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从被无视到重视,氢燃料电池汽车是如何发展的

日期:2021-10-23    来源:燃料电池小课堂、郑谊

国际氢能网

2021
10/23
11:15
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关键词: 氢能汽车 氢燃料电池电动汽车 氢发动机汽车

氢能汽车和氢经济正在迅速兴起。甚至在一年前,不少专家也曾有过争论,但仅靠纯电动汽车不足以实现碳中和的观点正在兴起。在国家层面,虽然氢经济因国家而异,以氢的生产和利用为中心的投资正在增加。氢能汽车是指氢燃料电池电动汽车氢发动机汽车。当然,主流仍然是燃料电池,但价格昂贵,制氢成本高。安装充电站的成本也很高,难以普及。

本篇文章,我们将回顾氢燃料电池电动汽车作为一种新的替代品的出现和现状。

【1】为什么一定要发展氢燃料电池汽车?

在氢能汽车中,氢燃料电池电动汽车是目前的主流。虽然它的市场份额仍然很小,但它与纯电动汽车一起被公认为未来的动力源,因为它完全无污染。2021年1-7月,氢燃料电池电动汽车销量同比增长109.1%,达到300辆,同比增长一倍。增长率可能没有意义,因为销售的绝对数量很小。按公司划分,现代汽车 5,300 辆,丰田有 4,100 辆,本田有 200 辆。现代同期增长44%,而丰田则因二代Mirai的新车效应而增长786%。市场份额方面,现代汽车占51.2%,丰田占40.1%,本田占1.6%。

然而,随着向碳中和方向的发展,氢燃料电池作为与电力一起的新替代品正在引起人们的关注。

根据弗若斯特沙利文最近的“绿色氢发电对全球电力行业增长机会的分析”,全球绿色氢产量在 2019 年记录为 40,000 吨,到 2030 年将以复合年增长率(CAGR) 57%的速度增长到 570 万吨。特别是在工业、商业、运输和电力部门,各国减少对基于化石燃料的系统的依赖,并增加对低碳替代技术的投资,包括氢。

在某些领域,例如交通和电力,仅靠电气化很难实现完全脱碳。为了解决这个问题,通过可再生能源和风能和太阳能的电解产生的绿色氢正在引起人们的关注。目前,绿色氢气占氢气总产量的比例不到 1%。然而,预计未来 20 年全球对绿色氢和相关应用的需求将呈指数级增长。

在过去的五年中,人们对利用绿色氢作为低碳或零碳能源载体的兴趣不断增长。许多政府,包括英国、德国、日本和新加坡,已经开始认识到绿色氢经济是解决碳排放、能源安全和气候变化问题的替代方案。德国、英国、美国和澳大利亚的技术研究机构已经在多个业务领域投资了与绿色氢生产、储存、分配和应用相关的试点项目和示范项目。如果要实现绿色氢经济,就需要降低与绿色氢生产相关的成本的技术和经济解决方案,同时还需要一个决定性的监管框架来促进对该行业的投资并支持研发。

【2】氢燃料电动汽车的各种试验

所有的技术都是第一次以想法的形式出现,经历起起落落。IBM 于 80 年代首次提出智能手机的构想,但直到 2009 年才真正作为产品完成。

在汽车中使用氢气的努力始于 1839 年英国威廉·罗伯特·格罗夫教授制造的“格罗夫电池”。并将其应用于概念车可以说是在 1954 年。1966年,通用在该车型的基础上,在六座面包车的基础上加装了六个氢气罐,可以说是一个开端。然后,在 1978 年,宝马开始在使用内燃机的同时研究氢作为燃料。

而2000年通用的项目概念出现,2001年开发出基于欧宝赛飞利(参数丨图片)的Hydrogen 1。作为这些努力的结果2002 年通用汽车以 PNGV(Next Ge 合作伙伴关系)的名义推出燃料电池汽车时,开始了全面的讨论,其中美国希望国家、工业和学术界联合起来迎接在氢能时代,它推出了一款名为Hi-Wire的概念车,应用了电池系统和双线系统。

我记得 2003 年在日本用 Hydrogen 3 测试这款概念车,为世界各地的汽车媒体试驾。Hydrogen 3 也由运输公司 FedEx 直接测试和运营。

通用汽车曾预计,到 2010 年,燃料电池电动汽车一次充电可行驶 300 至 350 英里,使用寿命为 150,000 英里。当然,它能够在5分钟内充满电,而且油箱也不能比现在的油箱占据更多的空间。

通用汽车直到2007年还进行了一个汽车项目,展示了100辆氢燃料电池电动汽车。然而,该项目因通用汽车于 2008 年破产而停止。

【3】氢燃料电池电动汽车的现状

目前,在全球汽车制造商中,开发或生产燃料电池电动汽车的公司主要是现代汽车集团与丰田、梅赛德斯-奔驰和沃尔沃的合资企业。

其中最先起步的奔驰,以一款名为NECAR的概念车起步,以一款名为B-Class Fuel Cell的车型进行了广泛的推广。梅赛德斯-奔驰已经在各种车型中引入了配备燃料电池的车型,例如 A、B 级、客车和跑车。其中以1999年在四人座A级车上搭载燃料电池的NECAR4最为完整。2017年开发GLC F-Cell,2018年开发出可同时使用外置充电电池和氢燃料电池的氢插电式混合动力汽车。现在,与沃尔沃及其合资公司CellCentric合作,专注于大型商用车,同时也在开发城市客车。

丰田于 2002 年开始试运行氢燃料电池电动汽车,2009 年宣布将推出氢燃料电池电动汽车,2015 年将其价格降至 50,000 美元。目前,第二代Mirai的美国市场价格在57,000美元至74,000美元之间。与之前的水平相比,有可能将用于涂层的铂金用量从 2000 年代中期的 100,000 美元减少到 30%。当时,丰田将环保汽车分为三类:城市用紧凑型电动汽车、插电式混合动力汽车和氢燃料电池电动汽车。

丰田的氢燃料电池电动汽车以FCHV-adv为代表。2008 年,FCHV-adv 单次充电可行驶 830 公里,并以租赁形式提供给公共机构。据丰田称,FCHV-adv 的镍金属电池即使在负 30 摄氏度下也能可靠工作。丰田和本田于 2002 年 12 月开始试运行氢动力汽车。丰田的商用车型Mirai已经发展到第二代,还开发了船舶燃料电池系统,并正在进行示范实验。看到中国市场的潜力,他与五家中国公司在北京成立了联合燃料电池系统研发公司,为商用车开发氢燃料电池解决方案。丰田的燃料电池系统也提供给宝马,并试图通过在欧洲建立燃料电池业务集团来扩大市场。

本田还与丰田同时开发了燃料电池电动汽车。本田的 FCX Clarity 于 200 年开发,2013 年从最初的生产成本 100 万美元降至 12 万美元。本田于2008年6月开始生产,同年下半年开始在美国和日本进行租赁销售。作为租赁出售给一般客户的第一辆燃料电池汽车是 2005 年发布的第一辆 FCX。2010 年,美国租赁了 50 台,全球租赁了 200 台。当时,本田宣布将于 2015 年向公众发售。

2013年,本田宣布参与由美国能源署牵头,丰田、戴姆勒、现代和日产参与的名为H2USA的美国燃料电池项目。当时,所有参加H2USA的厂商都宣布计划在2015年左右发布燃料电池汽车。当时,本田率先开始租赁销售FCX Clarity的燃料电池汽车,而现代则是世界上第一个拥有量产系统的汽车。

现代汽车于 1998 年开始开发燃料电池汽车。最初,制造车辆的成本达到了 25 亿韩元。欧洲制造商通常与专业公司合作开发系统,而本田和丰田则开发自己的系统。现代属于后者。系统自主研发,国产化率达到95%。尤其是可以说是核心的电堆和逆变器的自主研发脱颖而出。120多家韩国零部件企业参与了途胜ix氢燃料电池汽车的研发。

2013年,Tucson iX作为全球首款量产燃料电池电动车以2085万韩元的价格推出,2014年开始在国内市场销售。2018年,推出全球首款量产燃料电池电动汽车Nexo。单次充电续航里程为609公里,超过了此前580公里的目标,是迄今为止全球市场推出的氢电动汽车中行驶距离最长的。通过提高储氢罐的储氢密度和存储容量,可以使用比以前更多的氢气。

通过这一点,它实现了世界上最长的续航里程,不到 5 分钟的短充电时间,续航里程比之前的第一代途胜氢动力电动汽车(续航里程 415km,韩国产)提高了约 40%。Nexo 在美国的市场价格约为 63,000 美元。现代汽车公司也在推动船舶氢燃料电池系统的商业化。

特别是现代汽车集团正在采取最积极的措施,例如增加 捷尼赛思品牌和商用车的氢燃料电池阵容。现代汽车强调,作为燃料电池电动汽车核心的电堆价格比20年前下降了2%,耐久性从3万公里提高到16万公里。最终,现代表示目标是行驶 50 万至 100 万公里,并且已经准备好可以对碳中和发挥最重要作用的条件。

此外,捷豹正在开发Defender的燃料电池电动版。

同时,配备二次电池的混合动力燃料电池汽车的运动主要由法国公司进行。去年夏天,雷诺成立了一家新的合资企业 Hivia,将在年内推出一款新的商用燃料电池电动汽车。雷诺已经在扩展将燃料电池系统集成到轻型商用车 Kangu Z.E 和 Master Z.E. 的氢混合动力车型。雷诺一直在制造一种基于现有电池电动汽车集成氢燃料电池系统的车型。

Stellantis 集团也推出了燃料电池电动汽车。继欧宝 Vivaro 和标致 e Expert 货车的燃料电池版本之后,雪铁龙又推出了 Jumpy Hydrogen。从技术上讲,它们都是带有二次电池的混合燃料电池电动汽车。

在中国企业中,上海汽车集团宣布将推出燃料电池电动汽车,到2025年销量将超过1万辆。北京汽车还宣布了到2023年销售4,000辆氢燃料电池汽车和到2025年销售15,000辆的目标。长城汽车去年春天还宣布,将投资30亿元人民币用于氢燃料电池的研发。

中国政府已经将氢燃料电池电动汽车与锂离子电池电动汽车一起确立为新能源汽车的重要技术基础。纯电动汽车适用于在城市中短距离行驶的乘用车,氢燃料电池电动汽车适用于需要长途运输的客车、卡车等商用车,可以互补发展。

中国工信部也在会同有关部门开展氢燃料电池电动汽车试点,推动我国氢能源和燃料电池电动汽车产业创新发展。

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