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固態鋰電池、氫燃料電池二者爭鋒, 新能源汽車布局該何去何從?

2019-08-20 08:44
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一、發展新能源汽車產業勢在必行

隨著全球日益嚴重的能源危機,以及汽車排放引起的環境污染問題逐漸得到世界各國的重視,新能源汽車已經成為全球汽車產業的發展重點。結合我國國情及汽車產業現狀,基于我國汽車產業轉型升級、能源結構調整、緩解環境壓力等三個方面的深層次戰略考量,發展新能源汽車已成為必然趨勢。

(一)扶持培養支柱型產業,助力我國汽車產業轉型升級

汽車行業作為高技術含量、高附加值的戰略性、支柱型產業,市場格局的變化直接影響到我國國民經濟的建設。在傳統汽車工業領域,我國因缺乏核心技術嚴重依賴進口,在市場競爭中喪失主動地位。新能源汽車的出現顛覆了延續百年的傳統汽車概念,這對于我國可能成為改寫全球汽車產業格局的絕佳機會。目前,國內新能源汽車技術與國外先進水平差距在不斷縮小,已經具備了一定的技術基礎和儲備,因此,新能源汽車將成為建設制造強國、進行產業轉型的載體。把握住新能源汽車產業發展機遇,是我國實現從汽車大國到汽車強國跨越的關鍵舉措。

(二)擺脫石油依賴,推動國家能源結構調整

石油作為戰略資源,對一個國家能源安全至關重要。隨著經濟的不斷發展,我國對石油的需求量逐年攀升。2018年我國石油凈進口量4.4億噸,對外依存度升至69.8%。從此層面來看,能源安全已成為國家經濟社會發展的全局性、戰略性問題,一旦石油進口受到限制,我國將面臨重大的能源危機。因此,加快調整我國過度依賴石油能源向綠色多元發展轉變已迫在眉睫。據統計,汽車產業石油消費量占據全國石油消耗總量的40%左右,且隨著汽車保有量的持續增長,未來石油消耗量將進一步提高。發展新能源汽車可以降低石油對外依賴,推動我國能源結構的調整,這不僅關系到我國汽車產業的可持續發展,也事關國家能源安全。

(三)降低汽車尾氣排放量,減少環境危機

近年來汽車尾氣排放所造成的環境污染問題愈發嚴重,從走可持續發展之路和保護地球生存環境的角度來審視,節能減排已成為時代發展必然趨勢。傳統燃油車的尾氣中含有大量有害氣體以及固體顆粒,嚴重威脅環境和人類健康。相對而言,新能源汽車可實現零排放并有效緩解環境危機。因此,布局新能源汽車產業對于改善生態環境具有重大意義。

固態鋰電池、氫燃料電池二者爭鋒, 新能源汽車布局該何去何從

二、新能源汽車動力技術路線各有利弊,應用領域各有側重

隨著固態鋰電池和氫燃料電池兩大技術的崛起,二者均已成為新能源汽車產業發展的重要技術路線。

(一)鋰電池產業基礎雄厚,但固態電池技術有待升級

固態鋰電池技術是目前車用動力電池取得能量密度突破的重要方向。固態電池具備離子電導率高、機械強度高以及能量密度高等優勢,受益于國內鋰電池領域原有的技術積累和產業資源,可 實現批量化生產且成本較低。固態電池在安全性與能量密度方面具備很大潛力,但是還需開展大量的研究工作改善電極/電解質界面、固體電解質加工以及化學穩定性等問題,彌補其低溫條件下續駛里程銳減、充電困難、溫控系統能效高等缺陷。

(二)氫燃料電池性能優勢明顯,但核心技術缺失,配套建設不足

氫燃料電池作為另一個發展分支同樣深受業界推崇。氫燃料電池具有重量輕、壽命長、能量密度高、補給時間短、續航里程更長以及不受環境影響等特點。但其關鍵部件質子交換膜、催化劑、雙極板等核心技術長期被國外壟斷,嚴重制約產業發展,而且國內尚未形成制氫、儲氫、加氫充分配套的氫能生態鏈,氫能基礎設施建設不足,短期內難以大范圍推廣。

(三)兩種動力技術路線潛在應用優勢各有不同

國內新能源汽車發展環境復雜,需求各異,固態鋰電池和氫燃料電池兩種技術路線擁有各自的優勢和短板,面向實際應用各顯潛力。

就能源分布、氣候、地域以及區域功能性差異來看,兩條技術路線分別有用武之地。首先,國內煤礦資源分布不均,近50%的煤炭資源分布在華北地區,另有約30%的儲量在我國西北地區,而華東、西南等地區則少有煤炭資源。華北和西北地區電廠的多余產能可通過充電樁為固態鋰電池汽車提供動力來源,達到燃油代替和提高電力利用率雙重效果;據統計2018年我國平均棄風率為7%,主要集中在新疆、甘肅、西藏等地區,隨著制氫技術的發展,這些未被利用的資源可以轉化為氫氣,并以壓縮氣態儲氫、液化儲氫等方式儲存起來。因此當地豐富的可再生能源為發展氫燃料電池汽車提供了得天獨厚的條件。其次,現有固態電池技術暫無法滿足東北等高寒地帶的應用需求,而氫燃料電池可作為替代技術在這些地區優先發展。再次,就地域條件而言,華東地區城市分布較為集中,發展迅速,用車數量持續上升且短途交通線密集,適宜發展固態鋰電池汽車。此外,港口加氫站集中布局難度相對較低,可針對停泊在港口的商用車進行轉型,在港口布局氫能產業;高速公路等沿線服務區也便于設立油氫混合站,打造氫能城際高速,實現加氫站與加油站、加氣站和充電站多站合一的布局。

根據汽車種類及用途的不同,兩種技術也各有所長。家用乘用車、公交車數量龐大,行程較短,更適合裝載高能量密度、小體積的固態鋰電池。而且相比氫燃料電池,固態鋰電池技術相對成熟,具備一定商業化基礎,可滿足乘用車及公交車的高需求量。商用車、物流車以及重型卡車需要充足的乘用空間和長續航能力,裝載固態鋰電池,會占用空間并增加負重,而氫燃料電池本身質輕,燃料借助外循環進入車體提供動力,在長途、重載方面實為取代燃油動力的首選。此外,加氫體系適合集中布局,與長途、重載車集中存放的特點不謀而合,這可以大大提升加氫站利用的效率,降低維護成本。

三、發展建議

新能源汽車的產業布局關系到國內汽車產業能否崛起,技術選擇偏頗易造成能源利用失衡、產業發展不科學、應用效果不顯著的后果。因此,未來國內新能源汽車動力時代應是一個兩強相存、齊頭并進的雙輪前進時代,為促進我國新能源汽車產業均衡且全面發展,提出如下幾點建議。

(一)二者發展各有阻礙,應對癥下藥,各有側重

固態鋰電池和氫燃料電池產業發展面臨困境不同,需結合實際分布制定發展方案,合理完善布局。針對固態鋰電池汽車產業,第一,建議市政各部門協調配合,打通場地租用、電力部門審批等環節,打造一條龍公共快充充電樁建設流程,提高完善充電樁網絡效率;第二,借鑒國外發展經驗、從理論基礎、材料性能、產業化問題的解決路徑乃至標準的制定,形成了一個產官研密切結合的強大聯盟,同時拉動其他產業形成網狀發展;第三,依靠相對成熟的產業化技術,抓住短期的經濟效益,提升我國固態鋰電池汽車市場競爭力。

針對氫燃料電池汽車產業,首先,建議全面重視關鍵組件核心技術的研發與突破,建立自主知識產權體系,擺脫進口依賴和受制于人的現狀;其次,建議制定氫氣以及加氫站相關標準,規范加氫站建設審批規則,完善加氫站建站標準法規、政策體系,明確管理部門;再次,發展制氫技術,需降低成本,從源頭為氫燃料電池應用保駕續航;此外,重點加強加氫站建設,并完善配套措施,逐步建立和完善國內氫能生態系統。

(二)因勢利導,各顯神通,走中國特色新能源汽車應用路線

我國各地區能源分布、氣候和地理條件也不盡相同,應根據各地特色發展現階段最適宜當地的新能源技術。同時要在應用層面上發揮技術本身的優勢,規避技術缺陷帶來的劣勢。我國新能源汽車產業應根據國情、國力、自然環境等,走特色應用路線,杜絕統一效仿和復制。抓住地域特色,做到物盡其用,為兩種技術創造應用平臺,有的放矢地布局新能源汽車產業發展路線。

固態鋰電池、氫燃料電池二者爭鋒, 新能源汽車布局該何去何從

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