三瓢涼水告訴你 氫能源一點也不香

前不久，豐田牽頭與國內一汽、東風、廣汽、北汽以及億華通聯手，成立了一家新的合資公司，名為聯合燃料電池系統研發有限公司。以氫氣為首的燃料電池系統因其補能速度快的特點，被看做是新能源發展的一大方向。

包含氫燃料電池在內，燃料電池系統確實可以實現類似現在汽油車類似的快速補能效果，但是除此之外，燃料電池系統還需要面臨多種生產上，技術上甚至天生劣勢。燃料電池系統現在距離成熟還需要極長的發展時間，甚至很有可能不會迎來大家最期盼的“民用”。

首先是燃料電池系統本身的啟動時間。根據中國汽車技術研究中心在2019年公佈的氫燃料電池發展研究報告來看，燃料電池系統從冷機狀態，進入到可以穩定發電的狀態需要較長時間。啟動速度最快以質子交換膜技術，也需要數分鐘，一些大型燃料電池甚至需要數小時的啟動時間。這與目前汽車廣泛採用可以“秒啟動”的內燃機和電動機都擁有巨大差異。此外，即使燃料電池系統已經順利開機啟動，啟動之後的調速效能也很差，通常只能以固定功率輸出電能，對於需要頻繁加減速，功率需求多變的車輛行駛環境並不相匹配。因此，如果汽車採用燃料電池作為動力，還需要一套作為緩衝使用的電池和電驅電控系統。此時的車輛更像是一輛燃料電池與蓄電池的混合動力汽車，燃料電池與蓄電池串聯。燃料電池先發電暫存在蓄電池當中，再由蓄電池輸出電能供電動機驅動車輛。

其次，燃料電池的能量轉化效率並沒想象高。雖然從理論上，擺脫了卡諾迴圈的燃料電池能量轉化效率可以高達80-90%。但是實際由於溫度、內阻等多種原因，目前燃料電池的實際能量轉化效率通常在40-60%左右，與理想值有較大差距。而內燃機方面，現有小排量汽油發動機熱效率已經可以達到40%左右，中等排量柴油機熱效率已經突破50%。在巨量上漲的成本面前，車用燃料電池的效率提升並不誘人。也許發電站等大型工業用途才是目前燃料電池發展的主要方向。

相較之下，以質子交換膜為基礎的氫氣燃料電池具有相對更高的能量轉換效率，相對快速的冷啟動效能，質子交換膜壽命長以及0碳排放的優勢，成為了當下研發的主要方向。

另外，製造和使用成本也是擺在燃料電池普及面前的大難題。根據報告表示，現階段技術之下，燃料電池的成本約在300-500美元/KW左右，國內成本約在1000美元/KW左右。如果按照家用車需要100KW最大功率計算，燃料電池系統至少也需要300*100=3萬美元，約合人民幣20萬元，國產甚至需要1000*100=10萬美元，約合70萬人民幣。單燃料電池就需要極高成本，再搭配上所需要的混動電動系統以及車輛本身，即使一輛普通緊湊級轎車價格就能輕鬆超過50萬，這遠不是能夠普及大眾接受的價格。依然參考目前最熱門的豐田Mirai，車輛售價為57400美元或者670萬日元，摺合人民幣約40-45萬元。相比此前的小規模生產車型便宜了許多，但仍然有相當長的降成本道路要走。此外，加氫站的建設成本也遠在充電站建設成本的數十倍之上。相比之下，截至2019年國內已經擁有超過50萬個公共充電樁，2020年開始，充電樁成為中國新基建專案，建設速度將會更快。

從目前民用車的實際情況來看，採用混合動力技術可以顯著提升汽車的燃油利用率，尤其在擁堵的城市路段，混合動力汽車可以降低30-50%的燃油消耗。但是根據實際銷售情況，混合動力汽車依然是市場當中的小眾車型，即使單獨談論卡羅拉這一款車型，燃油版銷量也超過混動版銷量的10倍之多。省油不省錢，這可不是老百姓所能接受的局面。

曾經我在一次氫能源車展上說過，氫能源要想進入千家萬戶，需要經歷兩次5%級別的降成本發展。目前而言，氫能源剛剛結束了從實驗室到可生產這第一次5%級別降成本。從可生產到可量產的第二次5%級別降成本，還得走在漫漫長路上。

燃料電池技術已經發展到了什麼階段？

根據報告表述，截至2019年，全球共有大約3000項燃料電池相關專利。如果以國家綜合專利數量排名，中國以37%的佔有率位列第一。不過中國擁有專利公司和機構較多，專利相對分散，如果以公司或者機構排位，豐田公司則以295項數量位居首位。

具體到車型而言，各個國家不少公司都已經推出可小規模生產的實車產品。除了大名鼎鼎的豐田Mirai之外，中國的上汽集團推出了榮威950燃料電池版，峰值功率為50KW。賓士B級燃料電池版最大功率為80KW，本田Clarity最大功率達到100KW，具有較大技術優勢。在商用車領域，中國、日本、德國、美國也都推出不同車型，燃料電池系統最大功率從30-150kw不等，整車續航從200km到600km各有不同，200-300km車型佔據主要車型。

從市場規模來看，中國2018年共生產了約1619輛氫燃料電池車，其中客車710輛，專用車909輛，沒有乘用車生產。2019年產量雖然有所上漲，但是總量依然只有千輛水平，市場規模極小。

簡而言之，氫燃料電池汽車的技術發展才剛剛由實驗室走下生產線，車輛動力效能、續航能力和價效比都僅能用剛剛起步來形容。參考純電動汽車的發展歷史，燃料電池汽車的技術成熟度大約滯後10-15年，想要達到可商用階段，還需至少3-4代技術突破。

商用車才是氫能源的正確開啟方式？

燃料電池的最大優勢在於其可以媲美燃油車的快速補能方式。技術發展至今天，純電動汽車也已經擁有了不俗的補能速度，續航500km，半小時充至80%，一小時充滿已經不是新鮮技術15分鐘補充500公里續航的技術指標也已經並不遙遠。對於普遍每年行駛距離僅為1萬公里左右的家用車而言，每年20-30次充電已經不算太過折磨。對於可以在家充電的車主來說，充電更非難事，純電動汽車已經可以滿足90%的日常城市駕駛需求。更何況找充電站比找加氫站容易許多，補能快速的燃料電池車實際上也不具備長途行駛能力。

面對高昂的成本，行駛里程更長、行駛線路相對固定並且集中的商用車當然是燃料電池系統的更好搭配。不論是豐田此次成立合資公司，還是國內對於燃料電池汽車的未來產業規劃，都更偏重商用車領域。至於家用車領域，純電動技術已經在價效比、技術成熟度和公共配套設施上佔有了巨大優勢，更有希望成為新能源技術當中的主流方案。