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    氫能燃料電池技術及汽車發展論壇總結報告

    發布日期: 2018-04-19
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    010年9月21-22日,由中華人民共和國科學技術部、氫經濟與燃料電池合作伙伴(IPHE)聯合主辦的“氫能燃料電池技術及汽車發展論壇”在上海成功舉行。此次論壇由國家燃料電池汽車動力工程研究工作中心/同濟大學和美國能源部阿貢國家實驗室承辦,上海市科學技術委員會和上海市新能源汽車推進辦公室予以支持。中華人民共和國科學技術部高新技術發展及產業化司副司長張志宏,本屆IPHE主席、德國聯邦交通、建筑和城市發展部副主任Nilgun Parker女士,上海市科委副主任陸曉春等分別出席論壇開幕式并致辭。

                        圖1 論壇開幕式

    本次論壇不僅匯聚了來自中、美、歐、日等國家和地區的政府部門和科研機構的代表,還吸引了來自日本本田公司、美國通用集團、上汽集團等汽車企業的代表和來自殼牌、林德、法液空、空氣化工等能源和氣體業界的代表,以及來自人民日報、解放日報、新民晚報、新華網等媒體的記者。美國能源部氫能辦公室主任Dr. Sunita Satyapal帶隊五位能源部及所屬國家實驗室的代表前來參加交流。80多名各國代表共聚一堂,分別從政府、學術界、企業界等不同角度,對目前氫能燃料電池及汽車技術的研發、示范和商業化進展,以及氫能基礎設施發展等情況進行了演講和討論。一天半的論壇中共計安排了5個主題的23個演講和兩次專家討論,議程緊湊,內容豐富。論壇結束后,會議代表還參觀了上海世博會燃料電池汽車示范基地及加氫站,并試乘了正在上海世博會上示范運行的燃料電池公交車、轎車和觀光車。

    從本次論壇透出的信息顯示,即便在遭遇金融危機的情況下,各國持續開展氫能與燃料電池技術研發、示范和商業化部署的腳步也沒有放緩,對燃料電池汽車普遍持積極、樂觀態度,都在加快促進其早日向市場滲透。本次論壇不僅給關心氫能與燃料電池技術的各國政府和企業界的人士提供了一次的交流經驗和相互學習的機會,也再一次向公眾傳遞了在推動氫能與燃料電池技術發展與商業化應用上的信心,并必將進一步推動燃料電池汽車商業化的進程。

                 圖2 論壇代表合影

    本報告從政府政策、業界觀點及示范進展三個方面對本次論壇略做總結。

    一、各國政府對氫能與燃料電池技術均予以高度重視,持續投入促進相關技術研發與示范。

    美國能源部的Dr. Sunita Satyapal 和Mr. Fred Joseck分別介紹了美國對氫能和燃料電池技術研發項目的支持政策,在燃料電池領域的研發進展,以及在氫氣制取和輸配領域的研發進展。針對燃料電池商業化所面臨的技術障礙(包括燃料電池的成本和耐久性、氫的成本、儲氫容量)和經濟與體制障礙(包括標準法規、國內生產和供應基礎、公眾認知接受度、氫氣生產和輸配的基礎設施等),美國已出臺眾多政策和計劃來支持燃料電池研發和部署,如2010年美國能源部從美國復蘇和再投資行動(ARRA)中撥款4千萬美金資助12個燃料電池項目,計劃布署1000套燃料電池;開展了大量示范活動來驗證技術成熟性,如在zui近組織的燃料電池汽車及基礎設施的驗證行動中,共計152輛燃料電池汽車和24個加氫站參與,汽車行駛總里程達到280萬英里,行駛總時間超過114,000小時,電池效率達53-59%,超過134噸氫氣被生產和加注;此外,能源部也在大力促進標準、法規的設立,開展針對立法人員和公眾的教育宣傳。在能源部的大力支持下,眾多研究機構和企業在燃料電池相關技術領域和氫氣制備和運輸的相關技術領域都取得了顯著的進展,如2010年測算的燃料電池量產成本(500000unit/year)已降至$51/KW,較2009年下降15%以上,而實驗室測試的車用燃料電池MEA的壽命已超7300小時,超出原定的2010年目標5000小時,此外,氫氣運輸的成本也大幅下降。

    我國科技部高新司能源與交通處處長鄭方能重點介紹了中國的氫能國家戰略和電動汽車發展科技計劃。他指出,氫能是中國未來能源發展戰略的重要方向,中國的《國家中長期科學和技術發展規劃綱要》(2006-2020)提出要重點開發規?;臍淠芾煤头植际焦┠芟到y,重點研究低成本的化石能源和可再生能源制氫技術,經濟氫儲存和輸配技術,燃料電池基礎關鍵部件制備和電堆集成技術,燃料電池發電及車用動力系統集成技術,形成氫能和燃料電池技術規范與標準。談到中國的電動汽車發展科技計劃時,鄭處長指出雖然汽車能源與動力系統轉型已經成為共識,但是必須認識到發展燃料電池汽車面臨著成本、壽命、制氫和氫源問題等挑戰。要通過設立科技專項支持,行業積極主動建立產學研聯盟進行技術攻關,突破電池(包括燃料電池)、動力總成、電控等核心技術的瓶頸制約,降低成本;還應根據城市能源資源、交通特點,做好城市交通電動化所需的基礎設施規劃和建設;此外,可通過建立電動汽車示范區(如上海崇明島,嘉定汽車城),營造市場,創造新型商業化模式,大力推動電動汽車產業化進程。

    歐盟在各成員國政府的支持下正在實施“燃料電池與氫聯合行動計劃”項目。來自該項目辦公室的Enrique Giron 介紹了該計劃的目標和目前的進展情況。該計劃的目標就是促進氫與燃料電池技術的發展,為2015年商業化進行技術儲備。該計劃的總預算是在2008至2013年至少投入9.4億歐元,其中歐盟投入4.67億歐元現金,而產業界2千萬歐元現金和至少4.5億歐元資產,研究機構則投入3百萬歐元現金。按應用領域劃分,這些資金的32-36%將用于交通和基礎設施領域,34-37%用于固定式發電和熱電聯產領域,10-12%用于制氫與氫氣輸配,12-14%用于早期市場培育,還有6-8%用于交叉領域。按項目性質劃分,31-35%的資金用于支持研發,41-46%的資金用于示范,其它資金用于支持行動和長期研究。在該計劃的支持下,目前兩個較大的示范項目是“H2moves Scandinavia”和“Clean Hydrogen in European Cities (CHIC) ”。

    挪威國家研究委員會的Dr. Stian Nygaard代表IPHE從整體上介紹了IPHE18個成員國和地區(不包括要演講的國家)的燃料電池項目發展狀況。其中德國NIP項目在2007-2016年之間會投入14億歐元用于開發氫能和燃料電池技術,政府和產業界各出資一半,其中政府出資的2億用于研發,5億用于示范;加拿大BC項目已陸續建成7座加氫站,其中包括一座世界上zui大的站點,供應量達1000 kg/day,服務于目前世界上zui大的燃料電池客車車隊,客車數量達到20輛;巴西投入預算2千8百萬用于五個領域的氫能與燃料電池技術的研發,從2010年開始將在圣保羅和里約熱內盧布署燃料電池客車;冰島2007-2010年的Smart-H2項目已經先后對27輛燃料電池轎車進行了示范運行,目前尚有22輛仍在服務之中;挪威方面有4座加氫站正在運營之中,另有4座加氫站將在今年和明年建設成功;英國目前有3輛燃料電池客車在倫敦示范運行,并有6座加氫站和燃料電池出租車項目計劃于2012年之前完成。IPHE認為,氫能和燃料電池技術在未來能源與交通運輸系統領域將會扮演越來越重要的角色,實現氫能和燃料電池技術的商業化布署需要各國利用他們自身的優勢并與其他各國分享各自zui有實踐意義的經驗,zui大限度的加強合作。

    日本經濟產業省的Haruhisa Koguchi博士介紹了日本目前在燃料電池汽車和氫能領域的研發狀況。日本政府的大力支持對日本燃料電池汽車和氫能技術發展起到很大的作用,從2006年至今,幾乎每年日本都制定新的項目或政策(Science and Technology Basic Plan、 New National Energy Strategy、 Basic Energy Plan、Cool Earth – Innovative Energy Technology、Next-Generation Auto Fuel Initiative和Hatoyama Initiative等)對燃料電池汽車和氫能技術進行研發和建設支持,并主要通過METI和NEDO兩個部門管理和支持。在此次論壇上,Koguchi博士再次介紹了日本的燃料電池汽車商業化路線圖,其目標是到2015年,要使2000輛燃料電池汽車在路上并建設15個加氫站;到2025年達到200萬輛燃料電池汽車和1000個加氫站。

    二、汽車業界和能源業界均在為燃料電池汽車的商業化厲兵秣馬,并取得了顯著的進展。

    2009年,戴姆勒,福特,通用/歐寶,本田,現代/起亞,雷諾/日產和豐田等7家車企曾聯合簽署了一封致能源公司和政府機構的公開信,指出2015年起將有顯著數量的燃料電池汽車推向市場,因此迫切需要建設氫基礎設施,尤其是在歐洲(德國)、美國、日本和韓國等重點市場。此次論壇上,通用和本田公司都再次向各界傳遞出2015年實現燃料電池汽車商業化的決心和信心。

    通用汽車燃料電池商業化亞太區代表George P. Hansen介紹了聚集氫能燃料電池車輛的通用電氣化戰略-“共存而非簡單替代”。戰略的基本路線是從混合動力車輛到插電式混合動力車再過渡到純電動汽車和燃料電池電動車。通用汽車正在以租賃的方式進行迄今為止世界zui大規模的燃料電池車隊市場測試,有119輛車正在美國、歐洲和亞洲示范運行,已累計行駛2百萬公里。通用與上汽集團還共同開發了基于上汽榮威750平臺的上海牌燃料電池汽車,作為2010上海世博會貴賓用車,該車應用與Chevrolet Equinox相同的燃料電池驅動系統。通用的下一代燃料電池驅動系統(Gen2)的大小和重量將都只是目前系統(Equinox Fuel Cell)的一半,壽命大于十年,通過設計滿足?多車型應用需求,成本大幅降低,計劃2015年引入市場。通用燃料電池系統研發項目的目標是將貴金屬鉑的含量減少到10g/vehicle,并降低膜材料的成本(研發非PFSA基材料)。在車用儲氫系統方面,通用則力推700bar的4型瓶儲氫系統。

    日本本田研發公司代表Takashi Moriya介紹了本田燃料電池電動車輛的進展情況。他表示:本田公司相信燃料電池車輛是解決未來社會能源需求問題的*選擇,本田將長期致力于燃料電池車輛的研發工作。本田推出的FCV Clarity轎車不僅僅是環境友好的,而且還考慮到了駕駛的性能問題。FCV Clarity轎車將會成為“*”與“舒適”的代名詞。另外,為了真正實現一個可持續的氫能社會和燃料電池電動汽車的普及,在未來必須加強氫能基礎設施的建設和社會對氫能認知度的建設問題。

    在本次論壇上,上海燃料電池汽車動力系統有限公司章桐總和上汽集團的黃晨東也分別介紹了中國燃料電池汽車的研發進展以及我國自主研制的燃料電池汽車分別在2008北京奧運會、美國加州及2010上海世博會上的示范運行情況。黃晨東在本次論壇上透露了上汽的燃料電池發展路線, 2010年世博會示范的FCV為第二代,主要解決安全和可靠性問題,通過世博會的示范運行積累了大量真實數據和實踐經驗,2013年第三代FCV以提高性能為重點,2015年第四代FCV則以降低成本為重點目標。值得一提的是,此次論壇結束后不久,上汽集團正式對外公布了其燃料電池汽車的戰略規劃目標:到2013年,生產50輛轎車供公司管理人員上下班使用;到2015年,實現燃料電池汽車產業化,在北京、上海、大連等試點城市上市銷售,計劃生產數量為1000輛,整車成本將降至50萬元人民幣以內。

    看來汽車業界已為2015年燃料電池汽車商業化卯足了勁,那么屆時能有足夠的基礎設施滿足需求嗎?本次論壇齊聚了全求位的三大工業氣體集團: 林德集團、法國液化空氣集團和空氣化工產品集團,目前約有80%的加氫站都出自這三家,他們給出了自己的觀點。

    林德集團氫解決方案中國代表Fred Zheng介紹了林德集團在氫能基礎設施建設領域的先進經驗,主要包括加氫站技術、氫氣壓縮技術、氫氣加注技術,并特別介紹了其創新性的離子液體壓縮機技術,目前這種新型壓縮機已在柏林等地的加氫站投入使用。法國液化空氣集團Patrick Sanglan 介紹了該集團的氫能研發和示范情況,其研發不僅在加氫站領域,也包括70MPa高壓復合材料儲氫罐和燃料電池產品的開發,并正在積極探索氫能和燃料電池產品的商業化市場。空氣化工產品公司的代表周文利女士介紹了該公司的概況和其氫能系統??諝饣ぎa品公司是zui大的氫氣生產商,強大而眾多的技術創造了氫燃料領域的諸多*。它從1993年起就活躍于氫燃料領域,參與建設超過100個加氫站,完成超過65,000 次安全充裝。事實上,這三家公司都是工業氣體領域的大型化集團,在氫氣生產、儲存、運輸和安全使用等方面都有著豐富的技術和經驗,從而使他們能夠迅速地針對燃料電池汽車所需氫基礎設施開發出產品,他們認為,氫基礎設施在技術上和安全性上目前都是可靠而有保障的,隨著技術的進步及產量的擴大,成本也肯定會降低。當然,基礎設施與汽車始終存在“雞與蛋”的關系,需要大家一起努力培育市場,逐步推進,這其中,政府的作用是很大的。來自能源*殼牌公司的代表也在專家討論環節表達了同樣的觀點。

    除了汽車和能源產業界,來自科研機構的專家也在論壇上表達了對氫能和燃料電池商業化的關注。

    來自美國能源部阿貢國家實驗室的王全錄博士專門對氫燃料電池技術進行了能源和排放效益分析。通過對制氫、燃料電池汽車和CHP及CHHP的能源效益和溫室氣體減排的程度進行詳細的分析之后,他指出:“氫能燃料電池汽車具有很高的能源效益,并十分有利于溫室氣體減排。而可再生氫能資源技術的開發能將這種利益zui大化。而早期燃料電池市場應用也能為減排做出一定的貢獻。” 德國LBST的Dr. Ulrich Bünger介紹了歐洲氫能燃料電池在運輸領域的環境效益分析、歐洲近期氫能燃料電池的進展和下一步計劃和德國加氫站規劃藍圖。特別是詳細分析了德國從2010年至2020年每一年加氫站擴展的規劃,按照其分析,德國到2020年將具有1000座加氫站(目前為16座)和50萬輛燃料電池汽車(目前為50輛)的規模。

    三、燃料電池汽車示范項目成效顯著,商業化漸行漸近。

    本次論壇上,來處中、美、日、歐的代表分別介紹了幾個目前世界上影響的燃料電池汽車示范項目。

    美國加州燃料電池聯盟(CAFCP)執行主任Catherine Dunwoody介紹了加州建設燃料電池市場基礎的規劃與進展。加州主要關注燃料電池轎車、客車示范、公眾教育和法令法規及標準等領域,目前共有燃料電池汽車或客車350輛,其中150多輛正在運營;正在運營的加氫站24座,其中3座是為公眾服務的,此外,還有7座加氫站正在建設之中,11座在籌資建設之中。加州的計劃是在2009-2014年建成并運行40座新的加氫站,能服務于4000輛燃料電池乘用車和60輛燃料電池公交車。此外,根據加州的調研和預測,其燃料電池乘用車的發展在2012年達到百輛級(450輛),2013-2015年達到千輛級(4200輛),2016-2018年達到萬輛級(54300輛);燃料電池公交車的發展也分為三個階段:試驗階段—(2011年達到15~17輛)、大規模示范階段(2012-2014年達到20~60輛)和商業化階段(2015-2017達到60~150輛)。

    日本ENAA的Jinichi Tomuro介紹了JHFC示范項目在2009年的進展情況。在JHFC項目支持下,2009年日本又有三個加氫站投入運行,至此日本共有15個加氫站投入運行,而且其中有四個站具備了70MPa的加注能力。從2002年12月至2009年12月,JHFC示范運行的燃料電池轎車運行總里程達到1,100,000公里,加注氫氣20.5噸,燃料電池公交車運行總里程達到290,000公里,消耗氫氣28.4噸。2009年JHFC還進行了對燃料電池車加注2次,行駛1100公里的長距離驗證,結果證明了燃料電池汽車可以達到傳統汽油車相當的續駛里程。此外,JHFC的分析結果表明,加氫站從35MPa升級到70MPa后,系統效率僅下降了1-2個百分點,主要是因為高壓壓縮機和預冷系統消耗了一些電能。

    德國EvoBus GmbH 公司的Monika Kentzler女士介紹了歐洲開展的示范項目。于2006至2009年進行的The HyFLEET:CUTE 示范項目除在7個歐洲城市、澳大利亞的Perth和中國北京共計投入32輛奔馳燃料電池公交車示范運行外,還在柏林投入14輛氫內燃機MAN公交車進行示范運行。這是目前zui大規模的氫能公交車隊,2009年項目終止時,其燃料電池公交車運行里程已達2,600,000公里,運行時間140,000小時,而氫內燃機公交車運行里程已達430,000公里,運行時間30,000小時。2010年,新的示范項目CHIC(Clean Hydrogen In European Cities)又開始了,該項目計劃運行時間2010-2016年,有26輛燃料電池公交車在5個城市示范運行(每個城市有兩個加氫站)。此外,在德國NIP項目框架下,CEP 項目(The Clean Energy Partnership)自2002年起一直運行至今,至2010年底,示范運行的燃料電池轎車將超過50輛,2011年初燃料電池公交車將達到10輛,氫內燃機公交車將有4輛。

    對于中國正在進行的世博會燃料電池汽車示范項目,代表們除了多次從幾個中國專家的演講中聽到介紹外,還有機會在會后親臨現場體驗。在論壇組織者組織的參觀活動中,各國專家參觀了上海世博加氫站與燃料電池汽車維護基地,并試乘了燃料電池大巴、燃料電池轎車和燃料電池觀光車。據有關專家介紹,正在上海世博會進行示范運營的燃料電池汽車達到196輛(含90輛燃料電池轎車、6輛燃料電池客車和100輛燃料電池觀光車),自上海世博會開園以來已連續運行近六個月,整體運營情況良好。其中,僅在園區內高架步道及北環路運行的燃料電池觀光車,截止到9月20日,共計出車8883車次,載客運行154.0138 萬人次,總行駛里程48.7629萬公里。而在論壇上,中國國家燃料電池汽車及動力系統工程技術研究中心/同濟大學的王哲教授還介紹了上海關于燃料電池汽車示范運行的后世博部署,向與會代表透露了正在規劃當中的崇明島示范項目。據其介紹:“崇明島建設為視界級生態島的定位,為構建*交通系統提供可能,為新能源汽車推廣應用提供了機遇;崇明島相對封閉的區位,適中的車輛出行距離,適合新能源汽車大規模推廣應用;崇明島目前較低的車輛擁有水平,如有相關法規和鼓勵政策的支持,會加速新能源汽車推廣應用步伐。”規劃總體目標是到2020年,崇明島內公共服務、私人出行使用車輛實現*,電動汽車(純電動和燃料電池汽車)保有量達到10萬輛。

                圖3 會議代表參觀世博新能源汽車基地

            圖4 各國專家代表乘坐燃料電池觀光車

    總體上,從此次論壇可以看出,氫能燃料電池技術已經得到了世界各國的認可,各國政府與企業都加大了氫能燃料電池汽車的研發及示范力度,使得燃料電池汽車的成本不斷減少,性能不斷改善,相關技術在近年來取得了顯著的進展,代表們都對燃料電池汽車的未來充滿了信心。然而,燃料電池汽車在產業化道路上仍面臨嚴峻挑戰,需進一步提高關鍵零部件的穩定性、耐久性,降低成本,另一方面要為燃料電池汽車大規模運營配套建設氫氣加注站等基礎設施。此外,正如代表們在論壇討論會上所談到的:在產業化初期,千萬不能忽視的是政府對研發及示范的支持起著至關重要的作用。政府的政策不僅是一種支撐,為燃料電池行業的發展提供了諸多幫助,而且更是一種導向,代表著國家政府對燃料電池汽車行業的肯定,為燃料電池汽車為人們所接受,進一步打入市場提供了堅實的保障。為了實現燃料電池汽車的產業化,與會代表表示,世界各國機構和企業應繼續加強合作,在研發、示范、標準法規和市場化等領域的關鍵環節上形成合力,克服道路上的瓶頸問題,共同推動燃料電池汽車化的發展。

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