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中国燃料电池汽车产业链的现状及发展

文字:[大][中][小] 手机页面二维码 2020/12/16     浏览次数:    
    我国发展氢能与燃料电池产业有迫切性。19年我国石油天然气对外依存度分别为70.8%和43%,近年来,原油和天然气的自给率逐年下降,我国的能源安全有一定的潜在威胁;氢能与燃料电池产业有助于我国兑现《巴黎协定》中降低二氧化碳排放的承诺;2030年我国非化石能源消费总比例将达到20%,氢能可作为能源互联及可再生能源储存的媒介;我国汽车保有量快速增长对环境造成了一定的压力,发展新能源汽车势在必行,燃料电池汽车零排放的特点可帮助我国汽车产业可持续发展;电动汽车存在电池寿命及电网能力的限制,充电场地的紧缺性也限制了电动汽车的发展,燃料电池汽车在一定程度上弥补电动汽车的不足。“推进氢能利用,发展燃料电池汽车产业链符合突破关键技术,推动能源技术革命以及中国汽车产业转型升级的需求。” 章桐说。
  目前我国已建立了具有自主知识产权的FC动力总成技术平台,形成了燃料电池发动机,动力电池,DC /DC转换器,驱动电机,储氢与供氢系统等关键零部件配套研发体系,形成了百辆级燃料电池整车生产能力,并完成了大规模示范运营。
  制氢方面来看,国内仍以化石能源制氢为主,工业副产制氢愈加受到重视,氯碱工业副产氢的路线可满足产业链下游燃料电池汽车的氢气需求,利用光伏风电等可再生能源电解水制氢,成为终极能源解决方案。
  储氢方面来看,高压气态储氢技术市场占比超过90%,固定式高压储氢技术,固态储氢材料研究方面已达国际水平,但国产车载高压储氢罐的储氢质量密度为3%,还没有达到6.5%的水平。
  运氢方面来看,管道输送适用于大规模运输氢气的场合,目前国内也有数条长50公里、承压2~4MPa的输氢管道正在运行中,但管网的布局尚待完善。
  加注方面来看,国内加氢站使用外部供氢与高压气态氢的组合,今后将向单位储氢量更大且无需高能耗气体压缩环节的液态氢加速发展。
  截至2020年11月,我国累计建成88座加氢站,相比2019年新增27座,其中已投入运营的有80座,这些加氢站主要集中在京津冀,长三角,珠三角地区。预计2020年底,我国加氢站数量将达到100座,2030年建成1000座。截至2020年7月,我国累计推广燃料电池汽车7200辆,成为世界上应用燃料电池商用车较多的国家,应用主要集中在长三角,珠三角及京津地区。
  与五年前相比,国产燃料电池电堆性能得到了较大改善,其中电堆寿命方面提升显著,采用石墨烯板的电堆寿命从3000小时提升至12,000小时。电堆功率从35KW提升至超过48KW,电堆功率密度(金属板)从2.0KW/L提升至超过3.0KW/L,金属板电堆寿命从3000小时提升到5000小时。启动温度从-20℃降至-30℃,效率从55%提升至60%。
  截至2020年11月第11批新能源汽车推荐目录,功率为30~40KW占6.7%,功率为40~50KW占16.17%,功率为50~60KW占16.18%,大于60KW的占比为53.58%。“通过数据对比可以看到我国燃料电池汽车技术取得了较大进步。”章桐说。
  在燃料电池电堆、关键材料系统及核心零部件方面,我国涌现出一批生产商。国产电堆性能已达到国际平均水平,领先企业已与世界水平相当,但总体上,比功率,能启动技术、效率等方面还存在较大的进步空间,产品技术尚未真正得到产业化、规模化生产工艺的验证,成本还有大幅降价空间。质子交换膜、催化剂等有一定的差距。
  我国燃料电池汽车主要以商用车为主导,商用车中以客车为主,746辆(截止2020年上半年),占比90%,我国燃料电池商用车应用规模处于世界前列。我国燃料电池商用车主要采用电-电混合的技术路线,与国外相比,续驶里程,整车成本上具有一定优势,我国普遍达到续驶500公里,车速高达到80公里时,-30℃冷启动。
  为了氢能及燃料电池产业可持续发展,章桐教授提出了几点建议:
  1、 加强顶层设计,重视氢能在能源消费领域的地位,引导公众对氢能和燃料电池汽车的正确认识,加强基础设施建设。
  2、 在燃料电池汽车产业由政策依赖向市场驱动的转型过程中,维持一定的利好政策,引导产业步入正轨。
  3、 坚持开展燃料电池汽车的示范应用,以规模化促进成本下降。
  4、 就现存技术问题展开重点难点攻关,以技术发展推动产业链的建立与完善,实现关键零部件的国产化,批量化生产。
  5、 增强校企合作,鼓励高校和科研院所的研究成果向实用产品转化,建立健全行业人才的发展与培育流程,支持国际间的学术交流合作。
  6、 组织制定氢能及燃料电池汽车的相关标准法规,完善监管制度,加强安全性管理。
  7、 在实践中不断补充标准内容,完善标准体系,借鉴国外先进经验,为我国燃料电池产业的稳步发展保驾护航。
  在政策和市场的引导下,我国氢能及燃料电池汽车将走上快车道。章桐教授在演讲列出了展望指标,让大家有了更清晰的认识。到2025年,我国燃料电池汽车保有量达到10万辆,燃料电池商用车续驶里程超过500公里,客车经济性小于5.5公斤/百公里,寿命大于40万公里,成本小于100万元。燃料电池发动机启动温度小于-40℃,效率大于60%,功率密度大于400W/Kg,寿命大于2万小时。燃料电池乘用车的续驶里程大于650公里,经济性小于1.0公斤/百公里,寿命大于25万公里,成本小于30万元,燃料电池发动机启动温度小于-40℃,效率大于50%,功率密度大于550W/Kg和600W/L,寿命大于6000小时。
  2030-2035年,我国燃料电池汽车保有量达到100万辆,燃料电池商用车续驶里程超过800公里,重卡经济性小于10公斤/百公里,寿命大于100万公里,成本小于50万元。燃料电池发动机启动温度小于-40℃,效率大于60%,寿命大于2万小时。燃料电池乘用车的续驶里程大于800公里,经济性小于0.8公斤/百公里,寿命大于30万公里,成本小于20万元,燃料电池发动机能启动温度小于-40℃,效率大于50%,寿命大于6000小时。
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