余卓平:氢能汽车产业化不易

《中国经济和信息化》杂志 综合报道

当丰田、本田、奔驰、宝马等多家车企积极营造氢能汽车的火热氛围时,国内一些机构和学者再次把目光投向了纯电动、混合电动之外的路径选择。在这一轮的竞争中,谁能胜出?又该如何卡位?同济大学汽车学院院长、国家燃料电池汽车及动力系统工程技术研究中心主任余卓平接受了记者的专访。

起步不落后

中国的氢能汽车在2001~2002年是最火的时候。当时美国小布什政府对燃料汽车非常重视,认为这是变革性发展方向,美国车企如通用等都对氢能充满兴趣。在这一国际背景下,中国汽车行业也掀起了一股燃料汽车热潮。

中国的第一辆氢能轿车是2002年研制出来的,虽然比全球第一辆氢能轿车晚出现了5年,但从技术角度看并没有比当时国际的一流水平差很多。全球第一辆燃料汽车是奔驰公司在1993~1994年生产的,这是一辆小面包车。由于当时的燃料电池体型巨大,只能装在小面包车上。此后奔驰公司又花了3年的时间,到1997年推出了第一代氢能轿车,轿车的座位可坐人,只是后备箱因安装燃料电池而满了。

中国在2002年左右的技术和奔驰的技术几乎同步,而且在世界范围内也比较被认可。2008年北京奥运会举办时,中国有20辆改装的氢能汽车在北京做示范,马拉松比赛时的领头车就是其中的示范车之一。该车用的是帕萨特车壳,氢能系统为自主研发。大众得知后,对这20辆中国改装的氢能汽车十分感兴趣,还借到美国加州示范了半年。

可见在2001~2008年,中国的氢能汽车与国际最先进水平基本上在同一个梯队中,但很快一个氢能的发展寒冬就来临了。

造成这种环境变化的首要原因是国际汽车发展趋势发生了变化。2008年美国奥巴马政府认为纯电动汽车应该作为发展首选,美国政府的支持经费开始往储能电池方面转移。在美国新能源汽车战略调整后,中国汽车业也开始对发展纯电动汽车抱有极大热情。

但是新能源汽车的技术路径绝不应该是哪一种技术比较热就打压其他技术,在一些人看来,美国政府把纯电动车视为发展方向,中国也应该在这一条道路上发展。事实上,尽管美国政府力推纯电动汽车,但美国、日本及其他国家几乎没有一个汽车厂商对氢能汽车置若罔闻。

如今,丰田汽车提出2015年要实行氢能汽车产业化,其绝非临时抱佛脚用一两年研发的氢能汽车。氢能电池最大的优点是它的能量密度、功力密度相比纯电动电池要高得多,氢能汽车能够跑长途,而且氢气加注时间也比充电所需的时间短得多。

此前困扰氢能汽车发展的两大问题是,氢能汽车的成本问题和氢能汽车的寿命问题。 成本问题主要体现在铂金的价格上。铂金一直是公认的导致氢能汽车成本无法降低的主因,如今国际铂金价格不断下降,而且随着汽车技术的升级,铂金用量也大幅度下降。氢能汽车在铂金用量上本身就少于内燃机汽车,所以铂金已经不再是氢能汽车发展的成本压力。

影响氢能电池寿命的因素很多。国际上公认的解决方法是采用混合能源,即在车里加一块储电电池。氢能汽车的根本优势是续航能力强,而纯电动车的优势是从静态到达最高速度所需时间短,比如特斯拉只需要3秒。

如果用纯氢能,对氢能电池的动态冲击会很大,动态冲击大会对氢能电池的寿命有影响。如果采用氢能混合动力,就可以让储电电池负责汽车启动,而氢能电池负责续航,在相对稳定的行驶速度下,可以实现氢能电池寿命的延长。

从成本下降和寿命延长两方面看,如今氢能汽车已经能在技术上实现低成本、高寿命,所以氢能汽车在国际市场上再一次热了起来。

2004年左右,余卓平在美国访问了通用汽车公司,工作人员向其分析了氢能汽车的优点。第一是能源利用率高,是内燃机的两倍。第二是零排放无污染。第三是成本低、寿命长。

成本低的概念是什么?内燃机汽车的零件数量比氢能汽车复杂很多倍。氢能电池则比较简单,氢能电池一旦大规模生产,它将成为低成本的产品。氢能电池汽车为何寿命长?因为氢能没有摩擦,不像内燃机需要大量的活塞运动,活塞运动会带来摩擦,摩擦就会有磨损,有磨损就会影响汽车使用寿命。而使用氢能没有摩擦,气体在其中流动,自然整车寿命更长。

此前,还有人担心氢能汽车受制于温度情况。但是,现在国外已经可以在-30℃环境下,实现氢能汽车正常工作。中国因为近些年的研发迟缓,目前只能实现-10℃条件下的正常运行。

产业化不容易

当特斯拉等纯电动汽车企业开始火热时,中国车企开始对发展纯电动车充满信心,但大众、宝马、通用、丰田等国际级车企却在暗中研发氢能汽车。当这些企业将产品抛向市场时,中国车企惊讶之余只能跟在其后。

在发展新能源汽车时,必须看清不同技术路径的汽车在用途上是不同的。纯电动汽车适合城市公交,氢能汽车适合长途运输。前两种技术路径要实现大规模产业化还需很长时间,因此混合动力汽车可能在较长一段时间有较高的市场价值。这三种技术路径不是非此即彼的关系,而是互相补充的关系。

从汽车的发展来看,未来最终的汽车模式应该是生态汽车。现在最环保的方式要用风能、太阳能等可再生能源发电,再将电通过电解水得到氢来制成氢能电池。但是从概念上看这样的转换并不是最有效的方法,最有效的方法是直接把可再生能源用于汽车动力。

由此来看,发展纯电动汽车非常有价值,因为无论哪种新能源汽车本质上都是电动汽车,所以纯电动汽车其实不是一种终极目标而是一种技术手段。但是生态汽车可能要用50年甚至100年才能实现产业化。

氢能汽车的推广不仅仅是汽车企业的问题。氢能汽车基础设施建设比纯电动汽车复杂,电力基础设施已经普及、成熟,而氢能源不一样,怎么制氢、怎么运输、怎么存储、怎么加注都是关键问题。目前氢能汽车的氢气加注技术已经成熟,但是制氢和运氢、存储氢气等技术细节还需探究。

发展新能源汽车对中国汽车工业而言是一次好机会,因为这是世界汽车工业重新排座次的时刻。以氢能汽车为例,目前国际上尚未有哪家车企真正实现了产业化,中国汽车产业还有机会。

氢能汽车有两条技术路径。一是直接在发动机上烧氢气,就像天然气作为发动机燃料一样。过去宝马就是走的这条路线。二是把氢能源作为燃料电池。燃料电池是电源,能够发电,但是发电的燃料是氢气,利用氢气和空气中的氧气发生类似于电解水的逆过程。电解水是把水中的氢和氧分开来发电,用电来分解。现在是氢和氧化合生成水,同时发电。从目前的技术路线看,燃料电池明显占上风,直接用发动机烧氢气的路径基本被业界放弃了。最早尝试此方式的宝马也放弃了这一项目。

宝马这样选择的原因很简单。对汽车工业来讲,用发动机直接烧氢气的方法只是改变了燃料,汽车的车身设计、动力系统设计等方面几乎没有太大变化,原来的设计基础能延续下去,企业顺手就推进了。

如果当时政府把加氢设施建设起来,宝马立刻就可以实现这种技术路径下的氢能汽车产业化,而基础设施建设有一定难度,而且直接烧氢气还要用内燃机,燃料电池所用的电动机比内燃机在能效上有着明显优势。

丰田汽车提出2015年实现氢能汽车产业化,而通用最早也提出要产业化,之后延期了。奔驰2010年时声称在2014年实现氢能汽车产业化,随后也延期到2017年。可见,氢能汽车产业化并不是一件容易的事情。

对中国而言,氢能汽车是一个弯道超车的机会。中国在传统汽车领域欠缺一些核心技术,这种技术追赶绝非一朝一夕可以实现。而新能源汽车的动力系统不再围绕内燃机而架构,配套的电控、电机、电池技术也是全新的。一些国际汽车企业在内燃机汽车上积累了大量的技术专利,但其中大部分在新能源汽车领域毫无用武之地。

如果中国企业能静下心来,踏踏实实发展新能源汽车,中国汽车工业可借新能源汽车的春风而成为国际翘楚。新能源汽车是一次机会,中国汽车界一定要意识到这一点。

从各国的汽车消费习惯来看,中国发展新能源汽车更有优越性。中国将2000多万辆车卖给了新车主,他们在初次购买汽车时,更容易接受新事物。

在发展氢能汽车时,中国还必须充分利用国际资源。现在全球经济一体化,缺失的关键技术可以从国外引进,氢能汽车的关键零部件不久会在全球范围内流通起来。

发展氢能汽车要因地制宜,比如上海有较好的氢能汽车发展环境,因为上海化工厂很多,排放的废气中就有氢气。通过调研发现,这些氢气被充分利用起来,能够保障20万辆氢能汽车的能源需求。

化工厂排放的氢气杂质比较多,安装提纯装置就可以实现废气回收。这种废气资源回收利用很容易大规模推进。所以,发展氢能汽车必须全盘考虑,充分利用城市化工企业的废氢气资源。

现在上汽集团在研发氢能汽车,如果国家支持企业在上海试点氢能汽车,上汽集团将带动一批相关的氢能汽车零部件企业的发展,这对国家的氢能汽车产业是利好。

来源:《中国经济和信息化》杂志

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