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固态锂电池、氢燃料电池二者争锋, 新能源汽车布局该何去何从?

2019-08-20 08:44
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一、发展新能源汽车产业势在必行

随着全球日益严重的能源危机,以及汽车排放引起的环境污染问题逐渐得到世界各国的重视,新能源汽车已经成为全球汽车产业的发展重点。结合我国国情及汽车产业现状,基于我国汽车产业转型升级、能源结构调整、缓解环境压力等三个方面的深层次战略考量,发展新能源汽车已成为必然趋势。

(一)扶持培养支柱型产业,助力我国汽车产业转型升级

汽车行业作为高技术含量、高附加值的战略性、支柱型产业,市场格局的变化直接影响到我国国民经济的建设。在传统汽车工业领域,我国因缺乏核心技术严重依赖进口,在市场竞争中丧失主动地位。新能源汽车的出现颠覆了延续百年的传统汽车概念,这对于我国可能成为改写全球汽车产业格局的绝佳机会。目前,国内新能源汽车技术与国外先进水平差距在不断缩小,已经具备了一定的技术基础和储备,因此,新能源汽车将成为建设制造强国、进行产业转型的载体。把握住新能源汽车产业发展机遇,是我国实现从汽车大国到汽车强国跨越的关键举措。

(二)摆脱石油依赖,推动国家能源结构调整

石油作为战略资源,对一个国家能源安全至关重要。随着经济的不断发展,我国对石油的需求量逐年攀升。2018年我国石油净进口量4.4亿吨,对外依存度升至69.8%。从此层面来看,能源安全已成为国家经济社会发展的全局性、战略性问题,一旦石油进口受到限制,我国将面临重大的能源危机。因此,加快调整我国过度依赖石油能源向绿色多元发展转变已迫在眉睫。据统计,汽车产业石油消费量占据全国石油消耗总量的40%左右,且随着汽车保有量的持续增长,未来石油消耗量将进一步提高。发展新能源汽车可以降低石油对外依赖,推动我国能源结构的调整,这不仅关系到我国汽车产业的可持续发展,也事关国家能源安全。

(三)降低汽车尾气排放量,减少环境危机

近年来汽车尾气排放所造成的环境污染问题愈发严重,从走可持续发展之路和保护地球生存环境的角度来审视,节能减排已成为时代发展必然趋势。传统燃油车的尾气中含有大量有害气体以及固体颗粒,严重威胁环境和人类健康。相对而言,新能源汽车可实现零排放并有效缓解环境危机。因此,布局新能源汽车产业对于改善生态环境具有重大意义。

固态锂电池、氢燃料电池二者争锋, 新能源汽车布局该何去何从

二、新能源汽车动力技术路线各有利弊,应用领域各有侧重

随着固态锂电池和氢燃料电池两大技术的崛起,二者均已成为新能源汽车产业发展的重要技术路线。

(一)锂电池产业基础雄厚,但固态电池技术有待升级

固态锂电池技术是目前车用动力电池取得能量密度突破的重要方向。固态电池具备离子电导率高、机械强度高以及能量密度高等优势,受益于国内锂电池领域原有的技术积累和产业资源,可 实现批量化生产且成本较低。固态电池在安全性与能量密度方面具备很大潜力,但是还需开展大量的研究工作改善电极/电解质界面、固体电解质加工以及化学稳定性等问题,弥补其低温条件下续驶里程锐减、充电困难、温控系统能效高等缺陷。

(二)氢燃料电池性能优势明显,但核心技术缺失,配套建设不足

氢燃料电池作为另一个发展分支同样深受业界推崇。氢燃料电池具有重量轻、寿命长、能量密度高、补给时间短、续航里程更长以及不受环境影响等特点。但其关键部件质子交换膜、催化剂、双极板等核心技术长期被国外垄断,严重制约产业发展,而且国内尚未形成制氢、储氢、加氢充分配套的氢能生态链,氢能基础设施建设不足,短期内难以大范围推广。

(三)两种动力技术路线潜在应用优势各有不同

国内新能源汽车发展环境复杂,需求各异,固态锂电池和氢燃料电池两种技术路线拥有各自的优势和短板,面向实际应用各显潜力。

就能源分布、气候、地域以及区域功能性差异来看,两条技术路线分别有用武之地。首先,国内煤矿资源分布不均,近50%的煤炭资源分布在华北地区,另有约30%的储量在我国西北地区,而华东、西南等地区则少有煤炭资源。华北和西北地区电厂的多余产能可通过充电桩为固态锂电池汽车提供动力来源,达到燃油代替和提高电力利用率双重效果;据统计2018年我国平均弃风率为7%,主要集中在新疆、甘肃、西藏等地区,随着制氢技术的发展,这些未被利用的资源可以转化为氢气,并以压缩气态储氢、液化储氢等方式储存起来。因此当地丰富的可再生能源为发展氢燃料电池汽车提供了得天独厚的条件。其次,现有固态电池技术暂无法满足东北等高寒地带的应用需求,而氢燃料电池可作为替代技术在这些地区优先发展。再次,就地域条件而言,华东地区城市分布较为集中,发展迅速,用车数量持续上升且短途交通线密集,适宜发展固态锂电池汽车。此外,港口加氢站集中布局难度相对较低,可针对停泊在港口的商用车进行转型,在港口布局氢能产业;高速公路等沿线服务区也便于设立油氢混合站,打造氢能城际高速,实现加氢站与加油站、加气站和充电站多站合一的布局。

根据汽车种类及用途的不同,两种技术也各有所长。家用乘用车、公交车数量庞大,行程较短,更适合装载高能量密度、小体积的固态锂电池。而且相比氢燃料电池,固态锂电池技术相对成熟,具备一定商业化基础,可满足乘用车及公交车的高需求量。商用车、物流车以及重型卡车需要充足的乘用空间和长续航能力,装载固态锂电池,会占用空间并增加负重,而氢燃料电池本身质轻,燃料借助外循环进入车体提供动力,在长途、重载方面实为取代燃油动力的首选。此外,加氢体系适合集中布局,与长途、重载车集中存放的特点不谋而合,这可以大大提升加氢站利用的效率,降低维护成本。

三、发展建议

新能源汽车的产业布局关系到国内汽车产业能否崛起,技术选择偏颇易造成能源利用失衡、产业发展不科学、应用效果不显着的后果。因此,未来国内新能源汽车动力时代应是一个两强相存、齐头并进的双轮前进时代,为促进我国新能源汽车产业均衡且全面发展,提出如下几点建议。

(一)二者发展各有阻碍,应对症下药,各有侧重

固态锂电池和氢燃料电池产业发展面临困境不同,需结合实际分布制定发展方案,合理完善布局。针对固态锂电池汽车产业,第一,建议市政各部门协调配合,打通场地租用、电力部门审批等环节,打造一条龙公共快充充电桩建设流程,提高完善充电桩网络效率;第二,借鉴国外发展经验、从理论基础、材料性能、产业化问题的解决路径乃至标准的制定,形成了一个产官研密切结合的强大联盟,同时拉动其他产业形成网状发展;第三,依靠相对成熟的产业化技术,抓住短期的经济效益,提升我国固态锂电池汽车市场竞争力。

针对氢燃料电池汽车产业,首先,建议全面重视关键组件核心技术的研发与突破,建立自主知识产权体系,摆脱进口依赖和受制于人的现状;其次,建议制定氢气以及加氢站相关标准,规范加氢站建设审批规则,完善加氢站建站标准法规、政策体系,明确管理部门;再次,发展制氢技术,需降低成本,从源头为氢燃料电池应用保驾续航;此外,重点加强加氢站建设,并完善配套措施,逐步建立和完善国内氢能生态系统。

(二)因势利导,各显神通,走中国特色新能源汽车应用路线

我国各地区能源分布、气候和地理条件也不尽相同,应根据各地特色发展现阶段最适宜当地的新能源技术。同时要在应用层面上发挥技术本身的优势,规避技术缺陷带来的劣势。我国新能源汽车产业应根据国情、国力、自然环境等,走特色应用路线,杜绝统一效仿和复制。抓住地域特色,做到物尽其用,为两种技术创造应用平台,有的放矢地布局新能源汽车产业发展路线。

固态锂电池、氢燃料电池二者争锋, 新能源汽车布局该何去何从

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