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氢能源车有未来吗

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简介氢能源,被视为未来的清洁能源之一,有着其独特的优势。目前,中美日韩德都在发展氢能源。不过,作为氢能源行业的重要一环,氢能源车,并不被所有人看好。近年来,马斯克多次炮轰氢能源。2017年,马斯克表示,& ...

氢能源,源车被视为未来的源车清洁能源之一,有着其独特的源车优势。

目前,源车中美日韩德都在发展氢能源。源车不过,源车作为氢能源行业的源车重要一环,氢能源车,源车并不被所有人看好。源车

近年来,源车马斯克多次炮轰氢能源。源车2017年,源车马斯克表示,源车“燃料电池没有未来”;2022年5月,源车他更说氢气储能是源车“最愚蠢的事情”;在2023年的汽车未来峰会上,他再次唱衰氢能源,称其为“储能领域最愚蠢的选择”。

马斯克作为电动车和电池储能的既得利益者,他对氢能源的批判未必客观,但确有道理。

目前,氢能源燃料电池技术不够成熟,成本较高,燃料电池系统和储氢系统占到整车成本的65%以上,远高于电池占纯电汽车的40%。不过,价格问题,反而是氢能源产业中最容易随着技术发展而解决的问题。

氢能源产业的前景不明朗,有一些更本质的原因。

效率

氢能源的应用有两种方式:一是直接燃烧(氢内燃机),二是采用燃料电池技术,这种技术路线,因为没有卡诺循环的限制,相比于氢内燃机效率更高,一般能达到60%,更具发展潜力。

自然界中氢气很少,人类只有制备氢气,氢气是一种二次能源。目前制氢主要有两条路线,一是传统能源和生物质的热化学重整,比如,煤气化制氢、天然气制氢、甲醇裂解制氢;另一条路线是水的电解和水的光解,然后将氢在燃料电池中变为电,这就是“电-氢-电”转化。

根据不同的电解技术,电解水制氢的效率有所不同,总体来说,电解水制氢的能量转换效率可以达到75%~85%。有了氢,就可以将其注入到储氢钢瓶中,作为燃料,进行下一次“氢-电”转化。

一般来说,氢燃料电池电动车的“氢-电”转换效率大约为40%~60%。但如果是热电联供,效率可以到90%左右,即把转化过程中的废热利用起来,整体效率就可以提升。这就像冬天汽车制暖,不费油,因为利用了发动机的废热。

整个“电-氢-电”的总效率,就是这两个效率相乘:非热电联供,能量转换总效率稍大于40%;热电联供更高一些,能达到65%~72%。这个效率低于直接使用电能的效率。

所以,目前氢能源的生产成本仍然较高,难以与传统的化石燃料竞争,也难以与电池储能竞争。

这个账马斯克算过,他说,要产生1公斤氢气,我们需要耗费55度的电量,把这1公斤氢气装到车子上,大约能行驶80公里。但如果我们用这55度电直接驱动车子,那么续航里程将超过400公里。

储存和运输

氢气密度低,容易燃烧和爆炸,且有很高的渗透性,所以需要在高压容器中存储。相比其他燃料,氢气的存储、运输、加注等过程需要更高的安全技术和设备保障,也需要频繁维修和更换,成本也相应增加。

氢气储存的重要一环是加氢站。按照《中国加氢站数据库》数据,截至2023年12月20日,国内加氢站仅有397个,平均每个地级市不到1.4个,普通消费者买氢能源汽车后加氢都是难题。

加氢站少,是因为成本高。氢的存储与运输都需要在低温高压环境下,一个加氢站需要高压管道、氢气储存罐、压缩机、维护设施等大量设备,建设、维护、运营的成本都很高。一个加氢站的成本,大致是一个加油站的十倍,这个成本比电动车的换电站要高非常多。

技术导致的成本问题,可能会随着技术的发展解决,但有一个问题解决不了,那就是场地。

燃油车的社会配套是加油站,对周边有一定的限制。电动车充电桩对周边环境的要求比加油站还要小。但加氢站对周边环境要求比加油站更高。这都涉及巨大的社会成本。

在寸土寸金的城市,安插一个加氢站进去,可能需要拆迁周围的房屋,这个成本是无法接受的。这就意味着,加氢站基本上只能建在郊区,买了燃料电池汽车很有可能找不到地方加氢,使用不方便。

安全

氢气的安全问题,对于工业和商业应用来说,始终是一个重大的风险。

氢气在空气中的爆炸极限是4.0%~75.6%的体积浓度。也就是说,当空气中氢气的浓度低于4.0%,不会燃烧;高于75.6%时,遇到火源,只会安静燃烧,不会发生爆炸。

但在4%~75.6%这个范围里,就会爆炸。这是一个非常广的范围。作为对比,瓦斯也就是甲烷的爆炸极限在5%~15%,比氢气小很多,但我们也时常听到瓦斯爆炸事故。

在一个开放的空间,氢气泄漏,会立刻上升,基本上没有太大的问题。但氢气在封闭空间和半封闭空间的安全性就完全不同了,这是一个很大的挑战,可以说从来没有被解决过。

当地下车库有一辆车的氢气泄漏了,从这辆车附近,一直到浓度降低到4%的地方,只要有人抽烟、有电器开关的小火星,就会发生爆炸。氢气是慢慢扩散的,由近到远,浓度缓慢下降,从4%~75%意味着氢气可以扩散很远。

电车在地库、隧道烧起来了,也只烧一辆车,最多前后左右几辆车,但氢能源车在地库、隧道发生事故,可能就是爆整个地库,整个隧道。

有人或许会说,如果氢燃料电池车大规模普及,地下停车场、隧道等设施,也会增加预警氢气泄漏、增加换气设备,但所谓多个香炉多个鬼,复杂的系统一定是会出问题的。这就像煤矿有专业的通风系统,还是会出现瓦斯爆炸事故。

所有的技术要在社会中运行,最终也绕不过谁承担成本、风险、谁受益的经济学问题。安全会导致邻避效应。

一辆电车燃烧了,赔偿周围的几辆车,一百万、两百万,保险公司会负责。保险公司不能负责,车主还能卖房子。所以,对于电动车车主的邻居来说,电动车燃烧的风险,始终是有人能负责的,那么,可以放心,反正能找得到人赔。所以,有人买了电车,邻居虽没好处,但也谈不上有风险,不会抗议。

但氢能源车,一爆会爆整个地库,车主必然破产,没有能力赔偿。而且,爆炸的威力和燃烧是不可比的。氢能源车车主的邻居承担了更大的风险,那么,他会不会让邻居买氢能源车?小区居民会不会一起驱逐氢能源车?

2019年,韩国在4个月时间内发生两起与氢能源相关事故,韩国民众担心在自己的地区修建氢气设施会带来危险,就走上街头抗议。

补贴

目前的氢能源车主要依靠补贴推动。

重庆对加氢站给予建设补贴,2024年1月1日起,对纳入全市整体规划并建成运行的加氢站,按建设实际投资(不含土地成本)的30%对加氢站投资主体进行补贴,单站补贴金额最高不超过300万元。

广州对符合条件的氢燃料电池车辆,按轻型氢燃料电池车辆(总质量小于4.5吨)、中型氢燃料电池车辆(总质量4.5吨及以上,小于12吨)、重型氢燃料电池车辆(总质量12吨及以上)三种车型,在每个自然年内行驶里程最高按0.5元/公里、1.0元/公里、2.5元/公里予以运营补贴,不足1公里的按1公里计算。上述四种车型每年每车最高补贴额分别为2万元、4万元、10万元。

此外,广州对氢燃料电池车辆在城市道路停车位停放,在规定收费时段内,享有每日免首2小时路边临时停车位使用费,或者每日首次停车时间1小时以内(含1小时)的,第二次停车免1小时路边临时停车位使用费。

沈阳市大东区,对产氢量给予相应能耗和碳排放扣减,同时对相关项目固投给予最高10%,最多100万元的投资补贴。对发展光伏、风电等零碳制氢,相关项目固投给予最高30%,最多500万元的投资补贴。对企业购买使用车用氢气存储设备金额的20%给予一次性补贴,最高500万元。

无锡市对新建、改建、扩建的加氢站给予不超过500万元的建设补贴。对实施优惠加氢(枪口价不超过25元1公斤)的加氢站给予不超过300万元/年的运营补贴。

补贴是为了创新,发展技术,在氢能源的国际竞争中获得优势。但某种程度上,发展氢能源是在帮助别国获得优势。

国际竞争

早在1981年,日本就开始了氢燃料电池的研发,丰田在1992年开始研发氢能源汽车,于2002年与本田一起交付了一批氢燃料电池。在二十多年的氢能源汽车研究中,丰田拥有了五千余项专利,并于2014年发布了丰田首款量产氢能源汽车mirai。

但实际上,日本在商用氢气车市场占比不大。2023年,中国的商用氢气车销量达到5600台,占世界总销量的38.8%,位居世界首位。其次是韩国的4631台(32%)、美国2992台(20.7%)、欧洲773台(5.3%)、日本424台(2.9%)。

日本抢先进军氢能源产业,并拿到了几乎所有的专利,这是未来获利的保障。但中美欧都躲开了氢能源路线,转头发展电动汽车。某种程度上,日本的巨大投入已经没有太大价值了,但如果中国把氢能源汽车做起来了,日本反而能发挥技术优势。中国已经在电车、电池储能上有了巨大的优势,是否还有必要进行第二条技术路线,自己与自己竞争?

技术路线

分析一个产业,不仅要从技术出发,也要从商业出发。氢能源汽车路线行不行,不仅仅取决于它本身技术的可行性,也要看技术的商业成本与收益。

我们讨论氢能源汽车,一个重要的前提就是,现在已经有了电动车。如果电动车能源没有起来之前,氢能源会带来很多与燃油车不一样的优势。但现在电动车上下游产业日趋成熟,安全性、可靠性都越来越好,而氢能源汽车几乎还停在实验、小范围应用的阶段,即使成熟了,从电动升级为氢动能会带来什么质变的新优势吗?

对消费者来说也是如此。购买电车,会有更大的碰撞燃烧风险,但毕竟有收益,节约了燃油费。现在电车的价格已经非常便宜了,氢能源车很难再有价格优势。对车主来说,相对于电车,氢能源车增加了风险,收益却不大,为什么要购买?这就像中国没有那么多机场,高铁就是一个好的选择,美国航空业发达,高铁意义就小很多。

燃料电池车辆适合重载、长途,弥补电动汽车的不足。但如果氢能源车走不通,整个氢能源领域,就缺了最大的一块。为了一些细分汽车场景,是否有必要专门建立一个技术路线,并建立相应的生态?

如果普及氢燃料电池车,中国就会同时存在三种汽车系统,传统的油车、电动车和燃料电池车。电动车在经济上并未完全自我运转,再加上大量的研发费用,投入到氢能源车,整个社会经济、财政补贴能否支撑,也是一个问题。

所以,我们分析氢能源汽车的前景,不能单纯地分析氢能源本身的技术经济特征,而应该放在电动车的前提之下,进行技术经济分析,得到的结论也就更清晰。

随着风电、光伏成本的大幅度下降,氢气的成本也会下降,氢能源不是不可以,将来可以用在工业,用来炼钢、制造水泥、化肥、化工、储能,但汽车,真的没有那个必要了。中国的最佳方向,就是继续钻研电池、电动车技术,提升电机效率、电池能量密度和安全性。一些细分场景,留给汽油、柴油即可。

(作者系上海金融与法律研究院研究员,专栏作家)

第一财经获授权转载自微信公众号“秦朔朋友圈”。

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