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上汽捷氢卢兵兵:油改氢势在必行

日期:2020-09-16    来源:第一元素网

国际新能源网

2020
09/16
10:14
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关键词: 上汽捷氢 卢兵兵 油改氢

卢兵兵认为,商用车布置更加方便、排放问题严峻、锂电不适合重卡是燃料电池在商用车领域率先使用的三大原因;此外,钢铁园区、化工园区、煤炭矿区、港口、机场将率先实现燃料电池商用车的大规模应用。

上海捷氢科技有限公司成立于2018年6月,是上汽集团整合集团内外资源以加快燃料电池汽车产业化发展而成立的全资子公司。

捷氢科技作为中国氢燃料电池技术研发的“领跑者”,坚持自主开发,目前掌握从电堆核心零部件开发(双极板、膜电极)、电堆集成、燃料电池系统集成到动力系统集成、整车集成的完全正向开发能力,已完成多款燃料电池电堆和系统的产品开发,功率涵盖30kW~130kW以上,广泛应用于乘用车、轻型客车、城市客车和轻中重型卡车等诸多领域。

其全新一代电堆产品—PROME M3H,其功率高达130kW,功率密度达3.8kW/L, 58个一级零部件全部国产化,自主化程度和国产化率均达到了100%。

在今日由中国汽车工程学会举办的第五届国际氢能与燃料电池汽车大会上,卢兵兵以“中国燃料电池客车示范推广应用及面临的实际挑战”为主题,从为什么油改氢是势在必行的策略、燃料电池重卡经济性以及捷氢科技的产品和服务优势三个方面做了演讲。

1、中国在2035年以后逐步降低碳排放的挑战非常巨大,氢能未来将成为终端能源的主体,氢能是中国降低碳排放以及实现安全、高效能源体系的关键;

2、燃料电池汽车的四大特点:全过程零排放、长续航、高环境适应性、便高利性;

3、燃料电池在商用车领域率先使用的三大原因:当前燃料电池功率水平下商用车的布置更加方便、商用车排放问题严峻、锂电不适合重卡;

4、当氢气价格达到20元/公斤时,燃料电池汽车整个生命周期的经济性将会非常好;

5、钢铁园区、化工园区、煤炭矿区、港口、机场等场景将率先实现燃料电池商用车的大规模应用;

6、燃料电池的开发是一个top down的过程,捷氢科技采用正向开发建立了完全自主的燃料电池的核心技术;

7、燃料电池需要从三个方面来降低综合成本:一是从技术上降低成本;二是通过上下游协同来推动整个产业进步,减少重复投资从而降低成本;三是推出与大规模生产、应用相适应的法律法规来降低成本。

以下为卢兵兵演讲全文:

今天主要给大家讲三个方面:第一个方面我们来看看为什么油改氢是一个势在必行的策略,同时我们来看看燃料电池重卡目前经济性情况怎么样,第三给大家介绍一下我们捷氢的产品和服务优势怎么样。

为什么说油改氢势在必行?大家可以看到我们人类社会的发展史也就是整个能源密度不断的提高,同时又是一个去碳从氢的过程,大家可以看到煤炭时代这几个时代,碳的比例不断降低,氢的比例不断提升,零排放的全部是氢气的。

目前我们国内也存在几个问题,首先就是我们的能源消费持续增长,其次我们目前的能源还是以化石能源为主,那也就是碳排放压力非常大,巴黎气候协议里面对中国的压力也很大,怎么样在2035年以后达到高峰,到最后逐步往下减这个面临巨大挑战。

另外可再生能源这几年得到了充分的发展,目前整体比例还是比较低的,大概占15%,同时可以看到,也就是路网以及其他电场发的没有路网的电是500亿度电左右,这个和目前整个能源的效率和安全不匹配的。讲到效率这边,每个GDP单位产量能量消耗比平均水平还要高1.5倍,所以我们必须要进行能源革命,提供安全高效的能源体系。

为什么说燃料电池或者氢气在这个能源结构里面这么重要呢?大家从左上角的图中可以看到,右侧是传统能源,当中是一个氢能,左上角是一个电网,其实氢气可以在这个里面做到一个很好的转换介质和媒介的作用,我可以把石化能源转换成氢气,同时氢气和电可以用燃料电池发电,同时有多余的电可以通过电解水把它制氢,所以说燃料电池具有低碳、安全、高效清洁的作用,也就意味着它的这些优势可以作为能源转换媒介,使它在我们的交通工业建筑许多领域发挥应有的作用,将氢能纳入终端能源体系,未来将会成为终端能源的主体,并带来十几万亿的新兴产业。

那大家说为什么燃料电池汽车会在商用车领域率先使用呢?大家都非常清楚,燃料电池的四大特点,首先是零排放,这个不光是在使用过程当中,包括在报废以后整个对环境的污染也是零排放的,这个和锂电池比起来有一个巨大的差异,锂电池还要进行回收。长续航,这是针对锂电池车里程焦虑和充电焦虑而言。多环境的适用性是指它具有零下40度到零上50度的工作环境,它可以根据具体环境适用,因为锂电池在低温环境下有低温衰减的特点,而燃料电池没有这个特点,所以也适合于低温使用。便利性是指跟充电时间比,它3-5分钟加氢的时间和燃油车加油的时间相媲美。

那为什么会在商用车领域率先使用呢?目前碰到的第一个问题就是基础设施,乘用车是满天飞的,一天在A城市一天在B城市,后天不知道在哪里,商用车相对固定,我只有在固定行驶范围内有一个加氢站就可以比较好的解决这个问题。目前燃料电池还在发展的初期阶段,所以说它将来的功率密度不断提升,相对来说还有巨大的空间,目前来说它的功率密度还不是足够高,所以说它在整车布置里面相较于轿车,尤其是ABC级车部署还是比较困难,所以到D级车以及大的SUV相对布置容易,商用车布置相对比较方便。

一辆卡车的排放相当于200辆轿车的排放,因为现在轿车排放都走在世界前面,所以它的排放已经足够好了,而我们的商用车可能还在国III、国IV,所以一辆卡车你们也可以看到排放量清清楚楚如果从节能减排来说,它的效果更好,所以国家也向中重卡去倾斜。

后面也有具体的数据,我们燃料电池整个储能的特点以及功率密度的特点,以及它的长期里程的特点,可以很好地克服锂电池现在在中重卡领域技术路线的不足。

再来看看目前整个国内商用车对环境压力的问题,大家从左边这张图可以看到,蓝的柱子从一氧化碳、碳氢化合物、颗粒物来说,这个里面它做出的负面贡献是不断上升的,右边这张图大家可以清楚地看到,中重卡如果到颗粒物PM排放的话,中重卡已经占到60%的排放,所以说如果我们能够把中重卡的柴油机污染问题解决的话,其实对中国的蓝天保卫战和青山绿水的贡献是巨大的。

同时看看国内目前重卡大概一年是怎么样的规模。从17年开始目前基本上徘徊在110万辆上下,为什么锂电池和燃料电池比有它的弱势呢?假如我们选40吨的卡车,如果按570km续航里程的话,它的锂电池重量要达到5吨,如果同样的续航里程,应用燃料电池的话是3.0吨,光这个驱动的动力系统重量就差2吨。从18吨的重卡举个例子,续航里程570km是3.7吨,如果用燃料电池的话1.3吨,这里就差2.4吨,大家知道如果多2.4吨有效载荷比例显著下降,同时始终多承载一个2.4吨的铁疙瘩,对能源的消耗也是一个巨大的浪费。

同时国家也在不断推出我们如何节能减排从鼓励政策上,或者是治污的性质措施上也在给这个行业加紧去污染,去柴油机。

另外来看看,大家都说到这样的话,那是不是会忽如一夜春风来,燃料电池重卡会马上满天飞?其实也不会,因为这里存在着一个巨大的问题是什么呢?是成本。为了比较好的去测算整个燃料电池重卡的经济性问题,我们做了一个分析,一个叫TCO,就是整个生命周期里面所有的使用成本,这里涵盖了购车成本、政策补贴收入以及使用成本、维保成本、残值和它的维修管理费用,对三个不同的动力驱动形式ICEV,BEV还有FCV,大家可以看一下是怎么样的结果。

如果基于像采用我们捷氢内部的390系统,500km续航里程,储氢量29公斤,生命周期行驶50万公里,整个残值的话做相应的处理,18吨运输车按照每公里油耗28升,柴油按5.1元每升,纯电消耗每百公里85千瓦时,电价取1元钱平均,续航里程是500公里,燃料电池是每百公里综合工况按照5公斤,氢气价格取40块钱每公斤的话,大家可以看到,内燃机整个生命周期里156万,纯电动173万,燃料电池273万,基于目前的假设来说燃料电池的成本肯定是比另外两种动力高。

那有没有其他的办法可以让这个成本降下来?现在国家也在考虑各种各样的支持政策,所以说一方面考虑,如果能够考虑燃料电池系统的补贴和免过路费的话,依然按照40块钱每公斤的氢气价格,最右边FCV的价格已经比内燃机的便宜了,所以结合政策的支持,中重型卡车18吨的车型是具备一定的可行性的。

再加上假如哪一个区域里面它有氢气的价格可以到20块钱左右,那样的话大家可以看到FCV价格将补贴和过路过桥费减免的话可以到1百万,就是整个生命周期里面,刚才日本的白井俊行先生讲的,2030年,3美金每公斤,2050年2美金每公斤,3美金公斤也就是21块钱,这个假设和特殊环境下我们的假设其实是一致的,所以说大家在氢气价格可以到20块钱左右的时候,燃料电池的经济性会显示,所以我们燃料电池系统本身系统要不断提升,成本不断降低,同时制氢、储氢、加氢、运氢各个环节大家共同努力,把氢气的价格降下来的话,可以大大提升燃料电池汽车的保有量。

再来看一个42吨的情况,如果在没有补贴的情况下,目前这个情况大概燃料电池753万,纯电动车388万,内燃机是365万。如果我们考虑到燃料电池系统的补贴和过路过桥费一定的减免的话,可以降低1百多万,燃料电池整个的生命周期总成本大概605万。

再来看看,如果是我们有办法获得20块钱每公斤的氢气的话,其实大家说的重卡,42吨是一个主流的重卡,所以很多牵引车、渣土车等许多车型,也包括集装箱的那些车子都是42吨的话,在一定的补贴情况下,还是有机会从经济性上比内燃机好的,当然后续我们整个业内人员还要考虑,如何在没有补贴的情况下我们的经济性依然可行?大家有不同的应用场景,在整个车辆的使用有即时配送,有0到5公里需求,有同城的,有2百到5百公里,还有5百公里以上的,所以燃料电池车更多应该在城际和省际发挥它中重载和长续航的优点。这又碰到另外一个问题,加氢站在我行驶的过程当中能不能在我需要的时候加到氢气?

在哪些场景会率先相对比较大规模的燃料电池整车应用落地呢?我们归纳了几个:钢铁园区、化工园区、煤炭矿区、港口、机场。这些结合了氢气的供应,也结合了相对封闭的园区里面,我们可以比较容易形成氢气的获得性问题。

再看看捷氢快捷通过这么多年的发展,目前整个产品和服务处于怎么样的情况。通过这么多年的努力,我们在8月24号也发布了我们的产品,目前我们的峰值功率密度130,体积功率密度达到3.8,低温启动是零下30度,我们采用超薄的金属板,超薄的质子交换膜,铂载量低于0.3克。大家看起来比较简单,但是由58个零件组成的,现在我们58个零件可以做到自主化设计和研发,同时一级零件全部实现国产化。

我们从公司成立之初就得益于,因为我们是来源于汽车行业,我本人也是在汽车行业从业了24年,对于汽车零部件开发、整车开发应该说相当熟悉,我们一开始就制定了非常严苛的燃料电池系统的开发流程,我们有测试认证,对所有的系统进行实验。我们的耐久测验已经跑了1000多小时,循环工况8872小时,启停次数898次,加载次数39.9万,降载次数30.2万,耗氢质量6吨多。右边的图是我们测试的功率图,8872次的循环就是按照里面的这个图功率输出进行的耐久测试。

燃料电池的开发其实是一个top down的过程,我们从整车需求分解到系统,分解分到零件,然后我再根据正向设计,从材料的选型,到零件一级,再分系统一级的,再做测试,满足了再做下一级,所以这样我们就建立了完全自主的燃料电池的核心技术,从催化剂、交换膜到所有的零部件设计和系统的正向开发。

另外我们一直秉承着应用一代、开发一代和规划一代这个原则,不断提升我们的性能,同时降低我们的成本,来提高我们整个产品和服务的竞争力,从这个图上可以看出来,我们会生产一代、应用一代,同时通过我们的产品去开发一代,同时我们会规划一代,将来要对规划的新机技术进行开发和新机价格进行开发,我们会一步一步来推出新一代的产品。

大家讲到燃料电池,现在从技术上来说,并不是说这个技术不可行,其实现在最大的障碍除了加氢站以外,最重要的还是成本,所以成本有两个方面,燃料电池要不断降低成本,同时氢气也要降低成本,作为燃料电池的供应商我们也要降低成本,那无外乎就是4个方面:首先是技术,然后是工艺技术材料的突破,还有国产化,国内化降本是非常明显的驱动因素,还有一个我个人认为产业园区整个上下游的协同,大家共同来推动整个产业的进步,那可以少重复投资,少重复做很多东西,那也可以降低我们的成本。其实还有一点,第五就是法律法规的匹配,我们与大规模的生产、应用相适应的法律法规的推出,其实对成本降低也是有非常大的好处。

我们目前是自适应的,我们可以非常灵活的布置,同时我们的操作系统和布置也是采用了很多自适应的技术和智能化的技术,可以更广泛地进行匹配,目前在中重卡方面配了12吨的物流和底盘,42吨的牵引。这是业内的,业外我们也和东风有合作,包括福田,谢谢大家!

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