目前，我國能源對外依存度高、結(jié)構(gòu)有待優(yōu)化、碳排放量大等問題不斷顯現(xiàn)。與此同時，氫元素廣泛存在于自然界，轉(zhuǎn)化過程只產(chǎn)生水和能量，對環(huán)境沒有污染。因優(yōu)勢明顯，氫能已成為國內(nèi)新能源領(lǐng)域一股不可小覷的力量，而燃料電池商用車市場將是其重要突破口。
氫能優(yōu)勢明顯前景廣闊
人類社會的發(fā)展離不開能源，最開始使用的木柴和煤炭等，其化學元素幾乎都是碳，燃燒后會產(chǎn)生二氧化碳，造成全球溫度升高進而影響人類生存。后來，人們逐步轉(zhuǎn)變到使用石油和天然氣，這個時候碳的比例在減小，氫的比例在增加，最終將演變成沒有碳的氫能源。
國家發(fā)展改革委和國家能源局曾聯(lián)合印發(fā)《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021-2035年）》（以下簡稱《規(guī)劃》），明確了氫能是未來國家能源體系的重要組成部分，是用能終端實現(xiàn)綠色低碳轉(zhuǎn)型的重要載體，也是戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和未來產(chǎn)業(yè)的重點發(fā)展方向。氫能作為高效低碳的能源載體，綠色清潔的工業(yè)原料，在交通、工業(yè)、建筑、電力等多領(lǐng)域擁有豐富的落地場景，未來有望獲得快速發(fā)展。
近年來，制氫技術(shù)的快速發(fā)展，為我國氫能源的發(fā)展提供了條件；中西部豐富的太陽能、風能等可再生能源，則為氫能源的獲取提供了充實基礎(chǔ)，這一切都為燃料電池的發(fā)展提供了保障。
中國科學院大連化學物理研究所研究員侯明表示，燃料電池的應(yīng)用非常廣泛，主要是交通運輸和能源領(lǐng)域。交通運輸上，可以把它看作一個發(fā)電裝置，不管是在乘用車、商用車還是船舶、飛行器上都可以得到廣泛應(yīng)用。在能源領(lǐng)域，燃料電池的應(yīng)用范圍也很廣泛，包括分布式電站、備用電源等。而且燃料電池除了發(fā)電之外，還會產(chǎn)生一定熱量，可以用于熱電聯(lián)供。
《規(guī)劃》還顯示，計劃到2025年我國燃料電池車輛保有量達到5萬輛。據(jù)此計算，未來幾年我國燃料電池汽車保有量的年均增長率將超過50%。燃料電池汽車主要包括燃料電池系統(tǒng)、車載儲氫系統(tǒng)、整車控制系統(tǒng)等。其中，燃料電池系統(tǒng)是核心，成本有望隨著技術(shù)進步和規(guī)模擴大而大幅下降。
零碳是燃料電池最大優(yōu)勢
付宇帶領(lǐng)的團隊曾多次參與國家重點項目，還作為核心成員主導(dǎo)過第一代和第二代國產(chǎn)電堆的產(chǎn)品開發(fā)。他說：“與電動汽車相比，燃料電池汽車在使用過程中只消耗氫氣和氧氣，通過電化學反應(yīng)高效率發(fā)電，最后排出的是水，因此‘全過程零碳是其最大優(yōu)勢’，此外，燃料電池更適合長途重載運輸，耐低溫，可實現(xiàn)零下40℃低溫啟動，滿足低溫運行要求。”
據(jù)悉，付宇所在的驥翀氫能目前正在批量生產(chǎn)多個型號燃料電池汽車的電池產(chǎn)品，其中包括重卡、渣土車、水泥攪拌車、市政環(huán)衛(wèi)車輛、城市客車以及輕卡等，乘用車的燃料電池產(chǎn)品也在入市過程中。經(jīng)過幾年發(fā)展，團隊已經(jīng)成功打通了從研發(fā)到制造和應(yīng)用的“關(guān)卡”，一步步靠近實現(xiàn)“全產(chǎn)業(yè)鏈條”的終極目標。
“首先要具備氫源及加氫基礎(chǔ)設(shè)施，其次要有具體的應(yīng)用場景和真實需求，最后還需要產(chǎn)業(yè)鏈上下游配套，同時要考慮地方政府對行業(yè)的認知和支持。”付宇說。正是根據(jù)這些因素綜合考慮，驥翀氫能確定了在上海、北京、江蘇、河南、廣東等多個省市的布局。
侯明表示，燃料電池原理看似非常簡單，即氫和氧生成水，放出電和熱。但還有很多地方，尤其在一些材料和制造技術(shù)上與國外還有差距，其中被比喻為燃料電池“心臟”部件的電堆，更是需要多學科交叉、多要素耦合，有待解決的問題還比較多，因此能做和做好之間存在一定距離。
付宇表示，技術(shù)參數(shù)的突破僅是一個方面，燃料電池的開發(fā)必須保證使用過程中的壽命與可靠性，才能順利實現(xiàn)在汽車上應(yīng)用。此外，還需要不斷突破關(guān)鍵技術(shù)瓶頸和降低成本，并通過示范應(yīng)用形成比較成熟的商業(yè)模式，這才是產(chǎn)業(yè)布局背后的邏輯。據(jù)悉，驥翀氫能曾在2020年率先在全行業(yè)開發(fā)出單體電堆功率達143kW的產(chǎn)品，打破了國內(nèi)外紀錄。目前，經(jīng)過不斷升級迭代，該款產(chǎn)品的單電堆功率已達到216kW，并已實現(xiàn)了批量生產(chǎn)。
好產(chǎn)品要在系統(tǒng)中進行開發(fā)
據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)，作為氫能最重要的應(yīng)用領(lǐng)域，燃料電池汽車目前的產(chǎn)銷情況整體有所放緩。業(yè)界認為，伴隨補貼的逐步減少，行業(yè)馬太效應(yīng)更加明顯，將進一步加劇燃料電池領(lǐng)域的競爭。燃料電池的行業(yè)爆發(fā)拐點將至，關(guān)鍵點在于誰能在補貼退出之后成功實現(xiàn)性能和價格兩方面的持續(xù)領(lǐng)先。
付宇表示，目前驥翀氫能新一代產(chǎn)品的設(shè)計驗證與零部件開發(fā)工作已經(jīng)完成，預(yù)計單體電堆功率將超過260kW并可在后續(xù)進一步升級，單堆及功率密度較以往提升20%至30%。此外，第三代產(chǎn)品將在技術(shù)上實現(xiàn)突破性進展，能更好地滿足中重卡車及軌道交通的使用需求。
“單個產(chǎn)品離不開成體系的開發(fā)。”付宇說：“燃料電池的發(fā)展已經(jīng)從純?nèi)剂想姵仄髽I(yè)到以車企為牽引的過渡階段，這個過程中最大的進步將是以汽車零部件的視角，以產(chǎn)品開發(fā)流程來開發(fā)燃料電池，將其作為車用發(fā)動機。”
侯明認為，燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展并非一蹴而就，盡管已走上產(chǎn)業(yè)化道路，但燃料電池產(chǎn)品的開發(fā)周期長，樣品出來后還要做充分的測試驗證，不存在快速集成后就能產(chǎn)業(yè)化推廣的情況，一代產(chǎn)品至少需要多年才能成熟，產(chǎn)業(yè)發(fā)展要循序漸進。
有數(shù)據(jù)顯示，全國燃料電池市場的規(guī)模到2030年有望突破千億元。付宇稱，燃料電池更大的一個應(yīng)用領(lǐng)域是能源領(lǐng)域，目前團隊已完成可用于5G基站等場景的5kW級備用電源和100kW級數(shù)據(jù)中心備用電源的開發(fā)，MW級分布式燃料電池電站的概念設(shè)計工作也已完成。未來，通過技術(shù)創(chuàng)新、推廣應(yīng)用、產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展和智能化應(yīng)用等多種手段，燃料電池技術(shù)的前景將更為廣闊。（記者 趙逸赫）
