0【第一商用車網(wǎng) 原創(chuàng)】
氫燃料電池商用車發(fā)展有何新風(fēng)向？
近日，由北京海外學(xué)人中心和北汽集團(tuán)聯(lián)合主辦的“鏈合創(chuàng)新 氫引未來——2024北京國際青年創(chuàng)新發(fā)展論壇新能源智能網(wǎng)聯(lián)汽車平行論壇氫能分論壇”在北汽福田黑科技基地X實(shí)驗(yàn)室舉辦。
本次論壇聚焦氫燃料電池技術(shù)目前存在的痛點(diǎn)和難點(diǎn)，圍繞氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢、關(guān)鍵技術(shù)突破、基礎(chǔ)材料開發(fā)、成果落地應(yīng)用等方面共商行業(yè)發(fā)展。多位行業(yè)專家現(xiàn)場分享氫燃料電池汽車相關(guān)主題演講，他們?yōu)楫a(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來了哪些創(chuàng)新觀點(diǎn)呢？我們一起來看看吧。
發(fā)展氫能大勢所趨 預(yù)計(jì)2040或更快實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用
氫能作為清潔高效的二次能源載體，被普遍認(rèn)為是推動(dòng)傳統(tǒng)化石能源清潔高效利用和支持可再生能源大規(guī)模發(fā)展的理想媒介，已成為全球能源革命和能源轉(zhuǎn)型的重要載體。氫能發(fā)展?jié)摿薮螅菗碛腥f億級(jí)的藍(lán)海市場。
據(jù)國際能源署預(yù)測，在2050年凈零排放情景下，全球年氫能需求將增長到超過5億噸，其中，以發(fā)電、天然氣摻氫和車輛、船舶、航空等交通領(lǐng)域燃油替代為代表的新增用氫需求占比將超過60%。國內(nèi)方面，預(yù)計(jì)隨著用氫規(guī)模的高速增長，大概到2050年，我國氫能供需規(guī)模會(huì)快速增長到1億噸-1.3億噸。不過，清華大學(xué)車輛學(xué)院院長李建秋認(rèn)為，在“雙碳”目標(biāo)的驅(qū)動(dòng)下，氫能會(huì)快速發(fā)揮多領(lǐng)域深度脫碳的作用，可能會(huì)在2040年或者更快的未來實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用，為氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展注入強(qiáng)心針。
其中，道路交通領(lǐng)域是氫能作為能源應(yīng)用的一個(gè)重要突破口，受到全球國家的高度重視和推動(dòng)。截止到2023年底，全球氫燃料電池汽車保有量達(dá)到82174輛，我國氫燃料電池汽車推廣力度提升，重型交通應(yīng)用加快試點(diǎn)應(yīng)用，已成為全球氫能交通應(yīng)用和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)增長量最快的市場。2023年，我國實(shí)現(xiàn)氫燃料電池汽車保有量新增5805輛，累計(jì)18487輛，同比增長45.8%；今年1-7月，我國氫燃料電池汽車產(chǎn)、銷分別為3673輛和3422輛，分別同比增長28%和25.5%。加氫站建設(shè)方面，截至2023年底，我國累計(jì)建成加氫站474座，數(shù)量全球最多，新建加氫站121座，增量全球最高。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2023年底，全球公布?xì)淠軕?zhàn)略的國家和地區(qū)超50個(gè)，主要國家氫能戰(zhàn)略規(guī)劃轉(zhuǎn)向推動(dòng)實(shí)施落地。從我國來看，氫能已經(jīng)上升到國家戰(zhàn)略，是未來國家能源體系的重要組成部分，是戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和未來產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)發(fā)展方向。不管是政府工作報(bào)告還是能源法，均將氫能列為發(fā)展重點(diǎn)，其中，2024年《政府工作報(bào)告》明確將發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)作為新質(zhì)生產(chǎn)力培育的重要領(lǐng)域，提出加快前沿新興氫能等產(chǎn)業(yè)發(fā)展；能源法案將電力、熱能、氫能并列……
京津冀氫能產(chǎn)業(yè)鏈基本貫通 三地已推廣燃料電池車超6000輛
從產(chǎn)業(yè)發(fā)展布局來看，據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國范圍內(nèi)有超30個(gè)省市和地區(qū)已經(jīng)發(fā)布?xì)淠墚a(chǎn)業(yè)的行動(dòng)計(jì)劃，包括政策措施等；在國資委直管的98家央企中，大概有50家左右的央企已經(jīng)開展氫能布局。目前，我國已形成京津冀、長三角、珠三角、西南成渝、中部鄂魯渝、內(nèi)蒙古七大產(chǎn)業(yè)集群。
在本次氫能論壇上，中關(guān)村氫能與燃料電池技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟副秘書長孫浩天分享了“關(guān)于氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢與京津冀實(shí)踐”的主題演講。據(jù)他介紹，京津冀地區(qū)在氫能技術(shù)研究、產(chǎn)業(yè)布局與應(yīng)用示范方面全國起步最早，三地發(fā)展氫能的目標(biāo)和決心高度一致，聚焦氫能產(chǎn)業(yè)落地和協(xié)作發(fā)展，分別制定了氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃和若干產(chǎn)業(yè)扶持政策，為氫能產(chǎn)業(yè)集聚化、商業(yè)化、規(guī)?；l(fā)展創(chuàng)造了良好的條件。
在氫能供應(yīng)和燃料電池產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，京津冀產(chǎn)業(yè)鏈基本貫通，整體技術(shù)水平與產(chǎn)業(yè)化能力全國領(lǐng)域，涌現(xiàn)出北汽福田、億華通、中船派瑞、安瑞科等一批領(lǐng)軍企業(yè)，共同推進(jìn)重大示范項(xiàng)目建設(shè)形成了良好的產(chǎn)業(yè)與應(yīng)用協(xié)同基礎(chǔ)，區(qū)域產(chǎn)業(yè)規(guī)模突破百億，產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢頭良好，在全國氫能產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略布局中占據(jù)重要位置。
其中，北京以創(chuàng)新為引領(lǐng)，重點(diǎn)發(fā)展產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)的關(guān)鍵裝備，打造多領(lǐng)域多場景示范應(yīng)用；河北以“制”為核心，打造規(guī)?；圃旎兀惶旖蛞劳性跇?biāo)準(zhǔn)檢測方面的優(yōu)勢，布局打造氫能示范服務(wù)的先行區(qū)；三地更多的是圍繞氫能全產(chǎn)業(yè)鏈布局和全場應(yīng)用對(duì)應(yīng)開展一些重點(diǎn)工作。目前，北京市燃料電池汽車推廣數(shù)量超3300輛，整個(gè)京津冀地區(qū)燃料電池汽車推廣數(shù)量超過6000輛。
在氫技術(shù)協(xié)同方面，京津冀三地共同實(shí)現(xiàn)了電堆、空壓機(jī)的技術(shù)自主創(chuàng)新及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，推動(dòng)膜電極、雙極板、氫氣循環(huán)系統(tǒng)的研發(fā)產(chǎn)業(yè)化，填補(bǔ)了催化劑、質(zhì)子交換膜的國內(nèi)自主化應(yīng)用空白，已實(shí)現(xiàn)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、電解水制氫裝備、車載氫系統(tǒng)等重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)不低于80%的區(qū)域整體配套率，帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈成本有效降低。據(jù)預(yù)測，京津冀地區(qū)產(chǎn)業(yè)鏈系統(tǒng)成本有望在2025年降至1000元每千瓦。
不過，總體看，氫能產(chǎn)業(yè)仍處在產(chǎn)業(yè)發(fā)展初級(jí)階段，產(chǎn)業(yè)規(guī)模相對(duì)較少，尚未進(jìn)入細(xì)分領(lǐng)域全面市場化的階段，產(chǎn)業(yè)協(xié)同還存在政策協(xié)同不足、應(yīng)用場景單一、基礎(chǔ)設(shè)施有待完善等方面問題和挑戰(zhàn)。
京津冀氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在的問題和挑戰(zhàn)
把脈氫燃料電池技術(shù)存在的痛點(diǎn)與難點(diǎn)
根據(jù)國際能源署發(fā)布2023年全球碳排放報(bào)告，交通運(yùn)輸領(lǐng)域在我國碳總排放量中占到10%，而保有量僅12%的商用車，其碳排放量占到交通領(lǐng)域的56%，可見商用車的減碳對(duì)國家構(gòu)建綠色低碳交通體系至關(guān)重要。氫燃料電池汽車正是氫能在商用車領(lǐng)域應(yīng)用的一個(gè)重要突破口，也是目前解決中重型商用車中長途運(yùn)輸?shù)淖罴呀鉀Q方案。
然而，在技術(shù)上，氫燃料電池商用車仍面臨不少挑戰(zhàn)，如氫燃料電池壽命、安全、可靠性及運(yùn)營成本等。本次論壇中，北京工業(yè)大學(xué)副教授孫博學(xué)、博世集團(tuán)高級(jí)經(jīng)理Ozan Dincel、神力科技總經(jīng)理戴威、億氫科技董事長賀萍、上海治臻新能源總經(jīng)理藍(lán)樹槐等行業(yè)大咖圍繞關(guān)鍵材料、電堆、膜電極、金屬極板等方面分享各自專業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)干貨與經(jīng)驗(yàn)智慧，為氫燃料電池汽車及燃料電池系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展煥新思路。
其中，在關(guān)鍵材料生命周期碳減排實(shí)踐方面，孫博學(xué)建議，我國碳足跡應(yīng)用要走出一條中國式道路。西方社會(huì)碳足跡應(yīng)用集中在處于“鏈主”生態(tài)位的終端產(chǎn)品，其控碳方式多聚力于構(gòu)建低碳供應(yīng)鏈體系，刀刃向外，建立各種機(jī)制倒逼上游實(shí)現(xiàn)其自身減碳目標(biāo)。而我國控碳需求多集中于原材料等上游用能產(chǎn)業(yè)，其直接碳排放強(qiáng)度大，控碳方式需聚焦于自身流程優(yōu)化與生產(chǎn)要求協(xié)調(diào)配置，刀刃只能向內(nèi)。
在長途重載燃料電池電堆設(shè)計(jì)方面，戴威認(rèn)為，未來49噸燃料電池重卡要在長途重載領(lǐng)域真正能“打”的話，就必須要在高速巡航功率、氫燃料電池電堆功率和氫氣價(jià)格上去想辦法，而最難的是燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)效率的提高。要在長途重載領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)高效率，就要電堆設(shè)計(jì)思路上發(fā)展轉(zhuǎn)變，若發(fā)動(dòng)機(jī)效率要做到50%-55%，電堆的電壓至少要做到0.725或0.75，并且電堆Bop損耗要做到很低，7%-10%，目前水平大概是15%-20%。此外，燃料電池電堆設(shè)計(jì)還面臨怠速、散熱等問題。他認(rèn)為，解決電堆的很多問題，不要光從電堆本身解決，而是從整車的角度去解決，并呼吁發(fā)展氫燃料電池要回歸商業(yè)的本質(zhì)，聚焦為客戶創(chuàng)造價(jià)值，要對(duì)燃料電池技術(shù)和產(chǎn)業(yè)心存敬畏，把更多精力放在打磨產(chǎn)品上。
而膜電極是氫燃料電池的最核心部件，被稱為氫燃料電池的心臟。對(duì)于膜電極的設(shè)計(jì)及作用，賀萍介紹，膜電極是氫能產(chǎn)業(yè)鏈的核心，是所有能量轉(zhuǎn)換的場所。她認(rèn)為，所有系統(tǒng)或電堆的目標(biāo)制定離不開膜電極，否則，產(chǎn)業(yè)鏈的交流成本會(huì)極高，技術(shù)發(fā)展的成本將是事倍功半；所有電堆或系統(tǒng)的應(yīng)用驗(yàn)證離不開膜電極，否則，膜電極核“芯”將永遠(yuǎn)是發(fā)展不完美的“眾矢之的”，其他體系內(nèi)技術(shù)卻得不到有效發(fā)展；核“芯”膜電極，涉及面廣、深、長，絕不是簡單的集成，需要學(xué)科交叉融合，需要具有綜合能力團(tuán)隊(duì)進(jìn)取、開拓、攻關(guān)。
在超大功率燃料電池電堆金屬極板的設(shè)計(jì)制造方面，藍(lán)樹槐表示，我國超大功率電堆產(chǎn)品推出速度不斷加快，根據(jù)國內(nèi)電堆廠商已發(fā)布的最大產(chǎn)品功率來看，現(xiàn)階段我國燃料電池電堆主流產(chǎn)品最大單堆功率已突破200千瓦，部分產(chǎn)品正向300千瓦功率量級(jí)快速發(fā)展，超大功率電堆對(duì)于核心部件開發(fā)提出更多要求與新的挑戰(zhàn)。在藍(lán)樹槐看來，總功率從150千瓦增加到300千瓦，需要電極功率密度、反應(yīng)面積和裝配節(jié)數(shù)的全方位提升；超大功率雙極板主要設(shè)計(jì)包括支撐高性能功率密度的流道結(jié)構(gòu)、匹配大反應(yīng)面積的分配區(qū)和面向可制造性的成形設(shè)計(jì)，以及適應(yīng)多節(jié)數(shù)的氣液腔口及水熱管理。
整體來看，氫燃料電池技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展，對(duì)于我國能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有非常重要意義，機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存。氫燃料電池各核心部件在市場化燃料電池商用車大規(guī)模應(yīng)用過程中面臨著“既要”“又要”的挑戰(zhàn)，要同時(shí)兼顧性能、壽命及可靠性等，似乎聽起來很殘酷，卻是技術(shù)需要不斷攻關(guān)的方向。上下游產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同合作與研發(fā)，是本次論壇上各位專家提出的共同訴求。
結(jié)束語
正如北汽福田副總經(jīng)理、新能源開發(fā)首席總工程師秦志東所言，氫燃料電池商用車在燃料電池壽命、安全及可靠性、運(yùn)營成本等方面的諸多挑戰(zhàn)，不僅考驗(yàn)著技術(shù)實(shí)力，更考驗(yàn)著企業(yè)的創(chuàng)新和商業(yè)模式。
本次氫能論壇的舉辦，是思想的交流更是智慧的碰撞，上下鏈企業(yè)們通過技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)協(xié)同、運(yùn)營模式和商業(yè)模式創(chuàng)新等，將推動(dòng)氫燃料電池商用車的廣泛應(yīng)用和可持續(xù)發(fā)展。
