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李建秋:燃料电池汽车实现全面商业化需要“演练场”

李建秋:燃料电池汽车实现全面商业化需要“演练场”

2017-08-02 作者: 吴永强 朱龄 来源:新能源汽车网
  近日,中国电动汽车百人会第四期电动汽车热点问题系列研讨会在湖南省株洲市举办。此次会议由中国电动汽车百人会主办,湖南中车时代电动汽车股份有限公司、株洲高新区管委会承办。来自政府、高校、科研机构、企业的嘉宾围绕新能源汽车电力电子技术的现状及未来发展趋势展开探讨。

  峰会现场,清华大学教授李建秋介绍了燃料电池汽车的相关情况。他表示,燃料电池系统的关键问题既涉及核心材料,也涉及传热传质和电子控制,还涉及到电力电子等,同时希望相关领域的研究机构和企业一同参与到燃料电池领域中来,只有多学科集成,才能克服燃料电池的耐久性问题,打破木桶的“短板效应”。

清华大学教授李建秋

  “我相信,到2020年,你就会看到非常好(技术过硬、质量可靠)的燃料电池商用车出现。”在会后的采访中,李建秋向新能源汽车网【xnyauto】表达了对我国燃料电池汽车商业化前景的信心。

  给整车和零部件提供“演练场”

  新能源汽车网【xnyauto】:今天您在会上讲了燃料电池汽车技术发展,让我想起了五六年前国家推广电动汽车时也有很多难题,对于现在的公交公司来讲,过去面临着从混合动力到纯电动,再到未来燃料电池的转变,其实还有很多问题需要克服。您觉得我国在产业化方面准备得怎么样了,或者说在燃料电池产业化本身的技术、配套方面,还是政策层面,都做了哪些铺垫和准备工作?

  李建秋:关于燃料电池汽车的产业化现状和产业化思路。首先我先说一个观点,不管车也好,动力系统也好,发动机也好,还是要经过测试,实际的检验。“实践是检验真理的唯一标准”,就是说产品和技术一定要经过大规模的测试,然后分析改进,才能达到最终成熟的状态。其实我国纯电动汽车的发展过程也是这样走过来的。

  我们总结过去纯电动汽车的技术进步,认为比较革命性,或者对整个产业起到巨大推动作用的,就是当时四部委推的“十城千辆”示范工程。通过这个示范工程,给动力系统、整车提供一个非常大的演练场。

  行业里有一句话:“好的发动机不是算出来的,是试出来的。”也就是说,经过实践检验,不断地改进,不断地提升性能和水平。就拿中车电动为例,电驱动系统已经历了五代的发展,一轮一轮地迭代过来,不是说当年第一代就达到今天第五代T“动力”的水平,这是有一个循序渐进、逐步提高的过程。这就是我们通常说的“研究”提高自身水平。

中车电动第五代纯电驱动系统T“动力”

  什么叫研究“research”呢,就是“search and search”——找了又找。第一轮迭代不好,没关系,再迭代,再优化。新能源汽车的发展也是经过几轮迭代的过程,每一轮都经过实际的测试和评价,发现问题和不足,然后把有问题的地方逐步地完善。所以“research”对应的结果就是“refine”——好上又好,越来越好。这样产品才能深入人心。

  这是从前面纯电动汽车发展的过程中总结的规律,那么回过头来看燃料电池汽车,其实也需要这样一个研究-测试-示范的过程,实现产品研发中的发现问题-研究改进-性能提升的多次迭代的过程,并且要具备一定规模的示范项目,才能在性能、成本、可靠性,耐久性等各个方面得到充分检验。所以今天的燃料电池汽车像六七年前的电动汽车,看它有问题,就像当年纯电动汽车无法跟燃油车直接PK一样,但是它代表着方向。

  当然,燃料电池汽车发展特点跟纯电动有所区别。

  在富氢地区推广可实现共赢

  新能源汽车网【xnyauto】:区别在哪儿?

  李建秋:纯电动汽车基本上在所有的城市都可以推广,因为所有的城市都有电力作为能源;但是燃料电池汽车的推广,不取决于电,而取决于氢能源,这点很关键。我们推荐燃料电池汽车的推广一定是在氢能源比较富足的区域和城市来推广。

  现在燃料电池动力系统本身慢慢已经做得可以了,但是需要加氢,如果氢很贵,比燃油车还贵,我相信燃料电池汽车是推广不开的。所以我们在讨论燃料电池汽车发展的路线图时,提出几个建议。

  第一,一定要在氢能源富足的城市或区域来推广燃料电池汽车。举个例子,张家口是中国可再生能源的生产基地。风电、光电特别丰富、发电量大,并且还存在弃光和弃风等弃电现象。

  我们现在建议,用弃电来电解水制氢,整个过程没有二氧化碳的排放,也很便宜。弃电制取氢气的费用是多少呢?一公斤氢气10元左右。对轿车来讲,大约1公斤氢气可以跑100公里。当然,氢气制取完成后还有输送、存储、加注环节,包括加氢站的建设。没有关系,乘以3-4倍,制取氢气的成本大约30元/千克。传统燃油车按照行驶百公里需要6-8升油、6元/升油价计算,也要花费40-50元。这样的话,燃料电池汽车就有价格优势了。

  如果燃料电池汽车的运营成本低于传统燃油车,那么就实现了双赢,或者是三赢。第一,能源企业赚到了弃电的利润,减少了可再生能源的浪费;第二,政府环保压力会下降,不用煤来发电,且车辆零排放;第三,对于运营单位来讲,燃料电池汽车的费用比传统燃油车低。这样这个产业才能持续发展。

  所以,由于氢能源分布的特点,燃料电池汽车将在京津冀、武汉、重庆、包头、盐城等氢能源便宜的城市推广。制取氢气一般通过两个途径,一种是可再生能源产氢气,另一种是工业副产氢。

  我国每年产氢量大概上千万吨,而一辆轿车一年大概用氢能源200千克,所以容量没有问题。随着大规模可再生能源发电,燃料电池的作用将会凸显。除了作为交通使用以外,还要作为储能电站关键的发电系统。

  在避免错峰发电的诸多技术路线里,其中一条比较可行的技术路线就是电解水制氢,在中午把能源存储起来,到傍晚再用燃料电池发电送到电网。这种储能规模比较大,一公斤氢气存储的能量大概33千瓦时,可以利用氢气大规模存储电能,避免其浪费,并进一步利用该氢能作为燃料电池汽车的燃料。所以从这个角度来说,燃料电池汽车能够推广应用取决于两个条件。第一,氢能基础设施要有科学合理的布局;第二,我国燃料电池汽车技术到了可以推广的阶段。

  商用车到了示范运营阶段

  新能源汽车网【xnyauto】:欧阳明高教授提出一个观点,去年是燃料电池汽车的启动年,今年是燃料电池汽车全面商业化的元年,这个观点您同意吗?

  李建秋:同意。对商用车来讲,经过十多年持续的研发,基本上已经具备推广应用前景,已经像六七年前推广电动汽车的状态。如果这个时候,国家重点在几个城市示范推广和应用,推动开展千辆级的规模示范,就能够起到很好的产业拉动效应,因为只有上规模,才能有批量化的生产线,让零部件的制造水平和研发水平都有大幅度提高。其实推广应用电动汽车就是通过“十城千辆”示范工程,各家的电机、电池等零部件上了规模、保证了质量,然后自然具备了实用化的水平。

  我自己是搞燃料电池汽车的,对于燃料电池汽车的发展还是很看好的。如果国家政策得当,在几个重点城市或区域开展几个规模性的示范项目,让企业有机会整合燃料电池汽车的产业链。因为一个行业的进步一定是有几个企业,或者几十个企业一起投入,这样一来,让示范运营企业研究示范运行怎么使用,加氢站怎么建设、氢能源怎么输送的问题,车辆制造企业研究动力系统怎么配套、氢瓶安装的位置等问题……这个就叫做“search”,所有的路径都探索了,人们自然就会总结哪些是有利于性能提高的,哪些措施是不利的,这中间一定会有非常有利于燃料电池汽车发展的路线产生或出现。

  如果针对重点城市展开示范,加上国家政策补贴到2020年不退坡,还有重点企业在研发上把燃料电池发动机产业链打通,我相信,到2020年,你就会看到非常好(技术过硬、质量可靠)的燃料电池商用车出现。

  当然,燃料电池轿车的研发难度比燃料电池商用车大,成熟度还要往后再推三至五年。目前国家项目还在关键技术攻关阶段。今年可以看到,“十三五”计划中,一汽牵头的高功率密度燃料电池轿车发动机的研发,还处在关键技术攻关。相对来说,客车发动机本身的技术大部分已经突破了,而且坚持自主研发的同时部分关键零部件国际合作的技术路线,就是部分关键零部件可以从国外买,但是动力系统、发动机是我们自己集成的。“两条腿走路”,已经得到几家用户的认可,燃料电池汽车的实际耐久性已经达到5000小时,我预计到2020年,发动机的运行寿命将达到10000小时,2025年会突破20000-25000小时。这样发动机的耐久性就突破了,一旦发动机的耐久性突破了,那么运营规模将进一步提升,而成本问题是跟产业规模有关系的,一旦几个示范工程展开,把现在几十台、几百台的规模提高到几千辆,成本还会下降一个数量级。
        到2020年前后,12米客车这个典型的产品,它的成本和性能、性价比就会全面地跟纯电动客车相提并论,也可以全面地跟柴油传统客车相提并论,成本可能高一些,但是零排放、长续驶里程、燃料加注时间短。

  多学科集成打破“短板效应”

  新能源汽车网【xnyauto】:关于关键技术,现在有一些专门研究燃料电池关键技术的企业,还有一些企业,像中车电动这类,其电驱动系统通过迭代之后也可以应用于燃料电池系统,还有一种是其他领域的技术参与到汽车行业领域。对于这三种技术路线,您怎么看?

  李建秋:燃料电池整个技术链比较长,比如说中车电动的T“动力”是以驱动为主,属于用电端,而燃料电池是在发电端,通过产生能源、产生电力给用电端使用,从这个角度,T“动力”跟燃料电池是完全可以配合的,这两种是联合的关系。

  在燃料电池本身内部是需要跨行业配合,今天我做这个报告就是希望原来做电力电子的这些研究单位和企业,将来能对燃料电池发动机中的电力电子零部件感兴趣,并且针对燃料电池特殊的需求开发出针对的电力电子产品来配套燃料电池,这样就解释了你的问题。

  像一些工控企业,他们的产品批量很大,对成本、产品质量控制得很好,将来燃料电池行业也会成长,我们希望他们作为专业的供应商也来加入这个行业,形成一个燃料电池的新产业,这对推动燃料电池系统本身的成熟是非常有帮助的。

  新能源汽车网【xnyauto】:跟您今天在PPT所讲到的“短板效应”是不是同一个意思?

  李建秋:就是这个意思。我们不仅要把做电力电子的人邀请进来,而且把做高速电机、空压机、氢气再循环泵、以及搞流动传热的专家也涵盖进来。只有这样,才能说在每一个零部件上燃料电池汽车没有明显的短板,整体性能才能有比较好的发挥。

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