短途、固定场景、氢动力商用车产业体系日趋完善
时间：2023-02-09 20:21 来源：雅延咨询 作者：雅延 点击:
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在全球生态文明的征程中，新能源、新动力、新车辆的产业体系是必不可缺的，新的生态产业体系不仅要考虑某个产业链自身的“低碳和”效益“‘，还要兼顾产业链之间的”高效“协调和共振，下文将以”氢能源电池商用车“、”煤制氢-加氢站-氢电池“、”煤-焦-氢-钢新冶金“为主线，探求编织生态产业体系的新路径。
氢能源商用车势在必行
路面上的传统燃油车型基本都是以汽油为燃料，而干活用的大型车辆以往更多的是烧柴油，这样可以获得更凶猛的低速扭矩，来应对他们的各种大负载、高强度的作业环境。不过干活用的货车、渣土车或者是其他工程车辆往往都是一年到头的在不停运转，所以每年消耗下来的能源价格也是一笔非常大的数目，所以电动化的趋势是在所难免的了。
大型车辆由柴油转用电能，可以说怎么算都是赚的，毕竟工作时间在那摆着。况且电机的瞬间高扭矩在工程车辆上也相当的吃香。但是问题来了，家用车现在用纯电都尚且无法摆脱里程焦虑，何况是那些运输用的大家伙呢？那么庞大的身躯，在加之夸张的载重，那耗电量得多夸张啊？这些工程车辆到底都有多久的续航呢？
例如一汽解放的J6P纯电动自卸车，采用423kWh的宁德时代磷酸铁锂电池，最大续航能到270km，而且可以支持双枪直流快充（最快1小时30分钟即可充满）以及换电。还不仅如此，据一些车友说，在大载重从山上往下走的情况下，单单动能回收就能充全车一半的电量。
除此之外还有能工作7-8小时的纯电挖掘机，续航150km的纯电搅拌车等等都在陆陆续续面世，并代替传统的柴油车型。这样大型车辆的排放问题得到了解决，而以往它们那些轰隆隆的噪音也能一并得到解决的同时，运作成本也还更低了，可谓是一举多得。
上个月，27辆氢能重卡跨省往返于天津港与河北旭阳能源有限公司之间，保证旭阳能源每月出口焦炭能够以固定场景的运输方式实现绿色物流；河南省安阳市也在今年1月份完成了49吨氢燃料电池半挂式牵引车的跨省运输测试工作。一个月内，两地企业同时落地氢能重卡商业化运输场景，氢能重卡正迎来爆发，产业拐点已现。
不过，氢能商用车在产业发展方面还存在诸多问题，比较突出的一是跨省氢网规划，氢能重卡已测试完成并积累了丰富运行经验和数据，步入了走出城市迈向跨省运输的新阶段，这直接催生了软硬件配套新需求。如跨省氢能重卡相关道路规划、加氢站位置摆放规划、氢能重卡维修养护中心布局、制氢企业落地等。目前，国家已批复了京津冀、上海、广东、河南、河北五大示范城市群，其中北京正在牵头建设京津冀燃料电池汽车示范城市群。
二是氢能形态转化问题，也就是为什么不能直接燃烧氢气输出动力？氢气内燃机早就有前人提出并进行了实验。1841年，英国就率先发布了一个用氢氧混合气体工作的发动机的专利，21世纪以来，不少像福特、三菱、马自达、FEV等车企和零部件供应商都在研发氢气内燃机，也出现了一些概念产品；一部分氢内燃机甚至还进行了量产，比如宝马研发的烧氢气的宝马7系，丰田也研发出了三缸1.5T的氢燃料卡罗拉运动版，还参加了“富士SUPER TEC 24小时耐力赛”。但是这些历史都证明，氢气内燃机相比于燃料电池可以直接将化学能转换为电能，其能量转换效率较低，如此使用实在太过奢侈。那么，出现这种情况的原因有两个方面：
1、氢气内燃机效率低
烧氢气的宝马7系可以容纳8公斤的氢气，但是燃料消耗量却是3.7kg/100km，最多只能续航201公里，和一些微型电动车不相上下。而且，这辆汽车的加速性能也很差，输出仅有260马力，完成零百加速需要9.5秒。而氢燃料电池车性能更好，丰田的MIRAI可以储存5.6Kg氢气，加一次氢就能行驶1003公里，平均燃料消耗量才0.55公斤氢气/100 公里，显而易见，燃料电池效率比氢内燃机要高得多。这主要是因为氢气的体积能量密度和点火能量低，燃烧速度太快，因此氢气内燃机不能像普通汽油车一样，通过提高压缩比来提升动力和燃烧经济性。
2、氢气内燃机安全性低
虽然氢气与汽油相比更安全，逸散速度快，不容易沉积。但氢气内燃机却要比氢燃料电池汽车的安全性差一些。就是因为氢气用分子的形式附着在具有渗透性的薄膜上，然后从燃料电池的阳极进入，氧气则从燃料电池的阳极进入。之后由催化剂铂发生作用，让阳极的氢分子分解形成电流和水。由于氢气的存在形式不属于气体或液体，所以不容易发生爆炸。而氢气内燃机则不同，因为温度过高，所以很容易提前点燃氢气和空气的混合气体，甚至在进气门还没关闭之前就点燃，从而出现回火、爆燃这些危险情况，还会出现爆炸。
燃料电池产业链需要完善
国产电堆仍有瑕疵，未来发展前景可期。车用燃料电池 堆是由数百个单电池通过串联形成的一个发电单元。燃料电池系统是以燃料电池堆为基本单元，增加必要的辅助零部件构成的一套完 整的发电系统。当前电堆国产化率约 50%。金属板电堆功率密度达 到 3.1kW/L，和丰田 Mirai2014 版电堆功率类似；国内新一代石墨 板功率密度较高者达到 3kW/L 以上，相对巴拉德 9ssl 电堆 1.7kW/L 有大幅提升。国产电堆的短板主要在可靠性和寿命方面。2025 年为 商用车燃料电池系统性能持续提升、系统成本持续下降、可靠性大 幅提升、实现大规模推广应用的时间节点。2030-2035 年为商用车 燃料电池系统全面达到产业化要求的关键节点。
氢燃料电池用于氢能源车，前景可期。氢燃料电池性能 优异，将率先应用于客车、物流车、重卡等交通运输领域。与目前 技术较为成熟的锂离子电池相比，氢燃料电池可靠性高，使用寿命 长，能量密度大，但成本较高。氢燃料电池主要应用于交通运输领 域， 到 2025 年氢燃料电池汽车保有量或将达到 10 万辆，到 2035 年保 有量达 100 万辆，到 2050 年保有量达 5000 万辆。
”氢冶金“将在两端发力低碳经济
氢能的利用包括氢的制取、储存与运输、应用三个环节。当前，主流的制氢技术包括化石能源制氢、工业副产氢、电解水制氢等三大类，也就是所谓的“灰色氢能”“蓝色氢能”“绿色氢能”。比较来看，化石能源制氢即“灰色氢能”技术路线目前已经比较成熟，成本较低（甲烷重整制氢成本13-19元/公斤，煤制氢成本9-11元/公斤），但制取过程排放大量二氧化碳等污染物，可采用碳捕集与再利用（CCUS）技术减排，但制氢成本也会相应上升。
电解水制氢即“绿色氢能”技术，是指通过“新能源发电技术+电解水制氢技术”等方式，实现零污染、可持续的氢能制备，过程中不产生二氧化碳和其他污染物，从而获得真正意义上的清洁能源，但目前技术还不完全成熟，尤其是制氢成本高（每度电0.6元时，制氢成本40-50元/公斤，电价占总成本的60%～70%），尚不具有市场竞争力。
工业副产氢属于“蓝色氢能”范畴，是焦炉煤气、氯碱工业、石化工业生产过程中产生的副产品，工艺成熟，产量稳定，成本较低（制氢成本10-16元/公斤），是中短期内最为可行的制氢途径，可以通过CCUS技术的运用，进一步降低二氧化碳排放。目前，我国氢气年产量3300多万吨，其中工业副产氢1000万吨左右，为全球之最。
我国是世界焦炭产量最大的国家，全国焦炭产能约有1/3在钢铁联合企业，2/3在独立焦化企业。 2019年国内焦炭产量达4.7亿吨，焦炉煤气是炼焦的副产品，每吨焦炭可产生焦炉煤气约350-450立方米，去年焦炉煤气产量约2000亿立方米，占全球一半以上。但是许多 独立焦化企业富余的焦炉气曾因无法直接用于生产而被大量放散。
焦炉煤气中约含50-60%的氢气，可副产氢气760万吨左右，数量极大，占工业副产氢总量的90%以上。焦炉煤气制氢是目前可实现的大规模低成本高效率获得工业氢气的重要途径。
直接还原铁（DRI）工艺具有低硫、低磷、密度大、热能高、尺寸规则等特点，生产环境友好，符合清洁化生产的需要；与高炉–转炉工艺相比，采用气基DRI–电炉炼钢工艺后，生产每吨钢可减排CO2约0.83t。然而我国钢铁生产以高能耗、高排放的高炉–转炉长流程炼钢为主（占比高达90%），电炉炼钢占比明显偏低。相应地，我国钢铁行业的能源消耗以煤炭和焦炭为主（占比高达92%），行业煤炭消耗约占我国煤炭消费总量的18%，碳排放约占全国总量的15%。我国煤炭、焦化、钢铁等行业的长远发展，必然面临资源、环境、生态等的约束，特别是随着碳达峰、碳中和目标的提出，钢铁行业很难维持当前高炉–转炉炼钢工艺的市场存量规模。
我国焦炉煤气、煤成气等富氢气源丰富，加之在可再生能源制氢方面极富潜力，可为DRI提供可靠廉价的氢源，构成煤炭、焦化、钢铁行业升级转型的基础保障。积极发展气基DRI技术，增加钢铁新品种（优质钢、特殊钢），增强高端冶炼产业的核心竞争力；构建新型绿色冶金等新兴产业集群及产业链，减少关联行业的能源消耗与碳排放，有利于形成全球绿色钢铁行业的中国示范。
