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范泛谈:操瞎心的氢燃料电池汽车

  • 原创
  • 2021-05-24 16:07
  • 来源:电车资源

摘要:今天,我们就来说说为什么全国各地氢燃料电池汽车热是“操瞎心”。

上期范泛谈本人说对动力锂电池回收过度忧虑是瞎操心,也说了全国各地上演的氢燃料电池汽车热是“操瞎心”,还给“操瞎心”定义为违背事物发展的本质规律,盲目追求主观目标,最终再努力也是白搭的行为。今天,我们就来说说为什么全国各地氢燃料电池汽车热是“操瞎心”。

一、没有经济性就没有商业化的可能

大道至简,任何事物的发展其基本规律是简单朴实的。新能源汽车能否商业化运营,除了技术的可行性,使用的便利性外,还有一个核心就是综合成本的经济性。我国新能源汽车三纵技术路线中,纯电动的选择是充分考虑了油电差带来的综合成本的经济性优势,且我国汽车产业因在发动机与变速箱上始终缺乏高端技术优势,所以选择纯电动作为我国新能源汽车发展的主要技术路线,使我国新能源汽车发展实现弯道超车成为可能。而日、欧、美等传统汽车强国,因在发动机与变速箱上有技术优势,所以在发展新能源汽车的技术路线上,大多选择混合动力,只是日本多选择轻混,而欧美多选择插混。混合动力新能源汽车兼有使用便利性和经济性的双重优点,只是在综合使用成本的经济上不如纯电动汽车。

氢燃料电池汽车发展到今天,发展口号世界咚咚响,但至今也没有几万台的保有量,中国截至2020年底也没有一万台的保有量,就可以看出,所谓氢能被鼓吹为终极能源作为驱动能源的氢燃料电池汽车发展中存在着致命的缺陷,这一致命伤就是成本问题。不仅是车辆制造和采购成本的高昂,关键要命的是使用成本也高昂,双高之下,除了政府可以不计成本试点示范进行少量采购运营外,市场主体如果没有获得足够的政府补贴,即使在环保要求的硬约束下,有更经济适用的纯电动新能源汽车或清洁能源汽车可供选择的背景下,怎么可能去选购车辆采购成本和使用成本都数倍于前者的氢燃料电池汽车。

二、氢的两大基因决定了氢的储运成本难降,氢燃料电池汽车运营成本将居高不下

氢燃料电池汽车目前采购成本高主要是因为电堆(质子交换膜燃料电池)成本高,寿命太短及高压储氢罐成本高,使得目前氢燃料电池汽车采购成本是目前同类型纯电动车型的两倍以上。随着技术的进步,如减少单千瓦功率铂金用量或找到替代铂金的催化剂,用更经济的新材料做高压储氢罐降成本等,还有氢燃料电池汽车产销上规模,这些综合因素下,氢燃料电池汽车采购成本有可能大幅下降,甚至可能会与纯电动汽车差不多的水平。而氢的两大本质特点,却决定了氢的储、运成本不可能大幅下降,其运营成本将长期居高不下。因为商业化运营就是氢燃料电池车辆大范围内使用,需大范围内建设加氢站,氢气的储、运就不可避免。

氢在元素周期表中的位置就决定了其是所有元素中单原子质量最轻及单分子体积最小的物质。氢的这两项特质也使得氢气的制、储、运、加环节,特别是储、运环节将面临极大的技术与成本压力的问题。

氢单原子质量最轻,即使是液化氢,因其密度仅不到柴油的十分之一,汽油的七分之一,同样的运输工具运输,其单位质量的运输成本也将是柴油十倍以上,汽油的七倍以上,且将氢气液化需要在零下253摄氏度的环境下,液化过程的大量损耗还不算。如果不液化仅是高压罐装运输,同样容积运量更低,成本更高。

氢单分子质量最轻、体积最小,也就决定了氢气极易挥发与泄漏,加上“氢脆”的存在,所以对氢存储装备材质的要求就特别高,从35MPa高压储氢罐四层材质结构就可以看到,所以想建纯氢的管线运输网络基本不现实,只能做油气掺氢管线运输。氢单分子最小使得加氢站建设成本特别高,建设一个日加注500KG的加氢站投资需人民币2000万以上,除了加氢设备外,主要就是储氢罐的投资巨大。

有人说,随着技术的进步,总会有解决办法的。我不否认这一可能,但因为是基因的问题,所以希望是渺茫的。人的基因决定了正常人很难长到2.5米以上,在乌克兰切尔贝利核电站附近老鼠和蚊子如果不是受核辐射改变基因也不可能长得像猪那么大。

三、氢能是个大产业,现实中有更多选择为什么硬要去做氢燃料电池汽车

氢在地球上主要以化合态的形式出现,特别是水,因而是宇宙中分布最广泛的物质,它构成了宇宙质量的75%,可谓取之不尽用之不竭。氢通常的单质形态是氢气,氢能就是通过氢气和氧气反应所产生的能量。由于氢气必须从水、化石燃料等含氢物质中制得,因此是二次能源。工业上生产氢气的方式很多,常见的有水电解制氢、煤炭气化制氢、重油及天然气水蒸气催化转化制氢等。氢能产业也就是氢气的制、储、运、用及其相关产业。

氢气因具有质量最轻、导热性最好、燃烧热值最高、燃烧性能好的特点而被广泛应用。现在工业每年用氢量为5500亿立方米,氢气与其它物质一起用来制造氨水和化肥,同时也应用到汽油精炼工艺、玻璃磨光、黄金等手饰金属焊接、气象气球探测及食品工业中。而液态氢往往作为火箭燃料推进剂,为实现碳中和,未来用氢、二氢化碳及阳光大规模制甲醇等。

事实上,相对于其他用途,氢用于氢燃料电池汽车的比重是很低的,主要因为氢燃料电池汽车使用的氢气一是要求纯度高(99.7%以上),二是加注的气压高,至少35MPa以上,这两项要求就大大增加了氢源成本。因为最经济的氢源是工业副产氢,就会面临提纯后再储运加注,还是油气加氢管线运输后再提纯储运加注的问题,成本都无法降低。

相对于氢燃料电池汽车,氢燃料汽车更可行。氢燃料汽车指的是以氢作为替代汽油或柴油的燃料驱动内燃机的汽车,可分为掺氢汽车和全燃氢汽车。

氢气燃烧不仅热值高,而且火焰传播速度快,点火能量低(容易点着),所以氢能汽车比汽油汽车总的燃料利用效率可高20%。掺氢汽车的发动机只要稍加改变或不改变,即可提高燃料利用率和减轻尾气污染。使用掺氢5%左右的汽车,平均热效率可提高15%,节约汽油30%左右。而且油气掺氢可通过管线运输,运输经济便利,因此,目前多使用掺氢汽车,未来氢气可以大量供应后,全燃氢汽车也会常见。

四、发展绿氢产业主要是用于储能而不一定就是发展氢燃料电池汽车

发展绿氢产业主要是用可再生能源发电制氢,包括风、光、水电解氢。主要是风电、光伏发电、水力发电不均衡,用电池储能平衡峰谷成本太高所以经常出现弃风、弃光和弃水电等。虽然电解水制氢成本正常情况下在所有氢源中成本最高,除了电解槽成本外,主要成本还是电的成本起决定性作用。而弃风弃电、弃光弃电和弃水弃电与其弃掉不如用来电解氢,电解氢纯度最高可达99.9%以上,升压即可储运加注,也可以氢的其他用途。只是电解氢还需要大量的水,光伏电站、风电场与水源往往又自然错配,比水电站用弃水弃电制氢又要困难一些。四川、云南两省每年弃水弃电各高达300亿度以上,发展弃水弃电制氢就有天然优势,但如果制氢电价不能专项定价大幅降低,水电站想通过政府发展氢能的愿望,将制氢用的电价定的高高的想大赚一笔,就打错了算盘,最终产业起不了步,空想一场。

五、中央政府政策科学理性,思路清晰,某些地方政府和企业却执迷不悟

前几年全国上下都是一片氢能与氢燃料电池汽车热,中央没有直接否定,但从中央的政策与规划上来看,定位是理性与清晰的,态度也是明确的。2019年中央关于新能源汽车的相关支持政策中,对氢燃料电池就开始实行以奖代补,不像纯电动汽车和插电式混合动力汽车(含增程式)给予普遍中央政府补贴,而对于氢燃料汽车只给予试点示范城市以奖励,但具体怎么奖,奖多少?哪些是试点示范城市至今没有明确的政策和说法。而2020年发布的《中国新能源汽车产业发展规划(2020-2035年)》将氢燃料电池汽车发展目标定位于2035年实现商业化运营,也就是要用15年时间来解决氢燃料电池的经济性的问题,因为氢燃料电池汽车从技术上目前已没有多大的问题。这15年中间没有阶段性目标,说明了经济性问题的解决思路与方案都还不明确,而纯电动汽车从2025年20%的市场渗透率,到2035年35%的市场渗透率的明确目标,表明了纯电动汽车作为中国新能源汽车发展的主要技术路线,其结果是成熟与成功的。一些地方政府对于氢燃料电池汽车发展依然高烧不退、执迷不悟,有行业专家认为是有些地方曾错过了纯电动汽车及相关产业发展的风口,担心再错过氢能与氢燃料电池汽车发展的风口所致,本人深感认同。事实上发展氢能看本地有没有资源禀赋优势,没有相关资源禀赋,而一股脑儿上氢燃料电池汽车,无论是做整车,还是用整车,还是大规模建设加氢站,投入巨大,如果长时间巨额亏损,最终都是一地鸡毛,虽然是政府买单,但花的毕竟是纳税人的钱。

纯电动作为主要技术路线的中国新能源汽车发展之路,我国既然选对走对了,我们全国上下特别是各地方政府为什么不能坚持走下去,继续做专做强,彻底实现弯道超车?目前新能源汽车在我国的市场渗透率仅5%不到,还有20多倍的增长空间,市场容量巨大,机会也巨大,很多地方政府及企业就认为发展机会不再纯属鼠目寸光。况且,氢的特点将决定了,在氢燃料电池汽车上再努力,大可能是操瞎心。这一点认识,大众CEO清醒了,宝马董事长清醒了,他们曾经都想大力开发氢燃料电池汽车,现在他们都彻底觉醒放弃了。

(作者范永军,成都新能源汽车产业推广应用促进会秘书长)

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