余卓平教授：燃料電池汽車發展趨勢與現狀及面臨的機遇與挑戰

      大家下午好。剛才蘇院士有一個非常精彩的報告，一百多年內燃機的技術現在仍然在創新的過程中，層出不窮，今天我匯報一下燃料電池的發展。燃料電池是新的汽車動力技術，上個世紀90年代中期，奔馳推出第一輛燃料電池為動力的汽車以后，到現在是20年的歷史，發展的歷程還很長，還需要很多努力，所以我今天既談機遇也談挑戰，講一下燃料電池發展的趨勢與現狀，然后是中國面臨的機遇與挑戰。

同濟大學余卓平教授

      實際上燃料電池已經是一起一落，我認為中間有一落，現在又一起，上世紀90年代燃料電池技術推出來以后非常熱，那個時候大家說燃料電池作為汽車的動力源非常值得期待，到零幾年，奧巴馬政府上臺，他的首席技術專家，也是諾貝爾獎獲得者認為動力電池才是主要方向，這個論證催生了特斯拉等這些產業，確實把燃料電池的那把火熄下了。一直到2015年，豐田公司說它的燃料電池汽車開賣，五萬美金一輛，燃料電池又熱起來了，有些技術有突破，所以大家對燃料電池的發展又給予高度期望。但是總的來講還是有時間有歷程。
      我到日本去看過Mirai的生產線，他是一個車型車間，在里面做改裝的生產，不是一條真正的生產線，也看過本田，我認為本田車的開發不亞于豐田的燃料電池技術，用本田的專家的話說，基本上在本田的車型里面，前面裝了一個發動機，它的燃料電池系統體積基本上發動機，安裝形式跟發動機的也一樣，所以這一點兼顧來看，本田的技術是非常可用的技術。豐田的技術，他把燃料電池系統打的比較散，他是專門為燃料電池開發的一個車型，還有現代，現代也是商業化開賣了，所以現在在轎車里面大概有三家公司說開賣了，車的量不是很大，我們國家又看到黃晨東博士，他當時在上汽，主導上汽燃料電池的開發，去年有80輛上汽的燃料電池汽車也是開賣，但是沒做宣傳，80輛也算是一個量，用下來也是不錯的。這一輪的熱點主要是這里。
      從這個技術大家可以看到，很多主流車廠把燃料電池技術作為他們非常重要的未來的技術的分支，在這個方面做研發，而且結成了很多聯盟，比如通用跟本田，通用跟本田的合作，從他現在走的技術路線上來講，2003年的時候，我們在通用看到它的技術路線，他就是想把燃料電池+電極建一個動力總成，做成像發動機一樣，通用和本田做了聯盟，但是現在日產也在做聯盟，所以這些新技術，你看到大家在做聯盟就知道，真正大規模的產業化可能還有一段時間，因為汽車工業競爭太激烈了，如果開始接近市場化，這個就聯盟就很難挑戰。
      從日本來講，日本是發展最快的一個地方，對于日本來講不光是汽車企業起來了，燃料電池除了作為車用動力以外，在很多其他領域也有它的應用空間，所以日本也在做全面的研究推動燃料電池的發展。他們的戰略規劃，一直到2040年，大家可以看到他們的規劃還是相當謹慎和有節奏的，到2040年才80萬輛，所以從主流上來講，我們現在全球汽車產量的規模和80萬輛來看，實質上還是很小的，但是整個發展勢頭大家給了很大的期望。
      歐洲的燃料電池汽車發展是以奔馳公司為代表的。2010年，奔馳公司把他的燃料電池車的其中一輛開到中國了，他認為燃料電池所有的方面都滿足了，所以奔馳宣布2014年把技術商業化，他的老總還說奔馳汽車在混合動力上輸給日本人了，他講在燃料電池上面不可能再輸給日本人，這是2010年的時候，他計劃2014年燃料電池產業化，但是回去以后更改了這個計劃調整到2017年，他調整了以后，日本人2015年開賣，他調整的原因是基礎設施，回去以后發現德國的基礎設施跟不上來，現在日本人又加快速度了，整個2015年只有幾個集中的城市里有，這個規模比我們國家好的多，到2020年開始成一點片了，到2030年按照德國人的規劃要全國形成網絡體系了，加氫站大概是一千多座，實際上跟加油站相比不算是最多的，但是整個在歐洲和德國是領銜做燃料電池規劃發展。
      實際上從加氫站來講，這個挑戰作為車用動力來講，可能氫氣的問題是最嚴峻的挑戰，全球發展來看，到今年1月份的統計，全球的加氫站大概240座，其中2016年新增了大概2座，這兩年會使得這個方向在提速。氫氣的瓶頸在存儲和運輸上，如果純氣態氫氣運輸，一輛槽罐車運不了多少氫氣，所以這個挑戰還是很嚴峻。現在的瓶頸應該在氫氣上面。
      看看我們國家燃料電池汽車的發展，從機遇上來講，無論是我們國家發布的能源創新技術革命行動里，都給氫能劃了一個空間，但是還是沒有完全提高到真正轉型的戰略高地，給了他一個空間，好像是說氫能作為清潔能源是我們國家眾多能源技術里很重要的分支，這個分支值得我們做技術創新等等這些東西。所以第一個是能源的清潔化，大家看到這么一點空間，第二是動力轉型的空間，燃料電池未來會成為汽車的一個新型動力源，但是從這個圖上來看，這是豐田的一個規劃圖，2050年日本豐田的規劃，綠色的都是混合動力的技術，應該占70%左右，這一塊里內燃機還是一個主動力，但是汽車里面可以裝一塊電池，加一個電極，這個趨勢很明顯。燃料電池到2050年，大概純電動的可能在30%左右的空間，因為他放在純電動一塊，現在還看不出來對燃料電池真正的規劃是多少，如果真正30%以燃料電池為主，那個時候一定是氫的技術有很好的突破，氫的基礎設施有很好的發展。
      從國家產業導向來看，去年發布的節能與新能源汽車的路線圖里，把燃料電池作為主要的技術路線放在我們國家整體汽車發展技術路線里，但是也是比較謹慎的，到2020年的時候，當時提出的規劃大概是萬輛級的概念，但是從路線上來看，我們國家主要是小功率，主要是電燃混合，未來有可能成為全功率的燃料電池的發展，但是這個方面有待于看整個工況的需求，不同的工況需要燃料電池的配合也不一樣。
      現在國內燃料電池的發展比日本、歐洲多，我們國家的補貼很有用，我不贊成純粹以補貼的方法拉動新型汽車技術發展的方法，比較側重新的基礎設施包括氫氣的探討方面。現在純電動或者混合動力，在這個情況下市場的力量，現在在做燃料電池。國家的補貼政策確實給燃料電池汽車的發展營造了一個熱點，從目前的情況來看，聯合國環境署在中國設了一個燃料電池示范項目，現在走在第三期，第一期在北京，兩輛燃料電池，買的奔馳客車，180萬美金一輛，大概2005年的時候，第二期是在世博會期間，燃料電池大巴，那時候應該是五百萬人民幣一輛，那個時候有八輛燃料電池車，但是在世博會運行的還有很多轎車和輕型車，有一百多輛。第三期是這一期，有一百多輛，有轎車客車和物流車，目前在這么多城市開展燃料電池的示范活動，這些也在拉動燃料電池汽車的發展。
      從整個發展歷程中講，我們國家從2001年開始到現在16年的時間，在燃料電池動力系統上，完全是一個初生的嬰兒，16歲，跟內燃機技術相比，它是一百多年了，我們還是一個幼兒，大概有三百輛燃料電池汽車在示范性運用，積累運行時間是百萬個小時左右，而且是累加的不是單車的。這些數據大家可以看到，還是起步期。從技術來講，現在是屬于第四代燃料電池動力系統技術，這個技術和國際水平相比，差距還是不小的，從發展模式來看，十五的時候是科研項目驅動型，十一五是奧運會的時候，示范應用營造大家的科普，十二五的時候希望通過整車來拉動，那個時候上汽在整個汽車行業唯一一家愿意投點錢來看燃料電池技術的情況。到十三五，是不是有一個局部市場拉動，我打一個問號，這個模式值得大家探討。
      從這16年的體系上來講，從材料、零部件、能源系統、服務應用，這些東西有一個這樣的鏈條在形成，但是這個鏈條我后面也會講到，目前還非常不成熟，做這些事情的基本上是創新型的小型企業、微小企業，基本上存在這樣的過程里，材料這些點上也沒有大型企業在關鍵材料上有很大的力度。最近有一些大企業準備要大舉進入燃料電池。從技術差距來看，燃料電池從功率等級來看，我們大概在車用上面是三四十個千瓦，到大車身上要60千瓦的時候也是兩個三十千瓦的并起來。豐田和本田的燃料電池基本是一百千瓦，全功率，是這樣的水平。如果再看國內國際水平，從燃料電池系統，還有空壓機和氫循環泵都有差距。還有壽命上來講，國外有一些應用，特別是大客車的應用，號稱過了一萬個小時，基本上滿足汽車的使用要求，這一部分，上汽的項目結束以后達到了四千個小時，有比較大的差距。
      關鍵的核心部件，電堆、催化劑、交換膜、碳紙、膜電極、雙極板，這里有一些技術對比，存在不同程度的差距。還有整個產業鏈的技術不夠成熟，剛才我講到的，現在基本上是一些創新型的微小企業在做這個東西，生產工藝等等方面的投入差的比較遠，這一點我印象中非常深，2008年左右的時候，我跟豐田交流，他告訴我現在的研發重點是在生產設備上，當時是在做電堆生產設備的研發，2015年推出商業化產品，這個時候你就不覺得驚訝了，我們國家真正從生產工藝、生產技術上面對燃料電池的生產制造技術的研發，可能還沒有成熟，所以在產業鏈上的技術挑戰也很嚴峻。
      基礎設施，我最早準備這張PPT的時候是7月份的時候，那個時候只有5座加氫站，現在又增加了一些但是不到十座，相比歐洲美國，基礎設施差的更遠了。但是最近有一個好的消息，大型的能源工業要致力于氫能源發展，中石油、中石化現在在推動油氫一體的能源加氫站。
      這些燃料電池在運營的車輛里面，比現在很多地方推動的純電動運營車輛要好，一天跑三百多公里的續航里程，如果是純電動一定會背非常多的電池，這不合理，減少電池數量，加一個燃料電池應該是比較好的選擇，從現在的成本來看，燃料電池的成本，有一些燃料電池供應商提出，只要你的數量超過萬塊，現在兩三千塊錢一個千瓦，一個小型車加一個燃料電池比一大堆電池要好，這個可能在城市運行性的車輛里，由于城市的環保壓力，推動燃料電池的商業示范是比較合適的。因為運營型的車輛加氫站建設比較集中，不會散開，有那么大的需求。這是第一個建議。
      第二，由于技術還有很大的差距，一定要加強國際合作，把自己的技術加快速度趕上去，這一點也是值得我們重視的。探索一些非氣態氫氣的使用。國際上也有這個技術，常溫液態有機物可以把氫氣儲存進去，加熱以后可以把氫氣釋放出來，如果有這樣一套氫氣的技術，大家可以想象，剛才講到的瓶頸，無論是儲存還是運輸，都跟現在的汽油一樣，那就沒有太大的難度了。當然陳教授的技術講，本來加熱到230度把氫放出來，它是加熱到180度就可以把氫放出來，這是一條我們值得探索的路線。
      我們和陳教授合作，在武漢開發了一套以有機物儲氫的方法，我覺得值得探討這方面的發展。總的來講對于新興的動力源來講，是未來得趨勢，整個政策也在扶持它的發展，通過國際合作，能夠提升我們發展的速度，特別是要加強市場驅動，通過這樣的東西拉動它的發展也是很高的渠道；另外，氫基礎設施一定要倍加重視，再一個，大企業要發力，大企業不發力這個產業形成不了，最近一個信息，濰柴動力做了一個計劃，準備投10個億搞新型燃料電池發動機，我相信對新型車用動力技術起到非常好的作用。