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同臺競技 氫內燃機與氫燃料電池誰的勝算更大

發布時間:2022-03-16

氫能作為清潔無碳的戰略性新興能源,是實現交通運輸領域深度脫碳降碳,推動能源結構優化,助力實現碳達峰、碳中和的重要選擇。今年全國兩會期間,氫能及氫能源汽車成為了代表委員們頻頻提及的熱詞。

近年來,在國家利好政策的助力下,氫能產業尤其是氫燃料電池汽車產業得到了較快發展。與此同時,作為減碳技術路線的有效補充,被“冷落”多年的氫內燃機也開始受到行業的關注。那么,氫內燃機和氫燃料電池技術到底有何不同?兩者各自的優勢都是什么?

氫燃料電池汽車加速規?;涞?/span>

氫燃料電池汽車是依靠氫燃料電池電堆中的氫氣與氧氣發生電化學反應,產生電能驅動。與純電動汽車相比,氫燃料電池汽車具有補能效率快、續駛里程長、低溫性能優越等優勢。

“基于以上優勢,氫燃料電池汽車在商用車領域更具競爭力,所帶來的節能減排效果也更為明顯?!毙履茉醇爸悄芫W聯汽車獨立研究者曹廣平指出,除技術優勢外,由于商用車運行路線相對固定,更適合氫燃料電池的技術特點和產業基礎,在加氫站布局、選址方面也相對容易。

作為氫能在交通領域應用的重要突破口,氫燃料電池汽車被認為是商用車加速脫碳進程、實現電動化轉型的重要方向。2020年以來,國家層面有關鼓勵氫能和氫燃料電池汽車發展的政策持續加碼,地方政府也陸續出臺支持政策。得益于此,氫燃料電池汽車發展迅速,從產業規模到成本成效都取得了顯著提升。

公開數據顯示,截至2020年底,我國氫燃料電池汽車累計保有量達7000多輛,分布在北京、上海、廣州等36個城市進行示范運營。2021年12月,財政部等五部門發布《關于啟動新一批燃料電池汽車示范應用工作的通知》,包括河北、河南、京津冀、上海和廣東在內的5大城市群,正式開展氫燃料電池汽車示范應用。與此同時,隨著氫燃料電池技術的不斷進步以及效率大幅提升,氫燃料電池汽車應用領域進一步擴大,目前已在市內公交團體班車、物流運輸、園區擺渡、城市管理服務用車等多個區域性應用場景開展規?;痉哆\營。

值得一提的是,本屆北京冬奧會上,示范運營的氫燃料電池汽車超1000輛,車型覆蓋公交車、團體班車等,是全球首次大規模投入氫燃料電池汽車作為接駁工具的重大嘗試。羅蘭貝格全球高級合伙人、亞太區商用車業務負責人方寅亮表示,上千輛氫燃料電池汽車在北京冬奧會上示范運行,將帶動2022年氫燃料商用車銷量的增長,促進氫燃料電池汽車規?;?、商業化推廣應用。

業內普遍認為,目前我國氫燃料電池行業正在進入市場、技術、資源卡位的發展蓄能關鍵期,未來氫燃料電池市場主體將從客車及中輕卡,逐步向長途旅游客運、省際重載運輸、環衛、冷鏈等重點領域推廣。另外,結合節能路線圖2.0對氫燃料電池汽車的發展規劃及展望,2020~2025年,氫能汽車市場處于發展初期,以政策驅動為主,車型應用側重于中重卡領域;到2025年,氫燃料商用車年銷有望達1萬輛;隨著基礎設施加大普及、技術革新和成本下降,預計2025~2030年,氫燃料電池商用車將進入發展加速期,到2030年銷量有望超10萬輛。

氫內燃機具有廣泛適用性

今年的《政府工作報告》中明確指出,推動能源轉型,要立足資源稟賦,堅持先立后破,這也決定了汽車低碳發展需要多技術路線共存。長期來看,發展新能源汽車無疑是汽車行業實現“雙碳”目標的重要路徑,但中短期內,內燃機在道路交通運輸中仍具有不可替代的重要作用?!半p碳”目標的指引下,內燃機行業也正積極尋求創新發展與轉型升級的機會。如今,在燃料電池技術熱度不減之時,也有不少企業開始解鎖氫能的另一種應用形式——氫內燃機。

“氫能并不是燃料電池的專屬,上世紀50年代,內燃機領域就已開始將氫能作為燃料進行應用研究?!眱热紮C行業專家魏安力表示,氫內燃機與燃油車相似,只不過把燃料變成了氫氣,發動機與此前的汽油發動機、天然氣發動機有共通之處。

在魏安力看來,氫內燃機更具成本和推廣優勢。內燃機將氫作為燃料,一方面具有多種燃料適應性,可以使用純氫為燃料,也可以和甲醇摻燒,有效降低對石油依賴;另一方面,可以使內燃機資源得到最大化利用,延長生產裝備生命周期,氫內燃機保留了傳統內燃機的主要架構和系統,不需要重新構建產業鏈,其技術實現的難度和成本投入遠小于燃料電池。

天津大學教授姚春德告訴記者:“從使用角度來看,燃料電池需要吃‘細糧’,要求氫氣的純度達到99.99%。而氫內燃機則沒那么‘嬌貴’,對氫氣的純度沒有特別要求,而且在高負荷區具有較高的綜合效率。對于承擔貨物運輸的中重卡來說,氫內燃機是更經濟且更高效的選擇?!?

今年全國兩會上,全國人大代表、廣西玉柴機器股份有限公司新品試制裝配工段工段長許燕妮也提出,氫內燃機成本低、加氫快,而且無里程焦慮,具有在商用車全領域應用的潛力。目前,氫內燃機已成為發動機行業落實“雙碳”目標的重要路徑之一。

對于氫內燃機未來的應用前景,國內外企業都比較看好。歐洲幾乎所有的主流商用車企業都在關注或已開始對氫發動機展開可行性研究。豐田也在去年宣布,將氫燃料發動機安裝在基于豐田卡羅拉運動版的賽車上。與此同時,我國的氫內燃機研發也取得了較大進展和突破。在乘用車領域,一汽集團首臺氫能發動機成功點火;在商用車領域,基于漢馬科技13L天然氣發動機的AVL氫氣發動機已進入研究階段。全國人大代表、吉利商用車集團首席科學家劉漢如也表示,國內汽車及內燃機企業已開始著手氫內燃機的性能樣機開發,很快就將進入到樣車開發階段。

北京理工大學教授孫柏剛認為,綜合成本、性能、可靠性等因素來看,氫內燃機相較燃料電池更具優勢。氫內燃機技術符合安全、可持續、用得起三項指標,且已經得到政府相關部門的高度關注,其未來的發展前景更為廣闊。

實現商業化依然任重道遠

在業內專家看來,作為氫能汽車的兩個發展方向,氫內燃機與氫燃料電池技術并不沖突,兩者在商用車領域均具有較為廣闊的發展前景,但同時也都面臨著成本高、配套設施短缺、缺乏完善頂層設計以及產業鏈薄弱等諸多挑戰。

目前來看,購置、運營乃至車輛全生命周期成本優化,是氫能商用車進入發展快車道的關鍵。但氫氣的儲存和運輸,制氫、注氫的安全問題,以及建設加氫站的高昂成本,都成為推廣氫燃料電池汽車和氫內燃機車的障礙。特別是對于氫燃料電池汽車來說,僅是電池和儲氫系統的成本就占到整車的六成以上。若電堆成本、加氫站和氫氣運輸成本無法降到合適的價格區間,就難以進行大規模推廣。

在接受記者采訪時,姚春德表示,當核心技術難題被攻克,基礎設施建設更完備,才有可能使氫能產業鏈各環節成本降低,推動氫能商用車前行。首先,氫燃料電池產業還需攻關催化劑、質子交換膜、探子等共性的技術難點,推動燃料電池電堆、高壓氫氣瓶等關鍵部件的成本下降,提高氫燃料電池系統的可靠性和安全性,降低各個環節的成本。其次,經過20多年的發展,氫內燃機的相關技術雖獲得了突破性進展,但其缸內燃燒有著自身的特點,在發動機設計上需要進行較多改進,產業化應用還有很長的路要走。(文:中國汽車報)

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