10月26日,中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)在其年會(huì)上發(fā)布了《節(jié)能與新能源汽車(chē)技術(shù)路線(xiàn)圖》,包括節(jié)能汽車(chē)、純電動(dòng)和插電式混合動(dòng)力汽車(chē)、燃料電池汽車(chē)、智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)、汽車(chē)制造技術(shù)、汽車(chē)輕量化技術(shù)及動(dòng)力電池技術(shù)等七大領(lǐng)域未來(lái)15年的發(fā)展路線(xiàn)制定。工業(yè)和信息化部裝備工業(yè)司副司長(zhǎng)瞿國(guó)春強(qiáng)調(diào),路線(xiàn)圖為汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展指明了發(fā)展方向,明晰了重點(diǎn)和路徑,希望成為行業(yè)一致的行動(dòng)指南。
為了詳細(xì)解讀這份關(guān)乎中國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的七大路線(xiàn)圖,第一電動(dòng)網(wǎng)將結(jié)合《節(jié)能與新能源汽車(chē)技術(shù)路線(xiàn)圖》完整版,分七篇逐一介紹七大技術(shù)路線(xiàn)圖的制定背景以及詳細(xì)的發(fā)展規(guī)劃。
氫作為交通運(yùn)輸行業(yè)的儲(chǔ)能物質(zhì),具有可以大規(guī)模穩(wěn)定儲(chǔ)存、持續(xù)供應(yīng)、遠(yuǎn)距離運(yùn)輸、快速補(bǔ)充的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),在未來(lái)以分布式為主、排放量為特征的能源構(gòu)架中,氫能源系統(tǒng)會(huì)與電力系統(tǒng)并存互補(bǔ),共同滿(mǎn)足交通運(yùn)輸、家庭生活、工業(yè)生產(chǎn)的能源需求。
(圖片來(lái)源:第一電動(dòng)網(wǎng))
交通運(yùn)輸碳排放量在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)仍將持續(xù)增長(zhǎng),公路運(yùn)輸領(lǐng)域是增長(zhǎng)的重點(diǎn)。因此,氫能燃料電池商用車(chē)在我國(guó)交通節(jié)能減排中具有重要的戰(zhàn)略作用。我國(guó)交通領(lǐng)域能耗和碳排放具有顯著的構(gòu)成特點(diǎn),公路運(yùn)輸?shù)亩趸寂欧帕空急茸畲螅坟涍\(yùn)和城市客運(yùn)碳排放占比63%和23%(2012年),是減排的重點(diǎn)領(lǐng)域。
在中國(guó)制造2025戰(zhàn)略規(guī)劃中,對(duì)燃料電池汽車(chē)做出了相關(guān)要求。在2025年,燃料電池汽車(chē)年產(chǎn)銷(xiāo)10萬(wàn)輛。以城市私人用車(chē)、公共服務(wù)用車(chē)的批量應(yīng)用為主,實(shí)現(xiàn)燃料電池技術(shù)的推廣應(yīng)用。通過(guò)優(yōu)化燃料電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),加速關(guān)建部件產(chǎn)業(yè)化,大幅降低燃料電池系統(tǒng)成本。在燃料電池系統(tǒng)技術(shù)方面,突破高可靠性膜、催化劑及雙極板,供給系統(tǒng)關(guān)鍵部件高可靠性等技術(shù)難題。在關(guān)鍵零部件方面,燃料電池冷啟動(dòng)溫度降至-40℃以下,質(zhì)量比功率達(dá)到2.5kW/kg,壽命超過(guò)500h,產(chǎn)能超過(guò)1萬(wàn)套。
氫能燃料電池汽車(chē)發(fā)展歷程
2000年之前,主要完成了氫能燃料電池汽車(chē)的概念設(shè)計(jì)和原理性驗(yàn)證;2000年以后,開(kāi)展燃料電池攻關(guān)研究,陸續(xù)進(jìn)行技術(shù)驗(yàn)證性示范考核;2010年開(kāi)始,在特定用途領(lǐng)域商業(yè)化并取得成功;在2015年以后,乘用車(chē)開(kāi)始面向部分區(qū)域的私人用戶(hù)銷(xiāo)售,初步進(jìn)入商業(yè)化階段。
中國(guó):基本完成了燃料電池電動(dòng)汽車(chē)的性能研發(fā)階段,整車(chē)性能已經(jīng)達(dá)到傳統(tǒng)汽車(chē)水平,解決了示范中發(fā)現(xiàn)的核心技術(shù)問(wèn)題中發(fā)現(xiàn)的核心技術(shù)問(wèn)題。燃料電池商用車(chē)的可靠性、經(jīng)濟(jì)性和便利性滿(mǎn)足商業(yè)示范運(yùn)營(yíng)需求。燃料電池乘用車(chē)的性能接近用戶(hù)接受的水平。燃料電池電堆技術(shù)基本滿(mǎn)足車(chē)用要求,車(chē)用燃料電池系統(tǒng)功率密度提高1倍以上。車(chē)用燃料電池成本接近實(shí)用化要求。
美國(guó):2005年8月,美國(guó)國(guó)會(huì)通過(guò)了新的能源法案,氫能被列入“主流能源”選擇之一;在2010年后陸續(xù)發(fā)布了氫能與燃料電池計(jì)劃(2011年)、氫燃料電池技術(shù)評(píng)價(jià)報(bào)告(2012年,部分更新到2015年),近十年的研發(fā)總投入達(dá)到24.5億美元,示范的各類(lèi)道路車(chē)輛超過(guò)180輛,并在特種用途車(chē)輛(叉車(chē))推廣超過(guò)8000輛。
2013年5月,美國(guó)能源部(DOE)成立了推進(jìn)氫基礎(chǔ)設(shè)施的聯(lián)盟“H2USA”,該計(jì)劃目標(biāo)是通過(guò)創(chuàng)立公眾-私人伙伴計(jì)劃克服建設(shè)氫基礎(chǔ)設(shè)施面臨的障礙,從而促進(jìn)氫燃料電池汽車(chē)在全美的商業(yè)推廣。
歐盟:2003年制定《歐盟氫能路線(xiàn)圖》,5年內(nèi)投入20億歐元,用于氫能、燃料電池及燃料電池汽車(chē)的研發(fā)與示范。2008年,歐盟、歐洲工業(yè)委員會(huì)和歐洲研究社團(tuán)聯(lián)合制定了2020年氫能與燃料電池發(fā)展計(jì)劃。2014年發(fā)布《地平線(xiàn)2020》計(jì)劃繼續(xù)支持“燃料電池與氫能聯(lián)合執(zhí)行體(FCHJU)”戰(zhàn)略目標(biāo):2020年氫燃料電池汽車(chē)保有量50萬(wàn)輛、加氫站1000座、氫氣50%來(lái)自非化石能源。
日本:2013年6月,日本政府發(fā)表的《日本再興戰(zhàn)略——JAPAN is BACK》提出,要擴(kuò)大家庭用燃料電池普及,從2015年開(kāi)始要大力推廣燃料電池車(chē)并實(shí)現(xiàn)全球最快普及。2014年7月,日本經(jīng)產(chǎn)省公布《氫能源白皮書(shū)》,介紹了氫作為能源利用的意義、建設(shè)氫社會(huì)的政策動(dòng)向、制造、運(yùn)輸、存儲(chǔ)、利用等技術(shù)發(fā)展以及現(xiàn)在的課題和今后的發(fā)展方向等。2014年發(fā)布了氫能/燃料電池戰(zhàn)略發(fā)展路線(xiàn)圖,明確了氫能應(yīng)用戰(zhàn)略步驟及目標(biāo)。
國(guó)內(nèi)氫能源電池汽車(chē)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
經(jīng)過(guò)863計(jì)劃,我國(guó)初步掌握了燃料電池關(guān)鍵材料、部件及電堆的關(guān)鍵技術(shù),基本建立了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的車(chē)用燃料電池技術(shù)平臺(tái),燃料電池在國(guó)內(nèi)外開(kāi)展了多次示范運(yùn)行。2015你那,燃料電池系統(tǒng)技術(shù)現(xiàn)狀:-20℃啟動(dòng)及-40℃存儲(chǔ)、壽命3000h;功率密度2kW/L、比功率1kW/kg;能量效率60%;鉑擔(dān)量0.6g/kW。燃料電池汽車(chē):百公里氫能耗≤8.5kg(客車(chē)),≤1.1kg(轎車(chē));開(kāi)展了北京、上新加坡等不同環(huán)境的考核運(yùn)行;具備百輛級(jí)動(dòng)力系統(tǒng)與整車(chē)生產(chǎn)能力。
HFCV產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)與制約因素:功率密度是車(chē)用燃料電池的動(dòng)力輸出指標(biāo),它對(duì)燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)的小型化、輕量化以及成本的影響最大。壽命是燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)車(chē)用的基本指標(biāo)。優(yōu)化電堆及系統(tǒng)結(jié)構(gòu),強(qiáng)化電池的管理,也是提高電堆耐久性的有效措施。成本是車(chē)用燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的導(dǎo)向性指標(biāo)。
制約我國(guó)氫能燃料電池汽車(chē)的關(guān)鍵指標(biāo):1、燃料電池的耐久性問(wèn)題,國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)氫燃料電池的穩(wěn)定壽命還在3000小時(shí)左右,而國(guó)際先進(jìn)技術(shù)已經(jīng)可以達(dá)到5000小時(shí)以上。2、關(guān)鍵材料和核心零部件薄弱:燃料電池用電催化劑、質(zhì)子交換膜、炭紙等關(guān)鍵材料的開(kāi)發(fā)多停留于實(shí)驗(yàn)室和樣品階段,空氣壓縮機(jī)和氫氣回流泵等關(guān)鍵部件沒(méi)有產(chǎn)品供應(yīng)。3、氫氣儲(chǔ)存問(wèn)題,儲(chǔ)氫材料的儲(chǔ)氫容量重量比至少要達(dá)到5%-7%才有實(shí)用價(jià)值,35MPa的碳纖維纏繞金屬內(nèi)膽氣瓶(Ⅲ)的儲(chǔ)氫密度為3.9%,需要開(kāi)發(fā)碳纖維纏繞塑料內(nèi)膽氣瓶Ⅳ(5.5%)。
氫能燃料電池汽車(chē)總體技術(shù)路線(xiàn)圖
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