另外两种动力高。 

  那有没有其他办法可以让成本降下来?现在国家也在考虑各种各样的支持政策,如果能够考虑燃料电池系统的补贴和免过路费的话,依然按照40块钱每公斤的氢气价格,FCV的价格已经比内燃机的便宜了,所以结合政策的支持,中重型卡车18吨的车型是具备一定的可行性的。 

  再加上假如哪个区域里氢气的价格可以到20块钱左右,FCV价格将补贴和过路过桥费减免的话,可以到1百万,整个生命周期里面,2030年,3美金每公斤,2050年2美金每公斤,3美金1公斤也就是21块钱,这与我们的假设是一致的,所以在氢气价格到20块钱左右的时候,燃料电池的经济性会显现,所以燃料电池系统本身系统要不断提升,成本不断降低,同时制氢、储氢、加氢、运氢各个环节大家共同努力,把氢气的价格降下来的话,可以大大提升燃料电池汽车的保有量。 

  再来看一个42吨的情况,如果在没有补贴的情况下,目前这个情况大概燃料电池753万,纯电动车388万,内燃机是365万。如果考虑到燃料电池系统的补贴和过路过桥费有一定减免的话,可以降低1百多万,燃料电池整个的生命周期总成本大概605万。 

  重卡,42吨是一个主流,牵引车、渣土车等许多车型,也包括集装箱的那些车,在一定的补贴情况下,还是有机会从经济性上比内燃机好的,当然后续整个业内人员还要考虑,如何在没有补贴的情况下,经济性依然可行?大家有不同的应用场景,在整个车辆的使用有即时配送、有0到5公里需求、有同城的、有2百到5百公里,还有5百公里以上的,所以燃料电池车更多应该在城际和省际发挥它中重载和长续航的优点。这又碰到另外一个问题,加氢站能不能在需要的时候加到氢气? 

  在哪些场景会率先有相对比较大规模的燃料电池整车应用落地呢?我们归纳了几个:钢铁园区、化工园区、煤炭矿区、港口、机场。这些结合了氢气的供应,也结合了相对封闭的园区里面,可以比较容易形成氢气的获得性问题。 

  再看看捷氢快捷通过这么多年的发展,目前整个产品和服务处于怎么样的情况。通过这么多年的努力,在8月24号发布了我们的产品,目前峰值功率密度130,体积功率密度达到3.8,低温启动是零下30度,我们采用超薄的金属板,超薄的质子交换膜,铂载量低于0.3克。大家看起来比较简单,但是由58个零件组成的,现在这58个零件可以做到自主化设计和研发,同时一级零件全部实现国产化。 

  公司来源于汽车行业,我本人也是在汽车行业从业了24年,对于汽车零部件开发、整车开发相当熟悉,一开始就制定了非常严苛的燃料电池系统开发流程,有测试认证,对所有的系统进行实验。我们的耐久测验已经跑了1000多小时,循环工况8872小时,启停次数898次,加载次数39.9万,降载次数30.2万,耗氢质量6吨多。 

  燃料电池的开发其实是一个top down的过程,从整车需求分解到系统,分解分到零件,然后再根据正向设计,从材料的选型,到零件一级,再分系统一级,再做测试,满足了再做下一级,所以这样就建立了完全自主的燃料电池的核心技术,从催化剂、交换膜到所有的零部件设计和系统的正向开发。 

  另外我们一直秉承着应用一代、开发一代和规划一代这个原则,不断提升性能,同时降低成本,来提高整个产品和服务的竞争力,生产一代、应用一代,同时通过产品去开发一代、规划一代,将来对规划的新机技术进行开发和新机价格进行开发,一步一步来推出新一代的产品。 

  燃料电池从技术上来说,并不是不可行,现在最大的障碍除了加氢站以外,最重要的还是成本,有两个方面,燃料电池要不断降低成本,同时氢气也要降低成本,作为燃料电池的供应商也要降低成本,那无外乎就是4个方面:首先是技术,然后是工艺技术材料的突破,还有国产化,国内化降本是非常明显的驱动因素,还有一个我个人认为产业园区整个上下游的协同,大家共同来推动整个产业的进步,可以少重复投资,少重复做很多东西,也可以降低成本。其实还有第五点就是法律法规的匹配,与大规模的生产、应用相适应的法律法规的推出,对成本降低也有非常大的好处。 

  自适应可以非常灵活的布置,我们的操作系统和布置也采用了很多自适应的技术和智能化的技术,可以更广泛地进行匹配,目前在中重卡方面配了12吨的物流和底盘,42吨的牵引。这是业内的,业外我们也和东风有合作,包括福田,谢谢大家! 

  王琨整理

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