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[行业动态] 中国氢能燃料电池汽车发展路线图

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发表于 2020-2-15 20:55:16 | 显示全部楼层 |阅读模式

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 我分享的是有关中国氢能燃料电池汽车发展路线图的内容,这个是在中国汽车工程学会带领下,跟着欧阳明高院士一块儿做的中国氢能燃料电池的工作,今天在这里跟大家分享一下。
  一、氢能燃料电池汽车路线图过去的成果
  这是2016年发布的,制定氢能燃料电池路线图时的战略和愿景。当时我们从全球氢能燃料电池汽车发展的各国的愿景来看,它们都是以保障国家或者地区的能源安全,减少碳排放、抑制气候变化为主要目标,因为他们基本上都已经过了污染物的过程。但是中国面临解决城市交通机动化以后导致的环境污染的问题。我们经常讲到的无论是PM,还是NOx等等对人口集中区域的环境污染。当时我们是面向2030年的,我们是到2030年要实现百万辆级的氢能燃料电池汽车上路行驶,再远一点看,是到2050年能够和纯电动汽车共同实现汽车的零排放,还是集中在使用端或者是叫作移动端的零排放。
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  路径方面,包括要与纯电动汽车协同发展,通过能源的低碳化和清洁化以及动力系统的高效电动化来实现汽车产业从大到强的转变,这是当时的一种具体路径。包括以下三个方面:
  第一方面,以车用能源为来源,多元化保障我们国家的能源安全。主要指的是进口石油的替代,保证它的能源安全。
  第二方面,以能源利用阶段的零排放,改善生活环境质量,这是我们特别迫切的问题。
  第三方面,以分布式低碳能源的应用来应对全球的气候变化,就是我们尽量使用可再生能源,以及可再生的分布式能源。
  当时我们也有一个近、中、远期里程碑的数据,大家以前可能都看到过。当时定的是在2020年有5000辆燃料电池车,到2025年有5万辆,2030年有百万辆。一些从现在真正的燃料电池汽车生产的规模上来看,近3年我们已经生产了5500辆燃料电池汽车,包括2017年的1000辆,2018年的1500辆,以及去年的3000辆车,大数上来讲已经完成了我们第一阶段目标的里程碑的数据。
  昨天欧阳明高院士在大会上发布了这张图,这个图也是最近我们路线图起草小组在一块儿讨论出来的结果(如PPT)。我们将2020年的数据做了一点变更,努力争取到2020年底的时候能够有接近万辆的规模,我们叫5000到1万辆的规模,2025年到5万到10万辆的规模,近期向上调整了一下。到2030年和2035年这个数据我们并没有做更大的变动,仍然认为到2020年、2030年,百万辆的规模应该是现在看上去比较合理的,也能够实现的。当时的关键零部件有一个成本的目标,对商用燃料电池汽车来讲,每千瓦的生产成本(材料成本)5000块钱每公斤氢气储存,到2025年降到2000块钱,2030年降到600块钱,这个下降的幅度是比较大的。同时,制约车上氢储存,我们国内在这方面比较弱一点,当时对这块也有具体的成本下降的规划目标。2020年要达到3000块钱每储存一公斤氢气,2025到2000块钱,2030年到1800块钱一公斤氢气储存的规模,这是当时给出的规划内容。
  二、商业化车型的全生命周期经济性
  已经商业化的车型,经济性上有没有可能性。燃料电池的轿车也就几十辆车,重卡也没有,所以我们只能面向已经开始在市场上运行的车辆,还有一些运行的数据我们可以拿来做分析。经济性包括哪些内容?我们是按照现有的阶段,能够运行到这辆车报废为止,全生命周期的经济性,包括车辆购置的成本,这里面有燃料电池系统的成本、电池系统的成本、储氢系统的成本、包括驱动系统以及车身等等方面。在车辆维护方面,我们主要是包括对燃料电池系统的定期维护、动力电池的定期的维护,还有其他的保养成本。能源使用成本主要是包括了在行驶过程中对氢气的消耗部分的内容,最后还有一个残值。残值现在不大好判断,但是给了一个大致的区间范围,包括燃料电池的残值和动力电池的残值。
  现在市场上或者是已经公布的交通领域里,或者物流领域应用的车辆的成本情况,这是我们去各个厂家调研的情况。对于燃料电池的客车来讲,我们以10.5m车作为例子,这个车大概是195万元/辆,挺高的,主要来自于哪些呢?第一个来自于燃料电池系统。虽然只有46kW的燃料电池,但是已经占到成本的将近53%,还有100度电的磷酸铁锂电池,这个电池系统的成本也占到8%左右,剩余的就是储氢系统占到成本相对高一点,大概将近12%的样子,其余的占了27%。这是对于客车的。
  物流车燃料电池系统是32kW,比轿车低一些,用的电池是26kwh锰酸锂的电池,以及上面的氢系统是3个140L的氢气瓶。目前来说,物流车的成本大概是将近58%来自于燃料电池的系统,这个占的成本相对比较高,这是有关购置成本方面。
  如果我们按照一辆客车一年行驶7万公里,8年报废,最终的结果看到,这辆车全生命周期大概的成本是将近450万/辆,其中绝大部分来自于氢气。为什么?氢气现在用的成本比较高60元/kg,这个成本是比较高的。同时对氢燃料电池的物流车也做了测算,百公里氢耗2.8公斤,每年行驶4.5万公里,也是按照8年报废,最后的结果,对于物流车来讲,购置成本占得比较高,氢气消耗的成本并不是很高,这是我们目前给出的结果。
  未来成本的变化趋势上来看,刚才根据我们2016年的路线图的规划结果做了测算,到2025年和2030年分别对两款车进行了全生命周期的成本估计。对客车来讲,到2025年购置成本将从195万降到140万,总的成本下降的幅度比较大,氢气的成本也做了相应的调整,从现在的60元/kg下降到35元/kg,按照这样的目标做了测算。对氢燃料物流车也有一个计算结果,这个图里面都表示得比较清楚。
  我们看一下国家补贴的情况会是什么样的影响。我们计算了一下,不考虑补贴是将近450万,如果考虑国家的补贴,一辆巴士补贴50万,就降下来将近10%的幅度。现在地方政府也在做补贴,有的地方政府是补50%,有的地方补百分之百,按照补百分之百计算的时候,它的成本下降幅度就会比较大。这里也拿了国家补贴和地方补贴以后,以及考虑到对于氢气也进行使用端的补贴,按照20元/Kg计算的话,基本上离纯电动汽车已经不是特别远了,这都是完全要拿补贴过来做的情况,其实这样的话,我们仍然认为在纯电动车比较适合的区域里面,它的使用是没有经济性的,它的使用范围可能会补充纯电动大巴不太适合使用的区域,比如寒冷的区域可能用它会比较好一点,因为它可以利用燃料电池发电过程中的余热对车辆在冬季进行加热,减少车在电力加热对于整个能耗的影响。
  刚才讲到了氢的成本到底用什么样的方法能够降下来,另外它的品质还要满足要求,这是这些天大家都在谈的所谓的绿氢、蓝氢、灰氢等等问题。从道理上来讲,目前的阶段可能会用一部分蓝氢的过程。所谓的蓝氢就是碳基能源制取辅之以二氧化碳捕捉利用与封存。但是可能会面临氢气的纯度对我们有影响,目前会有不可控的影响。最理想的或者从道德上来讲,最好的办法就是用可再生能源电力制氢,从来源上已经没有碳排放的问题了,我们也做了这方面的分析。从目前国内电解水制氢的成本来讲,80%多是来自于电力,因为它是高耗电的过程。我们中间有一个计算,如果按照3毛钱/度电,氢气生产的成本大概一个标方要将近2元,就是说一公斤得20元,这是它的生产成本,不包括中间的运输。如果包括中间的运输就是现在谈到的用20MPa的拖车进行运输的话,我们也测算过,如果超过了200公里以上的话,运输一公斤的氢气将要增加25块钱,运输成本就增加这么多,还不包括加氢站里面的成本。从这个道理来讲,有可能现在的结果就是在200公里以内用20MPa。目前国内成熟的技术是可以实现在一定区域里面的使用。最后的结论是短距离、分布式的制氢目前是能够满足燃料电池汽车对氢的品质的要求,也能够接近到成本的要求。
  三、氢能燃料电池汽车区域性推广
  目前氢能燃料电池采用和发展主要是集中于京津冀、长三角、珠三角、山东(胶东湾),有经济条件、产业发展条件以及战略机遇,分别对应这个地方有发展的条件,而我们认为在北京这一部分可能更多以2022冬奥为契机,作为氢燃料电池汽车的示范,按照官方的说法,冬奥期间平原用纯电,山地用燃料电池,这个现在基本上来说,我们在进一步论证燃料电池汽车在山地或者高寒地区使用更好的可行性。
  张家口有一个氢能与可再生能源研究院,受欧阳院士的委托,我在管这个研究院的事情。今年年初成立,成立以后我们就做了几件事,第一个,我们评估了一下目前的公交车用燃料电池的时候到底性能是什么样的。我们评估了2018年入冬以后几个月期间氢气的消耗量情况。秋季百公里是5.7公斤氢气,冬季将上升到8.8公斤,不是因为开空调的问题。因为可以用燃料电池的废热增加上去,由于道路比较湿滑的条件、其他的因素导致氢气消耗有点升高。无论怎样,目前燃料电池汽车在张家口的运行,尤其是冬季的运行已经表明车厢里面的温度能够满足公交车的要求。
  张家口是一个缺水的地方,在缺水的地方发展氢能会不会有什么问题?会不会对水资源造成危害?我们做了一个初步的分析。2022年冬奥为契机来算的话,按照2000辆燃料电池的商用车使用,一年的氢气消耗量大概是1万吨,这1万吨氢气消耗量能够消纳当地可再生能源的比例大概是3%,它所使用、消耗的水大概是1500人每年的生活用水量。所以基本上对本地的生活用水不会导致很大的影响。到2030年,到3万辆车的时候用氢量就会增加,对可再生能源的消纳会超过15%,即使这样消耗的水也不会超过1万人生活用水的量,因为张家口这个地方有200万常住人口,对水资源的影响并不是特别大。

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