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WNEVC 2021 | 同濟大學教授明平文:中國氫能燃料電池發動機發展現狀與機遇

蓋世直播 2021-09-17 14:21:36

2021年9月15-17日,“第三屆世界新能源汽車大會”(WNEVC 2021)在海南國際會展中心盛大召開,由中國科學技術協會、海南省人民政府、科學技術部、工業和信息化部、生態環境部、住房和城鄉建設部、交通運輸部、國家市場監督管理總局、國家能源局共同主辦。本次大會以“全面推進市場化、加速跨產業融合,攜手實現碳中和”為主題,邀請全球各國政產學研各界代表展開研討。

在9月17日上午舉辦的“燃料電池商用車示范應用與技術創新”主題峰會上,同濟大學教授、科技部十四五氫能科技專項首席專家明平文發表精彩演講(中國汽車工程學會副秘書長王菊代為報告)。

明平文主要觀點如下:

明平文介紹了碳中和目標中氫能與燃料電池的作用,以及當前我國氫能與燃料電池汽車產業發展情況、未來技術規劃和目標愿景。他指出,“氫-電體系”是全球共識的“碳中和”技術路線,“電驅動+氫能運載”是零碳交通的必然選擇。同時指出氫能綠色制取與規模轉存體系、氫能安全存儲與快速輸配體系、氫能便捷改質與高效動力系統、“氫進萬家”綜合示范將是下一步氫能與燃料電池汽車技術發展的方向。

以下內容為現場演講實錄:

很高興今天能夠分享一下新能源汽車發展的機遇和挑戰。我們跟余卓平教授一起戰斗過20年,看到燃料電池汽車取得了比較大的發展,昨天萬主席的報告、部委領導的報告、還有一些企業家的報告都談到燃料電池,可見燃料電池越來越受到重視。

今天想從四個方面進行介紹,第一個是背景,第二個是燃料電池發展的情況,第三個是氫能技術規劃,科技部對氫能技術有很多支持,在報告里我也會介紹到科技部在研發方面以及燃料電池具體的支持情況,最后談一下2035年的愿景,我們該如何發展。

2019年,習主席在賀信當中指出中國走綠色可持續發展道路,科技創新和相關產業發展,為建設清潔美麗的世界、推動構建人類命運共同體做出更大的貢獻。昨天韓正總理也做了致辭,可見國家對新能源汽車的發展給予了很大重視。我國以氫為動力源的科技,越來越會受到重視,因為科技才能引領產業發展,而科技的發展主要面臨經濟發展的挑戰。

現在提出雙碳目標,對碳減排提出了非常嚴格的要求,提出了一些新的挑戰,同時也是機會。從中國產業的發展路徑來說,純電動汽車是我們發展計劃的重要選擇,2010年國家推動新能源汽車逐漸走向市場,從2010年480輛左右開始,新能源汽車產量逐年增加,到2018年超過100萬輛,2019、2020年連續產量都超過了100多萬輛,新能源汽車的滲透率超過了10%,電動車是不可逆的過程。另外,提到碳達峰目標,我們認為純電驅動一定能助力碳達峰,對于汽車來說按照技術路線圖本身的碳減排還是有比較好的減排效果,但是利用低碳電網給電動汽車充電的話,整個減排效果也會更好。同時,國家提出2060年碳中和目標,從能源供給側我們需要低碳化,大概到2060年左右,70%的能源將是可再生能源的水、光發的電作為我們的用電,所以清潔能源綠氫是我們未來主要的能源供給。

從全球來看,氫-電體系是全球共識的“碳中和”技術路線,很多國家提出碳中和目標。國際能源署大概在2050年實現凈零排放,希望到2050年氫能的占比達到12%-18%,可見綠氫占比將越來越高,氫動力裝置希望能夠占比接近70%。除了國際能源署之外,其他許多國家也制定了路線圖,歐洲、美國、日本均提出到2050年氫能占比接近15%左右,為了實現這樣的目標,所有的發達國家都會持續投入大量資金來推動氫能技術發展,所以我們認為純電系統加氫能運載是未來零碳交通的必然選擇。

接下來,我來介紹一下燃料電池汽車的示范應用情況和產業情況。最早是在2000年之前,科技部支持燃料電池相關的研發工作,慢慢擴展到相應的技術鏈的支持,“十二五”引入汽車產業工程開發流程,同時也在全國做了一些運營示范和推廣。“十二五”期間,燃料電池的電堆壽命突破5000小時,衰減率得到有效限制,燃料電池性能得到了很大的提升。“十三五”期間,燃料電池電堆還有BOP車規級研發也得到了國家的大力支持,目前燃料電池電堆、系統以及部分關鍵部件、材料逐步實現產業化,形成了華北、華東、華中、華南等產業集聚區,已經基本實現比較好的性能,部分企業已經出口國外。

大家可能比較關注車載氫系統,尤其是Ⅲ型瓶和Ⅳ型瓶。現在我們國家70MPa的Ⅲ型瓶已經投放市場,基本上滿足市場的需要,另外行業也做Ⅳ型瓶的標準,過幾年四型瓶的法規逐步投放市場。在科技部研發的支持下產品不斷的迭代,車輛的運行情況、技術水平也得到了不斷提升,乘用車最近有很多產品陸續進入到產品公告,包括長安、廣汽把他們的燃料電池車做示范。長城也發布了氫能戰略,明確提出能夠推動全球新型燃料電池的SUV。

商用車也是我們燃料電池發展的重點。重卡成為運用的突破口,我們推出了多個產品,重卡49噸的卡車也在運行,從2016年開始燃料電池商用車銷量也是每年在逐步提升。我們對2019年到2021年的燃料電池商用車車型做了一個梳理,2019年商用車還是以客車為主貨車為輔,到了2020年占比都明顯提升,2021年貨車的比例更高,重卡比例高達42%,由此可以看出燃料電池商用車特別是重卡越來越受到行業重視。

截至到2020年底,全球燃料電池汽車保有量突破3萬輛,我國7352輛,占據全球第三。我國燃料電池汽車已接入國家監管平臺系統6002輛,累計運行里程突破1億公里。基礎設施關系到車輛的運營情況,這里也做了一個統計,2020年年底我國加氫站達到了118座,數量全球第二,第一是日本,日本建造的比我們早。從加氫站地域分布來看,廣東、山東、上海加氫站建設數量較多;當前國內建成運營的加氫站以35 MPa為主,已有少量35 MPa、70 MPa加氫站。從加氫站類型來看,以專用加氫站為主,也有少量合建站,合建站是方向。剛才余卓平老師也提到上海、北京、廣東都是作為示范的城市群,我想城市群被獲批之后一定會推動燃料電池汽車的大規模商用。

大家也比較關心燃料電池產業鏈和技術水平。通過幾年的示范我們國家核心零部件的技術水平得到比較大的提高,昨天韓正總理提出“解決燃料電池技術的瓶頸,使技術得到提升”。關鍵部件的技術障礙會成為行業比較關注的點,也希望各個企業投入更多的精力來推動研發,能夠開發出更好的產品。

另外我們看一下未來的氫能預測,中國的氫能消費將分三步走,從移動式氫動力到分布式氫動力再到集中式氫動力,在推動分布式氫動力時希望利用住宅社區、商業樓宇、產業園做一些推廣和示范,未來能夠互聯,能夠滿足我們國家戰略的需求,局部建立一些大網來推動整個氫能的利用。

最早從1995年開始,科技部支持燃料電池的研發支持了很多年,“十四五”期間科技部也繼續在交通科技專項領域部署了氫能技術的科技專項,這個專項從三個層面交叉融合推動“氫進萬家”,并支持關鍵材料的研發從材料到核心器件到系統集成。國家會著重支持基礎前沿項目研究、共性關鍵技術以及應用示范與規范,從研發到應用會推動這些項目,希望能夠解決關鍵問題,主要是機理、還有化合態機理型研究,最后能夠進一步擴大研究,包括氫能的多種能源制氫,包括規模儲能。另外,國家會重點重視氫能汽車卡車的應用,希望能夠達到電力網、管道網和運輸網的狀態。“十四五”的時候已經發布了,將從四個方向支持研發,一是氫能綠色制取與規模轉存體系,氫能源綠色制取是未來的大方向;二是氫能安全存儲與快速輸配體系,關系到氫能是不是能夠在全國部網;三是氫能便捷改質與高效動力系統;最后一個是“氫進萬家”綜合示范工程,氫能離我們老百姓越來越近。

最后談一下2035年的愿景,包括IEA和很多的國家都推出2050年的目標。我們國家氫能能源占比達到20%,氫能的占比會助力我國碳達峰目標的實現,也會推動氫能技術的創新。我們大膽做一個預測,希望到2050年,氫能在我國能源消費達到10%左右。所以氫能是非常好的能源提供方,而燃料電池汽車是拉動氫能比較好的載體。

中國汽車工程學會制定了《節能與新能源汽車技術路線圖2.0》,明確提出到2035年燃料電池汽車的保有量達到100萬輛,我國雙碳目標的提出對燃料電池汽車下一步的發展提出新要求,從國家層面對新能源汽車發展寄予厚望,越來越重視氫能燃料電池的發展。我想國家一定會在法規體系方面進一步的健全和完善,也許不久的將來會發布這樣的戰略規劃,在這個規劃里面提出氫能會納入國家的戰略體系。

另外,大家知道,我們也在制定汽車產業碳中和路線圖,希望年底會發布這個路線圖,將會明確的提出汽車產業碳達峰和碳中和的時間表,會把燃料電池商用車作為商用車領域一個比較好的技術路徑提出來,也會提出相應的時間表和路線圖。

除了在車輛應用端實現零排放,另外在來源端也要低碳零碳,制造環節也希望減少碳排放,包括應用之后的回收環節,我們希望整個過程都是低碳可循環的一個過程。

大家知道,燃料電池汽車現在的瓶頸之一就是成本特別高,相對傳統的內燃機來說成本比較高,怎么找到比較好的辦法來降低這個成本,我想車輛的規模化可以極大降低這個成本。我們預測了不同規模下燃料電池電堆的成本,可以看到50萬產量的時候成本降低非常大,我們也希望通過規模化以及國產化推動氫能以及燃料電池的整個應用。希望規模化之后綠氫成本也能大量降低,與灰氫成本相當,希望在2030年綠氫成本能夠真正的被市場所接受。

對汽車產業和交通道路來說,商用車的排放比例非常高,占整個碳排放的25%左右,所以說商用車減碳關系到汽車行業減碳,我們認為燃料電池重卡商用車一定會在減碳當中發揮巨大作用,預測在2050年超過50%的重型卡車將用燃料電池作為發動機。所以我想,接下來幾年伴隨性能和成本的下降,燃料電池汽車將從重卡商用車過渡到其他細分領域。

根據德勤的預測數據,到2028年,燃料電池重卡成本將與燃油重卡的成本持平。我們希望燃料電池產業系統進一步加強,希望車能、性能、技能和燃料電池行業加強協同,基礎設施滿足車輛的要求,所以車能協同是燃料電池汽車發展非常重要的方面。

另外,希望整個產業鏈向下協同,包括在整車、電堆系統之間綜合考慮碳排放問題,希望產業鏈加強合作,希望能源公司、基礎設施運營商,大家能夠協同發展。

希望城市群也要加強溝通協同,希望企業強強聯合,大家合力構建產業鏈,共同推進碳中和目標的實現,謝謝大家。

(注:本文根據現場速記整理,未經演講嘉賓審閱)

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