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风口之上 | 氢能源汽车是否有未来?

风口之上 | 氢能源汽车是否有未来?

作者: 观经 | 来源:发表于2020-03-20 17:06 被阅读0次

    文 | 观经者(文章首发于公众号“观经”,更多精彩内容欢迎关注“观经”)

    当前,各国都在争相发展氢能源汽车。其中,日本立志要成为全球第一个实现氢能社会的国家,将在2020东京奥运会推广使用丰田的第二代氢能源汽车,包括500辆贵宾用车、比赛场地与选手村之间的运送大巴以及选手村内的自动驾驶汽车。

    我国作为世界上最大的制氢国,也十分重视氢能源汽车发展。2019年全国两会上,氢能第一次被补充写入政府工作报告,并发文件要求发展氢能与燃料电池。

    同时,我国“十三五”国家战略性新兴产业发展规划提出,到2020年,实现燃料电池汽车的批量生产和规模化示范作用。

    而且,我国目前已经有21个省市发布燃料电池汽车产业发展规划、氢能产业发展指导意见、氢能产业发展行动计划或推进氢能和示范应用实施方案等文件。

    氢能源汽车似乎有望成为下一个风口。

    但是,2019年5月到6月,短短两个月时间,先后在韩国、挪威、美国发生了三起储氢罐或加氢站爆炸的事件,让社会公众对氢能源汽车产生了极大的抵触心理和不满情绪。

    而且氢气在不同形式受限空间中,如隧道、地下停车场的泄漏扩散规律仍有待研究。

    氢能源汽车热度一直在上升,那么氢能源汽车现在拥有一个怎样的发展契机?我国氢能源汽车走向成熟目前面临哪些瓶颈?氢能源汽车是否有未来?

    本文思路

    01战略需要:节能低碳 AND 能源布局

    02发展瓶颈:人才短缺 AND 成本高企

    03未来可期:政策支持 AND 合力攻坚

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    01战略需要:节能低碳 AND 能源布局

    氢能源自身拥有很多优点。这里列举几点:

    氢能源是清洁能源,无论是氢燃烧还是燃料电池的电化学反应,产物都只有水,能够真正实现低碳甚至是零碳排放,有利于缓解城市温室效应和环境污染。

    氢能源来源十分广泛,可以通过电解水制取,可以是来自焦化、钢铁、冶金等工业副产气,也可以通过生物质热裂解或微生物发酵等途径制取。

    而且,我国目前是世界上最大的制氢国,现有工业制氢产能为2500万吨/年,可为氢能及燃料电池产业化发展初期阶段提供低成本的氢源。

    同时,我国是全球第一大可再生能源发电国,每年仅风电、光伏、水电等可再生能源弃电约1000亿千瓦时,可用于电解水制氢约200万吨,未来随着可再生能源规模的不断壮大,可再生能源制氢有望成为我国氢能源供给的主要来源。

    一句话总结就是,我国现如今的氢能源供给是充分的并且能满足氢能源汽车前期的发展需求。

    氢能源还具有灵活高效的特点。氢的热值为142.5MJ/kg,是同质量的焦炭、汽油等化石燃料热值的3-4倍,而且通过燃料电池可实现综合转化效率90%以上。

    氢能源还具有应用广泛、开放空间里安全可控、氢气工业使用历史悠久等优势,这些都是支撑氢能源汽车发展的基础。

    从国家战略层面上看,氢能源符合我国落实碳减排国际责任的战略方向。

    节能低碳

    前面已有提到,氢能源相比化石能源,是十分高效且环保的,而我国长期以来能源就相对短缺,能源消费量高于生产量,导致进口依赖度高,同时化石能源在能源生产与消费中所占比例过高,导致环境污染问题严重,氢能源可以在一定程度上缓解以上现存问题。

    目前,我国是世界上最大的碳排放国,在国际上承受着巨大的碳减排压力。

    压力有多大?下面看一组数据:

    2018年,我国二氧化碳排放量增长2.3亿吨,增量占全球能源相关的二氧化碳排放增长量的41%;排放总量达到92亿吨,占全球二氧化碳排放总量的27.8%。

    而我国作为负责任的世界大国,走节能低碳发展的道路既是我国的责任所在,也是使命所向,氢能源凭借自身低碳清洁的优点有望成为我国实现碳减排大战略的有力抓手。

    能源布局

    从全世界范围来看,目前大约有50个国家对氢燃料电池有战略布局。由于燃料电池和氢能发展横跨能源和交通两大领域,我国要想在世界经济第一梯队发展,一定需要把燃料电池和氢能这样具有战略性发展方向的产业作为重要目标。

    当前,世界各国都在争相发展氢能源。其中属日本最为用力。

    日本过去30年累计投入数千亿日元用于氢能及燃料电池技术的研发推广,在氢能和燃料电池技术拥有专利数世界第一。同时,截止2018年底,日本在营加氢站113座,运营着世界第一大加氢网络,计划2020年建成160座。氢能源乘用车保有量达到2839辆,计划保有量2025年20万辆,2040年实现氢能源汽车的普及。

    欧洲也在力争向氢能社会转型,其中德国是欧洲发展氢能最具代表性的国家。

    德国可再生能源制氢规模全球第一,燃料电池的供应和制造规模全球第三。同时德国运营着世界第二大加氢网络,共有加氢站60座,仅次于日本。并且全球首列氢燃料电池列车已在德国投入商业运营,续航里程接近1000公里,计划2021年增加氢燃料电池列车14列。

    作为超级大国,美国是全球最先将氢能源纳入能源战略的,近十年对氢能和燃料电池的支持规模超过16亿美元,且液氢产能和燃料电池乘用车保有量全球第一。

    在各国都在大力发展氢能源的同时,我国至今尚未将氢能源纳入主流能源体系,但是我国氢能与燃料电池技术已基本具备产业化基础,同时也有出台相关政策推动行业发展。

    2018年,中国氢能源及燃料电池产业战略创新联盟正式成立,成员单位涵盖氢能制取、储运、加氢基础设施建设、燃料电池研发及整车制造等产业链各环节头部企业,标志着中国氢能大规模商业化应用已经开启。

    《国家创新驱动发展战略纲要》明确提及要大力发展氢能源汽车,到2030年,我国要实现氢能源汽车保有量200万辆的目标,产业产值有望突破万亿元。

    而且,氢能源未来的应用领域广泛,随着碳减排压力的增大与氢气规模化应用成本的降低,氢能源有望在建筑、工业能源领域取得突破性进展,氢能源有望被纳入国家能源战略体系,与水电、风电、光伏发电互相补充。

    02发展瓶颈:人才短缺 AND 成本高企

    其实关于大力发展氢能源汽车有着很多反对的声音,特别是现如今我国纯电动汽车发展蒸蒸日上,而且在纯电动汽车区域的专利数量我国领先其他国家,数量占绝对优势。

    相比之下,氢燃料技术我国没有优势,在氢能源与燃料电池产业的发明专利数量只占全球的8.92%,远远不如日本的56.32%。在氢燃料电池制造方面,如燃料电池堆、车载供氢系统的技术同国际先进水平有着较大差距,关键零部件仍主要依赖进口。

    若不能掌握关键核心技术,随时可能会被人反制,只有自主创新才能让自己变得强大。

    而这一切归根结底,还是因为这个领域当前人才十分短缺,缺乏具有理论和实践经验的复合型人才。

    人才短缺

    氢能源汽车行业的人才短缺现象是急需解决的关键问题之一。

    其实,在2017年之前很少有企业对氢燃料行业感兴趣,直到近几年国家出台相关扶持政策后,才开始有大批企业参与进来。

    而氢能源汽车的核心就在于氢能及燃料电池技术,整个行业的发展亟需这一技术的突破,但由于处于发展初期,很少有企业投入资金培养人才,导致技术人才相当缺乏。

    而且燃料电池是一门跨专业的技术,需要不同专业的配合,因此想要培养精通燃料电池的人才是很难的,目前高校和科研机构培养的都是专业型理论型的人才,转为技术开发人才需要一个较长的过程。

    当前整个行业有点急功近利,人才流动很大,从而造成技术研发滞后,而且氢能产业链是很长的,包括制氢、储运、加氢等环节,要实现全产业链的自主研发亟需国家在技术创新、产业配套、法律规范等方面进行顶层规划,引导整个产业的良性发展。

    因为如果没有国家层面的引领,让行业自行发展,一定会经历爆发似的增长期,虽然市场机制会让整个行业形成优胜劣汰,但过程中会造成资源、人才的浪费。

    成本高企

    我国氢能源汽车还有一个发展瓶颈就是成本高企,主要体现在以下几个方面:

    ① 关键材料尚且无法实现国产化,催化剂、质子交换膜等大多采用进口材料,国内尚未实现规模化生产,导致材料成本过高。

    ② 制造技术落后,双极板等制造质量不稳定,运维成本较高。

    ③ 制氢方法处于过渡阶段,现阶段,国内主要采用成本较低、氢气产物纯度较高的氯碱工业副产氢方法,但是由于制氢流程无法实现完全环保,导致原料成本较高。

    ④ 氢能源汽车的普及离不开加氢站等基础设施的规模化建设,目前日加氢量500kg的35MPa加氢站的建设成本在1200万,其中设备成本约占80%,且加氢站的核心设备都是纯进口设备,设备的运营与维护、人工费用等都使得加注氢气的成本较高。

    可见,加氢站的投资远高于普通汽车的加油站,回收成本时间较长,投资成本和时间成本在一定程度上抑制了氢能源汽车的发展。

    03未来可期:政策支持 AND 合力攻坚

    人才缺乏、成本高企是当前发展氢能源汽车的主要瓶颈,而且国内还尚未有国家级的加氢站和氢能补贴政策。

    不过,在2019年全国两会上,氢能第一次被补充写入政府工作报告,并发文件要求发展氢能与燃料电池。

    “十三五”国家战略性新兴产业发展规划提出,到2020年,实现燃料电池汽车的批量生产和规模化示范作用。

    政策支持

    在氢能及燃料电池研发方面,我国一直高度关注氢能及燃料电池产业发展。

    2011年以来,政府相继发布《“十三五”战略性新兴产业发展规划》《能源技术革命创新行动计划(2016-2030年)》《节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020年)》《中国制造2025》等顶层规划,鼓励并引导氢能及燃料电池技术研发。此外,全国各地区也纷纷出台相关政策鼓励氢能及燃料电池的发展。

    在燃料电池汽车补贴方面,我国对新能源汽车的发展提出“三横三纵”,其中“三纵”指混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车三条路线并行发展。

    目前混合动力、纯电动两条路线发展较为成熟,氢能源有望在政策的持续扶持下,吸引更多资本、技术、人才,推动产业快速发展。2016-2019年,我国氢能源汽车产量从629台提升至2737台,复合增长率达到63%,政策扶持初见成效。

    在加氢站建设方面,近年来,上海、江苏、广东、山东等省市发布氢能发展规划,着力加强对加氢站配套设备和建设运营按建设规模进行补贴。

    政策支持将有力推动加氢站建设,进一步明确加氢站审批流程,推动装备自主化,与氢能源汽车协同发展。

    合力攻坚

    在氢能源产业早期的发展中,以民营企业自发行为居多,所以早期的资金、技术、人才积累十分有限。

    直到近几年,不断有大的中央企业加入到这个产业中来,以与地方政府合作、发展城市氢能源产业为出发点,逐步将氢能源领域发展提上日程。

    进入2019年,广东、山西等10个省份将发展氢能写入政府工作报告,山东、浙江等省份陆续发布本地氢能产业发展规划。

    随着地方国有企业的进驻与发展,更多的会议和组织开始关注重视氢能源,逐渐形成合力,可以共同克服面临的种种困难。

    笔者认为,我国氢能源发展已经进入关键期,前期基础的产业化配套能力已经具备,现在需要的是加强氢能在各个领域的规模化应用,从而拉伸产业链配套能力,提高整个产业的成熟度,氢能源汽车产业便是需要如此。

    我国氢能源汽车的高速发展,需要整个产业链每个环节实现自主创新进步和规模化生产与建设,需要确保氢能源汽车和加氢站是足够安全可靠的。

    唯有如此,氢能源汽车才未来可期。

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