中国电动汽车百人会丨飞行汽车将成现实? 要看氢燃料电池发展得如何

原标题:中国电动汽车百人会丨飞行汽车将成现实? 要看氢燃料电池发展得如何

图|中国电动汽车百人会官方 许书怀 文|搜狐汽车 许书怀

时间不觉来到2020年,到了我们年少时科幻作文中描绘的“未来时代”。相信很多人都描绘过海陆空三栖汽车自由穿梭于未来城市的场景。然而现实虽然有些迟到,但它并未缺席。在2020电动汽车百人会12日氢能与可再生能源的分论坛上,清华大学车辆与运载学院教授李建秋表示“将来燃料电池还会在飞行车辆和特种车辆里面得到应用,长续驶里程的飞行器也是燃料电池一个非常好的应用场景”可见飞行汽车并非只停留在幻想中,而真正实现飞行汽车的关键技术之一就是燃料电池技术的发展。

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[·燃料电池的应用前景广阔·]

在不久的将来,燃料电池高能量密度的特点将会使它更容易被应用到飞行车辆和特种车辆当中。飞行汽车的出现将会彻底改变人类的出行方式,目前已经有相关企业在相关领域进行了实质性的探索。根据当前技术,600-800kg重的飞行汽车在平稳飞行时只需要40kW的功率。如果使用液氢储氢系统,整个动力系统的重量大概为130kg,可以飞行4h。而4h输出的电量大概是200kWh。依此可以算出它的能量密度为1500Wh/kg,和当前动力电池能量密度200-300Wh/kg对比,使用氢燃料电池更能支持未来长续驶里程飞行器的实现。

清华大学车辆与运载学院教授李建秋

当前燃料电池本身的技术还在不断进步,预计明年石墨双极板的功率密度将会达到3-4 kW/L,到2025年石墨双极板的额定功率密度可以实现5-6kW/L左右,按此节奏发展,李建秋表示“将来飞行汽车的动力装置就不再是瓶颈了。”

除了飞行汽车,燃料电池在国防领域的应用将会非常广泛,比如用作单兵电源、无人平台、军用车辆、水中兵器、水面舰艇、热电联供、太空电源、移动电源等等。在汽车领域,大型SUV、军用特种车辆、重载卡车等也非常适合将燃料电池作为动力源。比如雪佛兰在2016年推出了科罗拉多ZH2氢动力皮卡军用概念皮卡车,目前美军正在对其进行测试。由于氢气车行驶时很安静,并且排放产物是可以饮用的水,所以对于军队来讲氢气车的优势还是非常突出的。

此外通用还正在开发燃料电池电动汽车平台,这是一种很大的无人驾驶汽车平台,和集装箱的尺寸相似,这种平台未来可以用作移动和应急发电设备、用于货物运输以及军队使用。在日本,丰田的月球车也将准备采用燃料电池作为动力。乘用车方面,目前丰田、本田、现代、奔驰、宝马等厂商的相关产品都已量产或在研发中,我国在客车领域对燃料电池的运用非常活跃。

欧阳明高

那么燃料电池的大范围应用将会在何时呢?业内人士认为2020年可以说是氢能的元年,欧阳明高表示,我国要在2035年的窗口期达到百万量的目标。根据国际氢能委员会预测,到2050年,氢能在全球消费中的比例将达到18%。而离我们最近的在2022年北京冬奥会上将会有几千辆燃料电池车投入运营。明年我国将要建设二三十个加氢站,冬奥会的契机将会是我国发展氢燃料电池汽车的重大机遇。“如果这仗打的好后面就顺了。”欧阳明高如是说。

[·面向2035氢燃料电池三大瓶颈·]

面向欧阳明高提出的2035年百万辆目标,当前氢燃料电池汽车还存在三大瓶颈。即制氢、储氢和输氢。欧阳明高介绍,要想实现目标,到2035年至少要建设5000座加氢站,燃料电池经济性必须降到30元/kW以内,基于当时可再生能源(风电、光伏发电)预计0.15元/kWh的电价(当前可再生能源电价最低0.24元/kWh), 在经济性方面是可以做到的。供氢实际上还算不上瓶颈,当前能源行业争议较大的是制氢的来源和技术路线。

欧阳明高认为,面向汽车应用的氢能战略要简化、要聚焦,也就是要发展绿氢。绿氢是通过可再生能源制氢,也就是产氢过程没有碳排放。与之对应的灰氢则是基于碳基产生,产物存在二氧化碳,不符合零排放的初衷。此外还有蓝氢,是通过碳中性技术产氢,即在碳基产氢的基础上将二氧化碳封存利用。针对这种特性,工信部原部长李毅中也曾表示:灰氢不可取,蓝氢可以用,废氢再利用,绿氢是方向。当前通过可再生能源制取绿氢同样存在三个瓶颈,即电价不够低、应用场景不够多以及规模不够大。

绿氢是通过电解水来制取的,反观副产氢(灰氢)可以在过渡期间使用,但是副产氢如果为了成本,不容易保证品质,很容易会腐蚀加氢车、加氢站甚至燃料电池。而燃料电池对氢的纯度要求极高,所以使用副产氢很容易得不偿失。也有专家给出了可再生能源制氢的发展前景,即2020-2030年为灰氢的过渡阶段、2020-2040年为蓝氢的中期阶段、2030-2050年将会达到利用可再生能源发电制取绿氢的最终目标。

当前运输成本也是可再生能源面临的挑战之一,我国大规模的风电、光电往往建设在原理氢能应用终端的偏远地区,可再生能源制得的氢气将产生较高昂的储运成本。基于此专家建议,采用低温液氢储运技术、天然气掺氢技术、长距离氢气管道技术以及相关标准、法规体系的制定完善。欧阳明高则从另一个角度给出了建议,他表示:氢能储运也要发挥绿氢给我们带来扬长避短的机遇,我们的高压输电很厉害,但是氢管道是很弱的,所以长途输电比输氢好。

壳牌氢能事业部亚太区总经理陈肇楠

作为世界上主要的液化天然气贸易商,壳牌在液化氢气的储存和运输方面做出了诸多努力,包括建设加氢站和参与运氢船的开发和运用。壳牌氢能事业部亚太区总经理陈肇楠表示,氢气同样也可以液化储存和运输,但需要维持零下253℃的超低温,有能耗大,成本高,氢脆等诸多挑战。

目前来看,氢燃料电池实现全方位商业化是有难度的,但是局部市场可以实现商业化。针对当前氢燃料电池发展的三大瓶颈,欧阳明高建议,“主攻绿氢,创新引领;突破瓶颈,示范先行;安全为本,有序推进。”

[·我国在燃料电池方面的进展·]

根据燃料电池和纯电动的特性,氢燃料电池动力更适合长途大型高速重载替代柴油机,锂离子电池更适合替代汽油机。目前我国商用车一般采用电动化的方式,用传统的柴油发动机或天然气发动机来发电,用这种方式不论是重量还是体积,燃料电池的优势已经超过了传统的发动机,这也是燃料电池标志性的技术进步。此外,燃料电池汽车在冷启动性能,发电效率以及重量和体积方面,已经可以跟传统的柴油发动机相当了。所以氢能是支撑我国交通能源绿色、安全战略转型的重大举措。

总体来说,当前我国在氢能与燃料电池技术方面已经在部分零部件以及相关技术上居于领先地位,但是再一些核心技术上还存在一些挑战。我国当前的优势主要有煤制氢及变压吸附纯化技术处于国际领先水平;20MPa一下钢制气瓶产量占全球70%,居世界第一;2018年已经生产了月4000辆燃料电池商用车,数量上世界领先。但同时我国在发展氢能与燃料电池方面还面临四大挑战。比如原创技术不足,集成组装企业多;应用场景单一;基础设施滞后以及成本偏高等。

在小环境上,我国一些地区已经开始了先行试点。借2022冬奥会的东风,当前张家口市提出了“氢能张家口建设规划”,“氢能十条”等政策,目前全市已有174辆氢能公交投入运行;创坝加氢站日加氢量最高可达两吨,是全国最繁忙的加氢站;海珀尔制氢厂一期、沽源风电制氢厂等项目也即将投产,发展前景广阔。

福田汽车客车开发总工程师兼工程研究总院副院长秦志东

在我国燃料电池在重载的商用车上会得到广泛的应用。福田汽车客车开发总工程师兼工程研究总院副院长秦志东介绍,目前在张家口加氢的价格大概在30元/kg,基于这种成本,福田在张家口运营的车辆基本上可以达到跟传统柴油车能源消耗成本相当的水平。同时秦志东呼吁,在张家口地区利用可再生能源,对这种物流类的场景,液氢的场景开展先行先试,为未来构建整个氢能的体系作出我们的贡献。返回搜狐,查看更多

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