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氢云直上九霄,两地燃料电池峰会感 精华 1  [复制链接]

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 氢云直上九霄,两地燃料电池峰会感
在燃料电池产业研究一年有余,近期实地调研数月,接触产业内大量一线企业家与资深专家。最近三天先后参加台州氢能高峰论坛和武汉燃料电池高峰论坛,与产业大咖齐聚一堂,加深了对燃料电池产业的认识,亦愈加坚信我们的判断:燃料电池在交通领域已经是临门一脚,产业链日趋完整,2017年是燃料电池商业化起飞元年,产业处于爆发前夜。
日常和资本市场朋友交流,也越加感受到投资者对燃料电池的热度:一级市场有从事过锂电投资的朋友,也开始热衷于燃料电池的项目;二级市场对于燃料电池标的亦开始推崇。
燃料电池产业与过往已是大大不同:云浮燃料电池大巴已经运营接近一年;国鸿引进巴拉德9ssl电堆;台州打造氢能小镇5年投资160亿;在建加氢站数量超过在运营加氢站;巴拉德开发首个商业化非贵金属催化剂电堆等等。眼下的燃料电池汽车产业,正如2009年的锂电电动车产业:政府高度重视,技术瓶颈突破,成本下降路径清晰,产业链日趋完整,趋势成形:
 
(1)政策力度前所未有:国家政策多维大力支持产业发展;
(2)各地方政府推动氢能与燃料电池发展;
(3)燃料电池膜电极在性能、耐久性、成本经济性方面的主要指标可以满足商业化需求
(4)低铂催化剂和非贵金属催化剂发展迅速,无需担心燃料电池大规模商业化应用后的铂金短缺;
(5)国鸿引进巴拉德9ssl电堆,先进电堆国产化降本有助于加速推广燃料电池产业;
(6)氢气成本随着燃料电池规模化发展可以降至用户接受水平,加氢站建设提速;
(7)燃料电池车保有量将在2020年达到10000辆,物流车汽车全寿命经济性明显。
 
1、国家政策多维大力支持燃料电池产业
产业规划奠定基调:《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》明确提出系统推进燃料电池汽车研发和产业化;《中国制造2025》将发展氢能和燃料电池技术 列为重点任务。
推广应用: 2016年10月,汽车工程年会发布的《节能与新能源汽车技术路线图》中指出,到2020年燃料电池汽车在公共服务领域的示范应用要达到5000辆的规模;到2025年,实现氢燃料电池汽车的推广应用, 规模达到5 万辆; 到2030 年, 实现氢燃料电池汽车的大规模推广应用, 氢燃料电池汽车规模超过1百万辆。
产业扶持补贴不退坡:2016 年 12 月 30 日财政部、科技部、工业和信息化部和发改委发布的《新能源汽车推广补贴方案及产品技术要求》中规定除燃料电池汽车外,各类车型 2019-2020 年中央及地方补贴标准和上限,在现行标准基础上退坡 20%,对燃料电池汽车补贴延续至 2020 年不退坡,对于燃料电池乘用车,给予 20 万元/辆补贴;对于燃料电池小型货车、客车,给予 30 万/辆补贴;对于燃料电池大中型客车,中重型货车,给予 50 万/辆补贴。
 
2、各地方政府推动燃料电池发展
(1)云浮模式—氢能延安,打造全国燃料电池产业标杆
产业布局氢燃料电池产业链:园区选择项目以氢燃料电池作为突破口,整合产业链上下游,做电堆、动力系统、氢瓶、加氢站运维、整车和应用,整个产业链上下游都进到了产业园区,
政府搭台解决资金,企业唱戏:从政府拿到扶贫资金来启动;通过PPP的模式引进投资方引进来建设厂房和生产线;对重点企业进行入股,融资以后退掉一部分;和广东省建行成立30亿产业基金。
人员团队引进:高层次人才进高校,具体工作到园区开展
具体操作:(1)落实国鸿公司,先在国内生产组装巴拉德设计的燃料电池电堆,降低成本。(2)动力系统和整车结合生产大巴车,拥有终端产品,飞驰开发了11米的大巴车(3)成立了佛云新能源交通公司,作为政府采购运行平台解决运行,具体是由云浮公交运行,云浮的线路已经实现正式载客3个月,单车的行驶里程15000公里。(4)市里面强力推动加氢站审批。
 
(2)台州—打造氢能小镇,5年内投资160亿
台州市委将氢能作为“十三五”期间重点发展的千亿级能源与资源再生产业的重要内容,推进打造氢能小镇,5年内总体投资将达到160亿元。
5个产业合作签约项目
  • 国博氢能产业投资基金:总规模10亿元,基金管理公司设在台州,主要投资方向为氢能源产业链中优质的创新企业,电能转换、转化及应用技术,清洁能源领域科研成果的转化与产业化。
  • 氢能客车研发中心和中试基地:长江汽车与腾华氢能将在台州氢能小镇共建研发中心和中试基地,开展燃料电池汽车的研发、中试、组装生产和销售。
  • 移动加氢车研发生产基地:达刚路机与腾华氢能将合作开发移动加氢车,在台州建设移动加氢车研发和生产中心,布局台州氢能小镇加氢服务体系,共同打造氢能应用示范小镇。
  • 碱性制氢系统研发生产基地:大陆制氢和腾华氢能将在台州成立合资公司,共同开展大功率碱式电解水制氢设备的开发生产和销售。
  • 加氢站设备研发生产基地:上海氢枫与腾华氢能在台州成立合资公司,主要投资加氢站设备的开发、生产和销售以及加氢站的建设和运营。
 
5个产学研合作项目签约
  • 热电联供系统项目:华北电力大学能源动力与机械工程学院合作聚焦于氢能源在电力系统的应用开发、氢燃料电池热电联供系统、氢燃料电池系统水热管理等技术的开发、转化和应用。
  • 材料制氢项目:厦门大学材料学院材料科学与工程学科合作聚焦于国防军工、高端行业、特种用途的材料制氢技术和金属材料的产业化研发、应用和转化。
  • 材料储氢项目:华南理工大学化学与化工学院合作聚焦于新型储氢材料研发、应用和产业化。
  • 富氢保健项目:西安交大生命科学与技术学院合作聚焦于氢(水素)医学研究、产品应用。
  • 光解水制氢设备项目:长沙理工大学化学与生物工程学院合作聚焦于制氢技术的开发和应用。
 
(3)武汉—副省级城市里面第一个出台氢能源汽车产业发展的城市
  • 氢能源列入了武汉市的十三五发展规划和武汉制造2025行动纲要
  • 2016年6月份就成立了由市长担任组长的武汉市氢能产业发展领导小组
  • 正编制武汉市燃料电池汽车产业发展规划
  • 出台新能源汽车推广应用和产业发展的方案,这个方案已经以市委市政府文件的形式下发。
 
(b)武汉市氢能源产业发展现状
 
  • 氢能来源丰富,有武钢、石化等企业工业氢能源非常丰富
  • 具备关键技术,有中国地大团队常温常压的储氢技术,理工大教授的质子交换膜技术,中船712所氢燃料传播动力系统和武汉众宇无人机燃料电池关键零部件材料等部分。
  • 应用前景方面,拥有东风汽车、东风扬子江、比亚迪等新能源汽车的整车厂。
  • 产业链相对完善,汇集了东风汽车、扬子江汽车、武汉青阳、众宇动力和重船712所、武汉理工氢能源、华工科技等一大批著名企业和单位。
(c)武汉发展目标
第一阶段:开展氢燃料汽车的研发和应用,促进氢燃料汽车在特定地区范围内,在公共服务用车领域有小规范的应用。力争2020年产业达到100亿,示范的车辆达到500辆以上,加氢站3座以上。
第二阶段:重点开展氢燃料汽车产业龙头项目的培育,引进和整合发展实现城市私人用车、公共服务用车领域的批量化推广和应用。力争到2025年产值能突破500亿,建立和完备有机储氢装备、运输和供应体系,达到加氢站10座。
 
3、燃料电池膜电极在性能、耐久性、成本经济性方面的主要指标可以满足商业化需求
(1)膜电极性能方面的挑战:进一步对于低铂载量电极进行结构优化
目前主要的低铂载量的发展方向主要包括:(1)结构优化:催化层里面的模型应该是铂在碳载体表面,外部被质子包裹起来。低铂载量的时候,这个孔是串动的话,氧气可以跟空隙里面的铂进行反应,这样的话可以大大提高利用率,优化了结构,让孔里面的铂得到了应用。(2)改善树脂减少对于氧的阻力:做高透氧树脂,希望从树脂的角度出发去改善树脂对氧的传输阻力。
(2)膜电极耐久性方面:加速测算法下寿命已达到2500小时左右,巴士已运行时间最高超过2万小时
国内膜电极最长寿命可以达到1.8万小时(实际使用的备用电源)。耐久性方面的关键点在于:(1)膜;(2)催化剂。前几千小时远远没有到材料腐蚀的阶段,出现问题更多是机械应用,比如是催化层不均匀到膜上会有挤压的状况。
(3)膜电极成本:占到电堆的60%以上,原材料工艺选择、降低铂用量及规模化生产助力降本
目前提供膜电极者包括两种:(1)自主生产燃料电池和膜电极,以巴拉德和丰田汽车为代表;(2)专业的第三方膜电极供应商。经济性方面目前需要突破几个问题:(1)提高生产效率;(2)质量控制;(3)原材料选择;(4)降低铂用量等。
 
总结来看,目前膜电极主要技术指标可以满足商业化需求,可以支撑1000万辆车规模,但在铂载量、生产效率、质量控制和原材料成本等方面还有进一步改善的空间。
 
 
4、低铂催化剂和非贵金属催化剂发展迅速,燃料电池大规模应用化瓶颈无忧
(1)低铂催化剂发展迅速
中科院大连化物所牵头的国家重点研发计划新能源汽车专项在低铂催化剂课题面,各方面性能指标,包括铂用量都与DOE2020年目标接近
 
(2)非贵金属催化剂实现商业化突破
9月12日 - 巴拉德宣布,公司与日新控股开发了一种用于世界首个商业化的基于NPMC的质子交换膜(PEM)燃料电池产品的非贵金属催化剂。非贵金属催化剂NPMC是燃料电池产业发展的重要方向,不使用Pt作为催化剂将大幅降低未来燃料电池的材料成本,对铂金的单位需求将持续下降乃至最终不用铂金。巴拉德的新产品迈出了商业化的重要一步;
应用方向上看,作为风冷+30w级别的产品,未来即使技术进步,非贵金属催化剂燃料电池很长一段时间无法应用在车载领域,但展现的行业趋势已经不容小视。
 
5、国鸿引进巴拉德9ssl电堆,先进电堆国产化降本有助于加速推广燃料电池产业
广东国鸿于2016年和巴拉德达成合作引进9ssl电堆生产线,成功实现先进电堆国产化,将燃料电池电堆成本成功下降。2016年7月公司与巴拉德签署了正式的股权合作协议及9SSL电堆生产线建设总协议,约定双方成立合资公司作为9SSL电堆生产线的建设和运营主体,广东国鸿氢能科技有限公司将成为全球最大规模的最顶尖的氢燃料电池的生产商,年产能2万套。
  9ssl电堆是目前商用车上最成熟的电堆,寿命超过2万h,自2009年生产至今已累计生产电堆超过10,000台,产品的成熟性已经过充分的市场验证,合作伙伴遍及全球,已为多个行业提供氢燃料电池商业化运营解决方案,客户包括Plug Power、沃尔玛、宝马、联邦快递等。
 
6、氢气来源多,规模化后氢气成本下降路径清晰,加氢站建设提速发展
   (1)氢气来源丰富,规模化后氢气成本下降路径清晰
氢气气源种类选择较多,可以根据加氢站附近情况选择供应方式:距离化工区近的优选尾气提纯制氢;当地天然气便宜且需求量稳定的可以采用天然气重整制氢;此外还可以通过甲醇重整制氢、煤制氢以及电解水制氢等方式。
当加氢站数量较多,形成规模需求后,可以选取合适位置集中天然气重整制氢
(2)氢气成本并不高昂
国内考虑合理制氢和运氢方式,到站成本可以做到用户接受范围,并且加氢站运营具有经济性。
(3)加氢站建设提速发展
根据蓝皮书规划加氢站超过27座。加氢站的主要技术标准为GB0516。
 
7、燃料电池车保有量将在2020年达到10000辆,物流车汽车全寿命经济性明显
目前,我国上汽、宇通、北汽福田等汽车生产厂商已经具有取得公告的燃料电池车型,佛山市(云浮市),武汉市等正在积极推动燃料电池产业发展。佛山市已经建立燃料电池整车生产基地,5年内将达到5000辆的产能规模。预计到2020年,我国商用车为主的燃料电池车的保有量将达到10000辆。
 
  燃料电池物流车具有续航里程长(300km以上),加注氢气时间短(5-15min)等优点,考虑经济性,燃料电池物流车国补地补到位后全生命周期成本较燃油车低;考虑运输效率,燃料电池物流车因为续航里程长,加氢时间大大短于电动物流车充电时间,燃料电池物流车运输效率较高。未来燃料电池物流车在物流车中将占据重要位置。
 
 
Q&A:
Q1:现在氢燃料电池是我重新认识的动力系统,安全这块有没有隐患,如果有隐患,我们现在有什么可靠的措施?
A:从物理特性来讲氢气密度非常小,逸散性很高,在相对来讲不是特别封闭的空间氢气很难爆炸。从化学特性来讲,氢气爆炸极限是4.1%~74.2%,氢气在空气中的浓度达到29%爆炸强烈;由于氢气逸散快,在不是封闭情况下,达到强爆炸情况少,你基本没有听说过氢气发生什么问题。把两个汽车点着,一个是使用氢气,一个是机油,机油烧得面目全非,氢气就是一个细的火柱,几十分钟燃烧完毕,驾驶舱的温度没有升高,这个车一点损耗都没有。氢气作为燃料电池的时候有很多传感器,如果达到了极限会自动关掉。整个来讲氢气还是很安全的。
 
Q2:从国家层面非常支持氢经济的发展,但是做这个事情可能需要很大的投资,需要一些力量大的公司做这件事情。对于中小企业介入氢经济的时间表,什么时间点比较适合,前期研发投入和市场推动都需要很大的政府支持,小企业目前介入也不是很好,所以想问问各位专家能不能预估时间窗口?
A:新能源刚开始是比较费钱的,太阳能推动的时候国家也补贴。氢能源也是一样,不管是国际还是我们国家政府都是也补贴的,还有大家接受度的问题。小公司只要你有特色,建起来能坚持到最后,前景肯定是光明的。燃料电池赚不赚钱,我们说的可能是电堆,但做零部件已经赚了大钱。
 
Q3:刚才PPT里讲到非贵金属的催化剂,昨天晚上巴拉德宣布跟日本日氢控股合作发布一款非贵金属的催化剂,对这个事情怎么看?
A:巴拉德宣布商业化催化剂,是国际化第一个宣布的。非铂催化剂是热点,刚开始的稳定性很差,现在稳定性逐渐提高,用在车上需要时间,但是用在其他地方是有可能的。
 
Q4:以后的发展是水冷比空冷好,还是空冷比水冷更好,这个大方向可以给建议,哪个方向发展起来更顺畅,因为空冷和水冷两个对比各有所长。
A:空冷、水冷是这个样子,空气冷却的功率不是很大,一般是5千瓦以内。空气热能比较小,所以要做很大以后散热会出问题。优点是系统很简单,不需要空压机,也不需要冷却水泵,很多都简化了。工业级十几公斤,两千瓦以内就可以了,在无人机上没有问题。如果达到五千瓦再做空冷就没有水冷有优势,在车上基本上都是水冷。水冷对环境温度比较高的时候,能把热能散掉。但是空冷有缺陷,环境温度很高40度,电堆没有办法加湿,空气流量要把温度降下来。所以应付高温环境空冷是不适合的,无人机定的标准是零下5度到40度,40度以上用空冷不可能。水冷有优点,如果你需要热一定是水冷,因为可以从中利用。热加电可以达到95%,这样就可以充分利用。所以各有优缺点,小功率的就考虑空冷,大功率基本上就是水冷。这是我的个人观点。
 
Q5:无人机应用启动和海拔,还有温度的方面。如果在冬季,又是海拔比较高,或者无人机起飞一两千米,海拔每增加一千米温度会降更低。这样的情况下,对燃料电池无人机是挑战和瓶颈,怎么看?
A:我们从实际测试的情况来看,做无人机还没有测试过零下十度以下的情况,但是系统在别的应用场景做过零下四十度的测试,这个性能是没有问题的。你说的高海拔问题,要分成两个问题来回答,测4500米的时候发现吻合标委会1000米性能降低3%,我们测试的是下降18%20%的水平,我们在设计上比较要有冗余。在10%的时候情况下跟85%湿度下,差距不会超过5%,这是我们做过比较多的测试。不是所有燃料电池都能上无人机,必须要有比较好的环境适应性,高低温、高海拔和不同湿度。
 
Q6:现在汽车发展膜越做越薄了,问一下唐博士,现在的趋势是不是用质子交换膜的方式越来越少了,都要增强,国内用的是什么材料,国内能生产吗?
A:想办法把膜硬度提高是我们正在做的事,希望能够减少这样的情况,下游成品率也关系到我们销售的问题。当然,现在燃料电池制造远远没有达到车这样流水线的做法,所以装配的工艺也需要去琢磨,从机械行业也要琢磨这件事。现在是用增强材料,要竞争成本优势,我们也选了国外的供货商,这个价格就很高了。必须得承认,这方面国内需要做很多的事情,把材料本身的性能或者成品率进行提升,这是一个方面。包括3M公司也做了其他的探索,不可否认有可能会牵涉到专利方面的问题,市场这块我们正在做。技术平台往下延伸会更快一些。
 
Q7:我听说对丰田燃料电池关键零部件是自己做的,国内有燃料电池厂家做系统集成,有的在做电堆。主机厂车辆是怎么想的,未来5年或者十几年真正应用大批量生产的时候又是什么样的状态?
A:丰田或者本田很多东西不是自己做的,它提供了很多供应商,这些供应商跟他合作有独家协议。另外根据燃料电池几十年的发展,开始燃料电池企业啥都做,做电极电堆系统。但是发展到一定程度以后发现有量了,这个膜电极不自己做了,因为别人是自动化生产,可能比我还便宜,而且我的量很小,如果自己做会非常费钱。现在分工越来越细了。
 
Q8:如果将燃料电池用于乘用车,怎么看待涉及的标准化问题?
A:不管国际还是国内关键材料,国标对耐久性没有很明确的数据。现在大家用膜的时候,我估计都有这样的情况,我只要20厘米,有的说我要22厘米,甚至27厘米,在未来降低成本来说是很大的问题。我的膜只能这样定制,好多家就分切,剩下的边角料全部加在身上。
所以标准件绝对是方向,假如用一样的电极,不管电极的形状,输出的电压范围非常像。这有什么好处呢,输入方面就定死了,厂家就知道我可以放心大胆做,大家都是这个样子的,会慢慢规范化,这是件好事。慢慢零部件厂家成本会降很多,而且补贴还有一点,就是物流车和客车,物流车电极输入电压的需求430伏左右,客车是600伏左右,所以输入电压和输出电压都定死了是非常好的事,这样的话成本才会降。
 
Q9:巴拉德在中国签了很多大单,说18年能盈利。Plug power什么时候能盈利?
PLUG杜斌:如果我们产品从毛利来讲是挣的,毛利是30%以上。我们预计去年现金流持平,但是去年美国燃料电池补贴取消了,说把燃料电池忘了,其他的没有忘。原来如果有补贴的话应该是3700套产品销售,去年也达到了4000多套,结果因为没有补贴,这个补贴是30%左右,还是很大的比例。我在想,我们预计是明年正现金流,实际上商业化是可行的,只是需要一定的规模。
 
Q10:Ballard在石墨板电堆方面有技术积累,也主要利用于大车领域,比如说客车、卡车、商用车等车型。我想咨询在乘用车领域有没有后期产品规划?
Ballard余凌:巴拉德的定位就是商用车和乘用车不一样,商用车领域是产品化,把产品标准化,然后卖给客户,因为商用车的空间比较大。针对乘用车的战略,跟乘用车一起做技术转让,或者一起合作开发。比如说我们跟大众奥迪的合作,也是开发乘用车,这个专利权会属于奥迪自己,将来奥迪来生产氢燃料电池用在自己的车上。所以我们针对乘用车和商用车的战略不一样。巴拉德目前用的是碳板,拥有金属板以及碳板的技术,但目前主要是碳板。
 
Q11:想问一下IE公司我没有比较初步的燃料电池增程式的定位,我觉得技术应该结合市场导向。我就想请教,公司如何看待这个问题?
IE方适应:从产品的角度,4千瓦发动机可以用在摩托车作为主动力,也可以用在轿车上,如果一部车补贴多少钱我们就很有动力,所以还是根据需要来配置。
 
Q12:给叉车用的加氢站,每天的加氢能力大概是什么样的,主要是压缩氢气还是液氢?
PLUG杜斌:我们的加氢站设计,有3-5吨左右的液氢,主要是考虑到运输成本,出厂价是2美金左右,运到客户是4美金以上,这是运输成本。国内这样的高压两百公斤的储氢是非常大的挑战,我们加氢站的基本原理主要是液氢气化,最终的压力是由液压泵决定的,我们加氢能力如果需要可以做到每天一两吨,从经济核算角度来说理想状态是一到两周送一次液氢,要不然运输成本太高。我们认为液氢主要适合200-600公斤的范围,往上也可以,但最好不要这样,超过1吨以上建议另外处理。如果低于200,我们建议走电解的路,当然也有其他的因素制约。大概是这样的情况。
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