我国氢能汽车发展现状及趋势——浅析庆铃氢动力商用车技术成果

发布时间:2024-09-13 11:23    作者:陈正荣

在全球能源结构不断优化的今天,新能源产业正以前所未有的速度蓬勃发展。而作为新能源产业中的重要分支,氢能因零排放、能源效率高等特性,被视为“终极能源”之一。当下,氢能源汽车以其独特的优势和巨大的潜力,正逐步成为推动能源转型的重要力量,为实现碳中和目标提供了有效路径。

01 我国氢能汽车发展现状

氢能作为一种清洁能源,其最大优势在于其生产和使用过程中的零排放特性。在能源生产环节,氢能可以通过电解水等方式获取,过程中不产生温室气体;在能源使用环节,氢燃料电池可以将氢气和氧气直接转化为电能和水。此外,氢能还具备高效、可储存、可运输等优点,能够广泛应用于多个领域。在交通领域,氢能汽车依靠其长续航、快速加注的特点,正逐渐成为未来绿色出行的重要选择。与传统燃油车相比,氢能汽车在使用过程中不产生尾气排放,有效降低了污染和碳排放;同时,氢能汽车补能速度快、在长途重载上具有优势,氢能加注站能够为长途旅行提供便利。

2018年9月28日,武汉首批氢燃料电池动力公交车在中国光谷武汉东湖新技术开发区359路公交线路试运行,武汉首座加氢站同步启用,标志着武汉市氢燃料电池动力公交车全面进入商业化示范运行新阶段。

2021年12月,上海陆续上线31辆氢燃料公交车,覆盖嘉定、奉贤、金山、临港4个区域,配套八座加氢站。

2022年2月,北京2022年冬奥会开幕,根据北京冬奥组委公布的数据,北京冬奥会示范运行超1000辆氢能源汽车,配备30多个加氢站。包括来自丰田汽车、北汽集团、宇通客车、福田汽车等一众车企的氢燃料电池汽车均投入到北京冬奥会之中。

2024年4月,据中国石化消息,两辆以氢为燃料的汽车,实现了北京到上海,1500公里长距离运输测试。

近年来,在“双碳”目标下,我国高度重视氢能产业的发展,出台了一系列支持政策,为氢能产业的快速崛起提供了有力保障。从国家层面的《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》到地方政府的氢能产业创新发展行动计划,政策导向明确、支持力度大,为氢能产业的发展指明了方向。今年8月中共中央、国务院发布的《关于加快经济社会发展全面绿色转型的意见》明确提出,推进氢能制储输用全链条发展,完善充(换)电站、加氢(醇)站等基础设施网络,建立健全氢能制储输用标准。

全国多地对氢能车辆实行高速费减免政策,以降低氢能汽车的运营成本;同时,加大了对氢能技术研发和产业化的支持力度,鼓励企业加大投入、加快创新。这些政策的出台和实施,不仅降低了氢能产业的进入门槛,也激发了市场活力,促进了氢能产业的快速发展。此外,政府、行业企业和相关各方还积极推动氢能产业与国际市场的接轨,加强与国际氢能领域的交流合作。通过引进国外先进技术和管理经验,提升我国氢能产业的国际竞争力,推动氢能产业走向全球。

02 我国氢能汽车发展途径

2.1 优先发展氢能商用车

丰田Mirai氢燃料电池汽车。

与美国、日本、韩国等国主推氢燃料电池乘用车不同,有专家认为,我国氢能汽车的发展途径是优先发展氢能商用车。主要原因为:一是我国氢能乘用车的商业化运营刚刚起步,与燃油车相比氢能汽车价格偏高;二是与乘用车相比,商用车运营路线较固定,对加氢站等配套设施的需求相对较低。因此,目前合理的发展途径是以商用车的发展带动氢燃料电池技术提升,降低燃料电池成本,健全加氢设施网络,从而带动氢燃料电池乘用车的发展。截至2023年底保有量已达1.3万辆,主要面向大巴车、冷藏车、快递车、矿卡、重载货运等商用场景开展应用。未来将以重卡、公交等商用车为突破口建立柴改氢工业示范,布局加氢站,扩大氢能的应用规模,逐步拓展到乘用车领域。

一是氢能客车的应用‌:氢能客车在全国多个地区得到推广应用,尤其在东部和中部地区落地投用较多。中国香港也开始推广氢能客车,城巴预计到2045年能够营运一支完全零排放的车队,未来氢能及电动巴士将采取7:3比例‌。

二是醇氢能源专用车的发展‌:东北地区首批醇氢能源专用车下线,标志着我国在推动非化石能源时代方面的进展。醇氢能源专用车的推广应用,尤其是在北方寒冷地区,对于加速从化石能源向非化石能源的转变具有重要意义‌。

2.2 现阶段氢能汽车动力匹配从增程式到电电混合过渡

氢能汽车中的氢内燃机汽车是以内燃机燃烧氢气产生动力推动汽车。氢燃料电池车是使氢或含氢物质与空气中的氧在燃料电池中反应产生电力推动电动机,由电动机推动车辆。目前氢能整车动力架构主要有增程式、混合动力、全功率三种构型。增程式动力架构由大于20kWh(千瓦时)的动力电池和小于30kW(千瓦)的燃料电池系统组成。该车型通常由动力电池驱动电机,燃料电池给动力电池充电的充电宝模式,燃料电池工作模式为启动/停止。

电电混合动力架构由大功率燃料电池和小容量动力电池组成,即以燃料电池为主,以动力电池为辅。燃料电池系统功率一般为30~80kW,动力电池为10kWh左右。燃料电池提供稳定功率驱动电机,当处于爬坡、加速工况时,由动力电池承担动态变载。燃料电池处于固定几种功率工作模式。全功率动力架构由燃料电池和更小的动力电池组成。乘用车燃料电池功率一般大于80kW,商用车燃料电池功率一般大于200kW,动力电池则小于5kWh。燃料电池用于驱动电机,动力电池用于辅助车辆启动、制动能量回收、快速变载等工况,燃料电池处于响应电机需求的工作模式。

目前,我国氢能汽车动力架构处于从增程式到电电混合过渡阶段。未来,氢能汽车动力架构中燃料电池驱动功率占比逐步增大,燃料电池系统将向大功率、单堆集成、更高运行温度、较高运行压力、无加湿的技术方向发展,动力系统控制技术在向精细化水热管理及综合能量管理发展。

03 氢能源汽车发展趋势与前景

3.1 氢燃料电池乘用车在后期渗透率或将大幅上升

在众多氢能利好的政策推动下,我国燃料电池汽车示范推广规模逐步扩大。

整体来看,到2025年以前,我国尚处于燃料电池汽车的萌芽阶段,主要以商用车为主、乘用车为辅,商用车比乘用车发展快。商用车用于多种中重型业务场景,乘用车主要用于平台化运营。加氢站网络根据商用车路线进行规划,规模随着商用车的快速推广而迅速扩大,助力乘用车示范。

2026年至2030年,氢燃料电池汽车处于产业化初期,商用车持续推广,乘用车跟进。氢燃料电池功率密度、轻量化和车载储氢效率等乘用车技术指标进一步提升。乘用车利用冷启动温度低等优势,开始在北方冬季寒冷地区推广。随着加氢供应水平不断提升,加氢价格逐步降低,乘用车进一步推广。

2030年以后,氢能汽车将进入全面推广期,乘用车和商用车并行发展。预计氢燃料电池关键技术基本达到国际一流或国际领先水平。商用车和乘用车分别在各自经过验证的具有明显竞争力的优势领域全面推广。根据商用车和乘用车的运行特点合理布局加氢站,大部分为公用加氢站,少数为用于商业化运营的专用加氢站。

3.2 氢能汽车应用前景分析

目前中国氢燃料电池汽车市场呈现出强劲增长势头,增长率超过55%,已成为全球最大的氢燃料电池汽车市场。业内普遍预期,氢燃料电池汽车即将迎来放量阶段,2024年中国燃料电池汽车销量有望突破1万辆,而到2030年左右,氢燃料电池汽车产业将实现真正的商业化落地,呈现如下特点。

3.2.1 技术发展成熟‌:氢能源汽车的技术不断取得突破,燃料电池技术日趋成熟,储氢技术也得到了显著提升,使得氢能源汽车在续航里程、充能速度、性能表现等方面具备一定的竞争力‌。

3.2.2 基础设施建设逐步完善‌:随着氢能源汽车市场的不断扩大,加氢站等基础设施也在逐步完善。加氢站数量正在快速增长,为氢能源汽车的推广提供了有力支持‌。

3.2.3 市场规模持续扩大‌:随着技术的进步、政策的推动和基础设施的完善,氢能源汽车市场将迎来爆发式增长。预计未来几年内,氢能源汽车市场的渗透率将大幅提升‌。

3.2.4 技术创新加速‌:氢能源汽车将在电池技术、储氢技术等方面实现更多突破,进一步提高其性能表现和续航里程。同时,随着自动驾驶、车联网等技术的融合应用,氢能源汽车将实现更加智能化、便捷化的出行体验‌。

3.2.5 产业链协同发展‌:氢能源汽车产业的发展将带动上下游产业链的协同发展。从氢气的生产、储存、运输到加氢站的建设、运营,再到氢能源汽车的研发、生产、销售,整个产业链将形成紧密的合作关系,共同推动氢能源汽车市场繁荣发展‌。

3.2.6 国际合作加强‌:面对全球气候变化和能源转型的挑战,各国政府和企业将加强在氢能源汽车领域的合作。通过共享技术、资源和市场,共同推动氢能源汽车产业的全球化发展‌。

综上所述,在技术创新、政策支持、基础设施完善等多方面因素的共同推动下,氢能源汽车的普及和发展将迎来“黄金”时期。

04 庆铃氢动力商用车具示范意义

在国内诸多氢动力汽车企业中,位于我国西部制造重镇重庆的庆铃集团近年立足氢能资源与汽车产业优势,加快氢燃料电池汽车关键技术和产品研发,蓄力培育新产业增长点,成为氢动力商用车行业佼佼者。庆铃集团早在几年前就开始布局氢能源产品的研发,联手博世在氢动力领域展开合作,前瞻性布局氢燃料电池商用车战略性新兴产业,取得累累硕果。

4.1 企业发展

4.1.1 规模小增进快

氢动力卡车2021年以来累计生产800辆、2023年公司研制的氢动力总成产品出货量达300多台;2024年每月增幅超过40%。

4.1.2 政策驱动明显

①区域集中、生产销售,3+2城市群占重78%.其他区域占22%。

②车型集中,重卡占比72%.轻卡占比10%。

4.1.3 坚持自主创新 产品优势明显

建立了一支高学历的科研队伍,攻克前端关键技术,筑牢产品核心优势:

①推出4款氢燃料电池系统(75kW.132kW.190kW.300kw),功率密度,系统效率等性能均满足国家2030年要求,搭载解放、江淮等14家企业的41种车型。

②推出全谱系列氢动力卡车,动力性、耐久性、经济性、舒适性均表现优秀,氢动力发动机质量功率密度达到每千克700瓦,已提前实现《节能与新能源汽车技术路线图2.0》中的2030年目标。

③构建全系电驱桥阵容,构建1.5-13.5吨高性能电驱桥阵容,为全国唯一拥有全规格电驱桥企业.搭载吉利、解放等15家企业产品。

4.1.4 加速产品布局 推动产业转型

①建成现代化产品基地,产能快速提升,与博世合资建成两座智能化工厂。

氢燃料电池系统年产能达3万台,电驱桥年产能达10万根。

②深度推进产业链本地化

近年来,完成297种零部件的现代化生产,成本快速下降,电驱桥降本45%、氢燃料电池降本75%、全系列氢动力商用车降本60-65%,为规模化推广创造了条件。

③全力建设“成渝氢走廊” 打造行业标杆

2021年率先联通“成渝氢走廊”,2024年7月率先联通西部陆海新通道,产品投放20余个省、市及地区,单车里程达到30万公里。搭载其氢动力系统的商用车先后投放重庆、北京等15个省、市及地区,实际总运营里程超过520万公里。

4.2  技术优势

目前,庆铃氢动力商用车的技术在国内具有多重优势,主要体现在高效率、环保性、快速加氢、长续航、高承载能力以及智能化配置上。

4.2.1 高效率与环保性‌:庆铃氢燃料电池车的排放物仅为水,不会对环境造成污染。

4.2.2 快速加氢‌:庆铃氢燃料电池车的加氢时间仅为3-5分钟,大大节省了用户的时间,提高了工作效率‌。‌4.2.3 长续航能力‌:庆铃氢燃料电池车的续航里程长,纯氢续航里程可达501km,综合续航里程达551km,满足了长途驾驶的需求,免去了续航焦虑。

4.2.4 高承载能力‌:庆铃氢燃料电池车具有高承载力,标载量为3.3吨,比蓝牌轻卡多载1.2倍,适应各种路况和使用场景‌。

4.2.5 智能化配置‌:庆铃氢燃料电池车搭载了丰富的科技配置及车联网系统,提供了舒适、便捷、科技智能的驾乘体验‌。

4.2.6 高安全性与适应性‌:庆铃氢燃料电池车的高经济性、高适应性、高安全性、高智能化多项性能指标均为行业领先,ETR能量转化率高达63%,满足我国氢燃料电池商用车2030年技术要求‌。

4.3 中期目标

2021年12月,博世庆铃氢燃料电池发动机项目在重庆九龙坡区正式破土动工。该项目由博世(中国)投资有限公司与庆铃集团携手打造,总投资规模预计将达到24亿元。为此,企业提出如下中期目标:

2027年氢动力卡车及电驱桥两大业务产值突破100亿;

到2027年累计销量达6000台;

2027年氢燃料电池成本降至1000元/kW。同等条件下,49T氢动力商用车综合运营成本优于燃油车,实现年减碳排放275吨;

扩大企业在“成渝氢走廊”、“西部陆海新通道”的占有率,挤入有中央财政府贴的产业生态健全市场。

作为重庆市确定的大力推动发展氢燃料汽车产业的试点、领头羊,庆铃集团下一步将巩固与扩大技术优势,继续推进氢燃料电池发动机、电驱桥、减速器等战新产业现地化研发、量产,持续培育新质生产力,在建设“33618”现代制造业集群体系中发挥引领作用,努力为谱写重庆及西部大开发新篇章贡献庆铃力量。