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衣宝廉:FC大规模示范运行与氢源

时间:2017-11-06 20:22:15来源:网易汽车

       据网易汽车报道:第19届亚太汽车工程年会&2017中国汽车工程学会年会暨展览会(APAC 19 & 2017 SAECCE)于1024-26日举办,本次论坛以未来汽车与交通变革为主题,携手行业领导、学会领导、院士、汽车及相关行业权威专家在内逾3000余位国内外业界嘉宾共同探讨汽车产业车厂与零部件协同创新和技术发展路径。以下是中科院大连化学物理研究所衣宝廉院士在会议上的演讲实录:

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中科院大连化学物理研究所衣宝廉院士

衣宝廉:各位同行,我讲的题目是燃料电池大规模示范运行与氢源。要想开展燃料电池的大规模示范运行,大概首先要解决的是发动机的可靠性和耐久性问题,通过各种安全标准。第二条,车的售价在扣除补贴以后,应该跟锂离子电池和燃油车稍贵一定,不能像过去卖几百万美元。第三条,就是有链家氢能燃料供给。第四条,就是汽油政府补贴,燃料电池的车的质量达规,都应该盈利,所以我的观点要达到大规模示范运行的阶段,要具备这四方面的条件。所以下面首先看一看,燃料电池发动机这边达没达到,看看氢源有没有可能?燃料电池还有电池两个字,所以发电原理的变化跟原电池是一样的,不详细讲。

燃料电池跟我们的锂离子电池不一样,不是一块东西,它是一个系统,它的工作方式是内燃机的。燃料电池最大的特点就是比能量高,一公斤可以达到一个千瓦小时,所以首先用到航天上,阿波罗登月、航天飞机,然后用到潜艇上,现在走到汽车上来,这是三部曲。

燃料电池热力结构,现在基本上是这样的,把燃料电池先升压,小车300伏,大车是600伏,燃料电池电压通过DC/DC升压,跟二次电池都是电量组合,进行混合,推动电极,有四轮驱动的,有轮毂电机,也有整个驱动的一体的状态,这是它在车上的一些结构。

把燃油车和燃料电池比它很像,把油车换为氢瓶,把内燃机换为燃料电池。把这三种比一下,燃料电池车的特点跟燃油车它0排放,跟二次电池车比续航里程长,加氢比较快,还是有它的优点,但是氢燃料的来源是一个大问题。优点续驶里程长,加氢时间快,燃油车使用是比较舒适的,0排放。

国家是支持燃料电池车发展的,因为它属于电动车的一种,万部长开始十五当中就提出三种能力的方案,三种就是混合动力车、锂离子电池车和燃料电池车。电池那边既包括锂电池和燃料电池,国家对燃料电池的补贴是不退坡的,地方政府11配套,20万、30万、50万,这个力度很大。但是也有一个问题,现在有人要做大客车,燃料公尺的功率是150200千瓦,这个时候照样拿50万,所以现在赔的比较多,我希望国家将来在这方面能够有所考虑,要么大卡车发展不起来。假设这个车是采用的增程式的燃料电池功率不到30KW,每KW补助6000块钱,这是当时搞的一个计划,有点冒进,到30年会部分达到百万量,这个值得商榷,但是几十万辆可以达到。

在我们国家已经搞了好多燃料电池车的示范运行,但是这些示范运行是不考虑成本的,我们以前搞的这个市场已经不考虑成本了,所以大规模示范运行我觉得应该考虑成本,再不考虑成本不可能走到商业化这一步。所以我现在介绍这些都是考虑燃料电池车的技术上的可行性,而不考虑经济的。

07年参加了上海的比比登赛,05年奥运会23辆车,0916辆车到美国加州进行示范,10年有一辆大巴到参加了世青会,96辆车参加了上海的世博会,还有一个创新征程。这是北京奥运会上轿车的,燃料电池的功率是50KW,这是上海世博会,世博会一共是196辆车,有100辆车是充数的,因为是5KW的,真正示范运行的车有90辆轿车,有60辆是我们做的,有30辆是美国通用公司的,另外有6辆大巴,中间有3辆是全部我们自己做的,发动机、系统这些,还有3辆编队是巴拉德的系统。运行下来看,我们燃料电池的性能不比通用的30辆差,整个情况安全性各方面都不差,有一辆着火了是通用的,所以这90辆车运行下来我们不比通用差,但是我们的可靠性比人家低一点,我们有的时候白天跑、晚上要维修。这6辆大巴的情况,我们当时配的系统还有一点不适应,电池系统跟电堆之间要有一个配合,配合不好也是不行的。

这是北京公交车,801路上的示范,这个是联合国环境开发署支持的,一期是在北京,我们当时买了3辆载客的大巴车,200万以内,我们自己做了3辆,200万人民币做下来了。但是带客那个车氢耗非常高,因为2000KW的燃料电池,不是电量混合的,他说是为了考察燃料电池的稳定性。801路一共有6辆大罢进行一期示范运营,验收是我和一个加拿大的华人做的。二期的示范运行是北京和上海,就有12辆车,现在进行的是三期,五个城市,佛山、盐城、郑州、北京和上海。

在上海世博以后,新做出来的电堆,这是我们做的金属板的电堆,达到每一升3KW,比丰田和通用稍低一点,从技术水平和性能上看我们不比他们差多少,我们也达到了。

这是新能源动力,用化物所的技术装出来真正装车的电堆,达到了现在已经超过这个是2.4了,1.85/升,上汽用这个电堆装了荣威750车,参加了混合动力车、锂电池车和燃料电池车的创新征程的示范运行,这个创新征程的目的就是考察电动车对中国环境的适应性,分南路和北路,大连是奔北京都是以北路的,报下来说明这个电动车是可以在中国环境情况下,不管是高原还是沿海还是山地都可以运行的。当时我们最担心的是西藏,因为燃料电池车跟锂电池车不一样,在西藏氧浓度低于10%,这个时候如果燃料电池的性能比较差在西藏跑不起来,我们这个车跑起来了,所以我们当时最担心的事情没有出。

这是壮心征程在北京万部长来看这部车,这是通过天安门,这是在大连,因为华东及是新源动力做的,有一个交钥匙功能,也是对外宣传的目的,向上汽交钥匙。

这是新源动力改进型的发动机,这个发动机的特点可以做到负20度启动,5000小时负20度启动,在漠河做示范,这个是装在荣威750上,在漠河进行了示范运行。原先的一型是零下负10度启动,这个做到负20度启动。

另外一个是运行寿命已经超过5000小时,上车跑车已经4000多小时,这个是给商用车做的,上汽用它装了V80车,这个V80车,上汽准备做500辆,在上海作为各种商用车来做,新源动力正在赶制这个发动机。

客车方面国内做的比较多是宇通,宇通已经搞了三代燃料电池客车。宇通客车已经能够行驶500公里,安全、加氢是5—10分钟,宇通现在正在进行第四代的研发,第四代准备到张家口参加冬奥会。

这是北京,这是欧辉,就是福田的,福田参加奥运会的大巴车,发动机是神力做的,神力后来被收购了,所以现在神力这个名字不出现,实际上亿华通里面的电池技术就是郑立的。

这是亿华通的发动机,亿华通的发动机已经装到中植的氢燃料电池客车上和飞驰的燃料电池客车上,现在在张家口也在建生产线,现在国内最新的两个报道就是亿华通的发动机和新源动力的发动机都做到负30度启动,就可以到张家口参加冬奥会,所以这两个发动机可以用到我们张家口的冬奥会上面。

另外一条路线就是广东国鸿科技引进了巴拉德的技术,他们项目已经实现了批量生产。现在已经做了有28辆车,在今年5月份开的发布会,示范正式开始,28辆燃料电池客车参加运行,所以国内大规模的商业化的运行佛山是第一个开始的。总的看来,燃料电池车的安全性,氢是比较轻的,是最轻的元素,所以即使漏氢着火,火是向上跑的,所以氢气有一个特点,在敞开空间它是非常安全的,你搞枪打把气瓶击一个眼也不会爆炸,但是在秘密空间里面氢的安全性会出问题。所以燃料电池车低温储存和启动问题非常重要,我们希望燃料电池车都停到外面,这是最安全的,如果要进车库,像我们国家的车库都在地下室,那燃料电池车要进去是非常危险的,不仅仅是说我那里有点氢,出点什么事,恐怖袭击、地震、着火这些事情要求你快速把氢排除,所以不仅仅上面有传感器,有一个风机把氢排出,如果是进出地下室的车内还要加一个强制排氢的装置,几秒钟或者是最多一分钟把氢气瓶里面的排除,燃料电池车最好停到室外,不要停到地下室的车库。要停车库也是在外面特殊建车库,所以像巴拉德电堆做的燃料电池车在北方怎么办?有一个帽子,那个帽子是电压液,晚上停下来把帽子给电池带上,所以这个很难大量推广。所以广东佛山那个一定要解决低温储存问题。

这是结构安全,基本上通过了。但是燃料电池氢安全问题跟电安全还有一件事情,我们的标准还没有解决,比如说撞车,撞车以后氢气马上切断,可是这个时候电堆有200多的电压,如果母线碰到底板那也是很危险的,所以这个时候怎么把这200多的电压在撞车的时候同时消耗掉,这个是要做研究的,办法是有的,但是对电堆损坏到什么程度这是要研究的。比如说发动的时候就给它放电,但是这个时候可能对于电堆有损害。或者带一小瓶氮气都可以的,但是我希望这些东西可能要尽快的上,比如管道,最好不通过乘客室,绝对不能有接头,所以这些安全问题要解决。

所以从现在来看,万刚部长今年6月份在长春对燃料电池的国内研究状况给出一个结论,他认为燃料电池从国际上来看寿命、可靠性、使用性上达到了车辆使用的要求,中国初步掌握了相关的核心技术,基本建立了具有自主知识产权的燃料电池动力系统平台,所以下面应该加强协同创新,推进燃料电池全面应用,所以我认为燃料电池现在发动机已经走到了可以进行大规模示范的阶段。

我们要搞整车大规模示范,有两条路线,一条是以全部自主知识产权的,要提高可靠性、耐久性,降低电池成本和铂用量。现在国内的铂用量每KW还在0.3—0.4克,另外一条路线就是广州(克佛)引进巴拉德??,这个一定要低温储存和启动,如果不解决,那你只能在海南岛和广东地方用,在北方不太可能。因为买五辆车就得建一个车库,还得离住宅区远一点,这个是不太现实的。另外巴拉德的铂用量不比我们低,但是他们的数字不透露。第二通过运行,要加速我们国家空压机、氢循环泵和高压储氢瓶的成本下降,这部分的费用跟燃料电池系统相等,燃料电池的系统大概是50—60万,这一部分也是50—60万,所以这两部分把国家的补贴100万到110万,上海政府给60万,基本用光。所以现在燃料电池车不像锂电池有补贴发展很快,因为整车厂做的很少,这样的话就应该把这一部分成本先降下来,然后把燃料电池的成本往下降,降低一个就是材料我们自己要生产,现在我们比较贵一点,主要我们材料还都是买国外的,有一些还要上关税。第三个,我们要加大安全标准的制订,燃料电池大规模示范原先都说燃料电池安全,到大规模示范要出一次事情就影响很大,所以我们的安全标准、强制标准方面要尽快的出台。另外,也要加强各种燃料电池的安全性实验,现在燃料电池国家支持的钱还是比较多的,不一定拿钱你提出让他做什么就行了。

下面说一下氢源,在氢这方面我们国家有一个最大的优势,我们有大量的副产氢,欧洲没有,美国也没有,日本也没有,因为重化工有一多半在中国,这是我们搞燃料电池车的最大一个优点。我们国家有多少副产氢?加起来有100万吨,这里面主要是合成氢、甲醇、氯碱。燃料电池在十年之内不用做新氢,副产氢就差不多,另外副产氢很便宜,一公斤氢才不到13块钱,很便宜。

我国可再生能源发展非常快,现在我们的弃水、弃风、弃光,要用这些电做一年可制氢300万吨,加上副产氢一年就1300万吨,所以这个量够我们国家用,所以这是我们的燃料电池策略最大的有利条件。

这是几种电解技术,现在要想电解,我们应该大力支持像燃料电池这样的电解技术,未来是搞HOF型电解。

在储氢方面,需要各种储氢方式。高压气瓶储氢和塑料,现在我们大多数是金属类的,我们塑料类的还有一定的难度。储运氢方面最便宜的还是鱼类车200公里以内运10吨,每公斤氢的运费也就2块钱左右。还有一种新兴的就是杂环化合物储氢,运输的时候就像运柴油一样,但是有一个缺点,就是要有18%左右的能量为系统加热。这个是移动电源,美国搞了一个纳米铝制氢。加氢站的费用比较高,建一个要1000万左右。加氢站全世界有270几个,加州有30个,已经进行了商业运行。中国有8.5个,上海有2个,北京有2个,广州1个,深圳1个,还有一个移动加氢站,还有两个加氢站可以做各种实验的,我们现在有8.5个加氢站,应该大力再发展一些加氢站。

费用问题,如果弃风和副产氢每标方的价钱不会超过1.5元,因为用电解水的时候可以给它一度钱一毛钱,每公斤氢不会超过20元,一公斤氢可以跑100公里,相当于6—7升汽油的相当,所以转折点就是40—45,氢的价钱低于40块肯定盈利,超过45块就竞争不过汽油车,现在我们国家在30块钱左右,所以我们是有优势的,运行这一部分是能够赚钱的。

所以我们想通过示范运行,我们了解到首先要选摘大巴车和物流车开始示范,一定要靠近副产氢的地方,减少氢的运输距离,选出最合适的运氢的路线。另外对电动车、燃油车的价钱跟电动车,不管运行还是车的造价应该进行对比。然后要解决可靠性、耐久性,保证燃料电池的出行率能够在90%以上,这样能够保证大规模示范运行的进行。

我就说么多,谢谢。

 

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