早在2006 年,我國就將氫能與燃料電池寫入了《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020 年)》,此后的《“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》、《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動計劃(2016-2030 年)》等國家級規(guī)劃都明確了氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略性地位。
近幾年來,中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)持續(xù)快速發(fā)展,先有中央七部委密集開展氫能產(chǎn)業(yè)調(diào)研和規(guī)劃,工信部啟動面向2035 年的新能源汽車規(guī)劃,隨后10 省市將發(fā)展氫能寫入政府工作報告,千億資本競相涌入。
作為“21 世紀(jì)理想的發(fā)電技術(shù)”,燃料電池在能源、交通等領(lǐng)域早已凸顯出廣闊的應(yīng)用前景。2019 年我國政府工作報告指出要“推動充電、加氫等設(shè)施建設(shè)”,政策的支持提振了行業(yè)發(fā)展信心,各地對氫燃料電池的規(guī)劃布局全面提速, 這一方面使得全球相關(guān)人才、資本和技術(shù)不斷涌入中國,有利于推動氫能和燃料電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
但是,另一方面,城市間的同質(zhì)化競爭日趨加劇,或?qū)?dǎo)致該產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)低端重復(fù)性建設(shè)問題。對此,中國工程院院士、燃料電池技術(shù)專家衣寶廉就國內(nèi)氫能與氫燃料電池車產(chǎn)業(yè)發(fā)展接受記者采訪時,提出了一系列有針對性的看法和建議。
氫燃料汽車起大早趕晚集?
尚處大規(guī)模商業(yè)化導(dǎo)入期
資料顯示,中國燃料電池研究始于上個世紀(jì)五十年代,一些大專院校、科研院所先后分散地進(jìn)行了燃料電池的探索及基礎(chǔ)研究工作,積累了一些與燃料電池相關(guān)的基礎(chǔ)知識及制造技術(shù)。之后為了配合國家航天技術(shù)發(fā)展計劃,研制航天用堿性氫氧燃料電池,中國在上個世紀(jì)七十年代掀起了燃料電池的產(chǎn)品研制高潮,并取得了一系列成果。
20 世紀(jì)70 年代末,燃料電池研發(fā)工作因國家總體計劃的變更而中止,一些由地方政府投資與應(yīng)用部門合作的堿性燃料電池項(xiàng)目產(chǎn)品因種種原因未能投入實(shí)際應(yīng)用,只有少數(shù)單位堅持“坐冷板凳”,把研究持續(xù)了下來——這其中就包括中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所(簡稱大連化物所)。
上個世紀(jì)六十年代末,大連化物所接到為我國“曙光一號”主宇宙飛船研究主能源氫氧燃料電池的任務(wù),畢業(yè)后就留在大連化物所工作的衣寶廉承擔(dān)了航天飛船主電源燃料電池的研究工作,是當(dāng)時最年輕的課題組負(fù)責(zé)人。
在朱葆琳先生、袁權(quán)院士的引領(lǐng)下,衣寶廉課題組經(jīng)過艱難攻關(guān),“從無到有”制造出我國第一臺自主設(shè)計的堿性燃料電池,獲得了國防科工委頒發(fā)的科技進(jìn)步獎。
事實(shí)上,我國研究氫燃料電池的起步時間并不晚,但由于此后進(jìn)度較慢,現(xiàn)已與國際領(lǐng)先水平拉開了一定差距。
“所以,有人說我們搞氫燃料電池汽車是起個大早、趕了晚集”,衣寶廉說,“但是我們具備搞航天氫氧燃料電池的基礎(chǔ),燃料電池車早在‘九五’時期就已進(jìn)入準(zhǔn)備階段,在2001 年科技部制定的‘三縱三橫’新能源汽車研發(fā)布局中被列為重點(diǎn),近年來以氫燃料電池車在我國的發(fā)展有目共睹”。
他認(rèn)為,我國現(xiàn)已掌握車用氫燃料電池的核心技術(shù),基本建立了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的燃料電池動力系統(tǒng)平臺。在壽命、可靠性、可使用性方面, 氫燃料電池均基本達(dá)到車輛使用要求,具備大規(guī)模示范的基礎(chǔ)并趨于成熟。
但我國目前投入示范的氫燃料電池車主要是大巴車,離作為乘用車走進(jìn)尋常百姓家還有較長的一段路要走。“相較國際先進(jìn)水平,我國氫燃料汽車尚處于大規(guī)模商業(yè)化的導(dǎo)入階段,實(shí)現(xiàn)盈利還需要5 年左右的時間”,衣寶廉如是說。
成立氫能專項(xiàng)勢在必行
補(bǔ)貼是“餌”不是“糧”
從“推動充電、加氫等設(shè)施建設(shè)”等內(nèi)容寫入《政府工作報告》可以看出,國家對氫能產(chǎn)業(yè)的重視已上升到一個新高度。
對于新興產(chǎn)業(yè)而言,國家政策的支持無疑起著至關(guān)重要的作用。不過,相比日韓等國,我國目前暫未形成發(fā)展氫能的國家戰(zhàn)略。
衣寶廉認(rèn)為,整個氫能系統(tǒng)的發(fā)展需要提升到國家戰(zhàn)略規(guī)劃的層面,不僅應(yīng)針對燃料電池汽車,還應(yīng)對冶金、燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電和取暖等領(lǐng)域, 制定符合氫能應(yīng)用全場景的合理能源規(guī)劃。
“我建議國家應(yīng)當(dāng)成立氫能重大專項(xiàng),而不是像現(xiàn)在這樣,將氫能包含在電動汽車重大專項(xiàng)中”,衣寶廉說,“我們可以開展各種實(shí)驗(yàn),如嘗試用氫氣去煉鐵、煉鋼,大幅提高氫能的使用范圍和使用量,讓大家對氫能有更深入的認(rèn)識。國家可以成立一個氫能專項(xiàng),把氫能的各種用途、氫能的制備運(yùn)輸、氫能的實(shí)際應(yīng)用等都放進(jìn)去, 要讓全國研究能源的人都能意識到氫能的重要性,以此推動我國氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展”。
在談到國家相關(guān)補(bǔ)貼扶持政策時,衣寶廉則強(qiáng)調(diào)“要提高門檻,不能搞大水漫灌”。對于大部分燃料電池廠商而言,產(chǎn)業(yè)扶持政策是一把雙刃劍,既可以成為提振信心的強(qiáng)心劑,也有可能使廠商陷入過度依賴。
而對過于倚重政策、行業(yè)里存在著“蹭熱點(diǎn)、圈資源”等現(xiàn)象,折射出氫燃料電池乃至整個中國能源行業(yè)在創(chuàng)新進(jìn)程中的一個特質(zhì)——政策“拔苗助長”,而市場則易出現(xiàn)投機(jī)。
與推廣鋰電池的初期一樣,國家對氫能和燃料電池行業(yè)發(fā)展也制定了相應(yīng)的補(bǔ)貼扶持政策。衣寶廉指出,補(bǔ)貼是用來引導(dǎo)技術(shù)革新的“杠桿”, 是“餌”而不是“糧”。“不能裝一臺車就給一份補(bǔ)貼,要提高補(bǔ)貼門檻,補(bǔ)貼不但要與性能、續(xù)航里程、氫消耗量等指標(biāo)相關(guān),還應(yīng)與燃料電池車的發(fā)動機(jī)水平掛鉤。”他強(qiáng)調(diào),“一定要避免重蹈鋰電池車補(bǔ)貼的覆轍,接受國家補(bǔ)貼的企業(yè)必須分階段、按計劃在技術(shù)上不斷革新”。
此外,針對國內(nèi)機(jī)構(gòu)在關(guān)鍵材料方面“自己檢測自己”的現(xiàn)狀,衣寶廉還建議應(yīng)成立獨(dú)立、中立的第三方檢測機(jī)構(gòu)。
補(bǔ)短板者得天下用
“三棄”有望補(bǔ)齊短板
眾所周知,燃料電池汽車的優(yōu)點(diǎn)是儲能量高, 續(xù)航里程長,氫燃料電池動力系統(tǒng)更適合長途大型高速重載車輛(重型卡車、物流車、公交車等), 與柴油車性能類似;鋰離子電池動力系統(tǒng)更適合在小型汽車在市內(nèi)短途駕駛,主要替代汽油機(jī)。二者在市場領(lǐng)域存在一定程度上的競爭,在能源領(lǐng)域可實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)。
“鋰離子純電動汽車的致命問題在于其安全性,按照目前高達(dá)萬分之一到十萬分之一的起火爆炸幾率,它的發(fā)展前景不容樂觀。在不能保證安全性的情況下,追求續(xù)航里程意味著裝的電池越多,其危險性也就越大。”衣寶廉進(jìn)一步指出, “鋰電池車只有解決其安全性短板,才能在短程運(yùn)輸領(lǐng)域與燃料電池汽車競爭。不解決安全性, 未來即便不輸給燃料電池車,也會輸給其他技術(shù)路線”。
與此同時,由于技術(shù)門檻高、貴金屬鉑的用量導(dǎo)致燃料電池成本居高不下等原因,燃料電池車的短板還表現(xiàn)為價格太高。
目前,從整車造價來看,一輛燃料電池車的價格是鋰離子電池車的1.5 倍到2 倍,是燃油車的3~4 倍。“相較鋰電池車的安全性問題,氫能是非常安全的。但用氫能制備燃料電池的成本非常高。如果燃料電池車成本降不下來,將來也很難有市場”,衣寶廉總結(jié)道,“這兩個技術(shù)路線都有短板,誰能率先解決短板,誰就有可能通吃市場”。
發(fā)展氫燃料電池汽車,首先要解決氫的來源。當(dāng)談到如何降低燃料電池車的制造成本時,衣寶廉認(rèn)為,可以追溯到整個產(chǎn)業(yè)鏈的起始環(huán)節(jié)——“制氫”,而談制氫則要先談氫氣成本。
“目前國內(nèi)制氫成本和運(yùn)輸加注成本幾乎是1:1,煤制氫成本約2 元/ 立方米,到了加氫站就變成了4 元,按照11 立方米約合一公斤計算, 氫氣成本約44 元/ 公斤,這樣算下來,燃料電池車的燃料成本跟燃油車差不多”, 他介紹道,“目前鋰電池車100 公里平均用電約15 度,按0.5 元/ 度的電價計算,百公里只需要7.5 元。照這個成本算,燃料電池車的運(yùn)營成本會很高,跟燃油車、鋰電池汽車相比都沒有競爭優(yōu)勢”。
基于上述現(xiàn)狀,衣寶廉建議,制氫應(yīng)該首選棄風(fēng)、棄光和棄水電量,“‘三棄’電價僅為0.1~0.2 元/ 度,不僅能降低成本,也更符合環(huán)保要求。”
他還進(jìn)一步指出,我國氯堿廠、重化工企業(yè)的副產(chǎn)氫產(chǎn)量非常大,但尚未得到充分利用,建議地方政府發(fā)展氫能源汽車產(chǎn)業(yè)時首先考慮氫源問題,是否符合低成本制氫、運(yùn)氫的條件。
據(jù)統(tǒng)計,2018 年我國氫產(chǎn)量約2200 萬噸, 是世界第一產(chǎn)氫大國,我國具有發(fā)展氫燃料汽車的先天優(yōu)勢。作為全球用氫大戶,包括煤制氫、電解水制氫在內(nèi),我國每年僅副產(chǎn)氫量就高達(dá)1000 多萬噸,加上棄光、棄水電量年可制氫約300 萬噸。衣寶廉認(rèn)為:“這1300 萬噸氫足可供燃料電車汽車使用,這也是歐美、日本等國不具備的優(yōu)勢。”
氫燃料電池發(fā)展任重道遠(yuǎn)
全產(chǎn)業(yè)鏈需共同協(xié)作配合
衣寶廉還指出,想實(shí)現(xiàn)氫燃料汽車的大規(guī)模發(fā)展,作為核心部件的燃料電池還需跨過三關(guān):一是壽命關(guān),要讓燃料電池運(yùn)行得更久、更穩(wěn)定, 而這需要加速新材料研發(fā),用抵抗車用苛刻工況得新材料技術(shù)減小材料本身的機(jī)械性損傷,從而延長電池壽命;二是成本關(guān),車輛在扣除政府補(bǔ)貼后,應(yīng)與燃油車、鋰電池車的成本持平。要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn),必須想辦法尋找燃料電池核心部件催化劑——鉑的替代品,或者通過技術(shù)手段降低其用量;三是技術(shù)關(guān),既要在技術(shù)研發(fā)層面突破核心部件和關(guān)鍵材料的國產(chǎn)化,也要建立關(guān)鍵零部件如電堆、催化劑、膜電極、雙極板、密封材料等的批量生產(chǎn)線。我國目前還未形成規(guī)?;?、批量生產(chǎn)的完整產(chǎn)業(yè)鏈,技術(shù)上不去導(dǎo)致成本下不來。
此外,衣寶廉建議效仿鋰離子汽車的“十城千輛”示范計劃進(jìn)行燃料電池車的示范推廣,他還特別強(qiáng)調(diào):“既沒有廉價氫源、又缺乏燃料電池制造產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)的城市不適用選做示范城。建議國家擇優(yōu)選擇一些具有先天優(yōu)勢的城市進(jìn)行試點(diǎn),進(jìn)而帶動整個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。”
事實(shí)上,多位業(yè)內(nèi)專家指出,由于冬天車內(nèi)供暖耗能較高,純電動車?yán)m(xù)航里程會顯著縮短。而燃料電池本身的余熱就能保證供暖,因此,氫燃料電池汽車在北方地區(qū)更有優(yōu)勢。而想實(shí)現(xiàn)氫燃料電池汽車的低成本、高安全運(yùn)行,則需要整個產(chǎn)業(yè)鏈共同協(xié)作配合。
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