简要分析氢燃料电池在新一代汽车中的应用

2019-10-07      236 次浏览

由于成本颇高,氢燃料电池在最开始的时候应用于航天领域。随着氢燃料电池成本的不断下降,现阶段已经在新一代汽车领域实现了一定的应用。


氢燃料电池大客车领域群雄并起



我国已经在大客车领域氢燃料电池方面具有较为良好的基础。现阶段,国内有不少家企业可以进行自主生产,对氢燃料电池大客车集成技术已经有了一定的掌握,但对于氢燃料电池系统的核心部件对外依赖程度仍然较高。


联合国开发技术属(UNDP)和科技部联合全球环境基金(GEF)从2003年就开始在我国组织实施“中国燃料电池公共汽车商业化示范项目”。2014年,在UNDP、GEF与科技部联合组织实施的“促进中国燃料电池商业化发展项目”中,北京、上海、盐城、郑州、佛山5个示范城市得以确定。


氢燃料大客车示范项目也先后在我国多地实施。2008年,3辆氢燃料大客车在北京奥运会进行示范运行,2010年,6辆氢燃料大客车在上海世博会上进行会务服务。除此之外,现在还有78辆氢燃料电池公交车在广东佛山、云浮运行,预计明年将累计建成28个加氢站。2018年2月28日,2辆氢燃料电池公交车以及一座加氢站在四川成都郫都区投运。另外,盐城、连云港、天津、武汉、平项山、郑州等多地都有氢燃料电池公交车示范运营规划或者计划。2018年年初,苏州宣布:到2020年要建成10座左右的加氢站;推进公交车、市政环卫车、物流车的示范运营项目,力争达到800辆左右氢燃料电池汽车运行规模;到2025年,建成40座左右的加氢站,力争达到1万辆氢燃料电池车辆运行规模。


氢燃料电池小汽车领域龙争虎斗


日本丰田公司早在1992年就开始对燃料电池小汽车(FuelCellVehicle,FCV)展开研究。燃料电池汽车一直被丰田汽车公司看成是终极环保车。从1996年10月开始,丰田推出多种车型,包括FCHV-3、FCHV-4、FCHV-5、FCEV、ToyotaFCHV-adv、ToyotaFCHV。2014年11月,丰田在美国洛杉矶车展上推出世界上首款进行商业销售的氢燃料电池汽车Mirai(日语“未来”)。到2017年年底,丰田汽车公司宣布全球范围内已经售出5300辆Mirai,北美(主要集中于美国加州)、日本本土、欧洲分别为2900辆、2100辆、200辆。目前,加拿大魁北克也开始销售Mirai。


现阶段,韩国现代公司也在生产氢燃料电池小汽车。从2015年起,韩国现代公司开始生产TucsonFCEV(也称Hyundaiix35FCEV),目前可以在韩国、加拿大温哥华地区、欧洲、加州租赁或购买到。本田公司2016年开始生产的Clarity在日本、欧洲、南加州等地区可以租赁和购买到。2018年1月,现代发布了其第二代氢燃料电池汽车Nexo来更好地与丰田竞争。和TucsonFCEV相比较,Nexo拥有370英里的续航里程,加氢时间仅需5分钟,最高速度和百公里加速时间比前者分别高出25%和快20%。另外,奔驰也是这个角逐场中的一员,其品牌下的新一代氢燃料电池汽车也于2017年9月发布。随着人们环保意识的不断增加和氢燃料电池成本的不断下降,越来越多的厂家先后进入氢燃料电池小汽车领域。


到目前为止,我国还没有公司推出氢燃料电池小汽车,而本田和丰田公司的氢燃料电池小汽车已经陆续在中国大陆展开推广。


重型货车及物流领域双雄争霸


汽车在二氧化碳和其他有害气体的排放中占有很大比重,根据《2017年中国机动车环境管理年报》的信息,在所有的汽车排放中,重型货车在一氧化氮、一氧化碳、碳氢化合物和颗粒物的占比分别为53%、、18.8%、23.6%和60.5%。由此看来,重型货车的清洁化对于提高空气质量、减少排放有着深远的意义。以重型卡车为代表的货车,多数电池技术无法满足其行程远、载重大的需求,而由于燃料加注快、燃料质量轻、完全没有排放和续航里程长等优点,氢燃料电池技术在这一领域的应用被业界普遍看好。


美国NikolaMotor汽车公司于2016年8月在盐湖城对外展示了氢燃料电池重型货车——NilolaOne,这辆车的使用寿命、燃油效率不仅优于美国政府的《重载和中载车辆温室奇特和燃油效率标准》,也优于未来十年美国对卡车的强制性耗油标准。同时,尼古拉汽车公司还推出租车计划来应对新车购车成本大的问题。在计划中,尼古拉将为消费者提供氢燃料、定期维护、质量保证等。


为满足氢燃料电池卡车长途运输要求,尼古拉还选择NelASA来担任自己唯一的加氢设备供应商,沿高速公路部署足够的加氢站。NelASA是一家专注于提供氢气解决方案的挪威公司,其通常最大限度地选择水电、风电、光伏等可再生资源来实现零排放氢气解决方案。尼古拉想要通过自身与NelASA的合力建设全球最大的加氢站网络,包括涵盖3200公里的16座加氢站,野心勃勃地为其氢燃料电池重载卡车铺路。


在这一领域,丰田公司选择港口作为突破口,其相关的计划也推行得很快。由于港口区内大量的各类车辆和港口内船舶低速行驶时的排放很大,在其所在的城市中港口的排放占比也很高。因此,降低港口排放也变得日益重要起来。港区内可以采用纯电动车或者氢燃料电池车辆执行不同的任务,同时,港区内车辆运行具有活动范围小、行驶里程相对较大的特点,车辆加氢需求进行少量加氢站便可以满足。由此看来,氢燃料电池卡车是港区运输一个不错的选择。


丰田汽车在2017年4月提出氢燃料电池重载卡车概念,并于同年10月在洛杉矶进行短驳运行试验。本次短驳运行试验被认为是减少港区有害物质排放的一项可行性研究,丰田氢燃料电池重载卡车采用两套氢燃料电池堆,配有12kWh的电池,续航里程约为322千米。本次实验的运用线路是把货物从长滩卸货码头和LA港运送到周围的货场。这些多次频繁往返、精心设计的短途线路正好检测电池系统的循环负载能力。随着对车辆性能研究的深入和项目的推进,更长的路线将有望被引入。


东方汽车推出了氢燃料电池冷链式货车和氢燃料箱式货车,此外。东风汽车公司还在2017年北京新能源汽车展上展出了自己的氢燃料电池物流车。但现阶段,我国还没有公司推出氢燃料电池重载卡车。


结语


近年来,氢燃料电池应用的领域和数量都在随着电池成本的不断下降而拓展和上升,良性循环初步形成,未来有望进入更多应用领域。日本、欧美等国家在氢燃料电池大客车、氢燃料电池小汽车、物流领域及重型货车的应用,引领了技术发展方向的同时,也证明氢燃料电池汽车技术的可行性。但到目前为止,我国在氢燃料电池小汽车和氢燃料重载货车领域还是空白。未来我们应该提升对氢燃料电池技术在新能源汽车中的重视程度,在吸取日、美等国经验的基础上,不断推动氢燃料电池技术的发展。


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