Nikola Tesla,偉大的電氣工程師、交流電之父,世界上有兩輛新能源汽車以他命名,一輛是眾所周知的特斯拉,另一輛是少為人知的尼古拉,尼古拉主打氫能重卡,又被稱為“燃料電池汽車界的特斯拉”。
2020年6月,尼古拉在納斯達克上市,系全球首個實現IPO的燃料電池整車廠商,其市值巔峰時一度超過福特汽車,然而兩年多以后,尼古拉的創始人特雷弗·米爾頓被判三項欺詐罪,這給向來對燃料電池汽車嗤之以鼻的馬斯克再添說辭。
眼下,新能源汽車主導的全球汽車革命如火如荼,鋰電池成為炙手可熱的核心資源,雖然同屬新能源,但燃料電池汽車仍屬小眾。
中國在新能源汽車探索之初,燃料電池汽車的地位甚至高于鋰電池汽車。2009年,隨著“十城千輛”工程的開啟,中國新能源汽車產業化拉開帷幕,純電動、插電式混合動力和燃料電池三種技術路線齊頭并進。
三種路線站在同一起跑線,卻跑出了不同的加速度,燃料電池汽車的普及程度始終落后于鋰電池汽車,而且差距越拉越大。
2022年,中國新能源汽車銷量688.7萬輛,其中純電動536.5萬輛,插電混動151.8萬輛,而燃料電池汽車銷量不足3400兩,不及純電動汽車的一個零頭。
數據來源:中汽協,車百智庫制圖
雖然燃料電池汽車銷量慘淡,但中國從未放棄這一技術路線,特別是啟動示范應用推廣行動以來,燃料電池汽車漸有“發跡”之勢。行業普遍認為,目前我國氫燃料電池汽車產業鏈正處于10年前鋰電池汽車的蟄伏期,爆發指日可待。
“終極方案”
早在1839年,英國的威廉·格羅夫發明了第一臺氣體燃料電池,這比世界公認的第一輛汽車誕生還要早47年,不過燃料電池真正用于驅動運輸機械,要等到120年后。
1959年,世界第一款搭載燃料電池的運輸機械——阿利斯• 查爾默斯拖拉機問世。1966年,美國通用汽車推出全球第一款燃料電池汽車。自此,燃料電池汽車才進入公眾視野。
燃料電池汽車也是電動汽車的一種,燃料本身并不直接提供動力,而是通過內部的化學反應產生電能,進而驅動汽車。其動力系統主要由燃料電池、高壓儲氫罐、電動機/發電機、動力蓄電池等組成。
根據車載燃料的不同,燃料電池汽車可分為甲醇燃料電池汽車、氫燃料電池汽車等類型,其中氫燃料是當前發展的主流,因此行業普遍將“燃料電池汽車”視同于“氫燃料電池汽車”。
需要注意的是,雖然燃料電池汽車與鋰電池汽車均屬電動汽車,但燃料電池與鋰電池有著本質的不同。
燃料電池本質上是一種發電裝置,這其實有點像增程式的工作方式,只不過增程式電動車是通過汽油發電機產生電能。而鋰電池是儲能裝置,其電能來源于外部充電。
從理論上講,燃料電池汽車是新能源汽車的“終極方案”或“完美方案”。
首先,燃料電池汽車的續航能力上限不但遠超鋰電池汽車,而且燃料電池汽車補能只需要添加燃料,比鋰電池汽車充電消耗的時間短很多。
其次,氫元素是宇宙中豐度最高的元素,地球上的氫資源遠比鋰礦資源要豐富,可謂取之不竭,一旦氫燃料電池技術實現突破,意味著人類將告別能源危機。
然而,鋰電池汽車的扛大旗者馬斯克并不看好這種終極方案。在2019年特拉斯股東大會上,馬斯克直言Fuel Cell(燃料電池)是Fool Cell(蠢貨電池),認為燃料電池汽車根本不可能成功。
馬斯克的輕視也不無道理,畢竟燃料電池汽車要想實現大規模商業化,成本實在太高了。
一方面,從燃料電池汽車本身來看,燃料電池汽車的動力系統的成本比傳統燃油車和鋰電池汽車都要搞,一輛燃料電池汽車售價大約是燃油車的3倍、鋰電池汽車的1.5-2倍。此外,燃料電池所需要的金屬催化劑目前為納米級的鉑,就是鉑金那個鉑,稀有且昂貴。
另一方面,從燃料電池汽車所需配套的基礎設施來看,制氫、運氫、儲氫、加氫等一系列環節的成本都居高不下。比如一個加氫站的建設費用就超過1000萬元,這比加油站和充電樁的費用高出太多。同時,每公斤的氫氣價格也要幾十元,也遠超油價和電價。
成本困境之下,全球各國燃料電池汽車的商業化量產進度一拖再拖。2020年10月,國務院印發的《新能源汽車產業發展發展規劃(2021-2035年)》中提到,力爭經過15年的持續努力,燃料電池汽車實現商業化應用。可見燃料電池汽車任重道遠。
自第一輛燃料電池汽車誕生50多年來,全球主要汽車大區對燃料電池汽車的投入整體上不斷增加,其間囿于技術不成熟、成本高企,燃料電池汽車的推進難免遇到挫折。
梳理我國燃料電池汽車的發展歷程,大概可以分為四個階段:探索期、緩滯期、換擋期,以及2022年以來的示范期。
第一階段,探索期(2009年之前)
我國燃料電池研究始于1958年,20世紀70年代在發展航天事業的推動下,燃料電池研究第一次快速發展。美國燃料電池的商業化也是首先應用于NASA的空間項目。
“九五”期間(1996-2000年),科技部與中科院將燃料電池技術列入“科技攻關”計劃。1999年初,時任科技部副部長的徐冠華向國務院建議,推廣天然氣、液化石油氣等代用燃料汽車。這一年,清華大學研制出中國第一輛氫燃料電池汽車,但相比美日,我國研究燃料電池汽車較晚。
到“十五”期間(2001-2005年),科技部甚至把半數專項經費投入到燃料電池領域。在此基礎上,我國新能源汽車發展之初,燃料電池汽車居于首要地位,其次才是插電混動和純電動。
上汽是我國最早進軍燃料電池汽車的整車廠之一,2006年起開始研發氫燃料電池汽車,這一年,北汽福田與清華大學、北京億華通組建聯合研發團隊,為即將到來的北京奧運會研發氫燃料電池客車。
第二階段,緩滯期(2009-2017年)
北京奧運會之后,中美先后延緩了燃料電池汽車的研發,特別是2009年啟動“十城千輛”工程以來,鋰電池汽車轉為主攻方向,但燃料電池汽車仍在持續推進,只不過進入相對緩滯的時期。
2012年,《“十二五”國家戰略性新興產業發展規劃》出臺,首次將燃料電池汽車納入國家戰略性新興產業重點發展方向,日本也在2013年將發展氫能源置于國家戰略的高度。
在此期間,國家有關方面以及部分車企發布都發布過燃料電池汽車的規劃,如今回過頭看,整體結果不及預期,燃料電池汽車始終在極小范圍內進行試驗性運營。
根據中汽協發布的數據,2017年,中國新能源汽車累計銷量77.7萬輛,其中純電動65.2萬輛,插電混動12.5萬輛,燃料電池汽車則忽略未計。
第三階段,換擋期(2018-2021年)
2018年5月,國務院總理李克強訪日,參觀豐田汽車廠區時在一輛氫燃料電池乘用車前駐足,國內反響巨大而且影響深遠。
中國電動汽車百人會副理事長歐陽明高曾感慨,氫燃料電池汽車在2018年“火得不得了”。
次年兩會前夕,有消息稱燃料電池汽車的“十城千輛”工程即將啟動。兩會期間,多位代表和委員針對燃料電池汽車建言獻策,直接推動氫能源首次寫入政府工作報告。此后,各種支持燃料電池汽車發展的政策密集出臺,燃料電池汽車從此換擋,由緩滯到加速。
有意思的是,市場上一度引發“技術路線動搖”的猜測,認為國家將不再支持鋰電池汽車,轉而主攻燃料電池汽車,這顯然是一種誤讀。實際上,中國新能源汽車的三大路線從來不是替代的關系,只是各自的發展進程有快慢。
2021年9月,《關于開展燃料電池汽車示范應用的通知》正式發布,“新政”以結果為導向,將燃料電池汽車的購置補貼調整為示范應用獎勵,即“以獎代補”,該政策被稱為“十城千輛”工程的翻版。
2021年8月及年底,北京、上海、廣東和河南、河北分兩批通過示范城市群審批,標志著中國燃料電池汽車的進入新的發展階段——示范期。
五大示范城市群范圍不只“十城”,累計覆蓋47個城市或地區,跨度十分之大。其中,山東省淄博市是唯一一個橫跨五大示范城市群的合作城市。
燃料電池汽車推廣目標也不只“千輛”,2025年之前,北京、上海、廣東、河南和河北各自的目標分別為5300輛、5000輛、10000輛、5000輛和7710輛燃料電池汽車,累計達到33000輛。
從河南、河北示范城市群獲批之日算起,五大城市示范群至今已經經過了一個完整的自然年。
國金證券數據顯示,2022年全年,河北示范城市群的燃料電池汽車上險量最多,為1677輛,河南、北京、上海和廣東示范城市群分別為1601 輛、1395 輛、1284 輛和450 輛,累計6407輛,占總體規劃目標的19.4%。
考慮到北上廣地區燃料電池汽車在國內的發展較早,五大城市示范群推廣目標完成進度已經超過20%。目前距離示范期結束還有3年時間,后續國內燃料電池汽車的發展大概率將會提速。總之,五大示范城市群完成既定目標難度不算大。
難度雖然不大,但并非完全沒有問題。隨著示范車輛爭奪,氫能源的供給正在成為五大示范城市群都無法回避的難題,特別是綠色氫能源。
此外,資金不足可能也是一個隱憂。根據示范應用獎勵辦法,每個城市群最高可獲得17億元獎勵,就算加上額外的10%,最多也只有18.7億元。相比過去十多年來高達上千億元的鋰電池汽車補貼,五大示范城市群可得獎勵加起來也不超過100億元。
特別值得注意的是,隨著頂層設計的陸續出臺,以及示范城市群的帶動,燃料電池汽車的發展并未局限于示范城市群內,非示范城市也不惜發力。
據不完全統計,去年以來,甘肅、岳陽、貴陽、山西、南京、無錫、寧東、包頭、湖北、成都、海南、濟南、重慶、安徽、新疆等地區,紛紛制定計劃布局氫能產業。
到2025年,近20個省市自治區氫燃料電池汽車規劃目標估算達到10萬輛,這一規模已經超過2022年3月發布的《氫能產業發展中長期規劃(2021~2035年)》中提出的5萬輛目標。
地方熱衷氫能產業也不難理解,行業普遍認為,當前我國氫燃料電池產業的發展形勢,與10多年前鋰電池汽車起步之時的情況類似,未來燃料電池汽車或將復刻鋰電池汽車的成長軌跡。試看眼下鋰電池汽車產業的火熱,誰不想在下一輪新能源汽車的高潮中占得先機。
不過,面對燃料電池汽車產業熱度提升的局面,國家發改委有關方面也發聲提醒,謹防地方盲目跟風、同質化競爭、低水平建設的苗頭,當因地制宜、循序漸進,畢竟燃料電池產業仍處于示范應用和商業化探索階段,這塊“蛋糕”到底有多大尚未明朗。
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