氢能作为一种环保、节能且来源丰富的能源形式,其重要性在当今社会日益凸显。其独特的特性使它成为了可再生能源规模化利用的有效途径。
对于中国的工业和交通领域,氢能的推广应用也具有重大意义。长期以来,这两个领域都高度依赖于传统的化石能源。要实现碳减排目标,推动绿色发展,就必须寻找新的替代能源。而氢能,正是一个理想的选择。通过推行绿氢替代,可以促进绿色化工、绿色交通的发展,帮助工业、交通业等碳密集行业实现碳中和目标。
根据中国氢能联盟的预测,到2060年碳中和愿景下,我国氢气的年需求量将增至1.3亿吨左右,占终端能源消费的约20%。其中,工业领域用氢占比最大,约7794万吨,占氢总需求量的60%;交通运输领域用氢4051万吨,建筑领域用氢585万吨,发电与电网平衡用氢600万吨。
两轮车的市场分析
科学技术的发展在交通工具上得到了显著体现。过去,人们主要依赖人力或畜力进行出行,而如今,随着科技的不断进步,电能、燃油等新型交通工具不断涌现,为我们的短途和长途出行提供了更多的选择。
在短途出行方面,电动车以电为动力,具有更环保的优势,并且车辆小巧灵活,十分方便,因此被广泛用于日常的上下班代步、接送孩子和购物等出行。
电动两轮车市场在经历了一段时间的价格战后,于2014年至2019年进入了成熟期,年销量稳定在约3000万至3600万辆。并且,2020年疫情的爆发刺激了安全出行需求,当年销量达到了4760万辆。根据电动两轮车行业媒体“营商年度通知”的数据,2022年销售更是大爆发,行业销量达到了6007万辆,而2023年和2024年因部分省份强制执行新国标,带来了更大的销量增长。即使新国标实施结束后,但考虑到安全出行需求的持续存在,行业销量仍将保持在5000万辆以上的规模。
资料来源:中国自行车协会,前瞻产业研究院,沙利文,全球电动车网
以电动车二轮车为例,二轮车主要分为电动自行车、电动轻型摩托车和电动摩托车。
在外观上,电动自行车必须具有脚踏骑行功能,而电动轻型摩托车和电动摩托车则不需要脚踏板。在参数方面,电动自行车的车速、功率、重量和电压要求都较低。
在驾驶资格方面,电动自行车作为非机动车,不需要驾照即可驾驶,而电动轻型摩托车和电动摩托车作为机动车,需要持有相应的驾照才能驾驶。
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然而,电动车也存在一些缺点,例如充电速度较慢,在新国标实施后车辆轻量化导致电池减配从而影响实用性。
氢能两轮车不需要过多的补贴
目前,氢能产业仍处于发展初期,需要大量的资金投入进行技术研发和基础设施建设。此外,氢能产业链的建设也需要大量的资金支持,包括制氢、储运氢、加氢站等各个环节。由于这些方面的成本较高,因此政府补贴成为了氢能产业发展中很重要的支持手段之一。
在氢能产业的发展中,氢能两轮车发展可能不需要过多的补贴支持。因为氢能两轮车具有相对较低的成本和环保优势,同时其使用范围也相对较广,适用于城市和乡村地区。综上,氢能两轮车能否成为氢能产业中一个重要的发展方向?
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氢能两轮车的工作原理
在普通两轮车的基础上,氢能两轮车增加了氢气发电机和储氢器(氢能棒)。氢气发电机为燃料电池,通过内置氢气发电机的电化学反应而产生的动能,工作原理如下:
◆ 氢气储存:氢气存储在安全的高压罐中,并以稳定方式输送到燃料电池。
◆ 燃料电池(主要为质子交换膜燃料电池(PEMFC))反应:燃料电池由多个电池单元组成,每个单元包含正极(阳极)、负极(阴极)和电解质膜。氢气进入燃料电池的阳极,氧气从空气中进入阴极。
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◆ 电化学反应:燃料电池内部,氢气在阳极被催化剂(通常是铂)催化,分解为氢离子(即质子)和电子。氢离子通过电解质膜移动到阴极,而电子则通过外部电路流动,为电机提供动力。
◆ 产生水和热量:在阴极,氢离子、电子和氧气相结合,生成水和热量作为反应的副产品。
◆ 动力输出:产生的电流驱动电机,使得两轮车能够行驶。多余的电能可能会被存储在蓄电池中供日后使用。
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氢能两轮车骑行过程不会产生任何的碳排放,只产生水和热量的排放。目前,有些公司能做到,时速最高可达150km/h,氢能棒固态储氢技术续航里程高达153公里。
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氢能两轮车的主要应用场景
氢能在小型燃料电池应用场景上可以不依赖补贴,二轮车是一个很好的例子。由于氢气能量密度较高,过去人们主要关注重卡、船舶、飞机、高铁、户储等领域。然而,对于二轮车等小型储能单元领域,氢能更具优势。这种优势主要表现在二轮车的储能单元较小,总成本占比较低。
氢能两轮车的应用场景主要包括以下几个方面:
◆ 城市出行:氢能两轮车作为一种环保、高效的交通工具,适合在城市中短途出行。由于其零排放、低噪音和低维护成本的特性,可以缓解城市交通压力,并减少对环境的污染。
(图源:永安行官微)
◆ 共享出行:氢能两轮车适合作为共享出行工具,可以为市民提供更加便捷、舒适的出行方式。在共享单车、共享汽车等共享出行方式的基础上,增加氢能两轮车的共享服务,可以扩大出行选择范围,提高出行效率。
短途物流:氢能两轮车可以用于短途物流配送,如快递、超市配送等。其高效的物流运输能力和环保的能源消耗,可以降低物流成本,并减少对环境的影响。
(图源:永安行官微)
◆ 旅游景区:旅游景区内道路狭窄,传统汽车通行不便,氢能两轮车则可以轻松应对这种情况。其低噪音、零排放的特性也符合景区环保要求,同时可以为游客提供更加舒适、便捷的旅游体验。
(图源:攀业氢能官微)
据此,氢能二轮车领域可以同时面向B端运营和C端高端消费群体,而且投资成本较低,即使不依靠补贴也能为氢气的推广提供良好的应用场景。
氢能两轮车的框架组成
氢能两轮车的框架组成包括车架、氢气储存系统、氢燃料电池系统、动力电池组、电动机系统和控制系统等主要部件。这些部件协同工作,使车辆能够正常运行并提供高效的能源利用:
◆ 车架:用于支撑和固定所有其他部件的基础结构。
氢气储存系统:包括高压氢气储罐和相关的阀门、管道等部件,用于储存氢气并提供给燃料电池使用。
◆ 氢燃料电池系统:是氢能两轮车的核心部分,包括燃料电池堆、氢气进气系统、氧气进气系统和冷却系统等。氢气进气系统将氢气从储罐中引入燃料电池堆,与氧气发生化学反应,产生电能和水蒸气。冷却系统用于控制燃料电池的温度,以保持其正常运转。
◆ 动力电池组:用于储存燃料电池产生的电能,保证车辆在短时间内能够提供高功率输出。
◆ 电动机系统:由电动机、变速器和驱动轮等组成,将电能转化为机械能,驱动车辆行驶。
◆ 控制系统:用于监控和控制氢能源电池车的各个部分,确保其正常运行。
此外,氢能两轮车还可能配备其他辅助系统,如电池管理系统、电力管理系统等,以确保车辆的安全和可靠性。
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氢能两轮车 VS 锂电两轮车
氢能电动自行车相比传统电动自行车具有显著优势。
◆ 寿命长:燃料电池系统的使用寿命长达2000小时左右,是锂电池的两倍,这意味着消费者的使用周期更长,对氢能电动自行车的稳定性更高。
续航里程稳定:氢能自行车的发电机和氢能棒不受天气影响,可以保持稳定的◆ 续航里程,而传统电单车的续航里程会因温度过高或过低而受到影响,冬夏季节的续航里程相差10-20公里。
◆ 安全性:氢能自行车的安全性能更强,其内部的低压固态储氢装置在释放时吸收热量,速度缓慢,不会发生爆炸的情况,相比之下传统电单车充电时比较◆ 容易发生意外事故。车联网技术更方便:氢能自行车还拥有多项车联网技术,如GPS定位、物联网通讯、信息采集和处理等,能够实现智能感知、交互、大数据服务等功能,使其更具智能化。
◆ 经济性:氢能自行车的经济性相当,与大部分地区的共享电单车收费标准无差距。
氢能两轮车的国内公司布局
国内有多家公司正在布局氢能两轮车领域,这些公司正在开发高性能、长续航、耐低温的氢能两轮车,并推动其在共享出行和外卖配送等领域的应用。其中,永安行今年初推出了全球首辆折叠式氢能自行车(Y600)和用于氢能自行车充氢的全球首台微型太阳能制充氢一体机。“微型太阳能制充氢一体机里的水,通过电解槽电解为氢气和氧气,经过氢水分离后生成绿氢,氢气经过低压自动充装系统储存于氢能棒内,实现家用自主制氢充氢的过程。”永安行科技股份有限公司董事长孙继胜说,制充氢一体机制出的氢气纯度大于99.99%,一般200毫升的水仅需5小时即可制充200L氢气。夜间也可以使用市电,只需1度电约0.3元。孙继胜表示,一旦拥有这台微型太阳能制充氢一体机,消费者就可以很方便地在家里制作绿色清洁能源并储存,同时又能享受氢能带来的生活便利。这个技术研制成功,不仅为消费者提供安全自主的用氢解决方案,又解决了两轮电动车不能进户充电的痛点。
图源永安行官微(微型太阳能制充氢一体机)
台铃集团和协氢新能源联合发布的风冷氢能共享两轮车具有长续航、耐低温、低衰减等优势,而永安行也发布了多款新型氢能自行车;除上述几家代表企业外,2023年以来,包括捷氢科技、溯驭技术、氢航科技、氢冉新能源、维纳氢能、满电未来等在内的10余家企业致力于推动氢能两轮车发展。氢能两轮车似乎已到了突破市场化的重要关口。随着氢能产业的快速发展,未来将有更多企业加入到这个领域中。
氢能两轮车的国外公司布局
氢能两轮车在国外的布局主要集中在日本和欧洲。
日本在氢能两轮车的研发和推广方面处于领先地位,其中本田、雅马哈、川崎重工等企业都推出了自己的氢能自行车和摩托车产品,这些产品不仅在性能和设计上具有优势,还具有较长的续航里程和较快的加氢时间。此外,日本政府也在积极推动氢能两轮车的发展,为氢能自行车的普及和推广提供政策和资金支持。
欧洲在氢能两轮车的研发和推广方面也取得了一定的进展,其中荷兰、德国、法国等国家的企业都在积极探索和研发氢能自行车和摩托车产品。其中,德国宝马公司也在开发氢能两轮车,并计划在2025年推出商业版本。同时,欧洲也在积极推动氢能基础设施的建设,为氢能两轮车的推广提供便利。
别的国家里面,韩国现代汽车公司推出了氢燃料电池两轮车概念车,并计划在2028年推出商业版本。
氢能两轮车的市场前景分析
从2022年中国两轮电动车销量情况来看,电动自行车是我国两轮电动车最大的细分市场,据中国自行车协会初步统计,2022年我国电动自行车销量约为5000万辆,约占两轮电动车市场的88%;其次为电动摩托车,2022年销量约为442万辆,市场占比为8%。
11月28日,中华人民共和国住房和城乡建设部发布《关于全面推进城市综合交通体系建设的指导意见》。其中提到:加快开展城市绿色慢行交通系统建设。
因此,在共享领域,氢能脚踏车有望得到大量应用。由于燃料电池系统的安全性较高,它有望在一二线城市得到推广,这些城市禁止共享电单车。相比之下,三四线城市不限制共享电单车,但从经济性上考虑,共享电单车更适合应用。氢能脚踏车使用方便,且采用小型固态储氢瓶,这使得它在C端市场也有望进军海外高端出行市场。
在外卖配送场景中,氢能两轮车有望替代电动二轮车。目前,雅迪等二轮车公司正在积极布局这块业务。
科技的发展永不停歇。目前,许多个人和厂家都在研发新的代步工具,已有多种潜在的替代品出现。其中,氢能两轮车作为以氢为动力的新型交通工具,不仅已经出现,而且开始逐渐推广普及。相比于传统的电动自行车,氢能自行车具有环保无污染、燃料电池可回收再利用、换氢时间短等优点,而且对比氢燃料电池汽车及其他方式,氢能源自行车在推广上将更加容易,成本更低,随着技术的不断进步和规模化生产,它的价格有望比锂电池更加低廉,从而进一步推动其在市场上的应用。消费者对于氢能源的接触也将更加直接。