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氢燃料电池汽车的难题、出路与后劲

日期: 2022-11-24 20:16
作者: 慧泽李

近日电池级碳酸锂均价已经突破60万元/吨这一大关,这对当下主要搭载锂电池的新能源汽车来说可不是什么好兆头,原材料的涨价一旦传递到汽车端,最后只能由消费者买单。

之前流传的“有锂走遍天下,没锂寸步难行”果真如此吗?事实上,作为锂电池汽车的替代者之一,氢燃料电池汽车已经取得一定的成绩。

01政策与行业现状

能源是关乎国家大事,都是政策先做铺垫,为产业指路。当下的如火如荼的锂电池汽车已由政策驱动进化到市场驱动,而氢燃料电池汽车的发展当然也离不开政策的保驾护航。

2019年氢能被首次写进政府工作报告,2021年被正式写入“十四五”规划。

2021年8月起,北京、上海、广东、河北、河南等先后获批为氢燃料电池汽车示范城市群试点。

2022年3月,国家发改委、国家能源局联合印发《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》,可以说是首个氢能纲领性规划,为氢能的地位定调。

该文件指出氢能是未来国家能源体系的重要组成部分,是实现绿色低碳转型的重要载体,氢能产业是战略性新兴产业和未来产业重点发展方向。

2022年6月,国家发展改革委等9部门联合印发《“十四五”可再生能源发展规划》,提出推动可再生能源规模化制氢利用,开展规模化可再生能源制氢示范。

2020年11月,国务院办公厅印发的《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》中,将燃料电池汽车与纯电动汽车、插电式混合动力(含增程式)汽车列为三大方向。

可以看出,在政策层面,氢燃料汽车与纯电汽车被同等重视。但从落地效果方面,纯电抢了先。

2017年至2021年,中国氢燃料电池的出货量从38.6兆瓦跃升至405.7兆瓦,尽管发展势头强劲,但与锂电池的出货量相比依然逊色不少。

氢燃料电池对汽车比较“情有独钟”,比如,2021年用于汽车的氢燃料电池的出货量为404.7兆瓦,占比总出货量为99.75%;而锂电池的用途更为广泛,除了用于汽车,还可以用于消费电子、储能电站等。

中国的氢燃料电池汽车仍然处于萌芽期,这是不争的事实。相关数据显示,2021年,氢燃料电池汽车的国内销量为1586辆,保有量不足万辆,难以与640万的纯电汽车保有量相比。

02成本与性能是掣肘

那么,问题出在哪儿呢?一个是成本方面,一个是性能方面。

成本方面,氢能源价格居高不下,还要追溯到制氢、储氢和运氢三大环节。

制氢方面,按照工艺可分为 “灰氢”、“蓝氢”和“绿氢”三类。由于两者的制取过程会造成污染,有悖于双碳目标的初衷,在政策层面不被支持,“绿氢”则是通过可再生能源、电解水等方法实现百分之百零碳排是当下的主流方法,但代价却是成本高昂,各方法成本如下所示,(数据来源:偲睿咨询)。

绿氢高成本的两大因素是电力消耗量和架设电解槽费用。

储氢方面,同样是一大难题,国内的主流方法是采取高压气态储氢,成本造价在27000元左右,同时配套设施的价格在15万元。

运氢方面,国内以气态运输为主流,与液氢运输和管道运输相比安全隐患较高,且运输效率低。

相比制氢,储氢与运氢的成本与技术难题更高。

另外,催化剂成本也是不容小觑,目前氢燃料电池效率最高的的催化剂是铂,但每盎司铂的价格超过1000美元,且在短期内不可替代。

续航能力方面,目前国内氢燃料汽车的续航主要集中在400-700KM,而纯电车型已经突破1000KM。

补能设施方面,截至2022年10月31日,我国累计建成加氢站296座,而充电桩数量为470.8万个。加氢站的数量跟不上,导致氢燃料汽车后期补能的便利性打折扣。其实,加氢站与前文的储氢、运氢是个系列问题,而非局部问题。

电池寿命方面,与锂电池相比,氢燃料电池的寿命也是一个短板。

性能方面的不足,决定了燃料电池汽车主要运用在商用车领域,2021年,我国燃料电池汽车销量中,基本全为大型商用车,乘用车占比仅为0.58%。

大车体积大,容得下氢燃料电池反应堆和储氢罐,而乘用车则没有这样的空间,只能靠提升燃料电池的能量密度。

因此,接下来,在商用车领域,氢燃料电池汽车与纯电汽车的PK或将更加猛烈一些。

03出路与进展

氢能源进展方面,主要体现在:一是技术提高,二是参与者增多。

为解决成本的难题,PEM电解制氢技术应运而生,可实现平均每生产1立方米氢气可节省1千瓦时的电力,效率大大提高。

储运方面,海外诞生了低温液态储氢的方法,将氢气压缩成液体,能大幅避开气态氢造成的安全隐患;长城汽车研发的“岩竹”系列 —70MPa 减压阀产品向下突破万元大关,成本下降幅度达 40%,推动氢用减压阀进入“千元时代”,降低了部分氢能储运成本。

续航里程方面,目前国内最高数据已经接近900KM;法国车企Hopium发布了旗下首款氢燃料电池车Hopium Machina有1000公里的续航能力;市场传言,大众汽车与德国Kraftwerk Tubes公司正合作开发一种新的氢燃料电池,续航里程可达2000公里。

电池寿命方面,2022年10月,由戴姆勒和沃尔沃合资投建的氢燃料电池生产商Cellcentric公司宣布推出新一代氢燃料电池系统,额定功率达到150千瓦,最长使用寿命可以达到2.5万小时。

成本方面,国内的氢燃料电池的价格呈下降的趋势,从2017年的16400元/千瓦下降至2021年的5100元/千瓦。

氢燃料电池价格下降的动力为——上游核心部件的技术突破和国产化、氢燃料电池的大规模生产以及广泛应用的推动(商用车功不可没)。

氢能设施方面,中国加氢站的数目已经从2017年的11座迅速增至2021年的218座。

2022年的北京冬奥会刮起了一阵氢能源的旋风,延庆和张家口投入了700余辆氢燃料大巴车,用于日常的交通运输。可见国家对其重视程度。

参与者方面,2022上半年,工信部发布的1-6批《新能源汽车推广应用推荐车型目录》中共新增了34家车企的96款燃料电池汽车产品,同比增长41.2%,续航里程范围从201KM到894KM。

车企与燃料电池厂商的新面孔均在增加。在该推荐目录中,有7家车企、12家氢燃料电池厂商首次上榜。

涵盖车型方面,重卡、专用车、客车、物流车“四分天下”。

值得一提的是,乘用车方面也填补了空白,长安旗下的深蓝品牌推出了首款国内自主品牌量产的氢燃料电池轿车。各路车企也都在燃料电池乘用车方面暗自发力。

氢能作为21世纪最清洁的能源,氢燃料电池汽车未来发展空间广阔,我们只需静待花开。

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