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燃料电池技术 - 新能源汽车的黑马?

发布日期: 2018-11-29
浏览人气: 896

随着汽车世界加速向下一代排放法规和燃料经济性目标的发展,正在被淘汰的内燃机(ICE)相关的传统动力技术。

虽然仍存在着巨大的挑战,但燃料电池汽车已准备好在替代推进市场中占据更大的份额。

随着电动汽车(EV),混合动力电动汽车(HEV)和插电式混合动力电动汽车(PHEV)的替代燃料汽车技术获得动力,传统的汽车行业正在改变。

虽然,新能源技术的普及和推广取得了快速的增长和巨大的进步,相对于ICE的性能也在不断提高,但是一匹黑马 - 燃料电池汽车 - 悄然从众多新型汽车技术中脱颖而出。燃料电池电动汽车(FCEV)已经经历了几个阶段,证明了它们的效率,安全性和可靠性,但由于其他电动技术,特别是电池电动汽车(BEV)继续垄断市场,因此在很大程度上燃料电池被人们忽视了。

相比之下,燃料电池技术因商业化之前面临的挑战而受到广泛批评。这些包括奇缺的氢燃料基础设施,设计的复杂性,高制造和维护成本,以及性价比很难与EV媲美。在实践中,燃料电池堆连接到电动机,电动机连接到车轮。燃料电池堆给电池充电,直接向电动机提供电力,然后电动机驱动车辆。燃料电池产生的多余电量可以给电池充电,在上坡或硬加速期间电池可以配合燃料电池,提供需要的多余电力。

虽然FCEV技术已经相当成熟,但业界是否已准备好了大批量生产和销售?答案是响亮和肯定的“是”,因为全球汽车市场已做好准备并准备在其投资组合中采用新的能源汽车细分市场; 然而,期待一个缓慢而稳定的开始。

日本为新时代技术铺平了道路
日本一直处于采用替代燃料技术的前沿,并且确实是个采用HEV技术的汽车市场。日本政府和当地的原始设备制造商已经推动标准化电动动力系统的使用,不仅在日本,而且在全球范围内。与此同时,日本政府鼓励将氢燃料技术用于大规模部署和运输应用。支持这样的意图,它已投资3.78亿美元用于开发基础设施并提供购买激励措施。每个加氢站将花费大约100万美元,日本政府的补贴将提供到2020年。

根据近Frost&Sullivan FCEV的研究,日本将利用的原始设备制造商本田和丰田以及韩国现代的专业知识来推动其在燃料电池系统市场的领导地位。对氢燃料加油站的更高投资和资金将导致日本和美国 - 特别是加利福尼亚州 - 成为燃料电池汽车的主要推广地区。因为只有这些地方才有加氢站。

到2030年,FCEV的全球市场估计将达到约583,360辆,日本和韩国等亚太(APAC)国家占据市场主导地位,分别为218,651和80,440辆。预计到2030年,欧洲和北美的FCEV市场将分别达到117,000辆和118,847辆。

按地区划分的燃料电池汽车市场规模
FCEV在新兴市场的全球采用将受到强有力的激励和政府政策的推动,这些政策不仅会提高消费者的接受度,还会推动那些寻求建立全球加氢站网络的公司的私人投资。为了与这一趋势保持一致,预计未来五年全球市场将由的原始设备制造商推出大约20款燃料电池汽车。预计具有先发优势的亚洲原始设备制造商将主导市场。例如,到2030年,丰田FCEV的车辆销量预计为165,000辆,而现代FCEV则为148,000辆。

关于原始设备制造商推出FCEV型号的时间
本田和丰田在燃料电池技术开发方面处于行业地位。丰田已经实现了高的功率输出,同时大大降低了系统的价格和尺寸,相对于以前的FCEV产品,而本田开创了强大而紧凑的系统,使用电动“涡轮”空气压缩机生产增强的氢气混合物,产生所需的电力用于推进。

Frost&Sullivan认为,对于FCEV的推动可能会在2020年后开始,届时BEV的补贴将逐步取消。随着基本成本的降低和基础设施的到位,预计2025年后的增长将呈指数增长。预计现代起亚和本田集团将拥有的燃料电池汽车,因为它们在加利福尼亚州作为租赁选择提供。如上所述,原始设备制造商正在准备在全球推出多款燃料电池汽车,正在进行大量投资以使汽车上的燃料电池堆商业化。在政府的激励下,美国能源部计划到2030年在路上拥有约50万辆燃料电池汽车。

东京奥运会,日本政府正在努力推动FCEV及相关基础设施的发展,到2020年将订购6000辆燃料电池汽车(FCEV)和160个加氢站。

氢能基础设施和积极的政府政策无疑为原始设备制造商推出FCEV模型铺平了道路。

系统中是否存在扭结?

在汽车大众市场以与电动汽车相同的速度采用燃料电池汽车之前,原始设备制造商需要克服某些重大挑战。这些包括基础设施的发展,零排放氢燃料的生产和燃料电池电堆的成本。

据Frost&Sullivan称,加州能源委员会和欧洲燃料开发计划(HyFIVE)已承诺为全球H2网络提供资金;上述饼图显示,燃料电池技术资金雄厚 - 美国投资2100万美元,欧盟投资1700万美元 - 私营公司与OEM公司在投资方面也有大量合作。

实施可变氢压喷嘴燃料站的成本约为75万美元至100万美元,这是氢基础设施扩建的主要问题和致命点。模块化方法的创建将成为美国氢燃料站的关键技术趋势,因为这将使它们能够满足350-700巴的可变压力的商用和乘用车的需求。

壳牌,里卡多,燃料电池和氢能协会,Seven-Eleven日本有限公司,HyFIVE,林德,加利福尼亚燃料电池合作伙伴,巴拉德和英国H2 Mobility等公司和其他行业实体和网络已与OEM合作分享他们在制氢,燃料站网络部署和投资方面的专业知识。燃料电池堆的共同开发和燃料电池系统的优化对商业化至关重要。

目前,功率密度和价格是汽车制造商竞标燃料电池乘用车市场现实的重点领域。 FCEV在不同速度下具有约3,500小时的耐久性,而公共汽车已超过2016年18,000小时的目标,达到约23,000小时的耐久性。

美国能源部的目标是将80千瓦的燃料电池堆系统的每千瓦价格降至30美元至40美元之间。随着燃料电池堆价格的降低,使用质子交换膜(PEM)电解方法也在努力将氢生产成本降低至低于2美元/ kg。现代和丰田采用PEM堆叠电池技术,降低了单位间接成本,据报道,2015年成本约为50,000美元。随着产量的增加,成本将随技术进步和制造过程而下降。

即将到来的投资 - 抓住影响力

未来十年,全球将投资约100亿美元,由一群私人投资公司与宝马,戴姆勒和丰田共同开发氢技术和基础设施。

加州政府已批准每年在氢气站部署方面的支出2000万美元,因为私营公司到2017年底的投资额接近2160万美元。通用汽车和本田等原始设备制造商正在通过合作共同开发加速推进燃料电池技术和在美国密歇根州建立制造工厂。这两家公司正在合资企业进行总额为8500万美元的50/50投资,并计划在2020年开始大规模生产,利用其集成开发团队和共享氢燃料电池知识产权,为燃料电池和氢存储系统创造更实惠的商业解决方案。

这种合作伙伴关系和投资为FCEV通过现代和本田提供的租赁选择以及通过丰田直接销售和支持进入市场创造了一个新平台3

燃料电池与电池电动
无可否认,目前,BEV在新能源领域的竞争发展中于FCEV。在某种程度上,这是因为,由于全球市场上只有三种FCEV型号,消费者对燃料电池技术优势的认识有限。开发人员正在试图通过证明燃料电池的超长续航里程,足够短的加注燃料时间,的性能和安全保障解决消费者的担忧。

预计到2030年,全球将有大约200万辆燃料电池汽车上路。日本和韩国将在推动燃料电池汽车技术发展方面发挥关键作用,因为丰田汽车和现代起亚公司将成为燃料电池技术领域的全球领导zhe。从2020年起,全球逐步取消BEV激励措施,与政府对亚洲国家(包括中国,日本和韩国)的FCEV补贴相对应,将为私营部门投资打开大门,预示着燃料电池汽车新时代的开始技术。

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