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范泛谈:燃料电池汽车,何时结束架起高射炮群打蚊子的尴尬

  • 原创
  • 2023-07-11 20:37
  • 来源:电车资源 范泛谈

摘要:固有顽疾注定氢能汽车短期内无法大规模推广应用,别在氢燃料汽车方面继续架着高射炮群打蚊子。

每月10日左右,中汽协都会发布上月我国汽车产销报告,7月也不例外。1-6月,我国新能源汽车产销高达378.8万辆和374.7万辆。细看构成,作为我新能源汽车三条技术路线之一的燃料电池汽车上半年的产销量都仅有2000辆,这一数字在另两条技术路线即纯电(274.7万辆)和插混(103.9万辆)产销数字面前显得异常的刺眼。

这一状况已持续多年,最近的2022年,全国新能源汽车产量705万辆,销量688万辆,而燃料电池汽车产销量仅4000辆和3000辆。其中,北京冬奥会专门投入了各类氢燃料电池汽车超过千辆,也就是说全国其他地区的销量加起来不足2000辆。

燃料电池汽车已有十几年的各级政府政策扶持,全国各地争先规划发展,行业内不知有多少产业链上的企业接连不断对外发布新技术、新产品、新场站(加氢站),博取了如此多的眼球,但最终在冰冷的实产实销数据面前显得是多么的苍白。

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我国对燃料电池汽车的政策扶持较早,将其列入我国新能源汽车发展三纵技术路线之一,并给予了非常高的政府财政补贴,但受制于技术没有重大突破,制造成本和运营成本居高不下,加氢站投入巨大,我国氢燃料电池汽车发展一直不温不火。

直到2018年5月,国内各地方政府对发展燃料电池车的热情似乎一夜点燃。不仅纷纷出台氢能与氢燃料电池车产业发展规划,相应的氢能产业园及功能区也如雨后春笋般建立。各类公司都下场涉氢。据不完全统计,目前在我国A股市场5000多家上市公司中,涉及燃料电池上下游业务的上市公司多达143家,涉及氢能产业上下游业务的上市公司多达193家。其中,国内能批量生产各类不同功率氢燃料电堆的企业就有35家,目前已形成的产能超10万套,仅潍柴动力一家就具有2万套产能,像东方电气年产1000套55kW以上氢燃料电堆的产能在行业中也就是小儿科。

有人戏称,我国燃料电池车发展这5年是上下一心在架燃料电池车高射炮群,结果每年都只打下几只蚊子而已,阵仗和雷声是如此之大,雨点却小得可怜,这一怪象的背后很有深意。这一怪象在中国如此,作为氢燃料电池车大本营的日本似乎也类似。一直以来,对新能源汽车发展坚持氢燃料电池技术路线的日本,不仅没有实现批量推广,现在连本田和日产都已暂停氢燃料电池车的研发。而作为拥有目前全球氢燃料电池汽车专利总数48%的丰田,其最引以为傲的Mirai二代车到2020年累计产销量也仅1770辆,相对于丰田车全年千万级产销量也基本可以忽略不计。

一、固有顽疾注定了氢燃料电池车短期内无法大规模推广应用

氢燃料电池通过氢气与氧气在电堆中直接反应产生电流和水。氢气的能量密度高,电堆转化电能的效率高,且完全是零排放。与纯电车相比,氢燃料电池车加氢时间比充电时间短得多,一次加氢续航也长。这就是一直以来很多人认知的氢燃料电池车要比纯电车有优势的立足点,但大多数人对其作为车用燃料的致命缺陷却认知不深。这些先天的缺陷是其基因决定的,不是技术进步可以改变的,就如同人的基因决定了人的身高正常不会长到2.5米以上,如果硬要实现巨人梦想,就只能改变人的基因,但产出的也就不是人了。氢燃料电池车也是如此,其作为车用能源固有缺陷表现在如下方面:

1.基因缺陷,导致运营成本难降

氢既是自然界分布最广的元素,也是单分子质量最轻和单分子体积最小的元素,氢气液化及液态保存的温度接近绝对零度,低到-263℃。后三者的元素特性使氢气的密度最低,气态极易泄漏,液态保存极其困难。这对氢气的储运带来了极大的挑战。既然液氢几无可能,只能是高压储运和管道运输。

首先说高压气罐储运。因氢气极易泄漏目前35MPa高压储氢瓶和70MPa高压储氢瓶都是四层碳纤维结构,不仅成本高昂,而且每次运氢,储氢罐的重量占到了总运输重量的90%以上,高压氢气的重量不到总运输重量的8%,在中远程陆上运输上高昂的运输成本平摊到只占8%的有效货物上,单位质量的氢气的储运成本就将居不下,而且无解。

再说管道输氢。由于氢脆的存在与影响,决定了原来用于天然气管道运输的金属管道不可能用于氢气管运,都得使用新的管道材料。从目前全球主要氢气管道铺设成本来看,从50万美元~100万美元每公里不等。建设一张输氢管道网投资将是巨大的,维护成本也很高,如果不能满负荷输送,平摊到每公斤氢气的管道运输成本又是一个巨额的数字。

氢燃料电池车要想得到广泛应用,即使有加氢站,也要解决氢气的来源问题,因为氢气是二次能源。无论是灰氢(化石原料如天然气制氢)还是蓝氢(工业副产氢)还是绿氢(电解水制氢)都难以在加氢站现制现加,这都会涉及到氢气的储运问题,储运距离越远,储运成本就越高,使氢燃料电池车运营的燃料成本不仅常高于同类型燃油车,更不用去跟纯电车辆去比较了。

2.没有市场需求的拉动,目前氢燃料电池车的技术进步缓慢,车辆购置成本将一直居高不下

电动汽车的技术进步之所以一日千里,关健就在于市场需求的拉动。在电动汽车还没有形成规模的阶段,尽管当时电动汽车购置成本远高于同类燃油车,但因为大家都相信由于油电差的存在,电动汽车的运营成本一定会远低于同类燃油车,加上其纯电动零排放的特点符合人类社会发展的要求,政府又在采购端进行了幅度不一的财政补贴,缩小了电车与同类油车的购置成本差,从B端需求拉动到C端需求拉动,市场需求的迅速增长使社会资源,特别是资本、技术、人才等大量流入,推动中国电动汽车从三电等核心零部件到整车的相关技术,从生产工艺水平到品控与服务水平都快速提升,市场需求的增加拉动产销量的快速增长,规模效应越发明显,销售成本也快速下降,中国纯电车辆也就迅速发展起来了。

与纯电汽车相比氢燃料电池车则完全不同,不仅采购成本远高于同类燃油车(5~8倍),还远高于同类纯电车辆(3~4倍)。因为氢燃料电池车对氢气高纯度(99.99%)要求,加注的高压要求(35MPa以上)及储运的高成本,使得运营端的加氢成本居高不下,单公里燃料成本往往高于燃油车,更是电动车的两倍以上。

采购成本高,运营成本也高,双高之下,除了政府及其国资平台或全额采购或采购重补并对运营端进行巨额补贴外,只有部分企业为上市造数据需要亏损也要生产并运营一批(主要是氢燃料电池物流车),而真正的市场端的需求基本没有。我国高层也看到这么一点,在《新能源汽车产业发展规划(2021~2035)》中,将2030年作为氢燃料电池车批量化运营目标,2035年作为其商业化运营目标,之所以规划到这么远,就是目前还根本没有找到氢燃料电池汽车可以市场化推广的有效路径。

没有市场需求就不会有大的技术进步。氢燃料电池技术自上世纪80年代初国家就有专门科技立项,而今40多年过去了,电堆寿命,电堆核心零部件的国产化,催化剂的低铂无铂化等关键性技术的突破依然进展缓慢,使电堆成本还远高于能够商业化应用的要求。在储氢罐的核心技上,70MPa的储氢罐国内还难以生产,空压机的技术水平和成本跟国际先进水平相比差距也大。

没有市场需求也就难有规模产销,也就没有规模效应,采购端的成本难降,运营端的加氢站的建设与布局也成困局。一方面加氢站的建设成本本身就极高,动则干万元以上,如果建了加氢站没有足够的车来加氢,加氢站的亏损就不是一个充电站亏损可比。另一方面,有了车而加氢站又不足,加氢不方便,加氢比充电快捷也就成了笑话。所以氢燃料电池车与加氢站还不是简单的先有鸡还是先有蛋的问题,这与发展电动车之初,要求充电桩建设适度超前还有所不同。

二、氢燃料电池车已沦为城市戏服,所有产销都在围着中央政府补贴转

自古以来戏服都比光鲜漂亮,但采购成本和维护成本也高,而且只适合登台表演用,如果有人穿着戏服走入日常生活,一定会被人当作异类。现在城市的氢燃料电池汽车也如同戏服。很多城市花费巨额财政支出采购和推广氢燃料电池车,有的是为了争取国家燃料电池车辆试点示范城市的资格;有的是为了构建一个绿色城市的外部形象,特别是承办重大国际赛事或重大国际博览会的城市;也有的是为了向上表决心,体现对中央双碳战略的鼎力支持。当然,也有部分企业花血本在推动,只是为了公司能够上市营造好的业务数据。表演用的戏服当然不用多,所以这么多年各地方政府和相关企业累计产销的氢燃料电池车都没到两万台。即使因推广氢燃料电池公交车走在中国各地前列的广东佛山,行业火了十几年但累计推广也就千余台,还基本都在公交领域,属政府全额买单性质。

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而从氢燃料电池汽车实际运营效果来看,目前是参与各方都很难受,就如同穿着戏服从事日常工作生活一样。下面以氢燃料电池公交车为例:

1、财政紧张的政府难受。政府花了巨额财政资金买了车辆交给公交公司运营,但这些财政支出往往是各级财政划分比例分摊,有的是市、区两级分摊,有些是省、市、区三级分摊,如各级财政都丰裕也罢,但有时因各级财政丰裕程度不同,财政比较困难的就很难承担其对应的比例。

2、整车厂难受。地方采购的氢燃料电池公交车往往是由本地注册的客车厂生产。这些客车厂原本高价卖了一批车还有不低的利润,但一旦被困难层级的政府财政拖欠车款,就会掉进现金流不足的漩涡。因为这些车厂在氦燃料电池车方面基本上属于总装性质,所有关键的零部件全部外购,如电堆总成、储氢罐、配套动力电池总成、电机、电控及整车控制系统等。政府因财政困难的拖欠兑现时间不确定定,而主机厂给零部件供应商是有明显付款期限的,而政府欠款又不能给企业打借条,最多是公交公司作为名义的采购方形成对车厂的应付货款。公交公司又可以明确表示他们只是形式上的采购方,政府拨款没到位,他们也无法支付,即使打官司也没用。结果,整车厂可能因无法正常回款而被供应商密集催款甚至收到巨量诉讼传票。

3、公交公司难受。公交公司虽然有财政补贴,但日常车辆运维的成本很多都是由公交公司自行承担的。近来多地公交公司因运营的新能源公交车维修不起,甚至充不起电而停运,就可以知道目前的公交公司处境艰难。公交车运营的能源成本对公交公司影响巨大,而现在氢燃料电池公交车在各地补贴后的加氢价都在40元/kg以上,单公里能源成本不仅远高于纯电公交,比柴油公交或CNG公交都高。随着轨道交通和私家车的发展,客户大量流失,公交公司大多经营困难。运营氢燃料电池公交车不仅要安排对配电电池充电还要去加氢站加氢,人工更费,燃料成本更高,维修维护更复杂和更贵,如果质量不稳定还影响了车辆出勤效率,就更加得不偿失。

4、加氢站难受。为了满足这些氢燃料电池公交车的加氢需求建设的加氢站大多是撬装式加氢站,与固定式加氢站相比最大的不同就是没有取得加氢站的土地使用权,带有明显的临时用地性质。因没有土地出让金,撬装式加氢站的投入也少了很多。即使如此,常因氢气的买卖价格倒挂而发生巨额亏损。

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前文说到我国氢气来源于灰氢,蓝氢和绿氢。无论哪种氢源根据其特点,制氢成本低的提纯和储运成本高(灰氢和蓝氢);储运成本低的,制氢成本又高(绿氢)。加上运到加氢站的成本和加注成本,实际加氢价格往往高于政府制定的加氢价格,由此产生了价格倒挂和明显的亏损。而其他的市场化的氢燃料电池车辆又很少,甚至没有,即使有给这些车辆加氢如按无补贴的市价加氢,这些车也加不起用不起。很多氢燃料电池物流车就只用车载配套动力电池每天充电跑,硬是将一台氢燃料电池车跑成了纯电车,电堆和储氢罐全部成了瞎子的眼睛和聋子的耳朵-摆设了。

由此可见,推广氢燃料电池车辆听起来很美,而实际用起来各方都难以名状。据说北京冬奥会结束后,为冬奥会准备的那批氢燃料电池车很快就被甩卖,卖价仅是采购价的1/4,还没人要。此为传闻,没有考证,但至少说明了氢燃料电池车的推广是一个费力不讨好的事,就如同戏服一旦离开了戏台,无人追捧。

氢燃料电池车目前根本不具备商业化和大规模推广的条件。2019年调整过的新能源汽车补贴政策中,将燃料电池车的补贴由普惠补贴调整为以奖代补,不再执行补贴普惠制,而是只对列入国家燃料电池车试点示范城市并达到推广目标或技术提升目标的相关燃料电池车辆给予奖励。但当时试点示范城市没有定,具体怎么奖也没有定,使燃料电池车的具体扶持政策空档了近一年半的时间。直到2020年9月,中央出台了关于燃料电池车的具体奖励措施,对政策空档期推广的燃料电池车按2018年补贴标准的8折兑现。此后试点示范城市群推广的燃料电池车辆则执行以奖代补,奖励采取积分制,根据不同车型有不同积分标准,且每年都设了奖励积分上限,即车辆奖励积分不超过15000分,加氢站建设奖励积分不超过2000分,每一奖励积分奖励10万元,奖励总额也不超过17亿元。这一金额与电动车当时每年动辄几百亿元补贴相比,就是一试点示范性质,政策意图就没有要大规模推广应用的取向。

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从上图可见国家对燃料电池车辆不同车型的奖励标准,重型货车,特别是31吨以上重卡奖励标准最高,这也符合政府的政策取向,希望燃料电池车辆主要在重型商用车领域,特别是重卡领域率先示范推广。毕竟,纯电重卡要带着重量庞大的电池包跑长途,极不经济,不仅减少了货物配载且充电也是个问题,所以最近行业有不少氢燃料电池重卡车型面世,也有批量投入运营的,基本都在五大试点示范城市群,数量也跟中央下达给试点示范城市考核目标为上限,氢燃料电池车的推广应用就完全围着奖励政策转了。也就是说离开了政府支持,氢燃料电池车在国内的推广应用就是一个神话故事。

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三、从减排角度,所有新能源汽车都是手段而非目的

我国发展新能源汽车产业的四大战略目标:一是能源安全,二是节能,三是减排,四是实现汽车产业换道超车。

从减排角度,纯电动和氢燃料电池车都是零排放,而电和氢气都是二次能源,纯电车辆和氢燃料电池车是否真是零排放还要取决于电的来源是火电还是绿电,氢气的来源是灰氢、蓝氢还是绿氢。目前我国要实现完全的绿电和绿氢都不现实。

相对于燃料电池汽车目前的状况与发展水平,我国的电动车辆尤其是纯电车辆,无论在技术水平、生产与制造水平、成本与质量控制,供应链体系完备程度,市场接受水平与充电保障、服务保障都处于国际领先水平。已连续8年产销居全球第一,占比在50%以上,从2022年起中国造电动车向国际市场出口每月都在创新高,推动中国今年已超过日本成为全球最大的汽车出口国。

如今我国各级政府和相总企业不集中精力与资源继续加大在电动汽车领域的深耕与投入,而是费尽心思,浪费资源在基本没有前途和希望的燃料电池车上,这是典型的舍本逐末,或为要补贴、树政府形象的投机行为。

电动汽车发展的更高层次是智能化、网联化与共享化,我们如果不在此突进,我国历史比较薄弱的造车沉淀和信息技术方面还有很多被人卡脖子工程的背景下,我国好不容易形成的一点产业优势就会很容易被传统的汽车强国及其企业超越,更何况在电动车领域,特斯拉都是我们目前需要追赶的对象。

减排是目的,氢燃料电池车仅是手段,我们不能为了发展燃科电池车而发展氢燃料电池车,将目标和手段搞反了。既然电动汽车有明显的比较优势,我们就应该做大做强做成全球产业高地。

有人会说氢燃料电池车在商用车特别是干线重卡使用场景方面是电动重卡无法比拟的。这一点是要承认的,电动重卡可以做短倒但不适合长距离干线运输。

不过氢燃料电池重卡也不适合,如前文所述,氢燃料电池重卡采购成本极高,而加氢方面除了一些化工厂区可以用副产氢提纯供其点对点加氢运输外,全国干线运输网可不是某特定的点对点,而是一张复杂的公路网,这就需要建大量的加氢站来覆盖,而建加氢站最主要的就是巨大投入与有限车辆加氢面临的投入产出不对等的问题。两桶油尤其是中石化早早宣布要建1000座加氢站,但几年过去了真正落地的又有几个。

即使有了加氢站,加氢的成本是多少?作为完全市场化运营和赚钱工具的干线重卡,物流公司或司机会为了减排去花几倍价格买车,花更高的燃料成本跑车?这就是某些人臆想的一厢情愿。

更何况与城配不同,在干线运输,节能减排没有严格的要求。这些重卡只要每年能通过年检就可以顺利上路,无论是柴油重卡还是LNG重卡。

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现阶段从减排的角度,干线重卡重点推广LNG重卡,似乎更具有现实性。一是采购LNG重卡,采购成本不会比柴油重卡高出很多。二是LNG重卡,它运营成本都会比柴油重卡低很多。

LNG作为一个清洁能源,其相比CNG,它本身是在CNG基础上去除了杂质的天然气,液化后是CNG能量密度的700倍,且相比CNG(一般25MPa)没有高压爆炸风险,罐体常压维持-162℃恒温状态,比液氢-263℃容易的多,燃烧后除了二氧化碳,没有硫化物,氮化物和其他的粉尘颗粒,比柴油重卡无轮在经济性还是环保诉求都有明显的优势,其目前发展受限于LNG加气站太少和LNG来源有限。但相对加氢站建设和氢源,LNG加气站建设投入少得多且LNG来源要便利的多。毕竟将CNG净化后低温液化就是LNG,如果将城市高频使用的燃油或CNG网约车,CNG公交车都改成LNG车辆,将城市密集的CNG加气站改成LNG加气站,不仅可净化城市空气而且因为LNG的高能量密度,可以大大减少这类车辆加气的频率,市郊的LNG加气站还可为LNG重卡提供加气服务。

有人说LNG虽然清洁但不是零排放,我们要达成双碳目标需要的是零排放,这完全是误读。我们要节能减排,但不是不排,汽车尾气对空气污染最大的不是二氧化碳,而且氮化物,硫化物及PM2.5和PM10颗粒。如果二氧化碳也不让排,那人也别呼吸了,生活也别过了,呼吸就会排放二氧化碳,开火就会生成二氧化碳。更何况目前我国电力来源还有67%来源于火电,每年生产几千万吨氢气,大多也是灰氢和蓝氢,也就说即使是零排放的纯电车辆和氢燃料电池车辆源头上也不是零排放,要达到零排放还有很长的路要走,我们的碳达峰和碳中和目标的达成不是不能排放,而是要降低单位产出的碳排放量,尤其是要控制排放大户火电厂,各类冶金、化工生产企业的排放,当然控制机动车辆特别是柴油车辆的排放也是重要的选择。我国是全球碳排放最大的国家,但减排不能一次到位,有此想法的人又走了极端。

四、大力发展氢能产业未必就要大力发展氢燃料电池车

氢能产业是个万亿规模的产业,氢气的用途极为广泛,可用于冶金、化工、医疗、交通等各个领域。虽然我国氢燃料电池车辆保有量很少,氢气用于燃料电池车辆的占比也很低,但我国其他产业每年消耗的氢气都高达数千万吨,我国是全球最大的氢气生产国。

随着我国光伏和风电产业的发展,这类不稳定的发电源发的电用于制氢储能是比较好的选择。这类绿氢可以逐步替代传统氢源的灰氢和蓝氢。只是这类的风电场和光伏电厂都比较偏远,发电制的氢如何低成本储运也是当前重点要解决的问题。

所以,不要一说发展氢能,就是要发展氢燃料电池汽车。当然,未来技术发展让氢燃料电池技术得到了质的提升,比如已发现无铂高效催化剂,电堆的寿命真正达到1~2万小时,电堆千瓦销售价格已经降到了800美元以内,70MPa高压储氢罐国内技术成熟量产且成本可控,电堆对氢气的纯度要求大幅降低及输氢管道网基本建成,在这类背景下氢燃料电池车大规模商业化运营不是不可能。

而在此之前,行业还是老老实实发展智能电动汽车为好,别在氢燃料电池汽车方面继续架着高射炮群打蚊子。浪费社会资源不说还搅乱了不少社会人士,尤其是某些有决策权的政府领导的决策思维,使其做出错误的决策从而又加大社会资源的进一步浪费。

作者为成都新能源汽车产业推广应用促进会秘书长 范永军先生。本文仅代表作者个人观点,不代表电车资源。

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