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保有量只占全國總量的7.9%,一氧化碳、碳氧化合物、氮氧化物及顆粒物的排放量,卻分別占到汽車排放總量的10%、18.8%、60%與84.6%以上。
這是最新《中國移動源環(huán)境管理年報(2019)》所顯示的柴油貨車污染情況。
柴油貨車一般為重型貨車,即我們通常所說的重卡。
主要用于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、工業(yè)生產(chǎn)、公路貨物運輸、碼頭貨物運輸?shù)取?
其“重載”功能要求必須使用功率更高的柴油發(fā)動機,會造成嚴重污染。
我國擁有全球最大的重卡市場,產(chǎn)量約占全球產(chǎn)量的50%,位居世界第一。
所以,重卡減排,勢在必行。
“重型汽車不可能用純電動”
早在三年前,重卡行業(yè)在國務(wù)院《打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動計劃》的驅(qū)動下,掀起了一陣“純電動”之風。
解放、重汽、陜汽、大運、比亞迪等車企都曾力推純電動重卡。
然而,由于成本高、自重大、續(xù)航里程短、動力不足等,純電動重卡僅是曇花一現(xiàn)。
據(jù)汽車總站網(wǎng)數(shù)據(jù)顯示,新能源卡車銷量在2018年達到最高點后,就開始出現(xiàn)斷崖式下跌。
2020年的前5個月,銷量僅為12693輛。
而且,新能源卡車的占比也一直處于低位。
面對純電動重卡的“叫好不叫座”,在 “30/60”升級減排目標下,沉淀多年的氫燃料電池為重卡轉(zhuǎn)型帶來了新的機會。
在2019年的“跨國公司領(lǐng)導人青島峰會”上,山東重工、濰柴集團、中國重汽董事長譚旭光曾做出 “重型汽車不可能用純電動”的推論。
他認為,未來的長途用車仍以柴油機為主,短途會被混合動力替代。
燃料電池可能是重型商用車的終極路線。
如今,這個預言似乎正在一步步走向現(xiàn)實。
去年12月25日,濰柴宣布首臺國產(chǎn)200噸以上氫燃料-鋰電池混合能源礦用卡車自卸車成功下線。
由濰柴動力、中國氫能聯(lián)盟、國家能源集團聯(lián)合研發(fā)。
4月22日,川威集團、億華通、大運汽車三方簽約,聯(lián)合開展“西部首條氫燃料電池重卡示范線”項目。
6月8日,長城控股旗下未勢能源科技與大運、東風、福田三家企業(yè)合作發(fā)布“百輛氫能重卡示范項目”。
由未勢能源,搭載上燃動力自主研發(fā)的111KW燃料電池系統(tǒng)超越-300EP,聯(lián)合開發(fā)的氫能重卡車型,配套雄安新區(qū)“容易線”建筑骨料運輸需求。
各大車企、氫燃料電池研發(fā)集團紛紛“抱團”入局。
這也從側(cè)面透露出一個信息:氫燃料電池車為重卡轉(zhuǎn)型提供了新可能。
同樣,重卡也為多年來“叫好不叫座”的氫燃料電池車找到了一條可落地變現(xiàn)的路。
氫燃料電池車入局為何選重卡?
從理論上來看,氫是終極的清潔能源。
在氫燃料電池中,氫氣進入電池,在催化劑的作用下氧氣與質(zhì)子(氫離子)和電子共同產(chǎn)生化學反應(yīng),為車輛提供電能。
水和熱量是唯一的排放物。
這種沒有污染的電池,早在1838年就已經(jīng)問世。
隨后在太空(1960年NASA采用的培根燃料電池)、發(fā)電、小型機械和電氣設(shè)備供能等領(lǐng)域大放異彩。
1991年,Roger Billings研發(fā)了第一輛氫燃料汽車,氫燃料電池技術(shù)正式進軍汽車領(lǐng)域。
2009年,中國通過購置補貼的方式支持氫燃料電池車的發(fā)展。
然而,由于核心技術(shù)和關(guān)鍵零部件缺失、國內(nèi)企業(yè)創(chuàng)新能力不強、加氫設(shè)施建設(shè)難等難題,氫燃料電池車在與純電動的 “較量”中逐漸敗下陣來。
截至2020年底,我國氫燃料電池車累計保有量僅7000多輛。
去年9月,氫燃料電池終于迎來轉(zhuǎn)機。
在第七十五屆聯(lián)合國大會上,我國提出:“中國將提高國家自主貢獻力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值,努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和”。
碳中和的實現(xiàn)必須推動上游高耗能行業(yè)及下游應(yīng)用同步轉(zhuǎn)型,而氫能則是實現(xiàn)碳中和的重要路徑。
在下游應(yīng)用的轉(zhuǎn)型中,為減少排放,需要減少直接化石燃料的使用,提高用電比例,交通就是其中重要環(huán)節(jié)。
生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的《中國移動源環(huán)境管理年報(2019)》顯示,汽車是移動源污染排放的主要“貢獻者”。
其中,柴油貨車使用強度高、單車排放大,保有量雖然只占汽車的7.9%,但一氧化碳、碳氧化合物、氮氧化物及顆粒物的排放量,卻分別占到汽車排放總量的10%、18.8%、60%與84.6%以上。
為實現(xiàn)碳中和,交通領(lǐng)域的電動化為大勢所趨。
而商用車,尤其是柴油貨車則是交通運輸邁向碳中和繞不過去的“檻兒”。
無獨有偶,同樣是在2020年9月,國家發(fā)改委、工信部等五部門發(fā)布《關(guān)于開展燃料電池汽車示范應(yīng)用的通知》,將燃料電池汽車的購置補貼政策,調(diào)整為燃料電池汽車示范應(yīng)用支持政策。
當時,行業(yè)目光大多被 “以獎代補”吸引,其實《通知》還釋放了另一重大信息:“重點推動燃料電池汽車在中遠途、中重型商用車領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用”。
從通知中各類車型積分的計算方法中也可以看到,補貼力度最大的車型是重型貨車。
氫燃料電池重卡與“30/60”目標緊密相連,加速了落地速度。
另一方面,從氫燃料電池技術(shù)本身來看,重卡的確是為其“量身定做”的應(yīng)用場景。
相較于純電,氫燃料電池有以下優(yōu)點:
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能量密度更高;
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在相同續(xù)駛里程下,氫燃料電池重卡憑借自重低的優(yōu)勢增加有效荷載;
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氫燃料電池車能在10-15分鐘內(nèi)完成氫氣加注;
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氫氣沒有工作溫度限制。
最后一點至關(guān)重要,因為低溫一直是鋰電池的“天敵”。
這決定了氫燃料電池車適用于固定路線、中長途干線和高載重的場景中。
純電動重卡續(xù)駛里程較短、充電時間較長。
即便采用換電模式減少充電時間,也只能在換電站輻射的作業(yè)半徑內(nèi)進行運輸工作。提升續(xù)航里程將面臨載重量的降低。
這些因素都大大限制了電動重卡的適用場景,為氫燃料電池車的進入留下了空間。
氫燃料電池重卡“降本提效”之困
重卡動力轉(zhuǎn)型已是大趨勢,但氫燃料電池車入局重卡的過程也并非一帆風順。
從整個行業(yè)來看,目前氫燃料電池車的小爆發(fā)主要集中在城市客車。
據(jù)高工產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)顯示,2020年我國氫燃料電池汽車銷量為1497輛。
其中,氫燃料電池客車銷量為1351輛,而氫燃料電池專用車銷量僅為146輛。
據(jù)公開信息顯示,共有66款燃料電池汽車入選新能源汽車推薦目錄。
客車占據(jù)半壁江山,共有30款。其余為牽引車、抑塵車、自卸車、運輸車、洗掃車……
今年以來,運營氫燃料電池公交車的城市和區(qū)域不斷增加。
馬鞍山市、烏海市、青島市、常熟市、佛山市、張家口市、濟南市等地的燃料電池公交車紛紛投入運營。
相比之下,重卡車型顯得冷冷清清。
之所以會出現(xiàn)這一現(xiàn)象,是因為公共交通工具與私人運輸工具的性質(zhì)不同。
公共交通通過政府的財政進行補貼。
為了確?!胺仕涣魍馊颂铩?,無論是出于完成減排任務(wù)還是為了刺激氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,地方政府顯然更愿意把這筆錢花在本地公交車上。
而重卡是運輸公司和個體從業(yè)者的“賺錢工具”,注重成本與利潤的比較,而且行駛路線不固定。
在加氫站數(shù)量遠遠難以滿足需求的情況下,運輸公司和個體從業(yè)者都不敢輕易接受氫燃料電池重卡這個新事物。
背后的深層次問題仍然是氫燃料電池車“降本提效”不足,加氫基礎(chǔ)設(shè)施和氫燃料電池汽車的技術(shù)尚不成熟,整車購置和加氫成本仍然較高。
從提效方面來看,雖然氫燃料電池高功率、能量密度大,更能滿足重卡對于載重量的要求。但目前的技術(shù)仍然難以在量產(chǎn)中釋放氫燃料電池的優(yōu)勢。
重卡的載重量高達數(shù)10噸,運輸單程動輒數(shù)百、上千公里,應(yīng)用場景較為復雜,對電池系統(tǒng)使用壽命、效率、系統(tǒng)功率大小要求更高。
氫燃料重卡技術(shù)路線
當前,氫燃料電池存在石墨、金屬、復合雙極板三種技術(shù)路線。
短中期兼具壽命和效率的石墨雙極板電堆路線是主流,但石墨雙極板電堆自有的功率密度上限特點(4.3KW/L左右)將制約石墨雙極板電堆所能達到的系統(tǒng)功率水平。
而若以多個石墨雙極板電堆串并聯(lián)實現(xiàn)大功率系統(tǒng),則又有著配套系統(tǒng)復雜、體積龐大、穩(wěn)定性弱等弊端。
要實現(xiàn)氫燃料電池在重卡的應(yīng)用,業(yè)界將目光轉(zhuǎn)向了金屬板。
金屬雙極板具有比功率密度高、低溫自啟動能力強、阻氣性好、結(jié)構(gòu)強度高、量產(chǎn)成本低、工藝簡單、工序少等優(yōu)點,一直被認為將替代石墨雙極板。
然而,金屬板應(yīng)用又帶來了“降本”難題。
金屬在燃料電池酸性電化學環(huán)境下容易腐蝕,抗腐蝕兼具良好導電性的貴金屬成本過高,導致整車成本難以滿足商業(yè)化要求。
據(jù)《中國氫燃料電池重卡行業(yè)發(fā)展白皮書》測算,在不考慮補貼的情況下,氫燃料牽引車的基準配置(110KW電堆+100KWH電池)購置成本在2025年才能與鋰電池相當。
加氫成本
另一方面,降低加氫成本也是氫燃料重卡商業(yè)化中不可忽視的問題。
由于市場用氫量不足,各地規(guī)模、氫源供應(yīng)、加氫站類型不一,不同區(qū)域的加氫站氫氣銷售價格差異大。
目前,外供加氫站價格主流區(qū)間在60-80元/KG,部分地區(qū)最低也需要40元/KG左右,補貼平均在10-12元/KG。
以氫燃料重卡牽引車為例,百公里能耗成本至少超過400元,而同類型柴油車百公里能耗成本在180-200元。
因此,單從加氫成本的比較,以商用為主的氫燃料電池重卡,在當前與柴油車的市場競爭中一定會敗下陣來。
氫燃料電池重卡未來已至
雖然難關(guān)重重,但氫燃料電池車在重卡領(lǐng)域的落地已經(jīng)迎來了關(guān)鍵的起步期。
這個時期內(nèi),市場整體仍需以政策驅(qū)動為主。
但是在政策的推動下,國內(nèi)積累數(shù)十年的燃料技術(shù)開始走向產(chǎn)業(yè)化,各路企業(yè)和資本紛紛入局。
2020年9月22日,國家發(fā)改委、工信部等五部門發(fā)布關(guān)于開展燃料電池汽車示范應(yīng)用的通知,將燃料電池汽車的購置補貼政策,調(diào)整為燃料電池汽車示范應(yīng)用支持政策。
對符合條件的城市群開展燃料電池汽車關(guān)鍵核心技術(shù)產(chǎn)業(yè)化攻關(guān)和示范應(yīng)用給予獎勵。
一石激起千層浪,佛山、上海等城市發(fā)布各自的氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃。
氫燃料電池企業(yè)也迎來了集中發(fā)展。
龍頭企業(yè)億華通2020年8月在科創(chuàng)板上市。
今年3月29日,億華通發(fā)布公告稱,將與豐田在中國合資成立華豐燃料電池有限公司,推動商用車燃料電池發(fā)展,總投資約80億日元。
首款產(chǎn)品計劃于年內(nèi)投入中國市場,2023年正式投產(chǎn)燃料電池系統(tǒng)及電堆。
上汽集團、濰柴集團、雪人股份等國內(nèi)大型企業(yè)也紛紛布局氫能源及氫燃料電池核心零部件產(chǎn)業(yè),其中上市公司超過30家。
上汽旗下氫燃料電池子公司捷氫科技發(fā)布公告,計劃2022年登陸科創(chuàng)板。
長城汽車公布了其氫能產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略布局,并發(fā)布了氫動力系統(tǒng)全場景應(yīng)用解決方案——氫檸技術(shù)。
《關(guān)于開展燃料電池汽車示范應(yīng)用的通知》明確表示:“重點推動燃料電池汽車在中遠途、中重型商用車領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用”,為入局企業(yè)指明了方向:燃料電池企業(yè)紛紛將技術(shù)路線鎖定金屬板,以適應(yīng)商業(yè)車大功率需求。
不久前,億華通公開表示,正在基于豐田汽車的金屬雙極板電堆進行合作開發(fā),用以滿足國內(nèi)商用車廠商對燃料電池系統(tǒng)的需求。
5月8日,燃料電池廠商愛德曼公布,其研發(fā)的152kW金屬板燃料電池及其發(fā)動機通過了國家強檢。
6月8日開幕的第六屆國際氫能與燃料電池汽車大會(FCVC 2021)上,電堆技術(shù)開發(fā)領(lǐng)域的新銳企業(yè)驥翀氫能攜帶其自主研發(fā)的160kW氫燃料電池電堆亮相,并公開表示同時實現(xiàn)了金屬板材料防腐、導電與低成本,其電堆報價也處于全行業(yè)最低區(qū)間。
燃料電池的技術(shù)壁壘不斷被打破,滿足重卡需求的氫燃料電池系統(tǒng)隨之不斷涌現(xiàn),找準細分切口是氫燃料電池重卡盡快落地的下一個步驟。
落地場景
隨著綠色礦山、綠色碼頭建設(shè)的推進,氫燃料電池重卡可以選擇這類場景先行落地。
相對于長途運輸來說,礦山、碼頭、廠區(qū)等地相對封閉、路線固定,能夠快速集中建設(shè)起加氫站,加氫難問題更易解決。
同時,這類使用場景多由大型集團統(tǒng)一管理,具備實施示范項目的條件,后期隨著氫燃料電池重卡補貼政策逐漸明朗,對成本的敏感性更低。
氫燃料電池發(fā)動機企業(yè)氫途科技的發(fā)展軌跡,或許正是氫燃料電池車落地之路的縮影。
成立于2016年的氫途科技早期專注于公交車市場,匹配其電池系統(tǒng)的公交車創(chuàng)下了國內(nèi)氫燃料電池公交車單車平均里程之最。
氫途科技合伙人付鵬表示,行業(yè)早期大多從公交車起步,但是從2020年疫情結(jié)束后,開始進入物流重卡領(lǐng)域。一方面技術(shù)在客車上得到了驗證,另一方面成本也逐漸下降到了重卡可以接受的區(qū)間。
去年9月,裝載氫途科技電池系統(tǒng)的重卡車型已經(jīng)率先登上工信部推薦目錄,目前正在鋼鐵、化工行業(yè)園區(qū)小范圍試用。
付鵬認為,氫燃料重卡的進一步落地,不僅需要行業(yè)持續(xù)提高產(chǎn)品壽命和可靠性,降低成本,還需要制氫、加氫賽道的伙伴協(xié)同。
一旦政府獎勵政策進一步明確,行業(yè)將共同延伸氫燃料重卡應(yīng)用的寬度和長度。
據(jù)羅蘭貝格預測,2025年-2030年,隨著基礎(chǔ)設(shè)施、技術(shù)革新和成本下降,氫燃料電池商用車將進入發(fā)展加速期,到2030年銷量有望超10萬輛。
規(guī)?;瘜碥囕v購置成本和氫氣成本雙重下降,氫燃料汽車全生命周期成本TCO競爭力將會隨之大大提高。
更遠的未來,氫燃料電池車的落地并不是一個結(jié)束,而是借助“氫儲能”重構(gòu)能源結(jié)構(gòu)的開始。