根據(jù)日本富士經(jīng)濟調(diào)查公司在《2015 年燃料電池相關(guān)技術(shù)及市場展望》中預(yù)測,到 2030 年燃料電池汽車全球市場規(guī)模將超過 198 萬-199 萬輛,總金額將達(dá) 4.75 萬億日元(約 2400 億元人民幣),如果再加上家庭、企事業(yè)單位用燃料電池系統(tǒng),全球市場規(guī)模將達(dá) 6.49萬億日元(約3300 億元人民幣)。面對千億市場,與國外相比,我國燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展如何呢?
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發(fā)展現(xiàn)狀
在國家“863”計劃“十·五”電動汽車重大科技專項、“十一·五”節(jié)能與新能源汽車重大項目、“十二·五”電動汽車關(guān)鍵技術(shù)與系統(tǒng)集成重大項目中國為何不發(fā)展氫能源汽車的支持下,通過產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合研發(fā)團(tuán)隊的刻苦攻關(guān),我國的燃料電池電動汽車技術(shù)研發(fā)取得重大進(jìn)展,初步掌握了燃料電池電堆和關(guān)鍵材料、動力系統(tǒng)與核心部件、整車集成和氫能基礎(chǔ)設(shè)施的核心技術(shù), 基本建立具有自主知識產(chǎn)權(quán)的燃料電池轎車與燃料電池城市客車動力系統(tǒng)技術(shù)平臺,也初步形成燃料電池發(fā)動機、動力電池、DC/DC變換器、驅(qū)動電機、供氫系統(tǒng)等關(guān)鍵零部件的配套研發(fā)體系,實現(xiàn)百輛級動力系統(tǒng)與整車的生產(chǎn)能力,先后在北京奧運會和上海世博會上進(jìn)行示范運行。
2013年上汽制定的燃料電池轎車發(fā)展規(guī)劃圖
中國燃料電池客車的發(fā)展歷程
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技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的差距分析
我國燃料電池轎車和國外典型產(chǎn)品的性能對比,在整車總布置、動力性、經(jīng)濟性、續(xù)駛里程等方面與國際的差距不大,混合動力系統(tǒng)集成和控制的水平差距也不大。但是燃料電池發(fā)動機的功率明顯低于國外水平,國內(nèi)典型轎車?yán)缟掀娜剂想姵匕l(fā)動機在35~50kW 左右,但是國外的基本在 90~100kW 的水平。根本原因在我國裝車的燃料電池發(fā)動機的體積比功率密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國外先進(jìn)水平,而轎車可以提供燃料電池安裝空間有限,從而限制了我們的燃料電池發(fā)動機的總功率。盡管在“十二五”期間我國已經(jīng)突破了金屬雙極板電堆的關(guān)鍵技術(shù),樣堆的功率密度達(dá)到了2kW/L,但是該電堆還沒有形成完整的燃料電池發(fā)動機并裝車。
預(yù)計“十三·五”期間該差距將明顯縮短,從而可以提高我國轎車燃料電池發(fā)動機的整體功率水平。
我國燃料電池城市客車性能多數(shù)指標(biāo)(加速時間、最高車速、續(xù)駛里程、氫氣消耗量等)和國外產(chǎn)品水平相當(dāng),其中氫耗指標(biāo)和整車成本還有一定優(yōu)勢。我國的客車的燃料電池混合動力系統(tǒng)的構(gòu)型和集成水平在國際上是處于先進(jìn)水平,但是由于我國的燃料電池發(fā)動機本身的耐久性和國外相比還比較低,使得我國燃料電池客車耐久性(3000h)和壽命明顯低于國外燃料電池客車(10000h)的水平。
目前我國已經(jīng)裝車的燃料電池發(fā)動機,尚未采用高功率密度的金屬雙極板,而采用的是碳板或者復(fù)合板。與國外采用碳板或者復(fù)合板的燃料電池發(fā)動機相比,我們的發(fā)動機功率密度基本相當(dāng),在1kW/L 的水平中國為何不發(fā)展氫能源汽車;但與采用金屬雙極板的電堆相比,功率密度差距明顯;國外基本在 2.5kW/L~3kW/L 的水平。我國的燃料電池發(fā)動機的耐久性和國外有明顯的差距, 國外的電堆在客車工況下已經(jīng)壽命達(dá)到了 18000 小時,我們的電堆壽命還只有幾千小時。
在燃料電池發(fā)動機關(guān)鍵零部件方面,我國與國外水平相比差距較大,基本沒有成熟產(chǎn)品,產(chǎn)業(yè)鏈配套體系很不完善,具體情況如表20 所示,而這些附件非常重要,是影響電堆性能和壽命的關(guān)鍵。其中空壓機組件(包括空壓機加上空壓機電機等)不僅是限制燃料電池發(fā)動機功率密度(從而降低成本)的重要原因之一,也是影響發(fā)動機的可靠性和耐久性的重要部件。又如氫氣再循環(huán)泵是解決電堆水管理的重要部件,也是影響燃料電池發(fā)動機的耐久性的重要部件,但是我國尚未有研發(fā)并批量生產(chǎn)的企業(yè),需要針對這些零部件開展研制攻關(guān)和國際合作。
我國燃料電池發(fā)動機、燃料電池轎車與燃料電池客車的對標(biāo)(與DOE 2020 目標(biāo))
燃料電池發(fā)動機零部件的國內(nèi)外性能對比
世界主要汽車工業(yè)發(fā)達(dá)國家都制定了氫能基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展技術(shù)路線圖, 并由能源公司牽頭大力建設(shè)加氫站等基礎(chǔ)設(shè)施。我國目前還沒有明確的加氫站等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)規(guī)劃。國外已經(jīng)發(fā)展到 70MPa 的車載儲氫系統(tǒng)和對應(yīng)的加氫站,我國目前還只有 35MPa,也限制車載氫系統(tǒng)的儲氫能力。
現(xiàn)有各國加氫站規(guī)劃對比
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氫燃料電池汽車及純電動/混合動力汽車的國內(nèi)發(fā)展情況
國內(nèi)政策逐漸減小對鋰離子電池的扶持力度, 對氫燃料電池的扶持力度保持不變。
財政部、科技部、工信部和發(fā)改委聯(lián)合發(fā)布的下一屆階段新能源汽車補貼政策《關(guān)于2016-2020 年新能源汽車推廣應(yīng)用財政支持政策的通知》(財建[2015]134 號)中關(guān)于補貼標(biāo)準(zhǔn)有明確規(guī)定:“2017-2020 年除燃料電池汽車外其他車型補助標(biāo)準(zhǔn)適當(dāng)退坡,其中:2017-2018 年補助標(biāo)準(zhǔn)在2016 年基礎(chǔ)上下降 20%,2019-2020 年補助標(biāo)準(zhǔn)在 2016 年基礎(chǔ)上下降 40%?!?具體補貼標(biāo)準(zhǔn)見下表。純電動、插電式混合動力等客車推廣應(yīng)用補助標(biāo)準(zhǔn)(單位:萬元/輛)
以 12 米長純電動續(xù)駛里程在250km 以上的客車、單位載質(zhì)量能量消耗量最(可拿到補貼最高)低為例,2016 年的國家補助金額為 50 萬/輛,2017-2018 年的補助標(biāo)準(zhǔn)為 40 萬/輛,2019-2020 年補助標(biāo)準(zhǔn)為 30 萬/輛。
另外,對于其他長度的客車,其補助標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)有變化的。規(guī)定如下“6 米及以下客車按照標(biāo)準(zhǔn)車0.2 倍給予補助;6 米<車長≤8 米客車按照標(biāo)準(zhǔn)車0.5 倍給予補助;8 米<車長≤10 米客車按照標(biāo)準(zhǔn)車0.8 倍給予補助;12 米以上、雙層客車按照標(biāo)準(zhǔn)車 1.2 倍給予補助?!?/p>
以 6-8 米、續(xù)駛里程在250km 以上的純電動客車為例,如果單位載質(zhì)量能耗最高則,2016 年的補貼為 25 萬/輛,2017-2018 年為 20 萬/輛,2019-2020 年為 15 萬/輛。
同樣,對純電動和插電式混合動力乘用車也有類似的規(guī)定。以續(xù)駛里程超過250km 的純電動乘用車為例,2016 年補貼為 5.5 萬/輛,2017-2018 年補貼為 4.4萬/輛,2019-2020 年補貼為 3.3 萬/輛。
對燃料電池汽車的扶持力度保持不變,預(yù)計 2020 年后,燃料電池汽車的國家補助仍將繼續(xù),但力度可能減小。
工信部數(shù)據(jù)顯示,2014 年我國共生產(chǎn) 8.39 萬新能源汽車(純電動和插電式混合動力),而 2015 年 1-7 月我國共生產(chǎn)新能源汽車 9.553 萬輛,同比增長 2.5倍。可見經(jīng)過前幾年的示范推廣,純電動/插電式混合動力汽車的市場逐步形成。預(yù)計 2015 年底或 2016 年初達(dá)到20 萬輛的生產(chǎn)規(guī)模, 可以認(rèn)為進(jìn)入市場導(dǎo)入期,逐漸減少補貼勢在必行。
而同期,我國燃料電池汽車一直處于示范運行階段。技術(shù)上仍在跟蹤國際先進(jìn)水平。
我國燃料電池轎車和國外典型產(chǎn)品的性能對比,在整車總布置、動力性、經(jīng)濟性、續(xù)駛里程等方面與國際的差距不大,混合動力系統(tǒng)集成和控制的水平差距也不大。但是燃料電池發(fā)動機的功率明顯低于國外水平,國內(nèi)典型轎車?yán)缟掀娜剂想姵匕l(fā)動機在 35~50kW 左右,但是國外的基本在 90~100kW 的水平。根本原因在我國裝車的燃料電池發(fā)動機的體積比功率密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國外先進(jìn)水平,而轎車可以提供燃料電池安裝空間有限, 從而限制了我們的燃料電池發(fā)動機的總功率。
通過北京奧運會、上海世博會和新加坡青奧會的示范運行,我國燃料電池城市客車性能多數(shù)指標(biāo)(加速時間、最高車速、續(xù)駛里程、氫氣消耗量等)和國外產(chǎn)品水平相當(dāng),其中氫耗指標(biāo)和整車成本還有一定優(yōu)勢。我國客車的燃料電池混合動力系統(tǒng)的構(gòu)型和集成水平在國際上是處于先進(jìn)水平,但是由于我國的燃料電池發(fā)動機本身的耐久性和國外相比還比較低,使得我國燃料電池客車耐久性(3000h)和壽命明顯低于國外燃料電池客車(10000h)的水平。2015 年,我國最大的一筆商業(yè)化燃料電池汽車訂單就是 28 輛燃料電池客車。關(guān)鍵零部件方面,我國燃料電池系統(tǒng)的耐久性與國外相比存在差距較大,電堆的壽命尚未超過 5000小時,而國外的電堆則達(dá)到 15000 小時。
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新能源客車發(fā)展情況
根據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示,2014 年我國客車整車?yán)塾嬩N售為52.96 萬輛,同比增長 10.73%。2005-2014 年中國客車銷量及增速情況見下表。
可見,未來 10 年之內(nèi),我國的客車市場仍將處于增長期。
交通運輸部《關(guān)于加快推進(jìn)新能源汽車在交通運輸行業(yè)推廣應(yīng)用的實施意見》(交運發(fā)〔2015〕34號)中明確提出“到2020年,新能源城市公交車達(dá)到20萬輛,新能源出租汽車和城市物流配送車輛共達(dá)到10萬輛?!?根據(jù)前一階段,我國新能源汽車發(fā)展的情況來看,2014 年,我國新能源客車市場占有量達(dá)到 5.6%,超過 3 萬輛。
因此可以預(yù)見,下一階段我國燃料電池客車的發(fā)展速度將大大超過燃料電池乘用車的發(fā)展速度。
來源:燃料電池之家
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