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能源革命对外开放百家论坛之四十一

燃料电池及其应用深度解读

  

主讲嘉宾
  刘嫚丽,大同氢雄云鼎氢能科技有限公司研发工程师,专攻燃料电池发动机控制系统的研发与设计,致力于实现燃料电池发动机的软件与硬件的系统集成等核心技术国产化,实现中国智造,广泛调研燃料电池上下游产业链,希望能够作为其中一员,共同推动中国氢能的全产业链发展,加速零排放“氢能社会”的到来。

1 核心提示 氢燃料电池车是什么?

  燃料电池车(Fuel Cell Vehicle)简称:FCEV。氢燃料电池的基本原理是电解水的逆反应,把氢和氧分别供给阳极和阴极,氢通过阳极向外扩散,并与电解质发生反应,释放出的电子通过外部的负载到达阴极,是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。氢燃料电池车利用燃料电池产生的电供能,带动电动机运转,从而使车辆正常行驶。在此过程中不经过热能转换直接产生了电流,转化效率高,无噪音,并生成最终唯一的反应产物——水。

2 核心提示 氢燃料电池车真的零排放吗?

  “零排放”是相对传统的排放定义产生的。发动机在燃烧化石能源(例如汽油、柴油等)时会排放出一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物等有害气体,作为正常燃烧产物的二氧化碳也是一种温室气体,它是全球气候的变暖的原凶之一。氢燃料电池汽车可以做到零二氧化碳排放,排出的废物只有水,也可以回收利用再次分解成氢。因此,氢燃料是公认的清洁能源。
  然而,在氢的制取环节也存在着污染问题。目前工业上主要依靠电解水的方式制取氢气,而电解水所需的电能
大多数还是依靠传统火电,这样一来,我们常说的纯电动车伪零排放、转移污染的问题在氢燃料电池车上也同样存在,所以只要是采用火力发电,零排放还是无法实现。另外,高纯度的氢提炼难度大,而纯度不够则会影响车辆性能表现,这都是制氢环节的难点所在。

3 核心提示 氢燃料电池够不够安全?

  众所周知,气体往往是极不稳的一种存在,氢气作为气体的一种实则是十分危险的,氢燃料电池制造的大规模制氢、储氢、输氢和注氢等环节统统都会涉及到安全问题。再加之氢气是一种无色无味的气体,所以一旦泄露人的感官也无法立刻对其有所警觉,与空气混合在一定浓度和温度下就会燃烧,后果将不堪设想。这就对系统的密封性和安全性要求非常之高了,而目前也还未出台关于氢燃料电池的国际通用安全标准。目前,利用碰撞、氢、电安全性综合管理和互锁控制技术,能将氢气危险防范于未然。车内多处设有氢气泄露的监测装置,万一真的出现泄露,也有专门设计的风道来让氢气排出车外。

4 核心提示 氢燃料的储存方法有哪些?

  氢燃料以何种形态装载汽车上是个大问题,安全性能、能源密度等都是评价其性能的重要指标。目前,氢燃料的储存方法大体可以分为三种,即高压储氢法、液态储氢法和固体储氢法。
  高压储氢法,也称为气态储氢法,是将氢气加压储存在储氢容器内,形式上和天然气车CNG气瓶类似。优点是在三种储氢方式中成本最低,储氢密度较大,缺点是安全性较低。液态储氢法是在20.28K(-252.77℃)的超低温下将氢气液化,然后储存在低温容器内。优点是储氢密度最大,缺点是成本高,附属系统庞大,故不适合做车载容器。固体储氢法,是利用固体对氢气的物理吸附或化学反应等作用,将氢储存于固体材料中。固态储存一般可以做到安全、高效、高密度,是气态储存和液态储存之后,最有前途的研究发现。目前常见固体储氢方式有合金储氢、纳米储氢等。优点是安全稳定,缺点是成本过高。

5 核心提示 现阶段氢燃料汽车产业发展布局如何?

  作为新能源汽车主要技术路径之一,氢燃料电池汽车在《国家创新驱动发展战略纲要》《中国制造2025》和《汽车产业中长期发展规划》等重要战略纲要中,均被确认要大力发展。按照相关规划,我国到2030年要实现氢燃料电池汽车的保有量200万辆。
  2018年2月13日,财政部、工信部、科技部和发改委联合发布《关于调整完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》,在补贴退坡的大背景下,燃料电池汽车的补贴标准依然不变,燃料电池乘用车依然按燃料电池系统的额定功率进行补贴,即补贴标准为6000元/kw,补贴上限为20万元/辆;轻型燃料电池客车/货车以及大中型客车/中重型货车依然采用定额补贴方式,补贴上限分别为30万元/辆和50万元/辆。
  与此同时,地方政府也开始积极布局燃料电池产业。2018年5月21日,上海市科委印发《上海市燃料电池汽车推广应用财政补助方案》,指出,燃料电池车按照中央财政补助1: 0.5给予上海市财政补助。燃料电池系统达到额定功率不低于驱动电机额定功率的50%,或不小于60kW的,按照中央财政补助1:1给予上海市财政补助。此前新能源汽车推广应用财政补贴政策提出,燃料电池乘用车补贴上限为20万元,这意味着一款燃料电池乘用车最高可获得国补加地补共40万元。

6 核心提示 氢燃料电池汽车的成本问题

  氢燃料汽车发展绕不开成本问题。氢气提纯、氢气压缩、氢气储存、氢气运输等过程都还需要高昂的投入。而且,长期以来,我国氢燃料电池关键零部件,例如催化剂、膜电极等主要依靠进口,成本大大增加。
  从车企角度来讲,虽然氢燃料电池汽车有助于提高产业的可持续发展,但是高成本和高技术门槛也让很多企业望而却步。
  目前,氢燃料电池与锂电池、燃油车相比,成本上还有较大差距。要降低成本,需要通过政策的推动来扩大生产规模,通过技术研发降低生产成本,以及通过提升核心零部件的国产化水平来降低成本。有专家预测,随着技术进步和市场规模化,预计氢燃料电堆成本可以从目前380美元/kW,逐渐下降至40美元-50美元/ kW甚至更低,2030年氢燃料电池汽车的成本有望接近燃油汽车。