氫燃料電池汽車究竟何時能在市場占有一席之地？

　　引言：隨著氫能在能源行業(yè)也越來越受到重視，氫燃料電池汽車（FCEV）也漸漸走進大眾的視野。但提及氫燃料電池汽車的發(fā)展時，需要發(fā)展的不是單一的在街上奔馳的汽車，而是一個從汽車、加氫站、運輸配套疊加而成的完整復(fù)雜交通系統(tǒng)。在比較各種能量來源的交通方式的時候，我們往往忽略其它的配套設(shè)施，這樣就容易夸大的某種技術(shù)在某單方面的優(yōu)勢，而產(chǎn)生出錯誤的結(jié)論。氫能在汽車上的應(yīng)用形式，也不僅僅限于燃料電池一種，比較少見的有一氫燃料發(fā)動機為驅(qū)動的汽車，其燃燒供能的主要部分依然是氫。本文主要討論燃料電池汽車（FCEV）的應(yīng)用，以避免泛泛之談而無法面面俱到，關(guān)于其基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)將在日后介紹。

　　氫燃料電池混動汽車FCEV

　　車中的蓄電池在混動汽車加減速的時候介入工作，就能夠保持燃料電池的恒定工作狀態(tài)，提高運行效率。氫燃料電池混動汽車兼具混動汽車和電動汽車的特點，在電機電路方面有很多共用部件，比較傳統(tǒng)的燃油混動汽車更有優(yōu)勢 (McKinsey and Co., 2011)。截至到2014年，全世界范圍內(nèi)有大約550輛FCEV（公交車和乘用車），做為示范項目的一部分上路行駛。在洛杉磯也有少量的FCEV重卡在展示運行，以測試其作為增程電動汽車的實用性。

　　現(xiàn)在FCEV的氫氣儲存壓力在35MPa到70MPa之間。壓力越高，儲存的氫氣自然越多，也就意味著更高的續(xù)航里程和時間。因此大部分的示范項目都是以70MPa壓力作為標準工況，以達到更加的演示效果。在現(xiàn)在的技術(shù)下，1kg的氫燃料能夠支持車輛大約行駛100km。目前大部分實驗的氫燃料混動汽車都設(shè)計成500km至650km的續(xù)航里程，與燃油經(jīng)濟性不錯的汽油車相差無幾。氫燃料電池汽車能夠維持燃油汽車類似的行駛品質(zhì)，取決于氫氣的生產(chǎn)工藝，能夠減少部分乃至絕大部分的尾氣排放。

　　FCEV的發(fā)展阻礙

　　然而，盡管有排放方面的優(yōu)勢，氫燃料電池混動汽車的價格，依然是其市場推廣的主要障礙。目前一輛整車的價格在6萬美元，尚處于市場推廣的早期階段，遠高于同品牌、性能相接近的燃油汽車，普通消費者因此產(chǎn)生了氫燃料混動汽車高不可攀的感覺。這對一項新技術(shù)的市場推廣，可不是一個好消息。因此在目前的售價和加氫基礎(chǔ)設(shè)施普及情況下，只有日韓，德國，美國加州的少部分地區(qū)高收入客戶，能夠成為氫燃料電池混動汽車的目標客戶。

　　目前FCEV汽車高成本的主要原因是居高不下的燃料電池價格，更深究下去的原因是燃料電池電堆和電池平衡系統(tǒng)的價格。如果這兩點能夠降低，同時延長燃料電池的使用壽命，F(xiàn)CEV的使用成本才有可能更具有吸引力。當然，規(guī)?；拇罅可a(chǎn)毫無疑問能夠減低汽車的制造成本，與福特T型車的流水生產(chǎn)線成功讓美國工薪階層有了第一輛汽車是一個道理。在大規(guī)模產(chǎn)生以前，F(xiàn)CEV組件的成本還有另外減低的空間：例如減低高壓儲氫罐復(fù)合材料的價格就能夠顯著降低其成本。為了保證成本的最優(yōu)化，汽車生產(chǎn)廠商致力于氫燃料電池系統(tǒng)成為一個完整的設(shè)備包，能輕易的“嫁接”到現(xiàn)有的燃油汽車上，這意味著不需要改造現(xiàn)有的生產(chǎn)線，成本能夠進一步得到控制。

　　FCEV的發(fā)展優(yōu)勢

　　為了充分發(fā)揮FCEV對于普通燃油汽車的優(yōu)勢，其車型主要集中在大型和高檔汽車上。起初這些高成本的設(shè)備與技術(shù)將首先應(yīng)用在旗艦車型上，之后等待價格減低后再逐步下放到普通車型中，這與普通汽車中的技術(shù)路徑也基本一致。試想一下二十年前有多少汽車配備的六速以上的手自一體變速箱、渦輪增壓引擎，并且配備了自動駕駛系統(tǒng)、GPS導(dǎo)航呢？

　　對于FCEV而言，燃油汽車都不算是真正的競爭對手，混動電池汽車卻能與之處處較勁。無論是目標客戶（中高端市場人群），還是宣揚的低碳環(huán)保理念，兩者都頗為相似。當廠商將大規(guī)模生產(chǎn)時電池和儲氫罐成本考慮在內(nèi)的時候，由于FCEV的單一電動力鏈的低復(fù)雜性，其比較與混動汽車還是有些許優(yōu)勢的。 

　　在示范項目中批量應(yīng)用，能夠放大氫燃料電池混動汽車的優(yōu)勢。這樣做的訣竅是節(jié)省了不少加氫站的成本。例如在貨運車輛或者是公交線路上使用，加氫站的數(shù)量可以被優(yōu)化，從而降低與之相關(guān)的成本。例如在歐洲漢堡，布魯格，斯圖加特等地的應(yīng)用，都是在CUTE / HyFLEET:CUTE 的歐盟資助項目下開展的。另外，對于公共交通汽車而言，氫燃料電池混合動力車在城市啟停頻繁的路況下能夠更好的發(fā)揮它的作用，并且突顯其優(yōu)勢，在人口密集并且空氣污染嚴重的地區(qū)，這樣的系統(tǒng)相當適合。但就從用戶的角度來看，加氫站數(shù)量的精簡帶來的成本優(yōu)勢，對于大規(guī)模的推廣和個人應(yīng)用而言，完全沒有參考意義。此外，在從演示階段走向日常生活之中時，氫燃料儲存的安全也會更加受到關(guān)注。早在2008年，第一代氫燃料電池客車就服務(wù)了北京奧運會，但作為示范項目，180萬歐元一輛的單價，使得氫燃料電池公交完全沒有經(jīng)濟性可言。

　　FCEV示范案例

　　時隔10年，今年十月在上海嘉定區(qū)114路公交上新亮相的氫燃料電池客車已經(jīng)成熟很多。在全球環(huán)境基金會、聯(lián)合國開發(fā)計劃署支持下，作為由財政部、科技部聯(lián)合北京、上海等5城市共同實施的“促進中國燃料電池汽車商業(yè)化發(fā)展”項目成果之一，嘉定運營的燃料電池大客車，由上汽集團、申沃客車聯(lián)合研發(fā)。本款產(chǎn)品采用燃料電池系統(tǒng)為主、動力電池為輔的雙動力源，車載儲氫系統(tǒng)可儲存21千克氫，最長續(xù)駛里程可達560公里。

　　除此之外，氫燃料電池在軌道交通運輸、貨運汽車領(lǐng)域也有不少應(yīng)用示例，例如下圖所展示的燃料電池列車，該列車今年9月已經(jīng)在德國下薩克森州正式開始商業(yè)載客運行。

　　目前每天維澤-易北交通公司（EVB）在不來梅港附近的區(qū)域33線中用iLINT開行8對列車，并有可能在今后在將其推廣到萊茵魯爾、巴符、萊茵美因地區(qū)。iLINT型氫燃料電池混動火車的技術(shù)路線和FCEVs汽車類似，只不過各類參數(shù)要大不少，有2個90kg的儲氫罐，110KWh的電池容量，544kW的輸出功率和87kN的啟動扭矩，基本能夠滿足800公里的每日區(qū)域列車運行距離要求。阿爾斯通在制造的時候，充分利用了原有的LINT型火車設(shè)計，將氫燃料電池包和原有的驅(qū)動設(shè)備盡可能兼容，降低開發(fā)成本和時間。在今年五月，舍弗勒向其頒發(fā)了2018年度GreenTec交通獎，代表了歐洲工業(yè)界對這一嘗試的充分肯定。阿爾斯通在建設(shè)中也要承擔完善加氫站和配套的維護設(shè)備的任務(wù)，這也解釋了為什么在2014年項目啟動4年后，第一列火車才正式投入運行。這樣的配套建設(shè)問題在運用于固定線路的公共交通中影響還不為明顯，但若用于個人出行，影響因數(shù)不容忽視。

　　在重型長距離交通運輸領(lǐng)域，氫燃料電池重卡是目前市場上為數(shù)不多幾種選擇。盡管在新聞或是在公眾視線中出現(xiàn)的不多，但氫燃料電池重卡和其它低碳運輸工具的競爭格局依然存在。在傳統(tǒng)的重卡領(lǐng)域，柴油引擎在卡車運輸行駛中熱效率已經(jīng)能夠達到40%。在也倒逼氫燃料電池在技術(shù)發(fā)展中需要尋找在功率和效率之間的一個技術(shù)的平衡點，來突顯其對于傳統(tǒng)重卡的優(yōu)勢。加大功率的情況下，氫燃料電池能夠滿足重載道路運輸?shù)墓β省⑴ぞ氐刃阅苄枰?，但是損失的效率導(dǎo)致了燃料消耗的增加，需要利用更大的氫燃料儲存空間來彌補。目前技術(shù)條件下，運用70MPa高壓氫氣儲存的重卡，相較柴油重卡的燃料儲存空間要大4倍，這對于以增加載重為目標的重型卡車無疑是一個致命傷。但在道路載重運輸領(lǐng)域，由于其零排放的優(yōu)勢，氫燃料電池的發(fā)展受到了各大物流集團的重視，沃爾瑪、京東、百事等都已經(jīng)在相關(guān)項目上開始投資，推動其產(chǎn)業(yè)發(fā)展。