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咱家的汽車也能“氫”起來(lái)

人民日?qǐng)?bào)海外版發(fā)布時(shí)間:2024-10-17 15:44:19

  在北京市延慶區(qū),很多市民都乘坐過(guò)一種綠色車身、涂裝著白色祥云圖案的公交車。但或許少有人了解,這些公交車可來(lái)頭不小——它們?cè)潜本┒瑠W會(huì)的服務(wù)保障用車,并且,這些車不燒汽油,也不是常見的純電動(dòng)汽車,而是氫燃料電池客車,更加低碳、環(huán)保。

  氫能是一種公認(rèn)的清潔能源,具有重量輕、儲(chǔ)量豐富、燃燒性能好等特點(diǎn),可應(yīng)用在眾多領(lǐng)域。交通,正是其最重要的應(yīng)用場(chǎng)景之一。

  近年來(lái),國(guó)內(nèi)氫能源車產(chǎn)業(yè)穩(wěn)步發(fā)展,創(chuàng)新成果不斷涌現(xiàn)。國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局聯(lián)合印發(fā)的《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃(2021-2035年)》指出,要“有序推進(jìn)氫能在交通領(lǐng)域的示范應(yīng)用”,并提出到2025年,“燃料電池車輛保有量約5萬(wàn)輛,部署建設(shè)一批加氫站”的發(fā)展目標(biāo)。

  相信在不久的將來(lái),目前還很小眾的氫能源車就會(huì)走進(jìn)千家萬(wàn)戶,為人們的交通出行再添一種綠色選擇。

  獨(dú)具優(yōu)勢(shì) 發(fā)展前景廣闊

  隨著技術(shù)的發(fā)展和低碳理念的普及,新能源車已成為市場(chǎng)寵兒。截至2022年底,中國(guó)新能源汽車保有量已達(dá)1310萬(wàn)輛。但其中,絕大部分是純電動(dòng)汽車,而氫能源車保有量剛剛突破1萬(wàn)輛。

  如果說(shuō),新能源汽車正成為百姓日漸熟悉的伙伴,氫能源車則算得上是其中的“生面孔”。但近年來(lái),這副“生面孔”的發(fā)展前景卻被廣泛看好。

  2022年,在北京冬奧會(huì)期間,氫燃料電池汽車為服務(wù)賽事開展示范運(yùn)營(yíng),成為國(guó)內(nèi)氫能源車發(fā)展的一個(gè)高光時(shí)刻。如今,在北京、上海、廣州等地,氫能源車都在加速推廣落地。

  由工業(yè)和信息化部指導(dǎo)發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖2.0》提到,預(yù)計(jì)到2035年,燃料電池汽車保有量達(dá)到100萬(wàn)輛左右,商用車將實(shí)現(xiàn)氫動(dòng)力轉(zhuǎn)型。

  為何氫能源車如此受到青睞?相較于其他新能源汽車,氫能源車又有哪些獨(dú)特優(yōu)勢(shì)?

  “氫能源車的技術(shù)核心之一在于氫燃料電池。”據(jù)國(guó)家能源集團(tuán)北京低碳清潔能源研究院氫能(氨能)技術(shù)研究中心副主任何廣利講解,氫能源車的工作原理,是將氫氣通入車內(nèi)的燃料電池,然后氫氣和氧氣在燃料電池里發(fā)生反應(yīng),同時(shí)發(fā)出電,再用電來(lái)驅(qū)動(dòng)車前進(jìn)。

  “在我們常見的純電動(dòng)汽車中,電是直接儲(chǔ)存在車載電池中的,電池是一個(gè)儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)。而氫燃料電池是一個(gè)能量轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)。從這點(diǎn)上看,它可以和燃油車的工作方式做一個(gè)類比:在燃油車上,我們將汽油加入油箱,供給發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒;在氫能源車上,我們需要加入氫氣,供給燃料電池使用。”何廣利說(shuō)。

  所以,與純電動(dòng)汽車相比,氫燃料電池汽車增加了車載儲(chǔ)氫系統(tǒng)和具有發(fā)電能力的燃料電池系統(tǒng)。這讓其獲得了自己的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

  首先是相較于純電動(dòng)汽車,氫燃料電池汽車的續(xù)航里程大幅增加。何廣利指出,純電動(dòng)汽車要提高續(xù)航里程,目前采取的方式一般是多增加鋰電池,或者通過(guò)更新技術(shù),不斷提高電池高能量密度。但對(duì)于車輛生產(chǎn)來(lái)說(shuō),二者都需要較高的成本。但氫燃料電池汽車增加續(xù)航里程,只需增大儲(chǔ)氫罐即可。另外,純電動(dòng)汽車充電時(shí)長(zhǎng)比較久,一般要幾個(gè)小時(shí)才能充滿電。但氫燃料電池汽車加氫補(bǔ)給的時(shí)間很短,與燃油車加汽油的時(shí)間幾乎相同。

  在高海拔、高溫、高寒等多種環(huán)境下,氫燃料電池的性能也更加穩(wěn)定。以目前已在北京市延慶區(qū)投入使用的氫燃料電池公交車為例,其裝載的氫燃料電池系統(tǒng),在零下30℃的環(huán)境下能夠無(wú)輔熱快速啟動(dòng),續(xù)航里程可達(dá)300公里。北京公交集團(tuán)第八客運(yùn)分公司駕駛員郭宏宇,在談及駕駛氫燃料電池公交車的感受時(shí)說(shuō):“氫能源車不僅更加安全環(huán)保、沒有污染,同時(shí)噪音更小、續(xù)航更久,運(yùn)行期間很平穩(wěn),駕駛起來(lái)特別舒適。”

  從低碳、環(huán)保的角度看,氫能源車也有更優(yōu)異的表現(xiàn),有人甚至將氫能源車稱為“移動(dòng)的空氣凈化器”。據(jù)何廣利解釋,這是因?yàn)槿剂想姵胤浅C舾?,為了保證進(jìn)入燃料電池的空氣是干凈的,氫能源車需要設(shè)置物理吸附、化學(xué)吸附等多道過(guò)濾裝置。所以,氫能源車的前置空氣處理裝置,不僅能夠吸附顆粒物,還會(huì)過(guò)濾掉空氣中的有害氣體。當(dāng)過(guò)濾后的空氣進(jìn)入電池與氫氣發(fā)生反應(yīng)后,再排放出去的物質(zhì),只有水和更清新的空氣。

  基礎(chǔ)設(shè)施 建設(shè)步伐提速

  既然氫能源車有如此多優(yōu)點(diǎn),該如何進(jìn)一步促進(jìn)其推廣落地?采訪中,多位業(yè)內(nèi)人士表示,加強(qiáng)氫能儲(chǔ)運(yùn)能力以及完善加氫站等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),是氫燃料電池汽車推廣普及的關(guān)鍵所在。

  在氫氣制備方面,中國(guó)已具有一定優(yōu)勢(shì)。《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃(2021—2035年)》指出,中國(guó)是世界上最大的制氫國(guó),年制氫產(chǎn)量約3300萬(wàn)噸,其中,達(dá)到工業(yè)氫氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的約1200萬(wàn)噸??稍偕茉囱b機(jī)量全球第一,在清潔低碳的氫能供給上具有巨大潛力。

  不過(guò),當(dāng)前利用可再生能源如太陽(yáng)能、風(fēng)能等制備出的綠氫,主要來(lái)自西部地區(qū);但對(duì)氫能需求旺盛的則是東部地區(qū)。要解決供需錯(cuò)配問(wèn)題,必須加強(qiáng)對(duì)氫氣的運(yùn)輸能力。

  在氫氣儲(chǔ)運(yùn)方面,中國(guó)現(xiàn)階段主要以高壓氣態(tài)長(zhǎng)管拖車運(yùn)輸為主,管道運(yùn)輸仍為短板弱項(xiàng)。這導(dǎo)致長(zhǎng)距離氫氣運(yùn)輸一直成本較高、效率較低,也是造成終端用氫成本高的主要原因之一,制約了產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。

  好在,這一問(wèn)題將逐步得到解決。前不久,“西氫東送”輸氫管道示范工程被納入《石油天然氣“全國(guó)一張網(wǎng)”建設(shè)實(shí)施方案》,中國(guó)首個(gè)純氫長(zhǎng)輸管道項(xiàng)目啟動(dòng)。

  該管道起于內(nèi)蒙古自治區(qū)烏蘭察布市,終點(diǎn)位于北京市的燕山石化,全長(zhǎng)400多公里,是中國(guó)首條跨省區(qū)、大規(guī)模、長(zhǎng)距離的純氫輸送管道。管道建成后,將用于替代京津冀地區(qū)現(xiàn)有的化石能源制氫及交通用氫。

  據(jù)中國(guó)石化董事長(zhǎng)馬永生介紹,“西氫東送”管道一期運(yùn)力10萬(wàn)噸/年,預(yù)留50萬(wàn)噸/年的遠(yuǎn)期提升潛力。同時(shí),將在沿線多地預(yù)留端口,便于接入潛在氫源。未來(lái),中國(guó)石化可依托“西氫東送”管道建設(shè)支線及加氫母站,助力京津冀氫能走廊的高效構(gòu)建。

  目前,“西氫東送”輸氫管道示范工程已經(jīng)在路由選址、技術(shù)研究、工程建設(shè)方案等方面取得積極進(jìn)展,基本完成可行性研究報(bào)告的編制,正加快推進(jìn)項(xiàng)目各項(xiàng)工作。

  完善加氫站的布局,也是發(fā)展氫能源車產(chǎn)業(yè)不可或缺的前提條件。

  去年9月,在國(guó)家發(fā)展改革委關(guān)于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的發(fā)布會(huì)上,國(guó)家能源局相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹,中國(guó)已累計(jì)建成加氫站超過(guò)270座,約占全球總數(shù)的40%,位居世界第一。

  如位于北京市大興國(guó)際氫能示范區(qū)的海珀?duì)柤託湔?,建成?021年,占地面積達(dá)6000多平方米,是全球規(guī)模最大的加氫站。這里共16把加氫槍,日加氫量可達(dá)4.8噸。據(jù)海珀?duì)柤託湔鞠嚓P(guān)負(fù)責(zé)人介紹,該加氫站在高峰時(shí)一天可服務(wù)500多臺(tái)車輛。

  同樣位于北京市大興區(qū)的青云店加油站,則在2022年增設(shè)了加氫設(shè)備設(shè)施,改建為油氫一體站。據(jù)介紹,今年大興區(qū)規(guī)劃再新建2座油氫一體站,同步加快推進(jìn)2座純氫站建設(shè)。計(jì)劃到2025年底前,建成不少于10座加氫站,全面保障燃料電池汽車加氫需求。

  國(guó)家發(fā)展改革委相關(guān)負(fù)責(zé)人指出,目前國(guó)內(nèi)的加氫站主要以35MPa氣態(tài)加氫站為主,70MPa高壓氣態(tài)加氫站占比小,液氫加氫站、制氫加氫一體站建設(shè)和運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)不足。此外,國(guó)內(nèi)現(xiàn)有加氫站的日加注能力主要分布于500—1000公斤的區(qū)間,大于1000公斤的規(guī)?;託湔救源M(jìn)一步建設(shè)布局。未來(lái),加氫網(wǎng)絡(luò)將以需求導(dǎo)向?yàn)樵瓌t,在保障安全的前提下,節(jié)約集約利用土地資源,支持依法依規(guī)利用現(xiàn)有加油加氣站的場(chǎng)地設(shè)施改擴(kuò)建加油站,探索站內(nèi)制氫、儲(chǔ)氫和加氫站一體化的加氫站等新模式。

  根據(jù)《北京市氫燃料電池汽車車用加氫站發(fā)展規(guī)劃(2021—2025年)》,北京市將在2023年前,力爭(zhēng)推廣氫燃料電池汽車3000輛;2025年前,力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)氫燃料電池汽車?yán)塾?jì)推廣量突破1萬(wàn)輛。與此同時(shí),將在2023年前,力爭(zhēng)建成并投運(yùn)37座加氫站,加氫總能力達(dá)到74噸/日,滿足47噸/日車用氫能需求。2025年前,力爭(zhēng)建成并投運(yùn)加氫站74座,加氫總能力達(dá)到148噸/日,滿足126噸/日車用氫能需求。

  近年來(lái),上海市也已陸續(xù)建成10余座加氫站?!渡虾J袣淠墚a(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃(2022-2035年)》提出,到2025年,建設(shè)各類加氫站70座左右,燃料電池汽車保有量突破1萬(wàn)輛,氫能產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)業(yè)規(guī)模突破1000億元,在交通領(lǐng)域帶動(dòng)二氧化碳減排5萬(wàn)—10萬(wàn)噸/年。

  企業(yè)創(chuàng)新 瞄準(zhǔn)市場(chǎng)發(fā)力

  隨著基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不斷完善,越來(lái)越多創(chuàng)新型企業(yè)瞄準(zhǔn)了氫燃料電池汽車相關(guān)市場(chǎng)。

  入駐在大興國(guó)際氫能示范區(qū)的北京穩(wěn)力科技有限公司,致力于燃料電池系統(tǒng)及其零部件的研發(fā)和生產(chǎn)。

  “在燃料電池系統(tǒng)很多相關(guān)零部件產(chǎn)品的研發(fā)上,目前不少國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品已達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。”北京穩(wěn)力科技有限公司副總經(jīng)理左琳琳告訴記者,該公司通過(guò)對(duì)氣浮軸承技術(shù)的研發(fā),開發(fā)出的新型燃料電池用空壓機(jī),實(shí)現(xiàn)了每分鐘12萬(wàn)轉(zhuǎn)的超高轉(zhuǎn)速。這使得燃料電池系統(tǒng)的體積大幅減小,更適合車載使用。

  “燃料電池系統(tǒng)零部件產(chǎn)品的研發(fā),涉及電磁學(xué)、流體力學(xué)、材料學(xué)等多學(xué)科知識(shí),產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程比較復(fù)雜,技術(shù)創(chuàng)新含量也比較高。所以我們花了很多時(shí)間去不斷測(cè)試、驗(yàn)證。”據(jù)左琳琳介紹,燃料電池用空壓機(jī)從開始設(shè)計(jì),到成功做出工程樣機(jī),花費(fèi)了4年時(shí)間。然后又經(jīng)過(guò)1年多打磨,才正式成為可量產(chǎn)的產(chǎn)品上市。

  目前,北京穩(wěn)力科技有限公司研發(fā)的多款燃料電池系統(tǒng),功率覆蓋范圍為5kW~150kW,既可以適用于長(zhǎng)續(xù)航、高功率的重型卡車,也可以用于低功率的叉車、環(huán)衛(wèi)車等場(chǎng)地車輛。左琳琳表示:“相信在不久的將來(lái),氫能源車在乘用車和商用車領(lǐng)域,都會(huì)有更好的表現(xiàn),占據(jù)一定比例的市場(chǎng)份額。”

  電堆是氫燃料電池系統(tǒng)的關(guān)鍵部件,在燃料電池系統(tǒng)中所占成本超過(guò)一半,而膜電極又是電堆中的核心部件,產(chǎn)業(yè)重要度堪比鋰電池的電芯。

  近年來(lái),上海捷氫科技股份有限公司在膜電極的自主研發(fā)與制造中,取得多項(xiàng)突破,實(shí)現(xiàn)了膜電極的國(guó)產(chǎn)化、產(chǎn)業(yè)化。該公司新一代膜電極產(chǎn)品同比峰值功率密度提升30%,鉑用量下降23%,壽命提升50%,達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。同時(shí),實(shí)現(xiàn)了膜電極成本的大幅下降。

  “要促進(jìn)氫燃料電池推廣普及,降本是至關(guān)重要的一環(huán)。”在捷氫科技總經(jīng)理盧兵兵看來(lái),要實(shí)現(xiàn)降低成本,打破關(guān)鍵部件技術(shù)壟斷、實(shí)現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈自主可控不可或缺。

  “縱觀氫能和燃料電池產(chǎn)業(yè),國(guó)內(nèi)企業(yè)已經(jīng)在大部分技術(shù)和產(chǎn)品上頗具競(jìng)爭(zhēng)力,但同時(shí)我們也需要認(rèn)識(shí)到,包括質(zhì)子交換膜、碳紙、催化劑等在內(nèi)的部分核心材料,與國(guó)外產(chǎn)品相比仍存在技術(shù)差距,這也要求我們必須未雨綢繆,更加注重基礎(chǔ)研發(fā)。”盧兵兵表示,希望未來(lái)在氫燃料電池領(lǐng)域,可以實(shí)現(xiàn)從核心材料、零部件,到生產(chǎn)工藝、裝備等在內(nèi)的全面國(guó)產(chǎn)化,避免“卡脖子”,推動(dòng)中國(guó)氫能和燃料電池產(chǎn)業(yè)走在國(guó)際前列。

  中國(guó)氫能源車產(chǎn)業(yè)及市場(chǎng)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展?jié)摿?,還吸引了不少外資企業(yè)。

  在廣東省廣州市,韓國(guó)現(xiàn)代汽車集團(tuán)“HTWO廣州”項(xiàng)目正在建設(shè)中,并將于今年竣工投產(chǎn)。這是現(xiàn)代汽車集團(tuán)首個(gè)海外氫燃料電池系統(tǒng)研發(fā)、生產(chǎn)、銷售基地。

  在北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū),豐田燃料電池研發(fā)與生產(chǎn)項(xiàng)目也已正式落地,即將在2023年年底建成、2024年投產(chǎn)。這是北京市氫能領(lǐng)域引入的最大外資項(xiàng)目,未來(lái)將導(dǎo)入豐田技術(shù)、合力研發(fā)國(guó)產(chǎn)化的燃料電池,實(shí)現(xiàn)燃料電池系統(tǒng)大規(guī)模量產(chǎn)。該項(xiàng)目落地后,將進(jìn)一步加快氫燃料電池技術(shù)的商業(yè)化普及,同時(shí)帶動(dòng)上下游產(chǎn)業(yè)鏈加速集聚。北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)相關(guān)負(fù)責(zé)人表示:“隨著豐田燃料電池項(xiàng)目落地,下一步將在燃料電池關(guān)鍵零部件方面吸引一批高精尖企業(yè)落地,增強(qiáng)上下游協(xié)同,不斷完善氫能產(chǎn)業(yè)鏈。”

  有了政策的支持、技術(shù)的創(chuàng)新,再加上市場(chǎng)的期待,國(guó)內(nèi)氫能源車產(chǎn)業(yè)必將進(jìn)入提速發(fā)展的新階段。

  來(lái)源:人民日?qǐng)?bào)海外版



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