车用能源的终极:氢能车落地普及还要多久?

氢能车的难题与征程。

文|脑极体

如今,碳达峰、碳中和“双碳”目标已经成为全球共识,成为很多国家经济发展中重要的战略。在这个大背景下,占据人类活动中碳排较大的交通运输领域,是被重点关注和改造的关键领域。新能源汽车的发展成了热门的产业词汇,也是能源变革中重要的组成部分。

近几年,电动汽车的普及,燃料电池的飞速发展,都在搅动这场声势浩大的能源改造深池。头顶“零排放”的氢能车也开始进入公众视野。

发展氢能的热潮起于欧美日等发达国家和地区,欧盟、美国、日本已将氢能纳入国家能源发展战略,并出台产业发展规划和支持政策。国内将氢能定位战略能源技术,政策利好逐步释放。2019年氢能首次被写入政府工作报告,2020年《中华人民共和国能源法(征求意见稿)》第一次将氢能列为能源范畴,同年氢能纳入年度国民经济和社会发展计划,并启动燃料电池汽车示范推广及国家氢能产业发展战略规划编制。

在持续稳定的政策环境下,无论是从立法、顶层设计,还是具体落地的示范应用等,市场和产业都给予氢能持续发展的肥沃土壤,统筹、规范、支持氢能产业向健康的方向持续发展。

被誉为车用能源的“终极形式”,氢能车在这波热潮的推动中,成长的情况如何?未来会发展出什么样式?氢能车在规模化的落地中会面临哪些难解题?氢能车会取代电动汽车吗?如果你有这些困惑与问题,就跟随脑极体一起看看并探讨下这场氢能车的成长之路。

价值丰满但落地龟速爬行

氢能源汽车的工作原理并不是咱们望文生义通过氢气燃烧转换能量,氢能源汽车的动力来源主要是通过氢燃料电池在电池堆的化学反应,将化学能转化为电能。我们望文生义的能量转换方式此前也是氢能源汽车动力技术路线的一种,即氢内燃机。

氢能内燃机与传统的燃油发动机类似,只不过驱动的燃料是高压缩的氢气。原理是通过燃烧氢气,燃烧能转换为动能来提供动力。这种路线因为安全性和能量的转换效率等原因,落地的阻碍太大,市场更多的是选择氢燃料电池的路线。

氢燃料电池动力系统看似比氢内燃机系统复杂,但能量转化率和安全性及环保性都有较高的优势。而与电动车相比,氢能源电池也具备替代部分电动车的潜力。与电动车相比,氢能源车突出的优势是能量密度高、氢气加注时间短、续航里程长、绿色环保。

拿补能的时间来说,我们知道纯电动车慢充的话至少也需要5个小时及以上的充电时长,快充的话也需要一个小时左右的时间,而氢能源车加氢时长与传统燃油车几乎没有区别,平均一次加氢时长基本上在6分钟左右。与纯电动车相比,氢能源车补能效率远远优于电动车。

而续航里程方面,因为能源密度氢能车也更适合长途运输卡车、大巴、物流车等中远途、中重型车辆。而这也是目前氢能车主要的落地领域,在需要大马力、中远途、中重型的商用车环境中,有了氢能重卡的身影。

一些氢能重卡在城市中开始在大城市中投入使用。在今年8月,天津市首个氢能运输示范应用场景——荣程众和自用氢能源项目的第一批氢能重卡(5辆)正式投入运营。到了十月,第二批10辆氢能重卡也展开投入了运营。除了重卡外,一些城市也将其他类型的氢能车作为示范投入了运营。在内蒙古伊金霍洛旗,2辆氢能公交车、7辆氢能商用车、10辆城市园林环卫氢能垃圾清运车投入运行。并且伊金霍洛旗还将至少20辆氢能短倒运输重卡投入运行。为保障氢燃料供应,伊金霍洛旗也规划了28处加氢站,目前已完成选址工作。

11月12日,在北京2022年冬奥会和冬残奥会赛事服务车辆交付仪式上,丰田向北京奥组委正式交付2200辆新能源汽车,这其中包含两款氢能源车。此外,北汽福田氢燃料电池车也加入到冬奥会官方服务的保障之列。

根据中国汽车工程学会的预计,到2025年,全国氢能汽车保有量将达到10万辆;2035年,100万辆。这意味着未来三四年氢能汽车市场规模有超10倍的增长。但从整个氢能车市场投入的情况来看,氢能车处于初步的发展阶段,发展缓慢。

有关机构统计,2020年全球共售出氢能源汽车9006台,其中美国937台、中国1177台、韩国5823台。中国汽车工业协会统计数据显示,2016年至2020年,国内五年累计销量仅为7100辆。这与中国汽车工程学会预计的2025年10万辆的结论达成差距较远。虽然政策从2015年就开始积极响应,6年过去了,目力所及氢能车的发展犹如龟速般缓慢。

规模成长的难解题

处于初期阶段发展的新事物需要时间来成长无可厚非,但氢能车的处境似乎更加艰难,也被成本、技术、补能限制三重大山压着,走上了电动车发展初期的路子,高度依赖补贴。

1.成本过高,市场化缓慢。氢能车的成本不仅包含整车的成本,更为重要的是能源补充的成本。无论是制氢成本、还是加氢站等补能产业链,都在发展的初期缓慢爬坡。比如加氢站,建设的成本在上千万,并且不能与传统的加油站共享设施,需要重新选址重建,建设的成本较加油站是其三倍。而制氢方面,目前主要的来源也是并不绿色的化石燃料获取。据中国氢能联盟数据,氢气的制备来源煤炭占据64%,工业副产的来源为21%,最绿色的电解方式仅占1%。

2.产业链冗长复杂,技术需要升级的空间较大。无论是氢能车燃料电池技术,还是补能端的氢气制备技术都需要提升。氢能车的燃料电池系统相当于传统燃油车里的发动机,是整车最核心的部件,其中电池燃料堆的技术膜电极、制作的工艺过程等存在难点与瓶颈,不仅限制燃料的转化率并且也是电池成本高的主要因素之一。作为电池燃料重要的能源补充,绿氢的大规模获取技术目前也并不成熟,全球的电解制氢都处于初始阶段,还不能规模化。

3.基础设施建设方面,补能的加氢站数量少。中国汽车工业协会数据显示,截至2020年底,国内累计建成加氢站刚超过110座,对于依赖氢能补充的车辆来说,补能端的规模化发展是氢能车快速发展的前提之一,相较于遍布国内各地的加油站和充电桩,加氢站的数量几乎可以忽略不计。

这三重大山的压制,使得氢能源车市场销量长期维持在低位徘徊,市场化的步伐发展较为缓慢。借鉴电动车发展的路线来看,氢能车的发展初期需要在补能端和氢燃料电池端持续投入发力。基础设施的地基打好了,房子才能一层一层盖起来。

目前氢能车的发展还是以政策补贴为主,重卡长途运输场景也开始运营落地。乘用车的发展还需要时间与市场的铺垫。相对来说,固定的长途路线相对于氢气站的建设成本来说会友好很多,在这些固定线路上沿线建设,氢能重卡可以作为补充长途运输的运力参与。

当然,要想实现氢能车的大规模运用,成本、技术以及基础设施建设都需要同步推进,各个产业链的打通还需要时间来突破。

氢能车会取代电动汽车吗?

拉长时间的尺度,我们知道,在政策战略与产业的不断深耕中,氢能车终会发展起来,那么氢能车未来的发展会取代电动车吗?对于这个问题,虽然从能耗的终极发展角度来说,零排放是终极目标。氢能车的战略位置是很高,但是短期内,电动车的发展远远把氢能车甩到了身后,替代电动车的目标看起来比较遥远。电动汽车很好的替代了传统燃油车在城市中的应用场景,无论是乘用车还是公共交通、专属车类等,电动车的身影都融入到了整个城市交通运输的方方面面。

但在长途运输场景中,纯电动汽车的续航里程有限,需要多次补能,运营的难度被放大。这个领域对于电动车来说,无论未来技术怎样发展,限于锂电池材料的性能的天花板,续航里程有限,这也成为氢能车切入发展的开口,作为长途运输场景中新能源车辆补充。氢能车与电动车的发展不是谁取代谁的关系,而是成为不同应用场景的互补关系。

我们知道在新能源汽车的发展中,政策一直都是先行,无论是作为指导和战略的规划,还是真金白银的撒钱作为后盾支持行业的发展。对于氢能车来说,新的政策也在补贴方面作出了有别于电动车的改变。比如以结果为导向,项目评估验收后,才能获得奖金;明确奖金不能用于整车项目投资和加氢站建设,只能用于核心技术产业化、人才引进、新车型新技术示范应用推广等,这些新的措施都变得更加严格、细化,避免以往在电动汽车中的骗补现象。

政策与战略层面的疏导,产业与技术的深耕,氢能车暂时的发展虽然缓慢,但不会一直停滞于此。就像电动汽车的发展一样,在经历时间与技术的酝酿后,也会结出甜美的果实。尤其氢能车在能效和环保层面的优势,这些长处在能源发展与限排等背景下将助力交通运输实现深度脱碳,助力“2060 碳中和”目标的实现。

无论是数字经济、数智基础设施本身的节能环保、低碳减排,还是交通领域能源体系的升级,都是能源变革中极其重要的组成部分。氢能源汽车在这个体系中,未来的发展与想象空间无限,会长成未来交通主要的发展方向和应用形式。

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