中国汽车技术研究中心 ■ 王菊
很多国家都在国家层面上对燃料电池技术开发和应用给予大力支持。在2009年4月的氢能经济国际合作伙伴计划(IPHE)会议上,据美国能源部代表介绍,在2009年2月奥巴马总统签署生效的7870亿美元的经济刺激计划中,168亿美元用于提高能源效率及可再生能源,20亿美元投入先进电池,4亿美元用于交通电气化,3亿美元用于先进能源技术(包括燃料电池)。美国2011财年预算中氢能和燃料电池技术项目为1.37亿美元。
2012年9月,美国国会在新一期的能源修订会议上重新修订了氢燃料电池政策方案[1]。新法案重新修订了新能源投资税抵免政策(简称ITC),以奖励在生物新能源、HFCV以及热电联产系统中(CHP)运用固定式燃料电池高效发电的企业。经美国国会和美国能源部综合各个州政府的意见后,该法案在Fuel Cell能源公司的支持下重新修订。截至目前,ITC燃料电池税收抵免政策主要涉及阶段为:第一阶段,5000美元/kWh的燃料电池系统,实现超过70%的效率转换,享受50%的税收抵免。第二阶段,4000美元/kWh的燃料电池系统,实现超过60%的效率转换,享受40%的税收抵免。第三阶段(现行的氢燃料电池政策),3000美元/kWh的任何燃料电池系统,只要达到30%的效率转换就可享受30%的税收抵免。
根据新法案的规定,任何氢能基础设施的运行均可享受30%~50%的税收抵免。这次国会新修订的氢燃料电池法案无疑是对氢能和燃料电池发展的极大推动。
2007年5月,欧洲议会主席发布了欧盟关于通过地区、城市、中小企业和公民社会组织之间的合作,建立欧洲绿色氢能经济和第三次工业革命的书面声明,提出到2025年形成不同应用领域(便携式、固定式、交通等)氢燃料电池技术,并在所有欧盟成员国建立一个分布式氢能基础设施体系。2008~2013年,欧盟(EU)将从EU第七框架计划(FP7)中花费相当37.13亿的人民币支持氢燃料电池技术的研发和示范。
2007年日本经济产业省宣布,到2012年,日本政府将投资2090亿日元支持新一代车辆动力系统和燃料的发展,以减少石油的消耗和二氧化碳的排放。这个计划被称为“发展新一代汽车和燃料计划”,主要针对混合动力车、电动汽车和可充电式混合动力车用电池,氢燃料电池车,清洁柴油车,生物燃料,以及道路基础设施和智能交通管理系统建设5个领域。其中超过3/4的经费都将用于氢燃料电池车的研发[2]。
2010年1月,丰田、日产、本田等著名车企及日矿日石能源、出光兴产、岩谷产业等13家能源企业发表了关于国内采用燃料电池汽车(FCV)及完善氢气供给基础设施的共同声明,将于2015年以东京、中京、关西、福冈四大城市圈为中心开始燃料电池汽车的销售。经济产业省明确支持这项规划,并首次提出了建立100所加氢站、在四大城市圈实现集中普及的发展方向。2010年3月,日本燃料电池商业化协会制订了日本燃料电池汽车和加氢站推广路线图和目标,如图1所示。
由图1可知, 2015年开始普及大众化燃料电池汽车[3,4]。
中国政府也非常重视燃料电池汽车等清洁汽车技术的发展。2009年,财政部和科技部决定开展节能与新能源汽车示范推广试点工作。到目前为止,我国新能源汽车试点城市已经扩大到25个城市,包括北京、上海、重庆、大连等,这些示范城市的节能与新能源汽车主要集中在公交、出租、公务、环卫和邮政等公共服务领域率先推广使用,截至2011年11月,燃料电池汽车占整个示范车辆中的比例为0.19%[5]。
2012年6月国务院发布了“节能与新能源汽车产业发展规划”(2012-2020)。本规划所指新能源汽车主要包括纯电动汽车、插电式混合动力汽车和燃料电池汽车。按照规划要求,到2015年,纯电动汽车和插电式混合动力汽车累计产销量力争达到500万辆,燃料电池汽车、车用氢能源产业与国际同步发展。
世界上的主要汽车巨头在燃料电池汽车技术研究开发方面都取得很大进展。
目前奔驰公司已有300多辆燃料电池轿车和公交客车在欧洲各大城市示范运行。据Fuel Cell Today网站报道,奔驰在加拿大也开设了FC生产中心,这是世界上第一个自动燃料电池电堆生产中心,第一个车用燃料电池电堆已于2012年6号完成生产。通用汽车公司新开发的搭载通用第5代燃料电池技术的凯迪拉克Provoq也采用了“电-电”混合燃料电池技术方案,电池堆的体积较前一代减小50%,最高车速达到160km/h,0~00km加速只需8.5s,续驶里程达到480km。
日本本田公司开发的燃料电池汽车能在-30℃顺利启动,续驶里程达到620km。
丰田汽车执行副总裁内山田竹志在26届世界电动汽车大会上表示: 氢能也是替代燃料的重要候选之一,丰田正致力于混合动力的燃料电池车的开发,我们也在逐步解决续航里程以及寒冷条件运用等技术课题。同时,在推进成本的降低,我们计划在2015年导入市场,在2015年实现商业化推广[6]。
目前,国际上已有很多国家正在进行燃料电池公共汽车示范项目。
“欧洲清洁城市交通(CUTE)”燃料电池公共汽车示范项目CUTE和二期示范,即HyFleet:CUTE 项目,在汉堡、阿姆斯特丹、巴塞罗那、马德里、冰岛、伦敦等的示范,取得了大量燃料电池汽车和基础设施的示范数据和经验。参加示范的企业主要包括汽车公司和能源企业。该示范项目于2009 年12月结束。这些车辆运行总里程已超过200万km。
2007 年初,欧盟批准燃料电池和氢能技术项目行动计划。这是一个由政府和企业合作瞄准产业化的项目。欧盟从第七框架计划下出资4.7 亿欧元支持,企业也至少投入同样的资金。项目已实施6 年,到2013 年结束。成员主要为欧共体、欧盟和企业等,大家将共同建立国际的非赢利性质组织。
美国加利福尼亚州燃料电池伙伴合作计划(CaFCP)燃料电池示范项目也是一个由汽车公司、能源公司和政府机构共同合作的示范项目的典范。目前有几百辆燃料电池轿车、大客车在进行实际路况示范验证,目的是在2015年能满足燃料电池汽车向普通大众销售[7]。2009年,大众将16辆帕萨特领驭燃料电池轿车运到美国加州进行为期半年的示范运行,这是我国自主研发的燃料电池轿车首次走出国门,是继奥运会后又一次大规模示范运行的活动。
中国燃料电池公共汽车示范项目,是一个国际合作项目,由全球环境基金和科技部共同提供资金支持,在北京和上海两个城市开展的公共汽车示范项目,分两期执行。到2012年1月两期正式结束, 9辆燃料电池公共汽车累计运行201196km,减排二氧化碳216t。中国燃料电池公共汽车示范项目的实施意义很大,加快了低碳交通技术在发展中国家的技术转移和应用:项目一期通过国际招标采购的德国奔驰的合同价格为每辆180万美元,二期采购上海汽车工业总公司的6辆燃料电池公共汽车的价格为每辆车70万美元,采购成本大幅降低,车辆完全是采用国内自主知识产权制造。由于采用混合动力技术,降低了车辆的运行成本。这个项目为发展我国燃料电池汽车相关技术提供了良好的技术交流平台:中国燃料电池公共汽车商业化示范项目与我国“电动汽车专项”和“节能与新能源汽车”专项的实施相辅相成,相互促进。并成功在全球瞩目的“2008年奥运会”和“2010年世博会”上展示。北京的3辆燃料电池公共汽车为2008年奥运会赛事提供服务,体现了“绿色、科技、人文”三大奥运理念。上海的6辆燃料电池公共汽车在上海世博园内提供6个月的服务,接送观众超过10万多人次。另外,在项目两期的整个示范运行中,这12辆燃料电池公共汽车累计运行17万km,载客20万人,共减排400tCO2,并明显降低NOx,CO和HC、SOx和粉尘等污染物的排放。
目前,燃料电池技术已取得很多进步,成本方面降低了很多。2012年据美国能源部研究:目前燃料电池成本比2008年降幅超过30%,比2002年降低80%(据大规模制造预测,从2002年的275美元/kW降到49美元/kW)。成本降低反映出包括膜电级、白金使用量减少等一些关键技术的进步。美国能源部要求到2017年燃料电池成本控制到与目前汽油机相当的水平,即30美元/kW,如图2所示[8]。
氢能和燃料电池汽车技术开发是战略选择,一旦在技术上取得突破并形成产业技术,将对世界能源和交通发展格局产生重大影响,国内政策决策者和汽车企业还需要加强认识,积极支持燃料电池技术和燃料电池汽车技术研发和示范,促进清洁、安全、高效和可持续发展的氢能经济的实现。
[1] 美国会推动氢燃料电池立法[EB/OL].http: //china-hydrogen.org/fuelcell/mix/2012-09-17/1945.html.
[2] http://www.chinaev.org/displayview/normal/PrjManagerment/ItemDetail.aspxid=2007072714150819.
[3] 日本燃料电池汽车和加氢站的普及计划[EB/OL].http: //fccj.jp/pdf/22_csj.pdf .
[4] 潘相敏, 林瑞, 李昕, 等.氢能的燃料电池的研发及商业化进展[J].科技导报,2011, 29(27):75-81.
[5]中国汽车工程学会.中国汽车工业年鉴 2012[M], 北京: 中国汽车工业协会, 2012.
[6] 内山田竹志: 2015年考虑氢燃料电池商业化[EB/OL].http://auto.163.com/10/1108/09/6KV4E1CL00084JU1.html.
[7] http://cafcp.org/carsandbuses/makesandmodels.
[8] Accompli shments ord progress[EB/OL].http: //www1.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells/accomplishments.html.