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燃料电池车:未来是否雾里看花?

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-05-03  来源:互联网  浏览次数:46
       十几年前,氢燃料电池如同隧道尽头的曙光照亮了人们对动力总成系统的探索之路。这一技术被曾被奉为解决内燃机弊病的良方,满足日趋严格的排放标准的必由之路,以及通往非化石燃料未来的康庄大道。

燃料电池车是否雾里看花?

当时的通用汽车公司对其寄予厚望,在纽约北部成立了专门的学校支持燃料电池技术的发展。学校与通用位于密西根州沃伦市的技术中心距离很远,同样,在这里诞生的原型样车与1960年代末技术中心研发的第一辆氢燃料电池汽车(下称FCV)Electrovan相比更是有了翻天覆地的变化。

2002年的样车雪佛兰S-10皮卡,搭载了电池以及从汽油中提取氢的重置装置为燃料电池提供动力。尽管重量达到了2858kg,启动过程耗时6分钟,但由于比起通用早先的燃料电池项目有了长足进步,这辆S-10皮卡在当时受到了广泛赞誉。

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1960年代末技术中心研发的第一辆氢燃料电池汽车(下称FCV)Electrovan。

时任通用研发副总裁的拉里·伯恩斯(Larry Burns)称S-10是实现2010年前FCV上路目标的里程碑。随后,更多的样车被用来进一步测试FCV的可靠性及耐用性。

燃料电池技术的支持者有很多,包括车企、供应商、政府机构以及公私合作组织,在他们看来,燃料电池将很快取代内燃机。

当然也不乏唱衰者。当时的通用副总裁鲍勃·卢茨(Bob Lutz)认为这个项目消耗了研发资源,忽视了更亟待解决的需求,也未能产出任何重大的有益成果。

他在《Car Guys vs. Bean Counters》一书中写道:“我们燃料电池项目的问题在于,尽管通用汽车付出了很大努力,但世人把它看成‘雾件’(开发完成前就开始宣传的产品,也许这些产品根本就不会问世)。这个项目有很多可以拿来攻击的弱点:实现量产遥遥无期,初期产品截止日期一再改动,反对者很容易就能发现加氢基础设施不足。”

书中还有这样一段话:“通用是氢燃料电池研发的绝对领导者……但媒体和公众始终未能对这一点产生共鸣。”

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当时的通用副总裁鲍勃·卢茨(Bob Lutz)认为这个项目消耗了研发资源,忽视了更亟待解决的需求,也未能产出任何重大的有益成果。

但这些一直未能阻止支持者们探索的脚步,直到2009年任美国能源部长的朱棣文(Steven Chu)减少了对FCV研发的财政支持。他认为,建立在燃料电池基础上的交通体系要求太多的技术“奇迹”——氢的获得、运输及储存、大规模的基础设施建设以及燃料电池技术上的突破。

预算减少的车企开始寻求其他解决方案:发展油电混合动力、电动汽车以及提升内燃机效率。与此同时,作为燃料来源的石油供应增加,价格也相对便宜,曾经被视为未来交通希望的燃料电池就此从公众视野中就此消失。

然而,燃料电池的研发工作从未中断,一段时间的沉寂后,它正在慢慢返回舞台。

福特全球动力总成研发及高级工程负责人Andreas Schamel表示:“我们从未完全放弃燃料电池,在低谷的时候进程有所放缓,但4年前我们又加快了研发速度。”他认为虽然现在燃料电池汽车的销售是3位数,“但在下个十年可以达到5位数的水平”。

燃料电池价格下降是FCV重生的一个原因。丰田在过去5年内将生产FCV的成本减少了95%。

加拿大燃料电池堆开发商和生产商Ballard首席财务官Tony Guglielmin说道:“十年前让一辆FCV上路的成本可能是几十万、几百万美元,现在还不用10万美元……价格还是很贵,但相比之前已经下降了很多。燃料电池和整车生产成本都出现了大幅下降。”

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First Element正是以此为切入点。这家公司与车企及加利福尼亚燃料电池合作伙伴(CaFCP)共同打造加了加氢站网络。

FCV的优势显而易见。

从消费者角度来看,FCV与电动汽车同属无污染交通工具,但不必担心电动汽车存在的续航问题,现在续航最久的电动汽车一次充电也只能行驶200多英里(320km)。FCV续航能力与内燃机相当,补充燃料的过程简单快捷,在长期的耐用性测试中显示推进装置维护费用极低。

还有经常被忽视的一点是,FCV不需要消费者对电池有太多了解,或者改变他们的驾驶模式,操作起来如内燃机汽车一样简单。Ballard投资人关系负责人Guy McAree表示:“燃料电池补充燃料的时间以及续航上与汽油汽车一样。电动汽车需要消费者行为的改变,我认为这是最大的障碍。”

卢茨至今不看好燃料电车。但朱棣文在2013年离任前改变了立场。他表示能源部将“继续支持燃料电池项目”,这是一项“重要的科技”。

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Colorado ZH2具备低噪音、低热量、宽扭矩输出、低能耗优势,在干旱地区还可以为士兵提供水源,除此之外,FCV还可以作为移动的能源站。

但摆在眼前的问题是:缺少生产、储存以及运输氢的基础设施建设。加州加氢站的数量在全国领先,目前约有40个,计划今年末建成51个,2020年建成100个,但这与该州的9000个加油站相比只是九牛一毛。

丰田汽车美国销售公司高级技术总监克雷格·斯科特(Craig Scott)认为:“目前我们主要的劣势是在等待建立加氢站,现在还受到数量不足的限制。而一旦网络建立起来,对消费者来说就没有什么限制了。”

基础设施的完善主要是公私合作组织或者政府完成的,但也有车企的努力。他们在生产燃料电池汽车的同时也加入加氢站的建设。

在美国,加州空气资源委员会(CARB)关于排放的法规最严,但在财政支持上力度也最大,2016年及2017年每年投资2000万美元用于支持氢能源发展。

加州的目标包括到2030年将引起气候变化的气体排放减少40%,石油使用量减少50%,达到联邦的空气质量标准,而这一切的实现“需要汽车和燃料上的根本变化。”

CARB预计到2019年加州的FCV数量将增加到13500辆,2022年达到43600辆。这意味着加氢站的数量同样需要增加。

委员会表示,加州51座加氢站每天能够为FCV供应9400kg氢,足够满足约13500辆汽车的需求,但这是在加氢站选址得当的前提下。“我们不确定间隔一次续航里程建一个加氢站对一般的消费者来说够不够用。要想使氢燃料电池汽车成为主流需要大规模的基础设施建设。”

First Element正是以此为切入点。这家公司与车企及加利福尼亚燃料电池合作伙伴(CaFCP)共同打造加了加氢站网络。

CaFCP是CARB和其他6家公司于1999年成立的合资企业,致力于在加州建立100座加氢站,使大部分居民能够在10分钟车程内为汽车补充燃料。

尽管100座的数量与先前提到的9000个加油站相比很少,但CaFCP认为后者存在重复建设的情况。CaFCP发现,有119个加油站承担了加州一半以上汽油车的加油任务。

美国东北部地区也开始效仿这个西部城市,液化空气公司(Air Liquide)与丰田和本田合作计划建成12个加氢站,第一批的四个将在康涅狄格州的哈特福特、马萨诸塞州的布伦特里和曼斯菲尔德,以及纽约的布朗克斯落户。剩余的将分布在东北地区其他州,包括新泽西、罗德岛和佛蒙特州。

美国能源部启动的项目H2USA也计划仿照加州模式在全国建立氢燃料电池基础设施。

放眼全球,燃料电池项目在亚洲和欧洲进行得如火如荼。德国交通部携伙伴林德(Linde)、液化空气(Air Liquide)、戴姆勒、Air Products、Total Germany建立了50个加氢站,并计划到2023年建成400个。斯堪的纳维亚氢高速公路伙伴组织(Scandinavian Hydrogen Highway Partnership)在瑞典、挪威以及丹麦有17个加氢站,另外12个到2018年建成。英国政府投资十几个站点用来普及FCV。

日本野心勃勃地提出了“Strategic Road Map”战略,计划加快加氢站建设,到2020年扩大到160个,2025年达到320个,用来支持20万辆FCV。在韩国政府希望到2020年FCV数量从目前的1000辆增加到10000辆。印度政府去年6月发布了到2022年投资发展燃料电池技术的详细计划。中国同样在大力推动包括FCV在内的替换能源汽车发展。

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丰田去年有270辆Mirai FCV上路。

还有一家车企为了打破基础设施的制约,自己开发了可携氢燃料。去年8月,日产亮相了一款样车,这款车以固态氧化物燃料电池为动力。将生物乙醇或者生物乙醇与水的混合物输送到重整装置内可以生成氢气。

有批评人士认为这一过程释放了水和二氧化碳,不像传统燃料电池只生成水。日产表示整个过程是碳平衡的,因为生产乙醇的工厂能够吸收二氧化碳,这就抵消了排放。

日产计划到2020年将这款汽车推向市场,主要针对像巴西这种乙醇来源丰富的国家。

Ballard与中国的合作伙伴签署了数百万美元的协议,将为300多辆公交提供燃料电池。

犹他州的尼古拉汽车公司发布了Nikola One 8级重型卡车,一次可续航1200英里(1931km)。公司表示满载的卡车燃效将近20mpg,不产生任何污染。目前尼古拉正在计划通过太阳能电解作用把水转化为氢,运输到全国的50个加氢站。

2013年通用就氢燃料电池项目与本田展开合作,并与美国陆军坦克车辆研发和工程中心(TARDEC)共同为美国军队开发FCV。10月,通用与美国陆军推出了雪佛兰Colorado ZH2氢燃料电池军用皮卡,计划今年进行野外测试。

由于氢燃料电池的特性,Colorado ZH2具备低噪音、低热量、宽扭矩输出、低能耗优势,在干旱地区还可以为士兵提供水源,除此之外,FCV还可以作为移动的能源站。

大规模的FCV生产看似并不遥远。

美国汽车媒体预测,FCV年生产量会从今年的2840辆增加到2023年的接近5500辆。2023年全球预计生产1.067亿辆汽车,这意味着FCV能占到0.005%的市场份额。

CARB预计加州到2021年末共有43600辆FCV上路。丰田去年有270辆Mirai FCV上路,公司预计到2021年每年能够销售30000辆FCV。

斯科特说道:“这是丰田未来100年的科技。”

排放及燃效法规在FCV的普及中的作用不可小视,当零排放成为标准时,FCV及电动汽车将是关键路径。近期,10个州(加州、康涅狄格州、缅因州、马里兰、马萨诸塞州、新泽西、纽约、俄勒冈、罗德岛及佛蒙特)要求到2025年,车企销售的新车中16%是零排放汽车。

燃料电池最初可以应用在运输车辆,公交车以及铲车中,因为这类交通工具的运输距离固定,作业完成后回到中心加氢站补充燃料,能够避免基础设施不足的问题。

不断发展的电池和电动汽车技术是FCV的福音,因为许多电动汽车上的进步都能直接转化成FCV技术的进步。尽管一些人认为最终一种科技将会胜出,但多数专家表示未来我们将有FCV,电动汽车以及内燃机等多种选择。

 
关键词: 燃料电池 汽车
 
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