至2025年日本燃料电池汽车发展规划

2016-04-13 18:29:05来源: 电动汽车时代网
     2016年4月初,笔者采访了中国丰田新闻发言人牛煜先生谈及FCV燃料电池车)和插电式混动汽车引入中国的信息。此前.本田的燃料电池汽车、纯电动汽车以及油电混动汽车在日本市场已经全面铺货。实际上,在日本本土市场,丰田、日产、本田、三菱、马自达等车厂在日本政府号召下,都在推进搭载新能源技术的民用车的市场化、量产化、节能化。

    但采用哪种技术,各车厂并没有统一的协同运作。丰田的“轻”混动车普锐斯的成熟毋庸置疑,并以此延伸出插电式混动车系和燃料电池车系。日产主推以聆风(国产化的晨风)为主的纯电动汽车(技术)。三菱则是兼顾纯电与混动技术的帕杰罗系列SUV车系。马自达坚持“蓝天创驰”技术挖掘发动机效能降低油耗主打节能路线。

    援引丰田中国新闻发言人牛煜先生原话:“丰田新能源技术的研发并不局限于混动,包括燃料电池、纯电动,以及生物质能、柴油、汽油的改良和更高传动效率的CVT技术都属于丰田定义的全方位新能源战略范畴。燃料电池技术以及Mirai实车,在日本、欧美率先引进,但是目前尚未大面积推广。目前日本本土建有80多座加氢站,在北美的加州、纽约、新泽西(美国东北地区)也建有加氢站,在欧洲的挪威、瑞典和德国(北欧地区)也有加氢站。丰田对燃料电池技术的推广并不是以时间为准,而是以推广地区的使用条件(加氢站建设、氢能源的来源)为准。以此类推,燃料电池汽车(技术)进入中国,也要跟随实际使用情况而定”。

    电动技术以及电动汽车,已经在包括中国在内的美国、欧洲市场所熟悉并大量引入。但是燃料电池技术以及量产车,作为一种近乎全新技术与车型,不仅改变了电动汽车续航里程短、充电周期长的技术状态,更将颠覆驾驶习惯和市场推广模式。

    备注:燃料电池汽车在本文后简称为FCV。

上图左是HV工作原理 中图是FCV工作原理 右图是EV工作原理

    HEV(非插电式混动汽车):更倾向于靠提升汽油机热效率并借用小容量电池组件提升节油性能。

    FCV(燃料电池汽车):就是靠燃料电池提供动力,并转换为电力驱动整车前进,燃烧后只有水蒸气派出。

    EV(纯电动汽车):与燃料电池汽车工作原理相同,没有任何尾气排放。

    在日本,电动汽车的发展已经较为成熟,非插电混动车覆盖率进一步提升。然而燃料电池汽车的出现,却要重新定义新能源汽车技术。燃料电池汽车是根据通过从氢能站向车载箱里填充氢能源,使其跟空气中的氧发生电化反应产生电力来驱动发动机的汽车,普通用户在第一次就能够操作利用的氢能源活用技术。能量效率提高,并且在well to wheel(从能源的开采到车辆行驶)过程中还可以降低二氧化碳的排放量,实际行驶距离比长超过500公里,燃料填充时间短至约3分钟等,它有一个汽油汽车所不能相比的性能。 

    日本交通运输部门发文称,占据日本国能源使用量的2成左右,几乎全都要依赖原油和石油产品。虽然就目前的情况来看,能源主要还是以化工轻油或城市煤气等,从矿石燃料中提取出来的物质为中心的;但是在不久的将来,作为燃料电池汽车燃料的氢能,会像海外的褐煤或是原油副产品等还未被使用的能量等,在国内外作为可再生能源被制作出来的。如此,运输部门就可以从单一的长期依赖石油而变为多元化,也会更好的提高改进能源的安全性。 

    1、FCV的节能环保优势:

上图是2012年日本国内石油以及石化产品能源消耗配比表

    产业43.4%  民生33.5%  运输23.3%(运输部门的构成为:汽车89.1%,铁路2.2% 航空4.1% 船舶4.6%)汽车的燃料比 石油制品97.8% 电力2.0% 都市煤气0.1%)。 

    很明显,石油成为包括日本在内各国主要能源消费品。但如果引入丰田的FCV(燃料电池汽车)将会彻底改变这种单纯消耗的能源格局。假如普及600万台(私家轿车的总拥有台数约占1成),运输行业中的客运部门预期就可以达到减少9%的二氧化碳的排放的效果。即便把从矿石燃料等里提取出氢能所产生的二氧化碳的排放量也考虑进去,二氧化碳的排放量预计每年消减390万-760万吨左右。    

上图是搭载不同动力的车辆二氧化碳排放的比较

    FCV(城市用煤气改造燃料电池)79

    FCV(天然气改造燃料电池)78

    FCV(太阳光+碱性电解水制成燃料电池)14

    搭载汽油机动力的汽车 147

    搭载柴油机动力的汽车 132

    PHV(汽油供油非插电式混动汽车)102

    PHV(外部供电混动汽车)55

    EV(外部充电09年)55

    EV(外部充电12年)77

    EV(太阳能发电)1

    综合搭载不同动力在不同年份,汽油机、柴油机、油电混动、纯电动、太阳能发电车型,从制造电量开始计算到使用全过程,综合估算出二氧化碳排放数值。这些数据并非单纯的计算行驶过程中燃料燃烧排放的二氧化碳数值。与搭载传统动力的汽油车的对比排放消减效果,FCV使用的氢动力制作方法不同,二氧化碳排放量的减少也会不同。从化工轻油或城市煤气改良得来的情况看,每年将会消减390万吨左右,而根据利用太阳光碱性水电解制作出来的燃料电池,每年可以消减约760万吨的二氧化碳排放。

实际上,第二代日产聆风纯电动汽车已经具备自发电功能。

    上图是紧急时期不同数量的具备自发电功能大巴、丰田mirari和日产聆风,为医院、便利店、加油站,避难所提供能电量的具体数值。

    另外,FCV除了可以充当常规移动装置,也可以用作分散式电源。也就是说,FCV可以提供单纯作为电力发生装置为其他用电单位提供电量。与电动车辆相比,具有2倍以上的供电能力。为此,目前量产的丰田mirai具有零排放性、接近600公里的续航里程以及填充燃料周期不超过5分钟的性能值得期待期待。诸如对于地震、海啸甚至核电站报废等灾难来临时,凸显FCV所具备的应急发电功能优势。 

    2、FCV制造技术节点:

 

    FCV是的制造一丰田mirai为蓝本,继承了日本汽车工业、新能源技术、微电子等技术专长。另外,氢气供应到燃料电池,所涉及到的燃料电池中的化学反应,必须要把空气,氢能,生成水等控制在一定的安全可控的层面,并在此基础上进行商业化量产。

    在日本,2014年12月量产型FCV投入市场,甚至2016年3月开始发售的两款车型,正在全世界最早的开发着市场。FCV,截止到2015年晚些时候,在日本市场已经售出大约400台,并计划在未来依次增加生产数量。

    3、FCV市场发展预计:

    虽然FCV的价格目前是超过了700万日元(2014年Mirai上市时售价700余万日元,扣除补贴约200万日元后售价为500多万日元,2003年租赁销售的氢燃料电池车售价接近1亿日元),但是从今后技术创新等前景,每位用户的接受程度来看,目前与第一代车型目前相比,预计投放市场的第二代车型,到2020年左右燃料电池系统的成本将会减半,预计以一般用户全面普及作为目标的第三代车型的投入市场后,到2025年左右燃料电池的成本会更加的减半。如此,到2025年车辆的价格能与混合驱动汽车等效的采取同等车价格上的竞争。另外,在同时期为了吸引更多的用户,将会以被大众所接受的研发理念进行。务必在性能、成本、使用便利向上进行提升标。    

    4、加氢站的建立:

 

上图是至2015年,日本国内加氢站设置的详细信息。

    关于FCV普及所不可缺少的氢能供给设备,在日本,商用的加氢站自2013年就已经开始修建了,预计在2015年将落成80处(没处可以为2-4台FCV提供加注燃料电池周期介于5分钟-15分钟的服务)。

    比照加油站的建立,用户可接受的抵达加氢站站的时间距离,为机动车行驶10分钟。为了能够尽早的实现这一目标,首先在2016年达成已经被确认的基础能源规划目标:100处加氢站以及运转中心以四大都市圈为中心的场所的确立。然后,为了能更有效的实现上述FCV普及这一目标,在氢能站的配置上是需要很有策略性的。数量上,以2015年底为一时期点,将在2020年前氢能站的数量倍增(约160处),2025年更加的倍增(约320处)。并且,在2020年代后半期,FCV普及台数(需求)和氢能站站数(供应)取得平衡,使以后氢能需求增长的同时,适当的修建氢能站(在2030年这一时期,必要的氢能站站数,是一台300 Nm3/h(每小时标方300)的氢能供给能力换算的话,约900台。)

    备注四大都市圈:东京圈(东京、横滨、千叶)、京阪神圈(京都、大阪、神户)、名古屋圈(名古屋、岐阜),实际上东京圈因为发展迅速已经能被认为是两大都市圈(东京与横滨千叶)。

    假设以上提及的加氢站建设步骤得以实现,在氢能的需求(FCV普及的台数)和供给(加氢站的修建数量)能够平衡且稳定的发展至2020年代后,必须确保所需要的加氢站具备商业运营的自我造血能力。在这一时期之前,只要能够充分减少加氢站的维修费,运营费以及氢能采购成本,就可以实现氢能站的商业化运营。具体的说,对于维修费和运营费,与导入初期相比到2020年左右会减少一半,2025年左右,会减低至欧美的加氢站水准(日本设立的加氢站的成本高于欧美2/3) 关于加氢站的设备成本,目标到2020年代后引进成套的设备的成本每标方为30日元,同时氢能销售利润(毛利)为每公斤500日元。

    5、氢能的价格:

    虽然现在以与混合驱动车相同的价格战略来制定,但是在今后会继续降低与混合驱动车相同的燃料费,降低成本以达到加氢站商业运营能力。除了基础运营商,例如汽车制造商或是国土交通局等相关的人员都会适当的分配任务,这个目标哪怕只有一点点提前实现都是很重要的。

    与上述的加氢站相关的目标不同的是,通过再生能源的利用更多的消减二氧化碳排放量的再生资源加氢站站(相对起来规模较小的)的设立,目标为至2020年要建设100所。欧美的加氢站因为在氢气供应能力(规格和控制策略不同),在现阶段单纯的横向比较是很困难的。另一方面,随着FCV的全面普及,这种差异在不久的将来是可以缩减的。前文提及的储氢站销售利润(毛利)是以单位氢能销售为毛利所指的,作为成本包括与氢能供应相关的(生产,运输等)费用,但不包括维护费和运营费用。作为向家庭供应氢燃料由再生资源制成的加氢站,氢气生产能力是每小时0.7Nm3左右(规模相对相对较小)。 

    6、FCV发展前景:

 

    FCV是在日本市场上销售的汽车中首次有效利用氢能作为汽车燃料的新一代汽车,消费者特别重视其环保性能和新颖性。但是,为了进一步扩大涉及普通用户的市场,在增加科技性与更丰富的配置同时,确保一定的经济性也是很重要的。

    此外,虽然面向普通私家车(除了个人所有的轿车,也包括政府用车与公司配车)的FCV开始销售,受制于汽车的车型、用途、尺寸等因素,对FCV拓展市场的基础也是很重要的(在尚未形成市场影响力、客户认知度时,何时生产更多种类的FCV、生产数量与售价的制定,将是一个艰难且敏感的话题)

    现在欧美等国家对于汽车的环保标准也越来越严格。鉴于这一趋势的持续,希望至少在发达国家中能够普及包含FCV在内的使用全新能源的车。事实上,在2015年日本制造厂商已经开始销售FCV了。因为在海外发展的时候,车辆和部件的共通化等情况,只有通过批量生产来降低成本。根据国内外的协同效果的意识来看海外扩展也是很重要的。更先进的燃料电池技术,在欧美国家(车厂)尝试着开发,如FC叉车和燃料电池船只等并期待能在其他的交通领域中被广泛使用。

    在FCV投入的早期2015-2017年,投入更多的精力修建加氢站,可以有效降低用户使用FCV寻找和加氢站的周期,并降低与传统动力汽车在使用层面产生不良感受的感受。通过硬件弥补软件的不足,也是推广FCV所必须的。

    汽车制造厂商或者是基础设施运营商,不要把负担推给他人,双方相互配合是很重的。 例如:在市场投入之后不久,公务车辆,公司配车,业务车辆等使用的场所比较受限制的车辆作为主要的销售地点被确定,这些车辆的销售在一定的地区集中的进行整顿的同时,该地区的加氢站的集中维修也是有效的。然后,以这个形式,一个一个的修加氢站,使用场所大量分散,也会促进车辆的销售。如上所述,汽车制造厂商跟基础设施运营商具体的合作关系是重要的。

    备注:日本政府、车厂或第三方修建加氢站套路简单可以概括为,“以点成线、以线带面”的跳跃式发展。

    笔者有话说:

 

    从1997年,日本丰田油电混动汽车普锐斯量产至今已经在全球市场售出850万台,日产聆风电动汽车则稳居美国新能源汽车销售前三排名(累计售出22万台),本田的油电混动系列车型也在有条不紊的全球出击(混动版雅阁也在中国市场国产化)。而FCV车型与技术的推出,获将被看作是未来新能源技术的一种发展方向。通过研判日本2015年FCV技术发展规划不能看出,广撒网的模式看似简单,却需要在庞大技术研发与验证基础层面支持。而资金与精力的投入远不是10亿或20亿人民币、5年或8年那么简单与浅显。

    纵向或横向比对,日本丰田mirai(FCV)已经达到硬件量产与软件市场推广能力,尤其是价格更是下探到可被接受的区间(综合约为35万人民币)。这种对前沿技术研发的优势,将会在合适的时间与地点直接转化为经济实力与意识影响力。反观中国新能源市场,上海汽车研发的荣威950FCV的硬件具备量产的能力,这已经是非常了不起的成就。吉利的甲醇汽车在挪威完成了实际道路测试。比亚迪的下一代铝电池计划有条不紊的进行。但是太多车厂因为政府严查骗补贴行径而身处漩涡之中(南京金龙总经理跳楼就是最好例证)。

    笔者从2008年开始撰写新能源相关稿件,至2015年,日军、美军、德军甚至南朝鲜伪军都开始装备(测试)搭载新能源动力的军用装备(南朝鲜伪海军的最新护卫舰将采用油电混动驱动技术)。而国内各大车厂虽然在电动技术的研发取得了具有中国特色的市场成绩,但真正在独立创新、核心技术与正向研发层面取得成绩有多少?
    至2025年,日本国的FCV将会进行完全市场化推广,FCV(丰田、本田甚至三菱制造的车型)价格的降低与车辆阵容的扩大,再通过后面描述的氢能供给基础设施的战略整顿等手段,今后日本市场普及目标将在2020年达到4万台,2025年达到20万台,2030年达到80万台。至2020年加氢站数量或高达100所。那么中国本土车厂的非电动化新能源技术与整车销量处于什么状态呢?

 

关键字:丰田  混动  燃料电池  普锐斯  FCV

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/article_2016041315433.html
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