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    【氢能产业动态】燃料电池: 电动车的将来

    | 超级管理员    阅读: 发稿时间:2021/1/4 20:53:23

    【氢能产业动态】燃料电池: 电动车的将来

    艾比加智库研究 艾比加IBI+ 3天前

    本文内容来自互联网,由艾比加编译,汤友志博士点评。



    2021 新年快乐!牛转乾坤!


     



    我们都知道电动汽车革命正在全面展开。世界各国都在限制排放。消费者正试图延长每加仑燃料的里程,而地缘政治对石油的担忧似乎从未消失。喝油的汽车仍然在路上... 但是,虽然特斯拉得到了媒体的关注,有另一种燃料,对投资者来说是一个更好的赌注。


    现在我已经驾驶过特斯拉,普锐斯,和雪佛兰伏特... 但是当我开这辆车的时候,我被惊呆了。


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    这是一种新型的车辆,可以改变我们的旅行方式。它不涉及锂或电池或稀土。它不涉及太阳能、风能、水能、生物燃料或任何其它你听说过的可再生能源。当然,它不涉及石油、煤炭或任何其它化石燃料。最重要的是, 它是 100% 零排放的...

    我说的是氢燃料电池车。


    专家点评:德国和欧盟分别在今年六月和七月发布了国家/欧盟氢能战略,加拿大也在十二月推出了加拿大氢能战略,而中国国家能源局于今年四月发布的《中华人民共和国能源法(征求意见稿)》,首次将氢能定义为能源。日本一直将燃料电池车作为他们发展新能源汽车的目标,而没有大力推动纯电池电动车的发展,只是推出了油电混合动力汽车作为过渡)(重温公众号文章:氢能国家战略:欧美准备大显身手



    威廉·格罗夫爵士(Sir William Grove)于1842年首次想出了燃料电池的想法。他就是曾经被称为"格罗夫伏特电池"的发明者。它把暴露在两种酸中同时被一个简单的陶瓷罐隔开的锌和铂电极连在一起。


    这导致了世界上第一个燃料电池:气体伏特电池。它结合了世界上两个最丰富的资源,用于一项革命性的技术。


    弗朗西斯·托马斯·培根(Francis Thomas Bacon)在利用碱性燃料电池(或称"培根"燃料电池)时,又更进一步,这种燃料电池的动力来自氢气和氧气。


    这种反应释放电子并产生能量,而剩下的唯一东西是热和水。这是最辉煌的发现之一,可以说史无前例。


    自20世纪60年代以来,美国宇航局在航天飞机计划和阿波罗任务中一直使用这项技术。


    那么,什么是氢燃料电池呢?氢燃料电池与多年来我们所看到的典型的电池驱动电动汽车有什么不同?这里有一个关于什么是氢燃料电池快速入门课程...


    简单地说,它是一种电磁电池,通过化学反应将燃料的化学能(在这里是指:氢)和氧化剂(氧气)转化为电能。


    下面是一个可以更好地解释它的图示:


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    这项技术有许多"未来主义"的好处,最终将成为汽车和能源未来游戏规则的改变者。首先,你不必在一整夜插上电源来"充电"你的车。第二,它完全干净:你甚至可以喝排气管排出来的水。我刚刚就喝了...


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    水有点温,但除此之外,我永远不会知道它从车尾出来...


    专家点评:


    美国已经进行了氢燃料电池特种作战车辆在实战场景下的使用试验。燃料电池车在战场中有不少优势:低噪音,可以为战地指挥所和野战医院发电,还有一个附加强项 – 可以每天产生7公升纯洁水。


    氢是宇宙中最丰富的资源。因此,随着我们继续寻找新的以及对环境有害的方法来从地球上抽出石油和天然气,氢气是丰富的。


    没错,燃料电池只产生电力和水,它们基本上通过分解宇宙中最常见的元素,然后把它们拼凑在一起。


    燃料电池电动汽车 (FCEV) 将燃料箱中储存的氢气与空气中的氧气相结合以发电,而我喝的水蒸气是其副产品。与电池驱动的电动汽车不同,燃料电池汽车不需要插上电源,目前的车型在满燃料箱(氢气罐)时行驶的里程超过300英里(>480公里)。


    他们像传统的汽油和柴油车一样可以快速地加满燃料箱。(不同的是汽油和柴油车在加油站加油,燃料电池车在加氢站加氢。)


    燃料电池车(FCEV) 最大的问题是,除非你住在非常特别的地方,否则很难找到燃料。实际上, 我就很难找到一个地方加氢, 即使在最大的有加氢站的区域之一。


    加州目前有39个公共加氢站,另有25个正在建设中。


    然而,东海岸现在有了自己的基础设施。一些加氢站正在启动和运行,更多的加氢站正在纽约、新泽西、马萨诸塞州、康涅狄格州和罗得岛地区运行。

    这些项目应继续取得进展,直到大多数主要大都市区有这些项目。


    专家点评:加氢站可以与加油站或加(天然)气站一起共建,也可以在现有的加油/气站加装加氢设施。



    我这样说是因为大多数汽车高管认为燃料电池汽车是未来。根据最近的全球汽车高管调查:


    多数 (62%)高管相信 电池电动车(BEV) 会失败。相比之下,78%的高管认为燃料电池电动汽车将成为电动汽车的金子弹,同时也将燃料电池排在汽车行业关键趋势的前三位。对 燃料电池车FCEV 的信心可以解释为希望 FCEV 能够解决 BEV 目前面临的充电和基础设施问题。在传统的加油站可以快速完成加油过程,因此 BEV 的充电时间为 25-45 分钟似乎不合理。


    FCEV 的另一个问题是成本。供参考, 我驾驶的丰田 Mirai的零售价约6万美元, 这产生了一些严重的价格冲击。


    但情况也应该在改变中。


    由英国兰开斯特(Lancaster)大学物理化学教授大卫·安东内利教授(David Antonelli)领导的研究可能会降低这项技术的成本。他的团队正在研究一种材料,使氢燃料箱比现有的氢燃料技术和电池驱动的车辆的更小、更便宜、更能量密集。


    安东内利说:"我们材料的制造成本如此之低,而且它所储存的能量密度比锂离子电池高得多,我们可以看到氢燃料电池系统的成本比锂离子电池低四倍,而且提供更长的行程。


    丰田欧洲销售和营销主管马特·哈里森(Matt Harrison)今年早些时候告诉欧洲汽车新闻,丰田预计氢燃料电池汽车的价格将在10年内与混合动力车相匹敌,并补充说,第三代汽车的价格将实现平价。


    专家点评:储氢和运氢是氢能技术发展目前的重大关键之一;加氢站是用氢和燃料电池车普及的重要基础设施建设。


    增长


    分析师估计,到2025年,燃料电池技术的复合年增长率(CAGR)为21%。

    正如我所提到的,在短期内,我并不提倡消费者汽车(指小汽车)使用燃料电池。我支持商业用途车(如大客车、货车和工业用途车辆)使用燃料电池。


    下图为美国2014到2024年燃料电池市场的增长趋势。


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    重型卡车


    正如我们现在都知道的,排放标准是一个大问题。事实上, 我开的 Mirai 甚至没有备用轮胎, 因为额外的重量会搞砸它的拖动时间。事实证明,我真的需要一个备用轮胎用在旅行的某一刻(不要问我为什么),这正是一个因素,使得我正在寻找燃料电池技术在其它方面的用途。


    这就是为什么我要更深入地研究商业卡车运输行业。


    下面是来自汽车世界的信息:


    全球排放标准的收紧迫使卡车制造商重新思考柴油和天然气是否会长期削减排放,相比之下,替代推进技术看起来越来越有吸引力。


    围绕基础设施、总拥有成本和简单实用性的问题依然存在,但文字就写在墙上:车队无法逃避采用零排放技术。


    在即将到来的未来几年,氢燃料电池车将与电池电动车的变种缠斗,但目前还不清楚哪种解决方案将赢得最大的市场份额。与插电式电动车辆相比,燃料电池车的行驶距离更长,停车时间更短,因此燃料电池卡车看起来至少将在长途运输空间中占上风。


    下图是丰田的燃料电池重卡。

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    取决于每年的里程,德国的重型 (HD) 柴油卡车每年可累积 20,000 欧元至 40,000 欧元(22,450 美元 = 44,910 美元)的通行费。瑞士的成本甚至更昂贵,对于一辆每年行驶20万公里(124,274英里)的卡车来说,最坏情况下,成本高达90,000至190,000欧元。


    一般预期,电动卡车将被免于支付此类通行费,而柴油卡车仍将必须付费。车队运营商可能会权衡投资零排放卡车的成本与路桥收费产生的费用,这些费用会持续减少利润率。如果不能满足车队的平均排放量,也会产生巨额罚款,而提前投资很可能更值得车队经营者咽下。


    AVL燃料电池系统的全球产品经理威廉•雷森德(William Resende)表示:"信息是,二氧化碳法规将继续更加严格,行业必须转向更清洁的替代动力总成。“


    这是一个不容忽视的论点。美国运输部预计,仅美国的货运量就将增长290亿吨。这增加了45%,显然会扰乱空气污染和温室气体排放的数量。


    此外,据国际能源署估计,美国、欧盟和中国的卡车运输业每天消耗1700万桶石油。


    随着我们向越来越多的人运送越来越多的货物,这些国家中的每一个都面临减少排放的压力。


    由于亚马逊等大多数运营商都遵守了严格的时间表,这些卡车将无法在充电站坐上几个小时。但是燃料电池可以帮助解决这个问题。


    专家点评:奔驰开发中的燃料电池重型卡车加一次氢可以行驶1,000公里。


    工业叉车

    说到亚马逊,他们已经购买了超过7000万美元的燃料电池叉车。


    你不需要是一个科学家,也可以知道为什么...


    氢气叉车加氢时间是两到三分钟的;完成电池更换要15 分钟时间,这些时间加起来可以大大增加劳动力成本。


    根据Hygen.com,一个100辆卡车的车队,每班换一次电池,每年总共耗费超过20,000个操作员小时。


    亚马逊不是唯一一个...


    沃尔玛宣布一项8000万美元的交易,在未来三年内为多达30个北美站点提供氢燃料站和燃料电池解决方案。


    本田、梅赛德斯-奔驰和大众也在美国运行燃料电池叉车。


    目前,在美国40多个州的仓库和配送中心,有23,000多辆燃料电池驱动的叉车在运行,而且这个数字将会增加。


    专家点评:除了应用在汽车和叉车上外,燃料电池还可以用在飞行器、船舶以及轻轨和火车上。此外,氢能也可以作为一种储能手段,大大提高其它可再生能源的利用率。


    【编者按】氢能产业不断升温,各国先后出台产业支持政策。继在10月跟大家分享过”氢能国家战略:欧美准备大显身手“ 专家点评后,艾比加智库继续和大家一起关注燃料电池。另外,也趁着新年来临之际,分享在2021在氢能领域的两个举措:


    1. 在未来几个月,艾比加计划继续推出国际氢能产业系列文章,包括燃料电池技术,氢气按需(OnDemand),加拿大氢能产业动态,欧美氢能政策等等,请关注本公众号,以便第一时间获得信息。

    2. 此外,艾比加氢能专家们也计划围绕氢能技术应用及技术产业化筹建一个国际性的氢能产业联盟。如果您在此方面有想法,艾比加很乐意与您联系,请在公众号给我们留言。


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