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充氢3分钟,行驶600公里,中国锂电激战正酣,美日欧却联手发力氢能

2019-07-01 浏览次数:1,748 次 连线新能源

环境与能源问题是本次G20大阪峰会的主题之一,而日本在氢能源领域的专利数量位居世界首位,积累了丰富的经验和技术。日本车企更是大步迈入被称为“终极环保”的氢燃料电池车的量产阶段。

丰田的氢燃料电池轿车Mirai这几年异常的火爆,咱们之前分享了它的原理,还有制造过程,一起走进车间看看:

目前日本国内道路上行驶的氢汽车超过4000辆。

财经频道特约记者王梦溪在日本了解到:加氢站在日本全国共有100多个,和普通加油站非常类似,工作人员通过一个输送管道,大约用3分钟就可以加满5公斤的氢气燃料,加满一箱的价格换算过来大概在400元人民币,能够行驶的距离为600公里左右。

日前,美国能源部(DOE)副部长Dan Brouillette、日本经济贸易工业部(METI)部长世耕弘成(Hiroshige Seko)和欧盟委员会欧盟气候行动与可再生能源委员(ENER)Miguel Caete在G20部长级会议期间签署了一份联合声明称,三方将在未来通力合作研发、共享氢能及燃料电池技术。

声明中,三方表达了各自对于共享、合作研发氢能和燃料电池技术的强烈意向。与此同时,三家机构将探索如何最优化地实现项目启动与执行,秉承其在能源会谈中的承诺,制定高效的氢能合作框架、或通过签订合作备忘录(MOC),为第二阶段氢能源部长级会议做准备。该会议将于今年9月25日召开。

氢能与燃料电池是可持续能源方案中的重要一环,加快该领域的研发不单将为能源行业带来巨大好处,有益于经济与环境的发展;还能为各行业创造新发展机遇并带来经济效益,有助于实现可信赖的、清洁的、可负担的发电方案。

对于我国来说,目前氢能源车还处于起步阶段。数据显示,2018年我国氢燃料电池汽车产量仅为1619辆,且以客车和专用车为主,乘用车几乎没有。而据中汽协的数据显示,2019年1-4月,氢燃料电池汽车产销分别完成237辆和230辆,同比增长分别达到154.8%和289.8%。

今年可以说是电动汽车安全元年,过去无论是厂商还是购买电动车的用户,从来只关心性能和续航里程,没人关心过电池安全,直到特斯拉曝出自燃事件后大家才开始越发关注电动车的安全问题。这也让很多过去不为人知、厂商避而不谈的、三元锂电池的性能缺陷逐渐浮出水面,让人们逐渐意识到磷酸铁锂的好处。

如果拿三元锂跟磷酸铁锂对比相信很多人很快就能知道磷酸铁锂正安全性方面的性能是要优于三元锂电池的,但是如果拿三元锂与氢燃料电池对比,谁更安全呢?过去人们总是谈氢色变,觉得氢是一种比汽油还要危险得多的能量储备方式。事实果真如此吗?氢燃料电池的工作原理是怎样的?它的安全性是怎么设计的?与三元锂相比谁更安全?本期来为大家解读:

氢燃料与锂电:

成本是短期制约因素

随着近年来全球应对气候变化、节能减排、发展转型等变化,非化石能源消费占比持续提升,而这些能源的利用方式大体上都是发电,从而也推动全经济范围整体电气化水平的提升。

 

如果说前十年还看不出交通部门的能源结构演化趋势,目前看电气化、智能化、信息化的端倪初露,在铁路运输中电力牵引已经替代内燃牵引成为主导方式,中国、俄罗斯、德国、日本、法国等电气化铁路里程占比已经超过50%。

其次在新能源汽车销售方面,纯电动车型销量比例超过七成、混合动力车型约占三成,在补贴和政策倾斜的作用下,电动汽车一枝独秀,正在逐渐蚕食传统汽柴油内燃车的增量市场。

但是近年来日本频频发布氢能汽车的成果,三分钟可加满高压储氢罐并可实现700公里以上的续航里程,同时还能进入量产,还是相当诱人的。

但目前制氢的工艺路线主要包括天然气蒸汽转化、石油蒸汽转化、甲醇裂解、液氨裂解、水电解、煤炭气化等,氢能的市场价格约为3-6美元/千克,百公里成本约为5-10美元,约为电动汽车的3-10倍左右。

氢气管道的造价约65万-225万美元/公里(直径长度1-4米),天然气管道的造价约30万-130万美元/公里,电网的造价按输电电压、回路不同约为20-450万美元/公里,800-1100的特高压平均输电成本仅为2-4分/千公里。

即使考虑充电站、加氢站等基础设施建设,从成本上看,电力在交通部门仍然优于氢能。氢能要实现规模扩张,从技术到系统仍需要大的突破。

真理掌握在谁手里?

氢能的技术路线之争最引起国人关注的主要在于邻国日本,日政府正联手其国内几家最大的制造企业,竭力打造所谓的“氢能社会”,夺人眼球的“2020年氢能奥运”、即将上市的“未来氢能汽车”以及“氢能住宅”,对氢能的补贴也大大高于电动汽车。

但氢能来源仍然是问题,“核能+海水”、“澳煤进口”制氢的路线并不为人所看好。而技术的推广还与应用规模有关,日车企在全球有较高的市场占有率,对推动氢能汽车发展有基础,但也面临与电动汽车一样的基础设施和成本的挑战,合理的建设成本、创新的商业模式还是前提条件。氢燃料电池车的最大优势在于续航能力完全可与燃油车相媲美,但从目前的市场力量对比看,很难说不出现赢者通吃的局面,届时付出惨重代价的可能就是少数派路线。

电力的最大优势还在于可以自由互联,并自带信息属性,与数字同质同源,这恐怕是氢能无可比拟的。但在分布式、储能等领域,氢燃料电池还可以与电力携手,共同形成一个新的能源网络。

德国Brandenburg不久前建成了世界上第一座用氢能作为电力存储中介的混合能源电站,这项技术能够高效地将当地过剩的风能和太阳能转化为氢能,并利用现有的天然气设施进行长期储存,在需要时重新转化为电能。

“化电为氢”的尝试可能为纾解长期电力存储和远距离输送的瓶颈提供一种新的思路。只有突破能源存储这一大难题,一个崭新的可再生电力时代才有可能尽快到来。氢能源和可控核聚变技术一样,都是人类的梦想。

主载之争可能并不太重要,更为长久的判断现在还为时过早,真正重要的还是彼此形成能源革命的合力,共同来驱动一个更好的世界。

燃料电池与锂电:

单从技术角度来评估,氢燃料电池远胜于动力电池,比如加注时间氢燃料电池3分钟、5分钟,再大的车顶多10分钟、20分钟,而纯电动最少也需要半小时80%;行驶里程能够跑300公里、500公里、700公里,甚至重卡1000公里、2000公里都可以做到,而纯电动做不到。另外,氢燃料电池使用无污染,即便拆解后也无污染,但电池拆解有污染。

总之作为汽车动力源,氢燃料电池相较于锂电池具有能量密度高、续航里程长、充电时间短、重量轻、性能提升空间大等诸多优点。

若从两者的技术难度与成本来看,锂电池技术难度相对较小,生产相对成熟,同时整个制造产业链完善,正处于规模效应的扩大阶段,而氢燃料电池的关键材料催化剂、质子交换膜、双极板等国内产业链基本处于空白状态,同时制造成本及加氢站建设成本等高昂。

但在明天氢能总经理、创始人王朝云看来,如果追求短期利益最大化,不会想到氢燃料电池。纯电动路线的真正毛病就是,众多企业带着短期利益的强烈企图心。

“其实仅仅是利益的先后问题,(干氢燃料电池)可能开始你会活得很苦,但是放眼三年、五年是可以解决的。”王朝云说。

当然也有人持不同意见:纯电动是中国新能源乘用车的主流方案,燃料电池车不太可能取代纯电动车的地位。从城市间短途行驶的乘用车,到长距离的高铁,再到农村的两轮车、三轮车,有大量纯电动技术积累和优势,从交通出行合理性来看,也应将纯电动作为主流方案。

对于未来氢燃料电池与锂电池两者的关系,清华大学教授欧阳明高(同是动力锂电池和氢燃料电池的科研带头人)则表示,最有可能的是两者共存:“至少到2030年,乘用车领域可能纯电动更占主导,而有长距离运输要求的商用车领域燃料电池车会更多。”

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