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对发展中国氢能源汽车的若干看法 袁家桢 北京汽车工业集团 摘要 以氢气代替石油作为车用能源 已经不再是梦想 而是可行产品 从样车到商品车 还存在若干问题 只要国家在政策导向上重视氢能源 国家科技部领导的8 6 3 项目进一步 把产业化落实到生产企业 尽快建立结合加氢设备的试验车队 用 强制保养 的方式保 证氢能源汽车不停的运行 如此不断试验改进 中国的氢能源汽车就有希望逐步进入销售 市场 关键词 氢电混合动力汽车 有害气体零排放 可再生性能源 作为中国汽车工业最早参加电动汽车研究的科研人员之一 十多年来研制了不少产 品 苦恼于没有一个走向市场 纯电动可用于低速非公路用车 但它不属于汽车工业产品 所以几乎是一事无成 可喜申奥开始提出 绿色奥运 的口号 氢燃料电池汽车成为突出亮点 我有幸亲自 设计和制作了中国第一辆燃料电池汽车 十五 期间以顾问身份参加了清华大学燃料电 池大客车项目 向母校的老师们学到了不少知识 退休后又动员北京再上氢能源汽车 为 此重新核算大中小三种燃料电池汽车资料 有这样三次经历 使我对燃料电池汽车有了新 的更深刻的认识 我认为燃料电池汽车是唯一能够全面达到汽车性能指标的环保车型 最大社会意义是 代替石油和零排放 最有利之处是十年电动汽车研究给它打下基础 实际上燃料电池汽车 就是在纯电动汽车上增加储氢和氢气发电装置 我认为取名燃料电池汽车不妥 通常电池 是储能而不是发电 建议改称氢电动汽车或氢能源汽车 更确切的应叫做氢电混合动力汽 车 氢燃料电池汽车的优点确实很多 由于真正做到了有害气体零排放 远比油电混合动 力 天然气 乙醇 生物柴油等环保效果为好 由于燃料电池汽车以电解水代替石油 成 本低 资源广 有助于克服石油危机 从科学技术上讲 发现和利用质子膜使氢气中的电 子分离 是无公害发电的重大成就 把氢能源用到电动汽车上 以氢气储能代替化学电池 储能 解决了电动汽车行驶里程不足的难题 因此它是全世界多年研究电动汽车的新进展 是达到环保和节能目标的最佳成就 中国没有理由不全力以赴去发展氢能源汽车 国家科技部有效地领导了燃料电池汽车 的科学研究 同时打下了专业化配套基础 清华和同济两个名牌大学更为开拓新技术领域 做出了贡献 但是为了产业化的目标 还需要加大投入并改进运作体制 为此表达如下若 干看法 一 电动汽车的发展趋势 2 7 6 对发展中国氢能源汽车的若干看法 随着内燃汽车环保指标的不断提高 电动汽车应运而生 由于电力驱动代替内燃机 没有燃烧排放 故称为零排放汽车 电动汽车很快在各地掀起热潮 由于电池一直阻碍电 动汽车的成功与发展 在车载能源品种和组合方式上出现了三种趋势 依次为纯电动 油 电混合动力和氢电混合动力 纯电动汽车国内外研究结果相同 都是被电池所阻 电池在性能 容量 寿命 价格 等方面都不能满足汽车需求 美国通用公司第一代样品车 大冲击 第二代样品车 E V I 都投入巨资 经历非常正轨的设计 试制 试验 包括用户租用试验 最后宣布失败 放弃了电池作为车载电源的纯电动方案 中国遍地开花的电动汽车 热情有余条件不足 上公路的纯电动汽车无一幸免 北京汽车工业总公司研制了十余种车型 结果同样命运 少数样车进博物馆 多数去了废品站 油电混合动力汽车接着成为重点 国外先有成功经验 丰田公司 普锐斯 混合动力 轿车 油耗和排放降低接近一倍 在日本和国外已销售2 0 多万辆 成为混合动力的样板车 各国汽车业多数接受它为近期发展品种 并相信能够有效进入市场 中国各汽车企业也在 积极研制油电混合动力汽车 但是它的节能和排放只有一部分效果 而同时装两套动力系 统代价很高 所以有人称它是过渡性环保产品 氢电混合动力是最新最彻底的环保车型 由于技术新 产量很少 只有国家重点支持 的单位在研究队伍之中 现在国内已能制出可持续行驶的初期产品 我深信坚持不断的改 进就一定会成功 国外的情况有所不同 是大汽车生产企业在自主研发 国家只是给些鼓 励性资金 以通用公司为例 它的氢动i 号 氢动2 号 氢动3 号均经过严格试验 这些 样车来过中国 中国同行不仅能听到看到 还可以亲自试驾 通用宣布1 0 年内进入大批量 生产 这是可以令人信服的 二 氢气是代替石油的可再生性能源 经过多年代用燃料研究 事实证明氢气是可以代替石油的 并且是可再生陛能源 目 由自2 前燃料电池汽车多用电解水制氢 电解过程的化学方程式为 2 H 2 0 掣爷2 H 2 0 2 逆 台击撼 反应为2 H 2 O 竺 2 H 2 0 ef 燃料电池就是利用氢氧结合产生水之前放出电子的特 性 通过质子膜让氢气的质子过去而电子被分离出来 控制燃料电池通过氢气的面积 压 力和流量 就能够获得稳定的直流电压 从而给电力驱动提供电源 这种清洁的发电设备 利用氢气的可逆反应 使氢气成为取之不尽 用之不竭的可靠能源 推广车用氢气有两方面的基础工作 一个是氢气有便捷的来源 另一个是车上有能够 储氢和发电的装备 远期氢气来源有待于国家和社会的实力去统筹解决 近期氢气来源国 内外大同小异 就是用电解水方法制氢 然后经高压装入瓶内 以小型规模制氢来解决车 队的近距离需要 我们看到国外有微型制氢设备 外形很像洗衣机 箱内有电解 高压 装瓶多种功能 小瓶的高压氢气供给氢电动摩托车用 国内外目前试验车队多在1 0 辆车以内 以拖车式制 氢和加压设备即可 如果车数在5 0 辆以上 要用室内加氢站 内装多台电解水设备 车上高压储氢瓶的技术含量更高 感谢航空工业的技术能力 现在已经可以供给耐压 2 0 M P a 3 5 M P a 不同容量的铝胆高压气瓶 前者已用于国内天然气汽车 后者适于燃料电 池汽车 据说世界上只有五个国家能够生产如此高难度的气瓶 航空工业从制定标准 浇 注 挤压成管 旋压成瓶 缠绕碳纤维 试压 都在一个系统之内完成 燃料电池发动机是最核心的装备 现在国内已经能够生产轿车 中巴车 大客车所用 3 6 1 2 0 k W 燃料电池 上海 大连是国家支持的研发基地 他们努力提高产品质量 将是 中国燃料电池赶上国际水平的关键 中国如果放弃石油作为燃料 汽车上所需增加的氢能 2 0 0 5 中国电动汽车研究与开发 设备已经可以解决 电解水的资源无限丰富 展现了利用氢能源的广阔前景 这是科技部 和相关单位共同努力的结果 国家没有理由不积极推广它 三 燃料电池汽车已由良好的科研基础 我在 九五 期间配合申奥 研制了第一辆燃料电池汽车 那时候由汽车制造厂去操 心 困难真是不少 现在经过 十五 期间的专项投资 由两个著名大学牵头 许多专业 厂合作攻关 已经形成了良好的基础 经过筛选的专业配套总成已经有了定点生产单位 包括燃料电池发动机 不同功率的交直流电动机 D C A C 逆变器和变频控制器 D C D C 直流稳压器 代替电池的超大电容器等 都有了研制基础和供货单位 这显然是科技部产 业化目标之下的实际成果 也是进一步推动氢能源汽车的良好平台 今后不管谁牵头整车 开发 已形成了发展中国名牌产品的可行之路 由于产品成熟需要在市场条件下反复考验 所以要认真锻炼这支队伍 反复进行产品设计试验 中国的氢能源汽车就将会从这里诞生 四 氢燃料电池汽车国内外差距不大 氢电混合动力汽车从样车到商品车 还有不少改进之路 但是氢能源汽车的理论和用 氢实践都已完成 现在的任务是落实应用 提高可靠性 降低成本 由单件研制过渡到小 批量生产 同时利用长距离结合乘客的试验车队 来进一步暴露缺点和验证改进效果 如 果每年完成一轮改进设计和行车试验 几年之后中国燃料电池汽车就有希望进入使用阶段 现在世界上研制燃料电池汽车的国家 多处于商品车之前的试验阶段 以北京燃料电池大客车为例 还可用如下几点来说明它同国外差距不大 第一点 北 方大客车引进德国技术 采用尼奥普兰产品设计和生产工艺 应该说车身 底盘同样为世 界一流 第二点 燃料电池发动机以加拿大巴拉德公司 B a l l a r d 为最佳 它的免费保修 期1 5 0 0 小时 上海神力公司也提供同样的质量保证条件 第三点 国外成品样车处于典型 应用试验阶段 中国也在积极作此准备 因此 万钢教授说过 中国燃料电池汽车比国外 落后差距不大 这是可信和令人鼓舞的 五 对目前燃料电池汽车成熟性的看法 目前对燃料电池汽车有些不同看法 有人乐观有人怀疑 还有人说 走着瞧 能克 服难点就上去了 过不去就会自然冷下来 我的看法是非常乐观的 对这样能源更替的伟 大产品 需要国家倾注全力 尽快把它推上应用阶段 国内外已经上路的燃料电池汽车 都属于产品没有定型的样车阶段 存在缺点和问题 是正常的 不要急于用成熟商品车去看待它 对于全新的属于替换的产品 要看它是否能 够保持内燃汽车的功能 是否有汽车生产工艺继承性 是否有相同的用户使用效果 事实 证明这些大的方面都达到了 因此说它有非常好的前途 不能进入商品车市场是因为难于克服目前的难点 概括说就是如何提高质量 如何降 低成本 提高质量的重点在燃料电池的使用寿命 由于铂金作为触媒存在顿化问题 触媒 效率低了就要维修或更换 所以免费保修期定为1 5 0 0 h 这同内燃机几十万公里不大修相 距很远 如何解决稀有金属的回收和代用材料问题 这很难短期内解决 说到降低成本 单件或小批量试制没法和内燃机比成本 现在燃料电池每k W l 2 万元 大客车6 0 k W 就要 7 0 多万元 相当于买3 辆现有公共汽车 这种价格同样难于很快降下来 说到质量 现在 的反映是大毛病不出小毛病不断 特别是新电气部分 这就是缺少严格的试验 汽车工业 规定不合格零部件不能装车 零部件不仅检测性能 还要作疲劳寿命试验 把汽车制造业 2 7 8 对发展中国氢能源汽车的若干看法 的经验用到科技部领导的样品车上 这存在体制上的问题 所以今后需要改进研制运作机 制 以上问题说明仍需要加大科研投入 要给攻关者以时间和条件 让专家们去解决属于 他们的问题 功到自然成 要相信专家的智慧和顽强精神 国外产品存在同样问题 正 好相互比赛与督促 六 产业化有待汽车工业主机厂挑重担 中国开发燃料电池汽车是科技部投资 著名大学牵头 汽车和电子工业生产厂配合出 车 这是有中国特色的方式 让大学接受投资去开发汽车产品 这有突出的优势也有严重 的缺点 优势为社会知名度高 技术开发能力强 缺点是没有工艺 设备和生产能力 这 不可能实现科技部的产业化目标 观察国外燃料电池汽车 均由著名汽车生产企业研发和投入试用 已知品牌有通用 奔斯 本田 丰田 他们都是把传统技术能力和氢能源相结合 这一点中国差别太大 如 果说中国前五年以大学为主打下了基础 希望后五年赶快转交给汽车重点生产企业 否则 产业化投入要落空 现有方式不仅留不下产品 连人才也留不下 名牌大学人才流向高工 资单位 未来产品或低盈利单位不具备吸引力 中国汽车生产企业都有产品开发队伍 企 业人员相对稳定 以后大学采用指导和帮助的方式为妥 燃料电池汽车的主体部分没有变动 底盘 车身 车身附件 整车性能至少保持原车 水平 以大客车为例最好选择高速公路上的优秀车型 例如尼奥普兰 黄海 金龙 宇通 由他们承担8 6 3 整车开发任务 会更好的把设计一生产一试验一改进一市场销售等自然衔 接起来 七 国内可以解决跟随车队的供氢设备 开发燃料电池汽车 不仅要研制大客车 中巴车 小轿车 还要同步解决供氢设备问 题 否则造出车来也没法使用 科技部早有准备 拨专款进行立项 本人参加了清华大学 的前期准备工作 以大学名义组织国内制氢 储氢 压缩机 售气机等生产单位 联合设 计了拖车式可移动加氢站 先后提出过两种规格 第一种 供车载储氢罐压力2 0 M P a 电解水制氢量8 0 N m 3 h 纯度9 9 9 电源3 3 8 0 V 3 0 k W 压缩机出气口压力2 5 0 k g c m 2 耗电量4 5 k W h N m H 2 可供1 0 辆大客车 队使用 预算2 0 0 万元 第二种 车载储氢罐压力3 5 M P a 制氢产量1 0 0N m 3 h 纯度9 9 9 电源1 0 k V 5 0 k V A 压缩机出气口压力4 0 0 k g c m 2 半自动恒压操作 高压储罐为铝胆碳纤维共3 6 只 氢气经 过售气机计量计价 可供每曰1 0 辆大客车使用 预算2 6 0 万元 氢气的运输和储存都比较困难 在车队停车场里直接加注高压氢气 是很理想的解决 办法 只要有自来水和动力电源 就可以给车队加氢 不必再到场外去加注燃料 因为社 会性供氢条件不会很快解决 在很长一段时间内 燃料电池汽车用大小车队的办法 使用 拖车式加氢站 或用2 0 0 m 2 站房 其燃料费用远低于汽油柴油 目前汽油价格每升4 元 电解氢每升1 1 元 车队停车数量若分别为2 0 3 0 4 0 或5 0 辆燃料电池汽车 配套的制 氢能力可控制到2 0 0 一5 0 0 N m 3 h 国内制氢设备公司已有此系列化方案 如果开始阶段只 有3 辆车 则全部使用低谷网电 制氢成本可降到每升0 6 元 准确的燃油与制氢价格对 比 要在试车过程中进行统计 汽车用氢刚刚开始 但炼油 冶金 制药 化工 军工早已开始使用 因此中国制氢 设备很成熟 成本远比国外低 所以在燃料电池开始的阶段 就同时抓了制氢配套设备 2 7 9 2 0 0 5 中国电动汽车研究与开发 看来这是非常必要的 希望能够纳入8 6 3 燃料电池汽车的对等配套项目之中 八 尽快建立氢能源汽车试验车队 没有市场需求的产品 汽车生产企业是不会介入的 如果作为远期产品 要能看到由 d N 大的形成过程 这对吸引汽车制造企业挑重担是不可或缺的 如果 十五 期间的研 制结果是成功的 那么 十一五 期间的投入就应该尽快组建试验车队 以继续改进设计 和和综合考察 因此建议科技部在下个五年计划中 把投资同制成整车的数量挂钩 有了 成批的整车才能组织比较正规的试验车队 才能引起汽车制造业的投入和下大决心 十五 期间科技部给两个大学直接投资5 亿元 只规定各出3 辆整车 其余都成立 研究经费 现在样车研制已经成功 专业性很强的配套单位也扶植起来了 下步资金重点 应转向整车 每年的整车任务可以牵动各项提高和改进工作 整车可以带动国内市场 整 车试验结合乘客是有收入的 能解决试验阶段的经费 通过新作的可行性分析 我们对燃料电池大客车和中巴车作了成本估算 利用现有专 业配套单位的总成和报价 使用现有大量生产的车身底盘 燃料电池大客车装车成本为2 0 0 万元 中巴车1 3 0 万元 如果科技部每年给一个大学的5 0 0 0 万元用于生产整车 装大客车 可生产2 0 辆及两套高压氢设备 装中巴车可生产3 0 辆及两套加氢站设备 连续5 年可生 产上百辆整车 利用科技部投资形成四支专职队伍 设计一生产一试验一强制保养 让研 制出来的每一辆车都不停的使用 如此坚持下去 估计1 0 年之内就可以形成供求平衡的产 品市场 科技部产业化的任务将因此完成 九 奥运会需要氢燃料电池汽车 如果把全国人民支持2 0 0 8 年奥运会的精神 同环保型氢燃料电池汽车联系起来 将 会是非常有益的双赢局面 因为申奥一开始就宣传绿色奥运 宣称将购买和使用环保车型 奥运会时把汽车排放水平和新能源提高到国际先进水平 所以中国研究电动汽车的单位都 把奥运会当作研制的目标之一 我曾因此两次同奥筹委商讨过氢电动汽车问题 2 0 0 0 年悉尼奥运会之际 以刘琪市长为首的代表团到悉尼考察和吸取经验 发现第一 次在运动会上使用氢能源汽车 主要用作摄像 指挥 引导运动员前进 回来以后通过市 经委给北京汽车工业下达任务 很荣幸我们研制了中国第一辆氢电动奥运指挥车 作为申 奥亮点完成了任务 当时说等申奥成功再考虑下一步任务 2 0 0 4 年雅典奥运会之际 为了落实奥运需要 同奥组委交通处再次商讨车型问题 但 是出现了很大变化 他们说由于瘦身计划 奥运会改买车为租车 但仍然需要氢能源汽车 不仅需要大客车还要2 0 多座的中巴车 以适合接送运动员的需要 奥组委要求汽车生产厂 大型出租汽车公司和奥组委三方签订协议 出租公司购买新车 奥运会期间到大会承包部 分客运任务 奥组委付租金 比例可以商谈 会后出租公司作为旅游汽车继续使用 制造 厂要保证氢能源汽车能不停的长期使用 这将形成很复杂的责任关系 很可惜至今没有行 动 对全世界环保车型的研制者和爱好者来说 这是一次非常重要的应用和推广机会 十 预计十年内中国氢能源汽车进入应用市场 出于对环境和能源的关心 人们自然希望氢能源汽车尽快投产 但是 它的涉及面太 复杂了 即使技术上完全成熟 也不可能一刀切的发展起来 涉及氢气来源的持久解决方 案 社会性能源变更的巨大投资 用户