伴隨能源安全和環保要求,零排放、高效率、可再生等成為新能源客車可持續發展方向。依托氫燃料電池技術的進步,氫燃料電池客車的優勢越發明顯,和傳統客車比,零污染、零排放;和純電動客車比,加注燃料速度快,續航里程更長。未來在公路客運領域,它的優勢會更加明顯。近幾年來,氫燃料電池客車逐漸受到國家和行業重視,越來越多的呼聲表示:氫燃料電池客車產業化的春天快來了。
氫燃料電池客車發展現狀與優勢
從國際上看,氫燃料電池汽車發展大致經歷的四個階段:2000年之前,概念設計和原理驗證階段;2000-2010年,燃料電池技術攻關和技術驗證階段;2010-2015年特定用途領域商業化階段;2015年至今,逐步進入商業化階段。目前,我國基本掌握了氫燃料電池汽車整車動力系統及關鍵零部件的核心技術,具備了百輛級燃料電池汽車動力系統平臺與整車生產能力。2008年,20輛我國自主研制的氫燃料電池轎車服務于北京奧運會;2010年,上海世博會上成功運行了近200輛具有自主知識產權的燃料電池汽車。客車領域,參與氫燃料電池客車研發的整車企業有宇通客車、福田歐輝、蘇州金龍(海格)、申龍客車、廈門金旅、中植汽車、佛山飛馳等,目前國內在運行的氫燃料電池客車近40輛,建加氫站8座,實際運行3座。
政策利好。新能源客車的快速發展,離不開國家的政策利導。氫燃料電池客車產業化符合我國可持續發展戰略要求,國家有意從政策上給予扶持和引導。2016年11月,國務院印發《“十三五”國家戰略性新興產業發展規劃》,明確提出燃料電池汽車要產業化,到2020年要實現燃料電池車批量生產和規模化示范應用,燃料電池將從“研究開發、示范應用”階段向“產業化”階段轉折。2016年年末,四部委聯合發布了2017年新能源汽車推廣補貼政策,動力電池客車補貼縮水,然而氫燃料電池客車補貼標準不變,輕型客車30萬元/輛,大中型客車50萬元/輛。目前各地政府也出臺相應的補貼政策,多數地方燃料電池車補貼維持與國家補貼1:1的額度。在加氫站建設上,對符合國家技術標準且日加氫能力不少于200公斤的新建燃料電池車加氫站,每站獎勵400萬元。
企業“搶灘”。在政策利導下,具有戰略性和前瞻性的整車企業紛紛行動起來,“搶灘”氫燃料電池客車產業先機。早在2008年北京奧運會期間,福田歐輝與清華大學共同研發的3輛燃料電池客車參與示范運行;2010年,3輛同濟大學研發和3輛清華大學研發,共6輛燃料電池客車亮相上海世博會;2010年新加坡青奧會期間,海格和清華大學合作研發的2輛燃料電池客車參與示范;2016年4月,宇通客車與億華通簽訂100輛氫燃料電池客車合作意向書,預計2017年一季度末將會有100多臺配備億華通燃料電池動力系統的車上路運行;2016年5月,福田歐輝簽訂100輛8.5米氫燃料電動客車銷售合同,開啟氫燃料電動客車的商業化運作。
技術突破。據中國電動汽車百人會氫能燃料電池汽車課題組提供資料顯示,我國攻克了車用燃料電池動力系統集成、控制和適配等關鍵難點,形成了燃料電池系統、動力電池、DC/DC變換器、驅動電機、儲氧與供氧系統等關鍵零部件研發體系,實現了綜合技術的跨越,總體技術接近國際先進水平。以清華大學汽車安全與節能國家重點實驗室為主的燃料電池客車動力系統研發團隊在車用燃料電池動力系統平臺技術方面取得重要進展。燃料電池客車形成的燃料電池-動力電池動力系統技術平臺,攻克了制動能量回收、蓄電池系統熱電管理技術、雙燃料電池堆獨立運行等瓶頸技術,建立了碰撞-氫-電等多因素構成的新的汽車安全技術體系,完成了國際上第一列客車用氫-電系統的臺車碰撞試驗。以福田歐輝研發的8.5米氫燃料電池客車為例,該車采用全球領先的干膜技術,可實現-20°C低溫啟動、-46°C低溫存放和停機自動保護,加氫只需10分鐘,續航里程可達500公里,接近傳統燃油車。
氫燃料電池客車的產業化瓶頸
通過上述分析可發現,我國發展氫燃料電池客車的優勢已經很明顯,盡管如此,氫燃料電池客車要實現產業化還有很多瓶頸需突破。
氫燃料產業鏈問題。氫燃料電池客車的產業鏈包括了整車企業、氫燃料電池零配件企業、氫燃料供應企業等。目前,中上游的氫燃料電池零配件企業和氫燃料供應企業數量屈指可數。電池零配件企業主要是生產燃料電池組、氫氣存儲設備和配件。做氫燃料電池零配件的企業或高校有:大連新源、上海神力、北京億華通、清華大學、同濟大學、武漢理工等。氫燃料供應企業主要是提供燃料氫氣,包括氫氣生產、輸送和充氣。目前,專門為汽車提供氫燃料供應企業只有幾家。據中國客車網了解,億華通一直做的燃料電池動力系統的開發與產業化及氫能基礎設施運營與規劃,可以說在致力于補齊氫燃料電池中上游產業鏈。
成本問題。成本包含了造車成本和運營成本。我國的氫燃料電池技術路線不同于國外,我國氫燃料電池客車的發展路線是電電結合,既氫燃料電池+動力電池。與國外的氫燃料電池車比,我國的造車成本要低很多。清華大學教授李建秋表示,目前我國氫燃料電池客車的整車成本在200萬人民幣左右,而國外的純氫燃料電池客車造價在100萬美元左右,約是680萬人民幣。然而與我國的傳統客車以及純電動客車比,盡管有補貼優勢,成本還是稍高。當然,隨著技術成熟和量產化,成本肯定會下降。同濟大學教授章桐表示,考慮到2019年,對于純電動大巴的這樣一個退坡政策完全到位、完全是零的話,燃料電池客車仍然享受補貼,購車成本上會發生逆轉。運營成本主要體現在氫燃料上,粗略估算,燃料電池客車百公里運行成本是77元,傳統燃油車百公里耗油40升左右,成本約為200元;純電動車百公里用電約50度,價格在60-70元。目前,氫燃料電池客車運行成本要低于傳統客車,而高于純電動客車。
氫源和加氫站限制。制氫包括兩個途徑,可再生能源電解水制氫和工業副產氫。可用于制氫的可再生能源包括水能、風能、太陽能等。我國西南地區有豐富的水電資源,我國西北部地區有豐富的風能和太陽能資源,都可用來做電解水制氫。然而目前我國建成和運行的加氫站主要分布在北京、上海、鄭州等大城市,形成地域限制。同時,工業副產氫分布比較分散,比較集中的地區有華東地區的工業鹽場。目前,我國的加氫站建設才處于剛剛起步階段,與新能源汽車充電站比,加氫站的建設成本要高出很多。武漢理工大學教授潘牧認為加氫站數量少的最大原因是目前還是沒有車,一般來說先有車后有路,加氫站也一樣,先有車后有站,整車廠把車推出來后,加氫站建設會隨后跟上。從氫能源建設上看,我國還有很大的潛力可以挖掘,氫能源基礎建設是一項國家計劃,需要舉全國之力。
勿走動力電池客車發展的老路
技術應用在產業化過程中似乎都陷入了技術創新、市場化、無序競爭、野蠻生長、政策調整、優勝劣汰、有序發展的怪圈,動力電池客車發展也是如此。2014年底,我國新能源汽車發展被上升為國家戰略,直接帶動新能源客車行業和動力電池行業的快速發展,2015年至今,新能源客車呈“井噴式”增長。但在增長的背后是大量動力電池企業的野蠻生長,新能源客車安全事故頻發,企業更是出現了騙補丑聞。早期生產的新能源客車在使用2年后,續航降低、故障頻發,出現大量“趴窩”、閑置車輛。受制于動力電池核心技術仍未突破,加之對政策過于依賴,動力電池客車發展陷入了調整期。
氫燃料電池客車發展勿走動力電池客車發展的老路。在國家政策利導的前提下,應繼續加大氫燃料電池技術研發,實現核心技術的突破,從而降低造車成本;同時補齊氫燃料電池產業鏈,加強配套設施的完善。章桐教授指出,發展氫燃料電池國家要有戰略,行業要有投入,基礎和應用并舉。由于基礎研究薄弱,我國在很多技術上仍然有缺陷,如果光做推廣、不做基礎,永遠跟別人差半截,到最后有可能被國外的企業淘汰,把燃料電池市場丟掉。