余卓平教授：燃料电池汽车发展趋势与现状及面临的机遇与挑战

      大家下午好。刚才苏院士有一个非常精彩的报告，一百多年内燃机的技术现在仍然在创新的过程中，层出不穷，今天我汇报一下燃料电池的发展。燃料电池是新的汽车动力技术，上个世纪90年代中期，奔驰推出第一辆燃料电池为动力的汽车以后，到现在是20年的历史，发展的历程还很长，还需要很多努力，所以我今天既谈机遇也谈挑战，讲一下燃料电池发展的趋势与现状，然后是中国面临的机遇与挑战。

同济大学余卓平教授

      实际上燃料电池已经是一起一落，我认为中间有一落，现在又一起，上世纪90年代燃料电池技术推出来以后非常热，那个时候大家说燃料电池作为汽车的动力源非常值得期待，到零几年，奥巴马政府上台，他的首席技术专家，也是诺贝尔奖获得者认为动力电池才是主要方向，这个论证催生了特斯拉等这些产业，确实把燃料电池的那把火熄下了。一直到2015年，丰田公司说它的燃料电池汽车开卖，五万美金一辆，燃料电池又热起来了，有些技术有突破，所以大家对燃料电池的发展又给予高度期望。但是总的来讲还是有时间有历程。
      我到日本去看过Mirai的生产线，他是一个车型车间，在里面做改装的生产，不是一条真正的生产线，也看过本田，我认为本田车的开发不亚于丰田的燃料电池技术，用本田的专家的话说，基本上在本田的车型里面，前面装了一个发动机，它的燃料电池系统体积基本上发动机，安装形式跟发动机的也一样，所以这一点兼顾来看，本田的技术是非常可用的技术。丰田的技术，他把燃料电池系统打的比较散，他是专门为燃料电池开发的一个车型，还有现代，现代也是商业化开卖了，所以现在在轿车里面大概有三家公司说开卖了，车的量不是很大，我们国家又看到黄晨东博士，他当时在上汽，主导上汽燃料电池的开发，去年有80辆上汽的燃料电池汽车也是开卖，但是没做宣传，80辆也算是一个量，用下来也是不错的。这一轮的热点主要是这里。
      从这个技术大家可以看到，很多主流车厂把燃料电池技术作为他们非常重要的未来的技术的分支，在这个方面做研发，而且结成了很多联盟，比如通用跟本田，通用跟本田的合作，从他现在走的技术路线上来讲，2003年的时候，我们在通用看到它的技术路线，他就是想把燃料电池+电极建一个动力总成，做成像发动机一样，通用和本田做了联盟，但是现在日产也在做联盟，所以这些新技术，你看到大家在做联盟就知道，真正大规模的产业化可能还有一段时间，因为汽车工业竞争太激烈了，如果开始接近市场化，这个就联盟就很难挑战。
      从日本来讲，日本是发展最快的一个地方，对于日本来讲不光是汽车企业起来了，燃料电池除了作为车用动力以外，在很多其他领域也有它的应用空间，所以日本也在做全面的研究推动燃料电池的发展。他们的战略规划，一直到2040年，大家可以看到他们的规划还是相当谨慎和有节奏的，到2040年才80万辆，所以从主流上来讲，我们现在全球汽车产量的规模和80万辆来看，实质上还是很小的，但是整个发展势头大家给了很大的期望。
      欧洲的燃料电池汽车发展是以奔驰公司为代表的。2010年，奔驰公司把他的燃料电池车的其中一辆开到中国了，他认为燃料电池所有的方面都满足了，所以奔驰宣布2014年把技术商业化，他的老总还说奔驰汽车在混合动力上输给日本人了，他讲在燃料电池上面不可能再输给日本人，这是2010年的时候，他计划2014年燃料电池产业化，但是回去以后更改了这个计划调整到2017年，他调整了以后，日本人2015年开卖，他调整的原因是基础设施，回去以后发现德国的基础设施跟不上来，现在日本人又加快速度了，整个2015年只有几个集中的城市里有，这个规模比我们国家好的多，到2020年开始成一点片了，到2030年按照德国人的规划要全国形成网络体系了，加氢站大概是一千多座，实际上跟加油站相比不算是最多的，但是整个在欧洲和德国是领衔做燃料电池规划发展。
      实际上从加氢站来讲，这个挑战作为车用动力来讲，可能氢气的问题是最严峻的挑战，全球发展来看，到今年1月份的统计，全球的加氢站大概240座，其中2016年新增了大概2座，这两年会使得这个方向在提速。氢气的瓶颈在存储和运输上，如果纯气态氢气运输，一辆槽罐车运不了多少氢气，所以这个挑战还是很严峻。现在的瓶颈应该在氢气上面。
      看看我们国家燃料电池汽车的发展，从机遇上来讲，无论是我们国家发布的能源创新技术革命行动里，都给氢能划了一个空间，但是还是没有完全提高到真正转型的战略高地，给了他一个空间，好像是说氢能作为清洁能源是我们国家众多能源技术里很重要的分支，这个分支值得我们做技术创新等等这些东西。所以第一个是能源的清洁化，大家看到这么一点空间，第二是动力转型的空间，燃料电池未来会成为汽车的一个新型动力源，但是从这个图上来看，这是丰田的一个规划图，2050年日本丰田的规划，绿色的都是混合动力的技术，应该占70%左右，这一块里内燃机还是一个主动力，但是汽车里面可以装一块电池，加一个电极，这个趋势很明显。燃料电池到2050年，大概纯电动的可能在30%左右的空间，因为他放在纯电动一块，现在还看不出来对燃料电池真正的规划是多少，如果真正30%以燃料电池为主，那个时候一定是氢的技术有很好的突破，氢的基础设施有很好的发展。
      从国家产业导向来看，去年发布的节能与新能源汽车的路线图里，把燃料电池作为主要的技术路线放在我们国家整体汽车发展技术路线里，但是也是比较谨慎的，到2020年的时候，当时提出的规划大概是万辆级的概念，但是从路线上来看，我们国家主要是小功率，主要是电燃混合，未来有可能成为全功率的燃料电池的发展，但是这个方面有待于看整个工况的需求，不同的工况需要燃料电池的配合也不一样。
      现在国内燃料电池的发展比日本、欧洲多，我们国家的补贴很有用，我不赞成纯粹以补贴的方法拉动新型汽车技术发展的方法，比较侧重新的基础设施包括氢气的探讨方面。现在纯电动或者混合动力，在这个情况下市场的力量，现在在做燃料电池。国家的补贴政策确实给燃料电池汽车的发展营造了一个热点，从目前的情况来看，联合国环境署在中国设了一个燃料电池示范项目，现在走在第三期，第一期在北京，两辆燃料电池，买的奔驰客车，180万美金一辆，大概2005年的时候，第二期是在世博会期间，燃料电池大巴，那时候应该是五百万人民币一辆，那个时候有八辆燃料电池车，但是在世博会运行的还有很多轿车和轻型车，有一百多辆。第三期是这一期，有一百多辆，有轿车客车和物流车，目前在这么多城市开展燃料电池的示范活动，这些也在拉动燃料电池汽车的发展。
      从整个发展历程中讲，我们国家从2001年开始到现在16年的时间，在燃料电池动力系统上，完全是一个初生的婴儿，16岁，跟内燃机技术相比，它是一百多年了，我们还是一个幼儿，大概有三百辆燃料电池汽车在示范性运用，积累运行时间是百万个小时左右，而且是累加的不是单车的。这些数据大家可以看到，还是起步期。从技术来讲，现在是属于第四代燃料电池动力系统技术，这个技术和国际水平相比，差距还是不小的，从发展模式来看，十五的时候是科研项目驱动型，十一五是奥运会的时候，示范应用营造大家的科普，十二五的时候希望通过整车来拉动，那个时候上汽在整个汽车行业唯一一家愿意投点钱来看燃料电池技术的情况。到十三五，是不是有一个局部市场拉动，我打一个问号，这个模式值得大家探讨。
      从这16年的体系上来讲，从材料、零部件、能源系统、服务应用，这些东西有一个这样的链条在形成，但是这个链条我后面也会讲到，目前还非常不成熟，做这些事情的基本上是创新型的小型企业、微小企业，基本上存在这样的过程里，材料这些点上也没有大型企业在关键材料上有很大的力度。最近有一些大企业准备要大举进入燃料电池。从技术差距来看，燃料电池从功率等级来看，我们大概在车用上面是三四十个千瓦，到大车身上要60千瓦的时候也是两个三十千瓦的并起来。丰田和本田的燃料电池基本是一百千瓦，全功率，是这样的水平。如果再看国内国际水平，从燃料电池系统，还有空压机和氢循环泵都有差距。还有寿命上来讲，国外有一些应用，特别是大客车的应用，号称过了一万个小时，基本上满足汽车的使用要求，这一部分，上汽的项目结束以后达到了四千个小时，有比较大的差距。
      关键的核心部件，电堆、催化剂、交换膜、碳纸、膜电极、双极板，这里有一些技术对比，存在不同程度的差距。还有整个产业链的技术不够成熟，刚才我讲到的，现在基本上是一些创新型的微小企业在做这个东西，生产工艺等等方面的投入差的比较远，这一点我印象中非常深，2008年左右的时候，我跟丰田交流，他告诉我现在的研发重点是在生产设备上，当时是在做电堆生产设备的研发，2015年推出商业化产品，这个时候你就不觉得惊讶了，我们国家真正从生产工艺、生产技术上面对燃料电池的生产制造技术的研发，可能还没有成熟，所以在产业链上的技术挑战也很严峻。
      基础设施，我最早准备这张PPT的时候是7月份的时候，那个时候只有5座加氢站，现在又增加了一些但是不到十座，相比欧洲美国，基础设施差的更远了。但是最近有一个好的消息，大型的能源工业要致力于氢能源发展，中石油、中石化现在在推动油氢一体的能源加氢站。
      这些燃料电池在运营的车辆里面，比现在很多地方推动的纯电动运营车辆要好，一天跑三百多公里的续航里程，如果是纯电动一定会背非常多的电池，这不合理，减少电池数量，加一个燃料电池应该是比较好的选择，从现在的成本来看，燃料电池的成本，有一些燃料电池供应商提出，只要你的数量超过万块，现在两三千块钱一个千瓦，一个小型车加一个燃料电池比一大堆电池要好，这个可能在城市运行性的车辆里，由于城市的环保压力，推动燃料电池的商业示范是比较合适的。因为运营型的车辆加氢站建设比较集中，不会散开，有那么大的需求。这是第一个建议。
      第二，由于技术还有很大的差距，一定要加强国际合作，把自己的技术加快速度赶上去，这一点也是值得我们重视的。探索一些非气态氢气的使用。国际上也有这个技术，常温液态有机物可以把氢气储存进去，加热以后可以把氢气释放出来，如果有这样一套氢气的技术，大家可以想象，刚才讲到的瓶颈，无论是储存还是运输，都跟现在的汽油一样，那就没有太大的难度了。当然陈教授的技术讲，本来加热到230度把氢放出来，它是加热到180度就可以把氢放出来，这是一条我们值得探索的路线。
      我们和陈教授合作，在武汉开发了一套以有机物储氢的方法，我觉得值得探讨这方面的发展。总的来讲对于新兴的动力源来讲，是未来得趋势，整个政策也在扶持它的发展，通过国际合作，能够提升我们发展的速度，特别是要加强市场驱动，通过这样的东西拉动它的发展也是很高的渠道；另外，氢基础设施一定要倍加重视，再一个，大企业要发力，大企业不发力这个产业形成不了，最近一个信息，潍柴动力做了一个计划，准备投10个亿搞新型燃料电池发动机，我相信对新型车用动力技术起到非常好的作用。