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氢燃料电池汽车发展切忌“增量不提质”

作者:王晓晨 徐沈智 栗楠 来源:中国能源报 发布时间:2019-05-23 浏览:
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2019年政府工作报告指出要“推动充电、加氢等设施建设”,氢能首次被写进政府工作报告。氢燃料电池汽车是氢能最典型的应用场景之一,其发展需要上游从氢气制取到加注的庞大产业链支撑。但我国氢燃料电池汽车上游各环节面临问题众多,尤其是在核心技术及关键材料方面,与技术先进国家的差距明显,关键零部件依赖进口严重,进一步加剧了全产业链成本过高等问题。当前宜以技术提升为核心稳步推进,避免走入“增量不提质”的发展窘境。

氢气制取尚无法实现

经济性与可持续性的统一

当前,氢气制取对化石燃料依赖严重,据统计,2017年全球氢气制取量超过6000万吨,其中96%来自化石燃料,大部分采用天然气和煤油制氢技术,从远期来看不具有资源可持续性,且碳排放量高。电解水制氢具有资源与环保的双重可持续性,是未来氢气制取的发展方向之一,但氢气制取过程中需要耗费大量电能,成本高昂。

电费支出约占电解水制氢总成本的78%,为大幅降低制取成本,正积极探索合理利用可再生能源弃电制取氢气。2018年我国弃风、弃光电量分别达到277亿千瓦时和55亿千瓦时,按制取1kg氢气耗费39.7kWh电能的折算比例,2018年总弃电量可制氢约84万吨,相当于国内煤气制氢总量的1/12、天然气制氢总量的1/3。但从生产成本看,煤制氢总成本不到1元/立方米,考虑弃风电价为0.25元/千瓦时,可再生能源弃电制氢仅电费支出已达1.25元/立方米,仍不具有竞争优势。

加氢站建设不足、

氢气储运困难是直接制约因素

截至2018年底,全球共有369座加氢站,而我国共有25座加氢站建成(其中3座已拆除)。成本是制约加氢站建设的最主要因素,以固定式35MPa加氢站为例,日加注量为1000kg,在充分考虑安全等因素下,初始投资超过1500万元,土地及配套运输车辆成本尚且不包括在内。国内加氢站建设成本居高不下的重要原因之一是关键设备未能实现本土化和自主化,导致我国没有议价权,此外加氢站数量的过少,也难以实现规模效应。而对于氢燃料电池汽车的消费者来说,过少的加氢站数量意味着燃料加注困难,直接降低了消费者对氢燃料电池汽车的购买意愿。

氢气储运困难则是未来制约氢燃料电池汽车全面应用普及的关键问题。氢气主要以高压气态、低温液态和固态材料三种形式进行存储和运输,但三种形式各有一定的局限性。高压气态储氢存在泄露爆炸隐患和运输效率不高等问题。低温液态储运对存储容器的绝热性要求较高,且液态氢会“吸收”金属容器生成氢化物,降低氢气的纯度,不利于直接利用。固态材料储氢分为物理吸附和化学吸附两类,物理吸附主要通过范德华力来储存氢气,常温常压该作用力很弱,氢气很容易逃离;化学吸附储氢存在吸氢温度高、可逆性差等缺点。现阶段我国氢气储运量及运输里程相对较小,未来随着氢燃料电池汽车保有量提升,氢能在地区间分布不平衡将带来大规模氢气储运及调配的问题。

近期坚持以商用车为主发展路线

加大技术研发补贴

相比同属新能源汽车的纯电动汽车,氢燃料电池汽车具有续航里程数更长、充电时间更短、低温性能更好等优势,使得其在商用车领域具有良好的发展。但在乘用车领域,纯电动汽车成本更低且全产业链发展已相对成熟,而氢燃料电池汽车乘用车的推广需建立大范围的加氢站网络,投资巨大但利用率低。以商用车为主的发展路线有利于提高氢能基础设施利用率,保障投资收益,并按需稳步带动乘用车发展,避免跃进式增长。优先发展商用氢燃料电池汽车可以积累氢能调度供应和加氢站运营经验,便于在国内氢能产业核心技术相对成熟后推广至其它车辆用途。

我国纯电动汽车保有量居世界第一,充电桩及输配电系统发展完善,短期内留给氢燃料电池汽车的市场空间有限,因此不必过分追求氢燃料电池汽车数量的增长。针对生产销售环节的过多补贴可能会诱发骗补现象,吸引劣质公司入局。我国应合理制定补贴政策,增加针对技术研发企业的政策优惠,鼓励企业加强与科研机构、高等学校之间的合作,对攻克氢能核心技术的企业给予奖励,并营造有利于技术先进公司发展的市场环境,提高我国氢能产业核心竞争力,避免氢燃料电池汽车增量不提质。

重视氢能储运

谨慎选择氢燃料电池汽车推广城市

我国虽然具有丰富的氢能资源,但不同地区氢气制取的资源条件存在显著差异。现阶段我国氢燃料电池汽车保有量有限。随着氢燃料电池汽车的逐渐成熟,适应大规模储运的氢能供应系统未来将成为氢燃料电池汽车全面推广的关键,如日本已经建立了海外制氢市场及国际氢能供应体系。虽然行业内部普遍认为氢能储运和氢燃料电池汽车足够安全,但由于实际氢气储运里程数尚且不足,且未发生氢燃料电池汽车事故,其安全性有待在实际推进过程中进一步验证。因此,现阶段应推动燃料电池汽车试点,在实践中解决氢气储运问题。

与此同时,我国氢燃料电池汽车发展尚不完善,其推广应结合地方实际情况,而非作为地方政府打造政绩的噱头。国内城市氢燃料电池汽车的推广应重点考虑两大因素,一是地区纯电动汽车发展情况;二是地区制氢资源情况,在多种氢能制取方式中,利用工业副产氢和弃掉的可再生能源发电制氢都可视为对弃能的重新利用,因此可优先考虑在工业副产氢和可再生能源弃电严重的地区。以张家口地区为例,张家口拥有优质的二类风能资源和二类太阳能资源,但新能源消纳困难,弃风、弃光问题严重;且冬季气候寒冷,纯电动汽车行驶里程数较低,难以满足正常需求,是适宜优先推广氢燃料电池汽车的地区之一。

  (作者均供职于国网能源研究院有限公司)

关键字:氢燃料电池汽车

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