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深評|中國現(xiàn)階段將“寶”壓在氫燃料電池上不可取

   2019-03-12 汽車之家28060
核心提示:氫燃料電池車作為面向未來的汽車能源技術(shù),長續(xù)航無污染的優(yōu)點顯而易見,但成本居高不下始終是阻礙大規(guī)模推廣應(yīng)用的重要原因。與
氫燃料電池車作為面向未來的汽車能源技術(shù),長續(xù)航無污染的優(yōu)點顯而易見,但成本居高不下始終是阻礙大規(guī)模推廣應(yīng)用的重要原因。與此同時,日本豐田Mirai(參數(shù)|詢價)的大幅降本引起了全球關(guān)注,但在其背后,日本國內(nèi)家用燃料電池系統(tǒng)(Ene-Farm)的推廣是否也起到了重要的降本促進作用?中國是否該效仿該路徑來實施相應(yīng)的推廣計劃?我們就來研究一下Ene-Farm的相關(guān)問題,以期對國內(nèi)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供借鑒。

本期精華導(dǎo)讀

★燃料電池汽車成本仍然極高、阻礙乘用車技術(shù)應(yīng)用,但豐田Mirai的大幅降本需要高度重視。

★豐田Mirai成本降低不僅與豐田自身有關(guān),與日本全社會推進的計劃也有緊密關(guān)系。

★日本全社會推進的主要方式是Ene-Farm家用燃料電池計劃,規(guī)模效應(yīng)對于燃料電池系統(tǒng)降本有明顯促進作用。

★從技術(shù)原理上講,雖然Ene-Farm家用燃料電池計劃確實存在較好的協(xié)同降本作用,但從實際國情出發(fā),我國并不適宜大規(guī)模沿用該思路。

★國內(nèi)燃料電池汽車降本的主要著力點還是車輛本身,社會協(xié)同降本的思路可考慮數(shù)據(jù)中心的不間斷發(fā)電技術(shù),而非家用。

一、燃料電池汽車的命門:成本


燃料電池車主要是以氫氧電化學(xué)反應(yīng)為動力來源的汽車,具有長續(xù)航、零排放、燃料補給速度快、功率大、運行平穩(wěn)等諸多優(yōu)點,被廣泛視為21世紀終極車用能源技術(shù)。但燃料電池車的缺點也同樣明顯,其中最主要的就是成本太過高昂。

高昂到什么程度呢?高昂到即便是財大氣粗的中國,也需要對其進行20-50萬元不等的單車補貼(基準),才勉強能進行推廣應(yīng)用。即便如此,國內(nèi)產(chǎn)量仍然繆繆無幾,2018年也才生產(chǎn)了1000多輛。

『近三年國內(nèi)燃料電池車產(chǎn)量』

當然,提到成本,就不得不提豐田的Mirai,作為全球率先量產(chǎn)并投放市場的燃料電池乘用車,其之所以敢站在市場開賣,還是與其成本大幅下降有很大關(guān)系:從最初立項的預(yù)計售價1億日元(約600萬人民幣),到2018年日本國內(nèi)補貼后售價500余萬日元(約30萬人民幣)。

『豐田燃料電池成本下降情況』

豐田Mirai之所以能實現(xiàn)如此明顯的降本,除了量產(chǎn)規(guī)模擴大、混合動力系統(tǒng)大規(guī)模應(yīng)用、系統(tǒng)簡化等原因之外,還有一點必須予以重視:整個電池系統(tǒng)的成本是如何降低的?


『豐田Mirai燃料電池系統(tǒng)簡化情況』

畢竟,作為整車里面成本最高的部分,燃料電池系統(tǒng)的降本才是關(guān)鍵,無論如何去簡化,基于質(zhì)子交換膜(PEMFC)為核心的電堆系統(tǒng)是不可能被拿掉的。


『燃料電池車成本構(gòu)成及與量產(chǎn)規(guī)模的關(guān)系 圖片源自證券研報』 

二、Mirai降本是否借了Ene-Farm的東風?

無獨有偶,日本還有另一項產(chǎn)品也用到了以質(zhì)子交換膜為核心的電堆系統(tǒng),那就是Ene-Farm(家用燃料電池熱電聯(lián)供系統(tǒng))。

『日本Ene-Farm家用燃料電池熱電聯(lián)供系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)示意』

再翻查一下,原來豐田也有用到這個東西,旗下的愛信精機早就應(yīng)用了該系統(tǒng)(見下圖)。

『豐田燃料電池技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域』

具體來講,愛信精機這套系統(tǒng)采用了SOFC技術(shù)路線,也就是我們熟知的固體氧化物技術(shù)路線,輸出功率700W,發(fā)電效率達到了46.5%。不僅是愛信精機,其實東芝和松下也有相關(guān)的產(chǎn)品,也就是聚合物電解質(zhì)的Ene-Farm產(chǎn)品,其中應(yīng)用到了質(zhì)子交換膜。


『日本Ene-Farm主要產(chǎn)品及技術(shù)指標 圖片源自網(wǎng)絡(luò)』

而Ene-Farm的工作原理可以簡單概括為:通過天然氣制取氫氣,再通過氫氣發(fā)電來提供家庭用的熱能和電能,包括熱水、暖氣、供電等。這套系統(tǒng)從日本政府大力補貼至今,全社會已經(jīng)推廣應(yīng)用了近30萬套。


『日本Ene-Farm應(yīng)用規(guī)模及成本下降情況』

從上圖可知,隨著推廣規(guī)模的擴大,以及幾大廠家的競爭加強,整個系統(tǒng)的成本在快速下降,從最初的800萬日元降至了目前的100萬日元左右,也就是6-7萬元人民幣/套。

目前還沒有確切的統(tǒng)計分析,來確定Ene-Farm的規(guī)模化應(yīng)用對于日本燃料電池車的成本下降到底有多大的促進作用。但可以絕對肯定的是,Ene-Farm中采用的電極、電解質(zhì)膜、催化劑、分離器等都是汽車通用的關(guān)鍵部件,遠超于燃料電池車的應(yīng)用量對于整個產(chǎn)業(yè)鏈的成本降低作用肯定是極其明顯的;同時,Ene-Farm還帶動了氫氣的生產(chǎn)、運輸?shù)拳h(huán)節(jié)的發(fā)展,形成了產(chǎn)業(yè)協(xié)同效應(yīng)??梢哉f,豐田Mirai的成本降低,Ene-Farm作用功不可沒。

三、日本政府大力推動是首要動力

Ene-Farm得到有效推廣,與日本政府的關(guān)系密不可分:2009年,單套Ene-Farm價格約340萬日元,再加上50萬日元左右的施工費,但政府給予了140萬日元的補貼,因此用戶實際負擔金額為250萬日元左右(約15萬人民幣),雖然補貼連連下降,但2015年ENE-FARM的合計補貼金額還是達到了222億日元之多。

之所以日本如此強烈推進,是因為日本的國土資源情況極為特殊,作為一個島國,日本絕大多數(shù)資源或者能源都需要進口,無法實現(xiàn)能源獨立。因此強烈的危機感促使日本上下對發(fā)展可獨立的能源需求極為迫切。

氫能無疑是一個優(yōu)秀的選項,即便不采用天然氣制氫,也可以通過無窮無盡的太陽能/水/核電來電解水制氫,實現(xiàn)社會能源的獨立供給,雖然很困難但至少是一個具有可行性的技術(shù)選項。


『日本氫能社會愿景設(shè)想』

也就是說,在面向未來的可持續(xù)發(fā)展道路上,日本要想擺脫能源受制于人,氫能社會是不得已押寶又必須押寶的選項:即便賭失敗了,也不會有怨言,畢竟沒有更好的選項。

四、我國國情不同不能跟風押寶

不管是純電動也好,插電式混合動力也好,還是燃料電池技術(shù),其本質(zhì)上都是在解決車用能源的問題,都是在解決能源安全的問題。而我國的資源條件相比日本而言,確實“寬裕”不少。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示:我國石油探明儲量為256億桶,天然氣探明儲量超過1萬億立方米,總發(fā)電量近6.8萬億千瓦時,短期內(nèi)還不存在完全依賴進口的情況。

換句話說,為了區(qū)區(qū)幾萬輛燃料電池汽車應(yīng)用規(guī)模,現(xiàn)階段就將“寶”壓在氫燃料電池上的做法是不可取的!

進一步來看,Ene-Farm這套技術(shù)對于我國當前的國情也并不十分適用。即便現(xiàn)在一套系統(tǒng)的成本也降至接近6萬元人民幣,對于絕大多數(shù)家庭而言也很難負擔,購買這套系統(tǒng),實際上一年僅能省下3000—4000元人民幣的電費,需要15年以上才能抵消購買成本。

這對于絕大多數(shù)家庭而言,根本就不會接受?;蛟S讀者會問,日本為何會得到部分推廣呢?單純是因為家庭更加富裕嗎?其實并不是,日本地震頻繁,家庭斷電是常有的事情,Ene-Farm技術(shù)可以不受地震影響,可以連續(xù)若干天實現(xiàn)獨立發(fā)電,這也是很多家庭購買的重要原因。

所以說,不管是經(jīng)濟性,還是必要性,Ene-Farm在我國根本不具備大規(guī)模推廣的可能性,效仿日本全社會推進、同時實現(xiàn)家用和汽車的協(xié)同降本更是難上加難。

五、Ene-Farm局部應(yīng)用可能性分析

雖然大規(guī)模應(yīng)用并不現(xiàn)實,但不影響Ene-Farm在我國的局部推廣。在我國南方,由于全面供暖尚未實現(xiàn),因此對家庭采暖設(shè)備需求正在逐步加大,同時南方天然氣資源相對豐富,給Ene-Farm提供了便利條件。

再來核算一下,一套地暖系統(tǒng)目前價格約在2萬元左右,每年的采暖所需要的燃氣費是2500元左右,按照10年計算,綜合采暖成本是45000元。若國內(nèi)應(yīng)用Ene-Farm的成本可達到6萬元一套,則每年所需的燃氣采暖費大致相同,但每年節(jié)省的電費可以達到3000元以上,因此10年下來綜合成本是5萬元左右,與地暖系統(tǒng)相差不大。

加上Ene-Farm的不間斷供電特性,對于南方新建的高檔小區(qū)而言,可以構(gòu)成很好的吸引力,當然這必須要地方政府聯(lián)同企業(yè)共同推進。

另外,Ene-Farm的不間斷供電特性,對于國內(nèi)日益龐大的大數(shù)據(jù)企業(yè)而言也是很好的參考選項,統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,國內(nèi)數(shù)據(jù)中心的電費已占數(shù)據(jù)中心運維總成本的60%-70%,而空調(diào)所用電費占其中的40%。每年總消耗的電能超過2000億瓦時。顯然,應(yīng)該合理推動Ene-Farm在數(shù)據(jù)中心方面的應(yīng)用。

六、國內(nèi)燃料電池汽車降本的思路


說了半天的Ene-Farm和社會協(xié)同,還是要回到主題上來:車用燃料電池應(yīng)該如何降本?很明顯,效仿日本Ene-Farm的全社會推進已經(jīng)不是好辦法了,那么剩下的事情只能交給自己來做。

筆者的看法是,國內(nèi)燃料電池車降本要從規(guī)模上做起,特別是要從商用車領(lǐng)域做起,再協(xié)同到乘用車領(lǐng)域上來。而商用車領(lǐng)域除了各國常見的公交客車以外,還有對大功率有需求的工程用車。

之所以這么講,是因為我國基礎(chǔ)建設(shè)的力度還在,未來十年甚至二十年對于工程車的需求都會處于全世界的高位水準,而2018年國內(nèi)工程車的需求量已經(jīng)在40萬輛左右,這是一個極為龐大的數(shù)字。燃料電池功率大、首先替換柴油的特性正好在工程車領(lǐng)域可以得到很好的發(fā)揮,加上工程車比較集中的使用場景,加氫問題也能較好的解決。通過工程車的規(guī)?;瘧?yīng)用,帶動整個產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展,帶動整個產(chǎn)業(yè)鏈的成本下降,最終將這種成本下降傳遞到乘用車領(lǐng)域。

還要注意的一點是,乘用車領(lǐng)域我們過于偏向PEMFC質(zhì)子交換膜技術(shù)路線,實際上日產(chǎn)一直在堅持SOFC固體氧化物技術(shù)路線。日產(chǎn)的設(shè)想是:使用SOFC燃料電池系統(tǒng)作為純電動的增程發(fā)動機,用來彌補純電動續(xù)航短的缺點,當電池即將耗盡時,燃料電池發(fā)電機起動為動力電池充電,直至充滿。

這種技術(shù)路線的好處是,SOFC固體氧化物技術(shù)反應(yīng)慢、工作溫度也很高,應(yīng)對復(fù)雜工況時不能實現(xiàn)很好的急速啟動,不能很好的變化負荷,但作為有預(yù)判緩沖、可恒定輸出的增程發(fā)動機,恰恰是非常合適。

最后還是那句話,取其精華去其糟粕,不是不學(xué)國外,也不是一味的放棄豐田路線去走日產(chǎn)路線,而是要學(xué)會正確的師夷長技,這才是強大的根本所在。



 
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