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氢能之都

作者:《支点》记者 林楠 实习生 陈宇晴点击次数:460   发布日期:2018-11-12

核心提示:氢能产业处于起步阶段,还有很多问题需要解决。如果武汉能率先解决这些问题,就能抢占优势。

 

搭载常温常压液态储氢技术的氢扬一号。

 

破土动工5个多月之后,武汉首座固定式加氢站即将在今年11月完工。

这座加氢站位于武汉经济技术开发区(汉南区,以下简称“武汉经开区”)汽车零部件园区,设计日供氢能力1000kg,储备容量1000kg。采用35MPa(压强单位兆帕)的加注压力,同时预留了加注70MPa压力和日加注能力700kg氢气的扩展空间,是全国储量及日加氢量最大的加氢站。

它由武汉雄众氢能有限公司(以下简称“雄众氢能”)投资建设,雄众氢能是上市公司深圳市雄韬电源科技股份有限公司旗下武汉雄韬氢雄燃料电池科技有限公司(以下分别简称“雄韬股份”和“雄韬氢雄”),与武汉众义达石油有限公司一起合资成立的子公司。

支点财经记者同时获悉,武汉首座加氢站建成投产后,雄韬氢雄将于今年底前提供30台燃料电池客车,在武汉经开区示范运营3条公交路线。

这对武汉氢能产业来说可谓意义重大。因为有了燃料电池车的示范运营,武汉氢能产业终于迈出了商业化的步伐;因为铺设了加氢站这一基础设施,武汉氢能产业有了商业化的底气。

“氢能之都”的武汉构想,正在加速推进。

 

从0到1用了近50年

 

燃料电池是使用氢这种化学元素,制造成储存能量的电池。即利用氢气和氧气之间的氧化还原反应,把化学能直接转化为电能发电,工作过程中只会产生水和热,被公认为是零排放和零污染的新能源。

正因如此,武汉早在上世纪70年代就在研究燃料电池。不过,真正有所进展是在上世纪90年代末。当时,全球范围内兴起燃料电池车的研发潮,武汉也在2000年开始了相关研发。

潘牧是这一历史过程的见证者,他是武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室首席教授。

最初,武汉理工大学与东风汽车集团有限公司(以下简称“东风汽车”)合作,历经几年的探索后于2005年,先后开发出了楚天一号燃料电池轿车和楚天二号燃料电池中巴车。

“但是,楚天一号和楚天二号纯属样车,也就是仅用来演示而不能载人。”潘牧对支点财经记者说,“燃料电池车的技术难度较高,那时的研发还停留于实验室阶段。”

一般来说,燃料电池车从外到里涉及四个层面的核心技术。最外层是集成电源动力系统,次外层是集合单体电池、电堆、电源模块的电源模块控制系统,里层是单体电池的核心膜电极,中心是需要用到的膜、碳纸、催化剂和双极板等材料。其中,膜电极和电源模块控制系统是核心技术的重中之重。

潘牧回忆称,当时想尽可能在各方面都有所涉足,但因为研发经费有限,反而导致这些核心技术进展不大。

为了集中资源,武汉理工大学在2006年成立了武汉理工新能源有限公司(以下简称“理工新能源”),专门研发、生产和销售燃料电池核心组件膜电极和电池模块。功夫不负有心人,几年后具有自主知识产权的膜电极组件研发成功,并进入批量化生产。

此后,更多机构和企业开始在这条路上摸索。

比如,武汉地质资源环境工业技术研究院(以下简称“资环院”)于2016年,在武汉东湖新技术产业开发区(以下简称“东湖高新区”)未来科技城设立了武汉泰歌氢能汽车有限公司(以下简称“泰歌氢能”),主要研发、生产和销售燃料电池电堆和发动机。2017年底,泰歌号燃料电池发动机研发成功。

本土企业之外,行业内排名靠前的企业也来武汉发展氢能产业。

也是2017年底,雄韬股份开始在武汉经开区投资氢能产业,并成立了雄韬氢雄,以此为投资主体。雄韬股份是总部位于深圳的老牌电池上市公司,早在2014年就切入氢能产业。

雄韬氢雄总经理熊云告诉支点财经记者,公司计划在武汉总投资115亿元,布局武汉后为助力氢能产业更好地发展,雄韬氢雄还收购了理工新能源70%的股份。

不仅如此,今年3月12日,雄韬氢雄又与雄韬股份旗下参股公司北京氢璞创能科技有限公司(以下简称“氢璞创能”)合资成立了武汉雄韬氢雄电堆科技有限公司,主要从事燃料电池电堆的研发、生产和销售。

同一天,雄韬氢雄还与雄韬股份旗下参股公司浙江氢途科技有限公司(以下简称“氢途科技”)合资成立了武汉市氢雄发电机科技有限公司,主要从事燃料电池发动机的研发、生产和销售。

在此之前,氢璞创能已研发生产了数十款燃料电池电堆,氢途科技也有燃料电池发动机系列产品。

本土与外来企业的助力,使得武汉在经过近50年的发展后,逐步掌握了燃料电池车的一些核心技术。

 

有车还得跑起来

 

在这样的背景下,武汉的燃料电池车也走出了样车阶段。

今年4月,泰歌氢能与开沃新能源汽车集团旗下的武汉开沃汽车有限公司,以及南京金龙客车制造有限公司(以下简称“南京金龙”)一起,联合开发的开沃·泰歌号燃料电池客车被列入了工信部新车公示目录。

8月,雄韬氢雄与南京金龙联合开发的另一款氢雄号燃料电池客车,以及与东风汽车联合开发的东风牌燃料电池厢式运输车,也被列入了工信部新车公示目录。

“这意味着我们具备了批量生产和销售燃料电池车的条件。”资环院常务副院长刘超对支点财经记者这样说道。

不过,光有研发和制造能力还不行,燃料电池车要走向商业化,还需有配套的基础设施。就像燃油车需要加油站,电动车需要充电站一样,燃料电池车也要加氢站。

打定主意投身氢能产业的企业,自然对这一块有思考。

今年2月,雄韬氢雄成立了雄众氢能专做加氢站的建设和运营。同年6月,前文提及的武汉首座固定式加氢站破土动工。

“11月加氢站就会建设完毕,但实际运营还要到今年底。”熊云说,“加氢站要正常运营,还得有燃料电池车来支撑。”

熊云透露,雄韬氢雄正与武汉经开区沟通相关细节,准备在今年提供30台燃料电池客车,在武汉经开区示范运营3条公交路线。

刘超表示,资环院与中石油湖北销售公司准备成立合资公司,正在东湖高新区选址建设加氢站,并就后续燃料电池车的主要运行区域进行了规划,开沃·泰歌号燃料电池客车首条示范运营路线今年有望投入运营。

从产业链上下游来看,保证氢气来源也是关键。如果到了加氢站发现没氢可加,那可就尴尬了。

在熊云看来,这倒不必担心。因为武汉有武钢集团,还有很多化工企业,他们产生了大量氢气副产品,氢气供应资源丰富,“这些氢气如果加以利用,供上百万台燃料电池车使用没有问题。”

刘超则告诉支点财经记者,资环院已与武汉葛化集团有限公司成立了合资公司,专门从事制氢和供氢业务,今年底会正式投入运营。

如此一来,有车又有加氢站,还有源源不断的氢气,燃料电池车在武汉马路上奔跑起来将成为现实。

 

氢雄号燃料电池客车。

 

千亿产值的梦想

 

武汉对氢能产业寄予了厚望。

作为全国六大汽车产业集群发展城市之一,去年武汉生产乘用车189万辆,汽车产业产值达到3600亿元。这几年,新能源汽车的比重在不断加大,武汉也在2016年成为了全国第一批新能源汽车试点城市。

燃料电池车是新能源汽车的另一个发展方向,武汉自然会紧紧抓住。

今年1月19日,武汉市氢能产业发展规划建议方案出炉,对未来氢能产业的发展方向,列出了时间表和路线图。

该规划建议方案提出,未来要将武汉打造成氢能之都。3年内,在研发层面实现制储氢、膜电极、电堆、系统集成与控制等核心技术领域达到国际先进水平。到2025年,力争产生3-5家氢能国际领军企业,建成加氢站30-100座,形成相对完善的加氢配套基础设施,实现公交车、物流车及其他特种车辆总计1-3万辆的运行体量,燃料电池全产业链年产值突破1000亿元,使武汉成为世界级新型氢能城市。

国家层面,对氢能产业也是颇为看中。

自2016年起,从《能源技术革命创新行动计划(2016-2030年)》到《国家创新驱动发展战略纲要》,再到《“十三五”交通领域科技创新专项规划》和《节能与新能源汽车技术路线图》等文件,已多次提出要大力发展燃料电池车。

根据规划,到2020年、2025年和2030年,燃料电池车分别要达到5000辆、5万辆和百万辆的规模,并逐步从示范运营转向大规模推广应用。

为了让规划落到实地,2017年9月,工信部还印发了《乘用车企业平均燃料消耗量与新能源积分并行管理办法》,提出从2018年4月1日起实施“双积分制”。2018年至2020年,车企销售车辆中新能源汽车积分比例分别为8%、10%和12%。

新能源汽车积分的计算方法是,根据纯电动、插电式混合动力和燃料电池,及相关车型续航里程的高低,给予不同分值。如果新能源积分达不到要求,只能通过购买方式抵消,否则将削减未达标企业传统燃油汽车产量。

多位接受支点财经记者采访的业内人士认为,燃料电池车有望成为未来汽车的主要发展方向。这是因为加一次氢只需3-5分钟,且续航里程在450公里以上,能有效克服锂电池汽车当前存在充电时间长、续航里程有限等问题。

正是因为看到燃料电池车的发展前景,全国已有多个省市将发展氢能产业纳为重点项目。

据不完全统计,剔除武汉之外,北京、上海、广东云浮、江苏如皋、河南郑州等地正在运营的加氢站有12座,还有19座加氢站正在建设过程中。已建成加氢站的这些地方,或多或少地投入了燃料电池车在示范运营。

相对来说,武汉的燃料电池车和加氢站来得有点晚。

 

路上跑的还不到1000台

 

氢能之都这个梦想,要如何才能实现?

“其实全国的氢能产业都处于起步阶段,去年燃料电池车全国产量虽然有1000多台,但真正在路上跑的并不多,知道为什么吗?”潘牧停顿了一下继续说道,因为还有很多问题需要解决,如果武汉能率先解决这些问题,就能抢占优势。

潘牧指出,首要问题是燃料电池车的性能有待提升。他以自己观察到的现象举例说,比如,车在跑的过程中容易“罢工”坏掉,再就是车的使用寿命不长,即便是在实验室也还没有1台车跑了10年。

扬子江汽车集团有限公司(以下简称“扬子江汽车”)总经理黄修瑞也对支点财经表达了类似的观点。

近几年,位于武汉的扬子江汽车也与相关企业合作开发了3款燃料电池客车。

“车子性能达不到要求,运行上没有达到最佳状态。”黄修瑞说。

比如,各种装置体积很大,装配时不仅超出了工作间,还占用了乘客位置;氢能发电在低温下启动能量转化效率较高,而实际启动时周围温度常常超过了150℃……

那么,即将上路示范运营的燃料电池车是否有改进呢?

“有些改变但在技术上还没完全做到位,这也是我们提出示范运营的原因。”熊云说,“只有真正上路跑了,才能检验和发现更多问题,从而去解决问题,包括空气系统、散热系统、乘坐舒适度等。”

在这些业内人士看来,提升燃料电池车性能的同时,走向商业化的过程中还得将成本降下来。

“一个燃料电池货运面包车都要130万元,这价格确实高得有点离谱,虽然国家有一些补贴,但补贴后的价格还是有点高。”潘牧感叹道。

售价之所以高,还在于成本较高。一个因素是目前燃料电池车都是小批量生产,如果能够大批量生产,就会形成规模效应降低成本。

黄修瑞则从另一个角度进行了阐述,“成本较高还有一个原因是,一些核心零部件主要依靠进口。如果这些能够国产化,成本必然会降低。”

事实上,目前仅有少数氢能企业掌握了膜电极、电堆、发动机这些核心技术。而即便掌握了这些核心技术,燃料电池车需要用到的交换膜、催化剂、氢循环泵等几乎都是进口。

上述业内人士综合认为,无论是要把规模做上去,还是将相关核心零部件国产化,归根结底还是得在技术上下功夫,不断提升燃料电池车的性能,才能加快其商业化进程。

 

常温常压下储氢加氢有待破题

 

不断攻克技术的同时,配套基础设施也还需要继续完善。

“加氢站的建设应该持续推进,铺设网络越完备就越方便,推行起来也就更快。”熊云表示,建设加氢站并不难,基本一个季度就能完成,目前较少有企业加入进来,还是在于成本较高和盈利困难。

行业公开数据显示,建成一座加氢站国家一般会补贴400万元,而建设总成本约为1500万元,这还不包括土地成本。更为关键的是,燃料电池车尚属起步阶段,分配到单个加氢站的车辆相对较少,只用来加氢会处于亏损状态。

“加氢+充电+加油三合一的方式,是一种较好的商业模式。”熊云说,“雄众氢能建的武汉首座固定式加氢站就采用的这种模式。”

刘超也向支点财经记者表示,正在东湖高新区选址的加氢站,则是一座油氢合建站。

基于三合一或二合一的模式,雄众氢能在2020年会建成20座加氢站,资环院未来3年内计划建成21座加氢站。

“什么时候能实现常温常压下储氢和加氢就更好了。”潘牧指出,“因为这样更加方便和安全。”

目前,储氢和加氢基本都是采用高压方式。储氢用的是类似煤气瓶的高压气瓶,加氢需要用到特殊压缩机等将氢气打进去。在运输和加氢过程中,一旦发生泄漏容易产生爆炸等安全事故。

也有企业在这方面有所尝试。

和扬子江汽车合作,开发出氢扬一号和氢扬二号燃料电池客车的武汉氢阳能源有限公司,就拥有常温常压液态储氢技术。

黄修瑞介绍,这项技术主要是通过有机溶剂,在常温常压下将氢气做成氢油,利用管道、槽罐车等就可运输,加氢时就像加油一样方便。

“不过,氢油也需配合车上特殊装置来使用,从而把氢气放出来在电堆里面发生反应发电。”他说,“我们在试跑过程中发现,放氢过程中它需要发电给特殊装置加热,而加热这个过程就消耗了很多能量,导致驱动车辆行驶的电量就不够用,也就是续航里程很短,所以还有待继续研发。”

 

不应只有燃料电池车

 

“总而言之,燃料电池车不是短跑而是长跑。”潘牧总结说,“只要大家一起去解决问题,总会有胜出的一天。”

在潘牧看来,除了企业要努力,政府也应该出一把力,这样更能促进燃料电池车的商业化。

他举例说,现在很多企业想做示范运营,政府就应该有整体规划,先从哪里开始再扩展到哪里,时机成熟时还可以出一些限制措施,如东湖风景区禁止污染型车辆进出,“淘汰落后产能就是在鼓励新技术。”

再者,如果一项技术总是攻克不了,政府可以组织优秀科研院来帮企业一起做,甚至可以成立国家重点实验室。

对武汉提出的打造氢能之都,潘牧还从长远方向上给了另一个建议。

“氢能作为一种清洁新能源,可以利用的领域很多。”他说,“航天、潜艇、无人机、通讯基站等,甚至家庭热电源系统等都能用到。”

追溯过往历史,扩展领域武汉其实也有基础。

上世纪70年代,武汉最开始研究燃料电池时,就是以武汉大学为主体,准备应用到航天领域,只不过由于各种各样的历史原因,后期项目被停掉了。

“如果都能做起来,市场空间就更大了。”潘牧说,“当然,路还是得一步一步走,燃料电池车的技术成熟了,延伸到其他领域就自然而然了。”(支点杂志2018年11月刊)