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国际氢能燃料电池技术及汽车发展论坛总结报告

时间:2011-07-14 17:10:16来源:中国氢能源网
 
2010年9月21-22日,由中华人民共和国科学技术部、氢经济与燃料电池国际合作伙伴(IPHE)联合主办的“国际氢能燃料电池技术及汽车发展论坛”在上海成功举行。此次论坛由国家燃料电池汽车动力工程研究工作中心/同济大学和美国能源部阿贡国家实验室承办,上海市科学技术委员会和上海市新能源汽车推进办公室予以支持。中华人民共和国科学技术部高新技术发展及产业化司副司长张志宏,本届IPHE主席、德国联邦交通、建筑和城市发展部副主任Nilgun Parker女士,上海市科委副主任陆晓春等分别出席论坛开幕式并致辞。

 

                                                                 图1 论坛开幕式
本次论坛不仅汇聚了来自中、美、欧、日等国家和地区的政府部门和科研机构的代表,还吸引了来自日本本田公司、美国通用集团、上汽集团等汽车企业的代表和来自壳牌、林德、法液空、空气化工等能源和气体业界的代表,以及来自人民日报、解放日报、新民晚报、新华网等媒体的记者。美国能源部氢能办公室主任Dr. Sunita Satyapal带队五位能源部及所属国家实验室的代表前来参加交流。80多名各国代表共聚一堂,分别从政府、学术界、企业界等不同角度,对目前氢能燃料电池及汽车技术的研发、示范和商业化进展,以及氢能基础设施发展等情况进行了演讲和讨论。一天半的论坛中共计安排了5个主题的23个演讲和两次专家讨论,议程紧凑,内容丰富。论坛结束后,会议代表还参观了上海世博会燃料电池汽车示范基地及加氢站,并试乘了正在上海世博会上示范运行的燃料电池公交车、轿车和观光车。
从本次论坛透出的信息显示,即便在遭遇金融危机的情况下,各国持续开展氢能与燃料电池技术研发、示范和商业化部署的脚步也没有放缓,全球对燃料电池汽车普遍持积极、乐观态度,都在加快促进其早日向市场渗透。本次论坛不仅给关心氢能与燃料电池技术的各国政府和企业界的人士提供了一次绝佳的交流经验和相互学习的机会,也再一次向公众传递了全球在推动氢能与燃料电池技术发展与商业化应用上的信心,并必将进一步推动燃料电池汽车商业化的进程。

 

图2 论坛代表合影
本报告从政府政策、业界观点及示范进展三个方面对本次论坛略做总结。
一、各国政府对氢能与燃料电池技术均予以高度重视,持续投入促进相关技术研发与示范。
美国能源部的Dr. Sunita Satyapal Mr. Fred Joseck分别介绍了美国对氢能和燃料电池技术研发项目的支持政策,在燃料电池领域的研发进展,以及在氢气制取和输配领域的研发进展。针对燃料电池商业化所面临的技术障碍(包括燃料电池的成本和耐久性、氢的成本、储氢容量)和经济与体制障碍(包括标准法规、国内生产和供应基础、公众认知接受度、氢气生产和输配的基础设施等),美国已出台众多政策和计划来支持燃料电池研发和部署,如2010年美国能源部从美国复苏和再投资行动(ARRA)中拨款4千万美金资助12个燃料电池项目,计划布署1000套燃料电池;开展了大量示范活动来验证技术成熟性,如在最近组织的燃料电池汽车及基础设施的验证行动中,共计152辆燃料电池汽车和24个加氢站参与,汽车行驶总里程达到280万英里,行驶总时间超过114,000小时,电池效率达53-59%,超过134吨氢气被生产和加注;此外,能源部也在大力促进标准、法规的设立,开展针对立法人员和公众的教育宣传。在能源部的大力支持下,众多研究机构和企业在燃料电池相关技术领域和氢气制备和运输的相关技术领域都取得了显著的进展,如2010年测算的燃料电池量产成本(500000unit/year)已降至$51/KW,较2009年下降15%以上,而实验室测试的车用燃料电池MEA的寿命已超7300小时,超出原定的2010年目标5000小时,此外,氢气运输的成本也大幅下降。
我国科技部高新司能源与交通处处长郑方能重点介绍了中国的氢能国家战略和电动汽车发展科技计划。他指出,氢能是中国未来能源发展战略的重要方向,中国的《国家中长期科学和技术发展规划纲要》(2006-2020)提出要重点开发规模化的氢能利用和分布式供能系统,重点研究高效低成本的化石能源和可再生能源制氢技术,经济高效氢储存和输配技术,燃料电池基础关键部件制备和电堆集成技术,燃料电池发电及车用动力系统集成技术,形成氢能和燃料电池技术规范与标准。谈到中国的电动汽车发展科技计划时,郑处长指出虽然汽车能源与动力系统转型已经成为共识,但是必须认识到发展燃料电池汽车面临着成本、寿命、制氢和氢源问题等挑战。要通过设立科技专项支持,行业积极主动建立产学研联盟进行技术攻关,突破电池(包括燃料电池)、动力总成、电控等核心技术的瓶颈制约,降低成本;还应根据城市能源资源、交通特点,做好城市交通电动化所需的基础设施规划和建设;此外,可通过建立电动汽车示范区(如上海崇明岛,嘉定国际汽车城),营造市场,创造新型商业化模式,大力推动电动汽车产业化进程。
欧盟在各成员国政府的支持下正在实施“燃料电池与氢联合行动计划”项目。来自该项目办公室的Enrique Giron 先生介绍了该计划的目标和目前的进展情况。该计划的目标就是促进氢与燃料电池技术的发展,为2015年商业化进行技术储备。该计划的总预算是在2008至2013年至少投入9.4亿欧元,其中欧盟投入4.67亿欧元现金,而产业界2千万欧元现金和至少4.5亿欧元资产,研究机构则投入3百万欧元现金。按应用领域划分,这些资金的32-36%将用于交通和基础设施领域,34-37%用于固定式发电和热电联产领域,10-12%用于制氢与氢气输配,12-14%用于早期市场培育,还有6-8%用于交叉领域。按项目性质划分,31-35%的资金用于支持研发,41-46%的资金用于示范,其它资金用于支持行动和长期研究。在该计划的支持下,目前两个较大的示范项目是“H2moves Scandinavia”和“Clean Hydrogen in European Cities (CHIC) ”。
挪威国家研究委员会的Dr. Stian Nygaard代表IPHE从整体上介绍了IPHE18个成员国和地区(不包括要演讲的国家)的燃料电池项目发展状况。其中德国NIP项目在2007-2016年之间会投入14亿欧元用于开发氢能和燃料电池技术,政府和产业界各出资一半,其中政府出资的2亿用于研发,5亿用于示范;加拿大BC项目已陆续建成7座加氢站,其中包括一座世界上最大的站点,供应量达1000 kg/day,服务于目前世界上最大的燃料电池客车车队,客车数量达到20辆;巴西投入预算2千8百万用于五个领域的氢能与燃料电池技术的研发,从2010年开始将在圣保罗和里约热内卢布署燃料电池客车;冰岛2007-2010年的Smart-H2项目已经先后对27辆燃料电池轿车进行了示范运行,目前尚有22辆仍在服务之中;挪威方面有4座加氢站正在运营之中,另有4座加氢站将在今年和明年建设成功;英国目前有3辆燃料电池客车在伦敦示范运行,并有6座加氢站和燃料电池出租车项目计划于2012年之前完成。IPHE认为,氢能和燃料电池技术在未来能源与交通运输系统领域将会扮演越来越重要的角色,实现氢能和燃料电池技术的商业化布署需要各国利用他们自身的优势并与其他各国分享各自最有实践意义的经验,最大限度的加强国际合作。
日本经济产业省的Haruhisa Koguchi博士介绍了日本目前在燃料电池汽车和氢能领域的研发状况。日本政府的大力支持对日本燃料电池汽车和氢能技术发展起到很大的作用,从2006年至今,几乎每年日本都制定新的项目或政策(Science and Technology Basic Plan、 New National Energy Strategy、 Basic Energy Plan、Cool Earth – Innovative Energy Technology、Next-Generation Automobile Fuel Initiative和Hatoyama Initiative等)对燃料电池汽车和氢能技术进行研发和建设支持,并主要通过METI和NEDO两个部门管理和支持。在此次论坛上,Koguchi博士再次介绍了日本的燃料电池汽车商业化路线图,其目标是到2015年,要使2000辆燃料电池汽车在路上并建设15个加氢站;到2025年达到200万辆燃料电池汽车和1000个加氢站。
二、汽车业界和能源业界均在为燃料电池汽车的商业化厉兵秣马,并取得了显著的进展。
2009年,戴姆勒,福特,通用/欧宝,本田,现代/起亚,雷诺/日产和丰田等7家车企曾联合签署了一封致能源公司和政府机构的公开信,指出2015年起将有显著数量的燃料电池汽车推向市场,因此迫切需要建设氢基础设施,尤其是在欧洲(德国)、美国、日本和韩国等重点市场。此次论坛上,通用和本田公司都再次向各界传递出2015年实现燃料电池汽车商业化的决心和信心。
通用汽车燃料电池商业化亚太区代表George P. Hansen介绍了聚集氢能燃料电池车辆的通用电气化战略-“共存而非简单替代”。战略的基本路线是从混合动力车辆到插电式混合动力车再过渡到纯电动汽车和燃料电池电动车。通用汽车正在以租赁的方式进行迄今为止世界最大规模的燃料电池车队市场测试,有119辆车正在美国、欧洲和亚洲示范运行,已累计行驶2百万公里。通用与上汽集团还共同开发了基于上汽荣威750平台的上海牌燃料电池汽车,作为2010上海世博会贵宾用车,该车应用与Chevrolet Equinox相同的燃料电池驱动系统。通用的下一代燃料电池驱动系统(Gen2)的大小和重量将都只是目前系统(Equinox Fuel Cell)的一半,寿命大于十年,通过设计满足?多车型应用需求,成本大幅降低,计划2015年引入市场。通用燃料电池系统研发项目的目标是将贵金属铂的含量减少到10g/vehicle,并降低膜材料的成本(研发非PFSA基材料)。在车用储氢系统方面,通用则力推700bar的4型瓶储氢系统。
日本本田研发公司代表Takashi Moriya介绍了本田燃料电池电动车辆的进展情况。他表示:本田公司相信燃料电池车辆是解决未来社会能源需求问题的终极选择,本田将长期致力于燃料电池车辆的研发工作。本田推出的FCV Clarity轿车不仅仅是环境友好的,而且还考虑到了驾驶的性能问题。FCV Clarity轿车将会成为“零排放”与“舒适”的代名词。另外,为了真正实现一个可持续的氢能社会和燃料电池电动汽车的普及,在未来必须加强氢能基础设施的建设和社会对氢能认知度的建设问题。
在本次论坛上,上海燃料电池汽车动力系统有限公司章桐总经理和上汽集团的黄晨东也分别介绍了中国燃料电池汽车的研发进展以及我国自主研制的燃料电池汽车分别在2008北京奥运会、美国加州及2010上海世博会上的示范运行情况。黄晨东先生在本次论坛上透露了上汽的燃料电池发展路线, 2010年世博会示范的FCV为第二代,主要解决安全和可靠性问题,通过世博会的示范运行积累了大量真实数据和实践经验,2013年第三代FCV以提高性能为重点,2015年第四代FCV则以降低成本为重点目标。值得一提的是,此次论坛结束后不久,上汽集团正式对外公布了其燃料电池汽车的战略规划目标:到2013年,生产50辆轿车供公司管理人员上下班使用;到2015年,实现燃料电池汽车产业化,在北京、上海、大连等试点城市上市销售,计划生产数量为1000辆,整车成本将降至50万元人民币以内。
看来汽车业界已为2015年燃料电池汽车商业化卯足了劲,那么届时能有足够的基础设施满足需求吗?本次论坛齐聚了全求排名前三位的三大工业气体集团: 林德集团、法国液化空气集团和空气化工产品集团,目前全球约有80%的加氢站都出自这三家,他们给出了自己的观点。
林德集团氢解决方案中国首席代表Fred Zheng介绍了林德集团在氢能基础设施建设领域的先进经验,主要包括加氢站技术、氢气压缩技术、氢气加注技术,并特别介绍了其创新性的离子液体压缩机技术,目前这种新型压缩机已在柏林等地的加氢站投入使用。法国液化空气集团Patrick Sanglan 先生介绍了该集团的氢能研发和示范情况,其研发不仅在加氢站领域,也包括70MPa高压复合材料储氢罐和燃料电池产品的开发,并正在积极探索氢能和燃料电池产品的商业化市场。空气化工产品公司的代表周文利女士介绍了该公司的概况和其氢能系统。空气化工产品公司是全球最大的氢气生产商,强大而众多的专利技术创造了氢燃料领域的诸多第一。它从1993年起就活跃于氢燃料领域,参与建设超过100个加氢站,完成超过65,000 次安全充装。事实上,这三家公司都是工业气体领域的大型国际化集团,在氢气生产、储存、运输和安全使用等方面都有着丰富的技术和经验,从而使他们能够迅速地针对燃料电池汽车所需氢基础设施开发出产品,他们认为,氢基础设施在技术上和安全性上目前都是可靠而有保障的,随着技术的进步及产量的扩大,成本也肯定会降低。当然,基础设施与汽车始终存在“鸡与蛋”的关系,需要大家一起努力培育市场,逐步推进,这其中,政府的作用是很大的。来自能源巨头壳牌公司的代表也在专家讨论环节表达了同样的观点。
除了汽车和能源产业界,来自科研机构的专家也在论坛上表达了对氢能和燃料电池商业化的关注。
来自美国能源部阿贡国家实验室的王全录博士专门对氢燃料电池技术进行了能源和排放效益分析。通过对制氢、燃料电池汽车和CHP及CHHP的能源效益和温室气体减排的程度进行详细的分析之后,他指出:“氢能燃料电池汽车具有很高的能源效益,并十分有利于温室气体减排。而可再生氢能资源技术的开发能将这种利益最大化。而早期燃料电池市场应用也能为减排做出一定的贡献。” 德国LBST的Dr. Ulrich Bünger介绍了欧洲氢能燃料电池在运输领域的环境效益分析、欧洲近期氢能燃料电池的进展和下一步计划和德国加氢站规划蓝图。特别是详细分析了德国从2010年至2020年每一年加氢站扩展的规划,按照其分析,德国到2020年将具有1000座加氢站(目前为16座)和50万辆燃料电池汽车(目前为50辆)的规模。
三、燃料电池汽车示范项目成效显著,商业化渐行渐近。
本次论坛上,来处中、美、日、欧的代表分别介绍了几个目前世界上最具影响的燃料电池汽车示范项目。
美国加州燃料电池联盟(CAFCP)执行主任Catherine Dunwoody介绍了加州建设燃料电池市场基础的规划与进展。加州主要关注燃料电池轿车、客车示范、公众教育和法令法规及标准等领域,目前共有燃料电池汽车或客车350辆,其中150多辆正在运营;正在运营的加氢站24座,其中3座是为公众服务的,此外,还有7座加氢站正在建设之中,11座在筹资建设之中。加州的计划是在2009-2014年建成并运行40座新的加氢站,能服务于4000辆燃料电池乘用车和60辆燃料电池公交车。此外,根据加州的调研和预测,其燃料电池乘用车的发展在2012年达到百辆级(450辆),2013-2015年达到千辆级(4200辆),2016-2018年达到万辆级(54300辆);燃料电池公交车的发展也分为三个阶段:试验阶段—(2011年达到15~17辆)、大规模示范阶段(2012-2014年达到20~60辆)和商业化阶段(2015-2017达到60~150辆)。
日本ENAA的Jinichi Tomuro介绍了JHFC示范项目在2009年的进展情况。在JHFC项目支持下,2009年日本又有三个加氢站投入运行,至此日本共有15个加氢站投入运行,而且其中有四个站具备了70MPa的加注能力。从2002年12月至2009年12月,JHFC示范运行的燃料电池轿车运行总里程达到1,100,000公里,加注氢气20.5吨,燃料电池公交车运行总里程达到290,000公里,消耗氢气28.4吨。2009年JHFC还进行了对燃料电池车加注2次,行驶1100公里的长距离验证,结果证明了燃料电池汽车可以达到传统汽油车相当的续驶里程。此外,JHFC的分析结果表明,加氢站从35MPa升级到70MPa后,系统效率仅下降了1-2个百分点,主要是因为高压压缩机和预冷系统消耗了一些电能。
德国EvoBus GmbH 公司的Monika Kentzler女士介绍了欧洲开展的示范项目。于2006至2009年进行的The HyFLEET:CUTE 示范项目除在7个欧洲城市、澳大利亚的Perth和中国北京共计投入32辆奔驰燃料电池公交车示范运行外,还在柏林投入14辆氢内燃机MAN公交车进行示范运行。这是目前全球最大规模的氢能公交车队,2009年项目终止时,其燃料电池公交车运行里程已达2,600,000公里,运行时间140,000小时,而氢内燃机公交车运行里程已达430,000公里,运行时间30,000小时。2010年,新的示范项目CHIC(Clean Hydrogen In European Cities)又开始了,该项目计划运行时间2010-2016年,有26辆燃料电池公交车在5个城市示范运行(每个城市有两个加氢站)。此外,在德国NIP项目框架下,CEP 项目(The Clean Energy Partnership)自2002年起一直运行至今,至2010年底,示范运行的燃料电池轿车将超过50辆,2011年初燃料电池公交车将达到10辆,氢内燃机公交车将有4辆。
对于中国正在进行的世博会燃料电池汽车示范项目,代表们除了多次从几个中国专家的演讲中听到介绍外,还有机会在会后亲临现场体验。在论坛组织者组织的参观活动中,各国专家参观了上海世博加氢站与燃料电池汽车维护基地,并试乘了燃料电池大巴、燃料电池轿车和燃料电池观光车。据有关专家介绍,正在上海世博会进行示范运营的燃料电池汽车达到196辆(含90辆燃料电池轿车、6辆燃料电池客车和100辆燃料电池观光车),自上海世博会开园以来已连续运行近六个月,整体运营情况良好。其中,仅在园区内高架步道及北环路运行的燃料电池观光车,截止到9月20日,共计出车8883车次,载客运行154.0138 万人次,总行驶里程48.7629万公里。而在论坛上,中国国家燃料电池汽车及动力系统工程技术研究中心/同济大学的王哲教授还介绍了上海关于燃料电池汽车示范运行的后世博部署,向与会代表透露了正在规划当中的崇明岛示范项目。据其介绍:“崇明岛建设为世界级生态岛的定位,为构建零排放交通系统提供可能,为新能源汽车推广应用提供了机遇;崇明岛相对封闭的区位,适中的车辆出行距离,适合新能源汽车大规模推广应用;崇明岛目前较低的车辆拥有水平,如有相关法规和鼓励政策的支持,会加速新能源汽车推广应用步伐。”规划总体目标是到2020年,崇明岛内公共服务、私人出行使用车辆实现零排放,电动汽车(纯电动和燃料电池汽车)保有量达到10万辆。

 

图3 会议代表参观世博新能源汽车基地

 

图4 各国专家代表乘坐燃料电池观光车
总体上,从此次论坛可以看出,氢能燃料电池技术已经得到了世界各国的认可,各国政府与企业都加大了氢能燃料电池汽车的研发及示范力度,使得燃料电池汽车的成本不断减少,性能不断改善,相关技术在近年来取得了显著的进展,代表们都对燃料电池汽车的未来充满了信心。然而,燃料电池汽车在产业化道路上仍面临严峻挑战,需进一步提高关键零部件的稳定性、耐久性,降低成本,另一方面要为燃料电池汽车大规模运营配套建设氢气加注站等基础设施。此外,正如代表们在论坛讨论会上所谈到的:在产业化初期,千万不能忽视的是政府对研发及示范的支持起着至关重要的作用。政府的政策不仅是一种支撑,为燃料电池行业的发展提供了诸多帮助,而且更是一种导向,代表着国家政府对燃料电池汽车行业的肯定,为燃料电池汽车为人们所接受,进一步打入市场提供了坚实的保障。为了实现燃料电池汽车的产业化,与会代表表示,世界各国机构和企业应继续加强合作,在研发、示范、标准法规和市场化等领域的关键环节上形成合力,克服道路上的瓶颈问题,共同推动燃料电池汽车国际化的发展。
 
国家燃料电池汽车动力工程研究工作中心
2010年10月

 

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