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全球氢能与燃料电池发展应用的现状与趋势
2018-03-22 知识自动化 次 我有话说
燃料电池具有燃料能量转化率高、噪音低以及零排放等优点,从上个世纪末以来便一直受到各国政府和企业的关注,其研发、示范和商业化应用的资金投入就不断增加。美国、欧洲、日本和韩国等都相继出台支持燃料电池汽车与氢基础设施发展的政策,如美国各州主要以财政补贴方式支持燃料电池汽车购买和租赁;欧洲特别是英国和德国投入巨资支持燃料电池汽车及其基础设施建设;日本制定了燃料电池汽车和加氢站发展路线图:要求到2020年,燃料电池汽车达到4万辆,加氢站达到160座;到2025年,燃料电池汽车20万辆,加氢站320座;到2030年,燃料电池汽车80万辆,加氢站900座。韩国政府宣布,到2020年,要出口14000辆轻型燃料电池汽车、10000辆燃料电池公共汽车和出租车。政府计划提高对燃料电池汽车的补贴和税收优惠,并打算到2020年投入运营100座加氢站。
 
        在美国,燃料电池应用研发与创新,包括燃料电池核心零部件性能和耐久性提升等,一直受到政府鼓励。政府也不断推动氢能与燃料电池技术在交通运输及其他若干领域的发展。燃料电池在航天和军事上的优势已逐步显现,美国国防部和美国航空航天局也开始投资新型燃料电池技术。此外,国家实验室也在着手进行可再生能源制氢研究和氢能安全性分析评估及其相关培训等活动。
 
        国际汽车巨头企业也纷纷推出面向市场的燃料电池汽车。现代途胜ix35燃料电池汽车和丰田Mirai 在2015年已经投放市场。2016年,本田的燃料电池汽车车型增加到3种。丰田汽车和现代汽车在积极研发下一代燃料电池汽车。现代汽车将于2018年3月推出的最新NEXO燃料电池汽车已经在2018年平昌冬奥会上示范。丰田汽车则选择2020年推出新一代燃料电池汽车。其他全球汽车制造商包括奥迪、宝马、戴姆勒、通用、起亚也都开发出燃料电池汽车概念车。
 
        2016年是燃料电池发展和应用具有重大意义的一年。2016年燃料电池产业化应用突破多个百万大关:加拿大巴拉德燃料电池客车运行突破1000万公里、美国普拉格燃料电池叉车实现百万次加氢、韩国现代燃料电池轿车运行里程超过150万公里。从燃料电池应用领域角度分析,燃料电池在交通领域的增长速度最快,2016年比2015年增长了几乎3倍。这些数字标志着燃料电池越来越接近市场化应用阶段。
 
        由于燃料电池在商用车和乘用车等交通领域应用已经开始发力,其应用领域更加广泛。美国Bloom Energy公司给苹果、摩根斯丹利和宜家提供燃料电池发电设备。目前燃料电池发电推广力度最大的国家是韩国,他们计划在未来的5年支持兆瓦级的燃料电池发电技术应用。国外已经推出燃料电池火车。阿尔斯通首次展出了Coradia iLint燃料电池火车得到关注,并和德国签署了60列火车的意向书。
 
        可再生能源制氢将得到更多重视。未来的最环保低碳要求使得日本在2020 年东京奥运会和残奥会采用燃料电池汽车,其氢气会通过风能和太阳能可再生能源电解水制取。很多国家都有富裕的可再生能源,通过电解水制取的氢气可以现场使用、也可以存储或者加入天然气管道里运输(电到气)。美国、英国、德国、日本、澳大利亚、加拿大、苏格兰、泰国等都在开展天然气管道运输的项目。瑞典的生物质制氢也正在研究中。
 
        与此同时,基础设施建设将呈现网状布局:2016年,全球投入运营的加氢站有40多座,其中16座新加氢站位于加州。联邦高速公路管理局启用替代燃料与充电网的模式。该网横跨35个州,有55条加氢充电高速公路,44条首批指定的加氢高速公路位于10个州。全球还公布了160座新加氢站的建设计划。英国、比利时、法国、丹麦、德国、日本、韩国、挪威、瑞典、瑞士、拉脱维亚已经或正在建设更多的加氢站。
 
        国际上燃料电池行业的资源整合大多采用共建研究联盟和国际合作等方式,例如美国国家实验室根据需求成立不同的研究创新联盟,美国政府和国内外企业就燃料电池系统、应用示范、氢基础设施和氢安全测试等建立双边、多边的国际合作机构和机制。另外,美国政府也积极扶持中小企业发展,制定了多个小企业创新研究计划、小企业技术转让计划、小企业凭证试点计划。
 
        对我国氢能与燃料电池发展应用的借鉴
 
        全球燃料电池在汽车领域的应用已经进入产业化、市场化加速发展的新阶段。截止到2017年底,全球累计销售燃料电池汽车超过6000辆。韩国现代汽车下个月即将发布的全新燃料电池汽车NEXO在产品性能、自动驾驶技术、可靠性等多个方面进行了全面提升,并且提供与内燃机汽车同样的质保。现代汽车也已经在韩国形成了燃料电池汽车的完整产业链。日本丰田的Miria燃料电池汽车产业链供应商全部是本地化企业。与此同时,全球氢能供应基础设施建设步伐逐步加快,已经建设运营270座以上的加氢站。预计截止到2020年,全球燃料电池汽车市场推广规模将达到10万辆,加氢站将超过1000座。2017年11月13日暨联合国波恩气候变化会议(COP23)举办之际,国际氢理事会18位企业领导人齐聚德国波恩并发布了题为“氢能源市场未来愿景报告”,发布了氢能源普及和能源结构转型方面的发展蓝图,在2050年之前,氢能源将占整个能源消耗量的大约20%,全年的CO2排放量能够较现在减少约60亿吨。
 
        我国早在“九五”计划时就开展支持燃料电池及其应用研发。目前,燃料电池及燃料电池汽车技术水平已经有了很大进步,但与世界最先进的燃料电池技术相比,我国在其核心技术水平方面,如燃料电池可靠性、耐久性、功率密度、整车冷启动温度等,仍存在较大差距。在我国,燃料电池产业培育还刚刚起步,产业链相对薄弱,产能不足,部分关键部件缺失。燃料电池使用催化剂、质子交换膜、炭纸等关键材料的开发多处于实验室和样品阶段;燃料电池电堆及系统产能仍不够;高转速高性能的空气压缩机、氢气循环泵、70MPa碳纤维缠绕塑料内胆气瓶(Ⅳ型)等核心部件还没有成熟技术及产品供应。
 
        从燃料电池在汽车领域的广泛应用看,我国尚未形成像丰田、现代和本田等那样的燃料电池汽车龙头企业和完整的产业链。目前我国只有上汽、东风、宇通、福田等企业开发出燃料电池汽车,一汽、长安、奇瑞等公司正在开发燃料电池原型车。 
 
        我国连续多年是世界第一的氢产量大国,也是全世界可再生能源产能最大的国家,因此不仅具有丰富的副产氢气资源,而且还可从清洁的风力发电、光伏发电、水力发电等可再生能源中制取氢气,获取氢能资源的路径也多种多样。
 
      为促进燃料电池及燃料电池汽车的技术进步和商业化推广,中国汽车工程学会主动发起成立“国际氢能燃料电池协会”,与联合国、德国、法国、韩国、荷兰、美国、日本、加拿大、新加坡、英国、挪威在内的12个国家、国际组织和企业合作,协会的成立有助于推动我国整体燃料电池技术水平,扩大国际影响力、增大国际话语权。
 
        坚持政府引导。加强顶层设计,积极发挥国家规划引导和政策激励作用,鼓励地方政府和企业结合自身优势,科学制定政策和规划,逐步形成燃料电池、燃料电池汽车、氢供给体系的龙头企业,并推动建设形成适度超前于燃料电池汽车发展的氢能基础设施体系和网络。
 
        坚持市场主导。充分发挥市场对产业发展的驱动和资源配置的主体作用,努力营造统一、竞争、有序的市场环境,促进燃料电池相关产业健康发展,另外,发挥行业学会、协会和产业联盟的领域优势,建立跨行业组织协调机制,加强市场协同作用,促进燃料电池关键基础技术的转化应用,逐步推动燃料电池技术及产品在热电联供、轨道交通、航空航天、深海航潜等领域的应用和联动发展。