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氢燃料电池汽车:新能源汽车的下一场革命?

时间:2016-09-28 08:49:09来源:第四能源

          近期,在氢燃料电池汽车(FCV)领域,有两则重大新闻,都是关于我国在该领域取得的重大突破:中国地质大学(武汉)联合东风扬子江汽车公司推出的「泰歌号」,首次使用液态氢作为能源;众宇氢能技术 (荆州) 则填补了我国氢燃料电池动力系统的空白。

尽管中国与以日本为代表的技术领先的国家一样,在FCV领域正不断取得技术突破,然而我们必须正视的是,目前 FCV 在整个汽车市场中的比重极小:没有大规模厂商参与研发,加氢站仅在全球某些特定地区存在,市面上在售的 FCV 仅有 3 款,并只在特定地区发售。公众对 FCV 可谓知之甚少。我们不禁要问,FCV真的会是新能源汽车的下一场革命吗?

氢燃料电池汽车全球概览

与电动汽车全球遍地开花的繁荣景象相比,FCV 的存在感极低,目前仅有以日本、英国、美国、韩国等为代表的发达国家,在 FCV 的研发上投入资金,修建加氢站等基础设施,并出台优惠政策,鼓励消费者购买 FCV。

 

                        (日本常见的加氢站 来源:Autocarpro)

日本不仅在氢能利用方面技术领先,并且计划构建一个以氢能为主要能源的清洁城市;同样的,日本在 FCV 的研发上,走在了世界前列。日本计划到 2020 年东京奥运会开幕,修建的加氢站将形成一张网络,覆盖以东京、大阪为代表的城市带。与此同时,日本政府正加大消费者购买 FCV 的补贴力度,并表示到 2025 年,将 FCV 的市场价格降至 2 万美元。

欧洲方面,以英国、丹麦为代表的国家,正加快推进加氢站的建设。如今,丹麦已基本实现加氢站全覆盖;英国、德国也在提高加氢站的资金投入和地域覆盖。特别是英国,在政策上大力支持 FCV,并计划至 2030 年,生产、销售 160 万辆 FCV。

 

(美国加州随处可见Shell加氢站 来源:Insideevs)

美国加州地区是 FCV 的天堂。加州有许多氢能源公司,他们与丰田、本田合作,兴建加氢站。我们以壳牌(Shell)公司为例,该公司的加氢站已覆盖加州全境,FCV 的用户可使用信用卡便利支付,只要在加州境内,无需担心加氢问题。

韩国是一支不可忽视的力量。尽管目前韩国加氢站数量屈指可数,FCV 份额也不大,但韩国政府出台了诸多鼓励政策:不仅有占据 FCV 价格 1/3 的高额购车补贴,还计划到 2030 年,全国加氢站数量由目前的 10 多座,增加至 520 座,基本实现韩国主要城市全覆盖。此外,韩国著名的电池厂商 LG 化学和著名车企现代汽车,在氢燃料电池领域有很强的研发实力和国际竞争力。

我国 FCV 的发展还处于技术储备阶段,既没有推向市场的FCV产品,也没有实现商用的加氢站。在国家主推电动汽车的大环境下,有学者表示,「我国的 FCV 产业落后国外 5-10 年。」

氢燃料电池汽车与锂电池电动汽车优劣对比

一言以蔽之,FCV 的最大劣势在高昂的制造成本。尽管近几年,随着技术进步,FCV 的价格已经从曾经的 10 多万美元,降到现在的 6-7 万美元;但我们也应看到,特斯拉、通用已经将高性能电动汽车的价格下探至 3 万美元。

 

 

(售价低至35000美元的特斯拉Model 3 来源:Itechpost)

除开制造成本,FCV 的优势相当明显,甚至有人认为,「FCV 才是未来汽车的终极形态。」第四能源认为,FCV 最大的优势有如下三点。

一、补给时间短,直接加氢,一般只需 3-5 分钟。电动汽车最快的充电方式为特斯拉的超级快充,最少也需 1 小时;而直接更换电池的补给方式,并未普及。

二、无二次污染。氢燃料电池主要的成分是氢,在使用寿命结束后,并不会对环境造成污染。锂离子电池因含有重金属镍、钴、砷等有毒污染物,所以必须要进行回收处理。

三、续航里程更远。氢燃料电池储能密度高,且重量轻,所以 FCV 的续航里程相较电动汽车,普遍更远。市面上在售的 FCV,续航里程均超过 500 公里,而电动汽车普遍集中在 150-250 公里,超过 300 公里的电动汽车仅有特斯拉、雪佛兰为数不多的几款产品。

此外,FCV 在电池衰减、能效转化、易维修程度等多方面,也同样有着显著优势。然而,上文已经提到,制约 FCV 发展的最大阻碍是其高昂的成本,它主要体现在以下两个方面。

第一、加氢站修建成本高。特斯拉超级充电站修建成本约 30 万美元,而加氢站成本往往高达 100-200 万美元,这是因为液态氢的特殊属性,加氢站的燃料箱需要特制,相关设备的成本极为高昂。

第二、氢燃料电池化学反应所需的催化剂成本高。氢燃料电池的催化剂一般使用铂这种稀有贵金属,铂就是大家所熟知的白金。铂不仅稀有,而且开采难度大,价格比黄金还高。

以上我们可以看出,除了成本略「贵」一点,FCV 可谓全方位碾压电动汽车。

(奥迪A7 h-tron quattro 来源:Carscoops)

氢燃料电池汽车代表车型

事实上,最早进行 FCV 研发的汽车公司并不是丰田、本田,而是美国通用汽车。早在 1966 年,通用就发布了世界第一台 FCV——雪佛兰 Electrovan。此后,通用陆续投入 40 亿美元用于 FCV 的研发,但始终无法解决 FCV 高企的成本这一难题。

然而,对于 FCV 这种具有明显优势且能代表未来汽车形态的产品,车企们都不愿放弃,在市场上仍动作频频:作为 FCV 的鼻祖,通用出于市场策略,近年没有推出相关产品,但该公司从未停止 FCV 的研发,今年 10 月,通用将推出一款雪佛

兰科罗拉多 FCV 概念车;奥迪汽车在 2014 年 11 月洛杉矶车展上,推出了 A7 h-tron quattro 概念车;宝马汽车在 2015 年发布了基于 i8 和 5 系 GT 车型的 FCV 原型车,并宣布于 2020 年发布量产版;奔驰汽车此前就已推出过基于 B 系列的 FCV,在今年 6 月,该公司表示将于 2017 年推出新款 FCV 版 GLC;尽管福特汽车近年没有推出 FCV 产品,然而在今年 8 月,该公司获得了美国能源部提供的 600 万美元研发资金,用于加快 FCV 的研发。

目前市面上能买到的 FCV 仅有 3 款,分别是丰田 Mirai、本田 Clarity、现代 ix35 FC。这些车只在加氢站修建相对完善的区域发售,这意味着消费者在大陆无法买到其中任何一台 FCV。

(丰田Mirai 来源:Toyota)

Mirai 在日本语的意思是「未来」,它代表了丰田在 FCV 领域的态度。与特斯拉发展路径截然不同的是,丰田从未推出过纯电动汽车产品,而是主推混合动力,并默默在 FCV 上发力。自 1992 年,丰田便已开始 FCV 的研发,20 多年来,丰田在该领域已积累了多达 5000 项专利。

Mirai 无疑是丰田 FCV 的集大成者。2014 年 11 月,量产版 Miran 问世,不到 6 万美元的售价,而特斯拉 Model S 和 Model X 售价都在 10 万美元以上。Mirai续航里程高达 500 公里,碾压一众电动汽车。

在今年 3 月的纽约国际车展上,Mirai 获得了 2016 年度「世界绿色汽车奖」。目前,Mirai 已经在日本、美国、德国、英国、丹麦等地区发售,2015 年年销量为 700 台,2016 年预计年销量将达到 2000 台。

本田 Clarity

 

 

(本田 Clarity 来源:Forbes)

在 FCV 领域,本田的名气要比日本同行丰田要小得多,然而,这并不妨碍本田在该领域所表现出的雄厚实力。

早在 2008 年,本田就推出了 FCX Clarity,获得了 2008 年日本「好设计奖」和 2009 年度「世界绿色汽车奖」。2014 年 7 月,本田宣布停产 FCX Clarity,并推出新款 Clarity。

新版 Clarity 基于老款 FCX Clarity 打造,在续航上有了很大提升,由此前的 372 公里提升至 482 公里。此外,燃料电池体积也缩减了 33%,这使得新版 Clarity 的车身更加紧凑。该车售价为 67000 美元,略高于丰田 Miran。

现代 ix35 FC

 

(现代 ix35 FC 来源:Carsshowroom)

2013 年 2 月,现代 ix35 FC 从韩国第二大城市釜山步下生产线,该车成为世界第一台量产版FCV。

       现代汽车在 FCV 领域已有超过 15 年研发历史。早在 2001 年,该公司就已推出旗下第一款 FCV,此后,经过不断更新、迭代,目前的 ix35 FC 为其第四代产品。

 

ix35 FC 是一款 SUV 产品,根据现代旗下 ix35 车型而来,其体积能容纳更大氢燃料箱,使其续航里程高达 594 公里。该车售价 57000 美元起,高配版本为 77000 美元。

氢燃料电池汽车的未来究竟什么时候来?

丰田已向汽车同行们开放了自己手上的 5000 多项专利,希望更多的车企能够加入 FCV 阵营,而这也是特斯拉此前使用的伎俩:在成本高企的初创阶段,企业要想在某一产品上扩大影响力,必须联合阵营里其他成员,共同开发,以通过规模效应缩减成本。

 

(宝马i8 FCV原型车 来源:BMWblog)

目前来看,特斯拉无疑大获成功,它将电动汽车成功带入消费者视野。第四能源此前报道过,美国已有超过一半的年轻人,意欲购买电动汽车。并且,电动汽车从 10 万美元的高价,已下探至足以撬动市场格局的 3 万美元。

可以想见的是,一旦丰田的市场策略奏效,FCV的发展路径将与当初锂离子电动汽车的发展一样:参与的厂商不断增多,加氢站逐渐普及,FCV价格逐年大幅下降。到时,FCV必将与以特斯拉为代表的电动汽车阵营展开激烈竞争。

对于 FCV 的未来,存在着两种截然相对的观点。支持者认为它代表了新能源汽车的方向,将成为电动汽车的有力竞争者。德国交通部长 Alexander Dobrindt 在一次汽车论坛上对 FCV 做出了高度评价,「我们正处于人类汽车史上最伟大的变革之中,而氢燃料电池将是这场变革的关键因素。」美国知名市场调查机构 Information Trends 极大看好 FCV 的发展。该公司近期发布了《全球 FCV 市场报告》,报告预测:到 2020 年,加氢基础设施在全球几个代表地区将逐渐完善,会有力提升 FCV 的市场份额;到 2032 年,全球 FCV 销量将超过 2000 万辆,产业规模价值将达到 1.2 万亿美元;到 2050 年,FCV 将是汽车市场增长最快的板块。

而反对者则认为,FCV 无法解决其成本问题,将长期处于小众地位。特斯拉 CEO 埃隆·马斯克曾多次面对媒体,公开表示「FCV 没有胜算」,并嘲笑「燃料电池(Fuel Cell) 是愚蠢电池 (Fool Cell)」,还讥讽 FCV 是「骗人的把戏」。汽车市场调查公司 IHS Automotive 也认为,与电动汽车相比,FCV 不会有大的发展。到 2027 年,FCV 的年产量将会在 7 万辆,与此相对的是,纯电动汽车的产量则会保持在 900 万辆,两者份额悬殊。

结语

在第四能源看来,FCV 的前途是光明的。我们积极、乐观地拥抱一切新技术,更不用说,FCV除了成本不占优势,其他方面均展现出优于电动汽车的特点。随着时间的推移,技术的不断进步,参与厂商的增多,加氢站基础设施的完善,FCV的成本终将降至足以引爆市场。

并且,随着太阳能、风能产业的高速发展,当下储能产业无法跟上脚步,多余的电能可通过电解水的方式,用于制造氢能源。能源产业的联动,将有助于 FCV 进一步缩减成本。

所以,我们认为,随着生产成本的不断降低,以丰田 Miran 为代表的 FCV,将以其诸多优势,给特斯拉们沉重的一击。

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