氫能和燃料電池汽車技術(shù)的德國經(jīng)驗

氫能和燃料電池汽車技術(shù)的德國經(jīng)驗

1國外發(fā)展氫能和燃料汽車的經(jīng)驗氫能是一種清潔、高效的能源。用于電池的能源轉(zhuǎn)化效率超過50%，傳統(tǒng)高效機的能源轉(zhuǎn)化效率約為30%。近年來一些發(fā)達國家紛紛加大對氫能和燃料電池技術(shù)的研發(fā),特別是在實現(xiàn)道路交通與能源安全和環(huán)境保護的可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展方面,進行了有益的探索和嘗試,并取得了一定成效。這些國家的做法對我國發(fā)展氫能和燃料電池汽車有一定的啟示。目前,在世界范圍內(nèi)氫燃料電池汽車樣車的開發(fā)和示范運行都已證明其技術(shù)的可行性,但要達到實用化還面臨一些挑戰(zhàn),一些關(guān)鍵性問題尚未解決,如:氫的低成本批量生產(chǎn)、儲存與運輸、加注站建設(shè)與網(wǎng)絡(luò)的形成、燃料電池的壽命與成本、政策及相關(guān)標準與法規(guī)等。2美國、歐洲和日本積極推動氫能和電池車輛的發(fā)展美、歐、日等發(fā)達國家和地區(qū)從可持續(xù)發(fā)展和能源安全的戰(zhàn)略高度出發(fā),積極推進氫能和燃料電池汽車的發(fā)展,其措施主要有以下3點。2.1交通要素消費與氫能燃料的發(fā)展美國是世界上最熱衷于發(fā)展氫能的國家之一,2006年美國的交通部門消耗了68%的石油資源,為此,布什政府不僅在國情咨文中把能源,特別是車用氫能推向了美國政治和技術(shù)爭論的前沿,而且在《能源政策法案》中提出,要在5年內(nèi)累計投入40億美元,開展與氫能相關(guān)的技術(shù)研發(fā)和示范活動。歐盟針對交通用油占其石油消費總量70%以上的現(xiàn)狀,在其能源白皮書中提出,到2020年將有20%的汽油、柴油被替代燃料所取代,其中5%為氫,10%為天然氣,另外5%為生物燃料。2002年日本啟動了為期3年的氫能和燃料電池示范項目,并在內(nèi)閣中成立了燃料電池商業(yè)化辦公室,制定了燃料電池商業(yè)化戰(zhàn)略目標。為推進氫能和燃料電池技術(shù)的發(fā)展,一些國家制定了激進的商業(yè)化路線圖。如美國能源部計劃燃料電池汽車數(shù)量2010年不少于10×104輛、2020年不少于250×104輛,交通部計劃2015年新增公交車的10%為燃料電池汽車;日本計劃2010年燃料電池轎車達到5×104輛,2020年為500×104輛,2030年為1500×104輛;澳大利亞提出到2030年全國20%的車輛是氫燃料汽車?？陀^地看,由于目前技術(shù)研發(fā)進展所限,美國和日本2010年燃料電池汽車的推廣目標不太可能實現(xiàn),但不管怎樣,還是反映出這些國家對氫能和燃料電池能源給予的極高期望。2.2發(fā)起“氫經(jīng)濟國際伙伴計劃”當(dāng)前國際氫能和燃料電池技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)形成了政府直接支持下的多方聯(lián)合技術(shù)開發(fā)和示范的合作模式,各國之間也形成了優(yōu)勢互補、強強聯(lián)合的合作伙伴關(guān)系。1990年國際能源署制定了氫能和燃料電池研究開發(fā)和示范實施協(xié)議。2003年包括我國在內(nèi)的15個國家和歐盟發(fā)起成立了“氫經(jīng)濟國際伙伴計劃(IPHE)”,旨在建立一種國際合作機制,以組織、協(xié)調(diào)各成員國為氫能技術(shù)研發(fā)、示范和商業(yè)化活動提供一個能推動和制定有關(guān)國際技術(shù)標準與規(guī)范的工作平臺。美國能源部聯(lián)合國防部、交通部、國家科學(xué)基金、美國宇航局和商務(wù)部,與8個國家實驗室、2所大學(xué)和19個公司簽署了研發(fā)合同,支持通用和殼牌、戴姆勒克萊斯勒和BP等5個產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟進行燃料電池汽車車隊和基礎(chǔ)設(shè)施示范。歐盟將氫能視為改變未來能源利用方式和能源基礎(chǔ)設(shè)施的戰(zhàn)略對策。2001年11月啟動的“清潔能源伙伴計劃”是歐洲最大、最先進的氫能交通示范項目,歐盟為此撥款1850萬歐元,支持漢堡、倫敦等10個城市的燃料電池公共汽車示范項目。日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省于2004年啟動了旨在加速質(zhì)子交換膜燃料電池實用化的氫能與燃料電池計劃,預(yù)計4年內(nèi)完成。2.3技術(shù)路線圖的確定氫可以通過電解水、煤、天然氣、石油、核能及多種可再生能源制取,其材料來源具有廣泛性。各國結(jié)合本國的能源稟賦條件、生產(chǎn)工藝和技術(shù)成熟度等條件,制定了具體的氫能發(fā)展路線圖。美國提出2010年前以天然氣制氫為主,2010~2030年以煤制氫為主,2030年后主要依靠核能制氫和可再生能源制氫的氫能發(fā)展技術(shù)路線圖。歐盟提出2010年前以天然氣制氫和電解水制氫為主,2010~2030年以化石能源制氫(考慮CO2處置)為主,2030~2040年以可再生能源、核能制氫及化石能源制氫(考慮CO2處置)為主,2040~2050年及以后以可再生能源制氫為主的氫能發(fā)展路線圖。日本則提出2010年前以工業(yè)副產(chǎn)氫和電解水制氫為主,2010~2020年以生物質(zhì)和廢棄物制氫為主,2020年后以可再生能源制氫為主的氫能發(fā)展路線圖。3德國高度重視氫能和燃料汽車的開發(fā)當(dāng)前德國在歐洲氫能和燃料電池技術(shù)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位,其具體發(fā)展措施主要有以下4點。3.1燃料技術(shù)的發(fā)展德國政府從國家經(jīng)濟發(fā)展、保持技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢和確保能源安全的高度來評價氫能和燃料電池技術(shù)的發(fā)展。2007年啟動了“氫能與燃料電池科技創(chuàng)新計劃(NIP)”,在未來10年內(nèi)政府將投入5億歐元科研經(jīng)費,同時要求參與企業(yè)按50%的比例投入配套資金,支持氫能和燃料電池領(lǐng)域技術(shù)的研發(fā)、示范和產(chǎn)業(yè)化項目。3.2汽車用氫燃料發(fā)動機德國企業(yè)界認為燃料電池和不產(chǎn)生二氧化碳的氫能生產(chǎn)技術(shù)是提供未來清潔、環(huán)保、高效的交通能源和民用能源的重要技術(shù)解決方案。大眾、奔馳和寶馬等汽車公司都積極開展了氫能車輛研究,但所走技術(shù)路線不同。大眾和戴姆勒克萊斯勒公司均選擇燃料電池技術(shù)作為發(fā)展方向,寶馬公司則致力于氫內(nèi)燃機技術(shù)的研發(fā)。2006年底寶馬公司新款7系氫內(nèi)燃機轎車的推出,標志著世界上第一輛氫能驅(qū)動、幾乎零排放的家用轎車的誕生。該車裝載氫氣(8kg液態(tài)氫),具有氫與汽油兩用的燃料發(fā)動機,可通過儀表盤上的轉(zhuǎn)換開關(guān)實現(xiàn)自由切換,當(dāng)氫燃料驅(qū)動時,0~100km/h加速時間為9.5s,最高車速為230km/h。與目前造價上百萬美元的燃料電池發(fā)動機相比,氫內(nèi)燃機在成本方面有著巨大的競爭優(yōu)勢。3.3能源和技術(shù)公司的參德國政府積極支持氫能與燃料電池技術(shù)的推廣工作,目前多個示范項目正在實施。2001年底啟動的“清潔能源伙伴計劃”中,德國共有6家能源和技術(shù)公司以及5家汽車企業(yè)參與。這些企業(yè)在各自業(yè)務(wù)領(lǐng)域內(nèi)進行相應(yīng)的技術(shù)示范,其中寶馬公司提供2輛7系氫內(nèi)燃機汽車,戴姆勒克萊斯勒公司提供10輛燃料電池轎車,福特公司提供3輛燃料電池混合動力汽車,通用、大眾和BVG公司負責(zé)運行其余12輛氫內(nèi)燃機和燃料電池汽車。該計劃的二期“歐洲清潔城市交通項目”已于2007年啟動,將研發(fā)和生產(chǎn)14輛新型、高效的氫內(nèi)燃機公交車。3.4執(zhí)行嚴格的氫能法規(guī)和標準為確保氫能和燃料電池技術(shù)研發(fā)示范和推廣應(yīng)用科學(xué)有序,德國政府制定并執(zhí)行嚴格的氫能法規(guī)和標準,它們涉及氫能的生產(chǎn)、運輸、加注、車輛使用及購買等。目前德國實行的相關(guān)標準主要來自聯(lián)合國全球技術(shù)法規(guī)、聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會法規(guī)、歐盟指令或法規(guī)以及德國國家指令或法規(guī)等。4國內(nèi)燃料大客車線路運行進展我國氫能及燃料電池汽車技術(shù)研發(fā)工作自2001年國家“863”電動汽車重大專項項目啟動以來,通過國內(nèi)研究單位的協(xié)作努力,在技術(shù)標準、材料、基礎(chǔ)設(shè)施、燃料電池堆、整車集成以及其他關(guān)鍵總成技術(shù)等方面都取得了階段性進展,目前已有多家企業(yè)與聯(lián)合國發(fā)展計劃署(UNDP)和全球環(huán)境基金(GEF)合作,開展燃料電池大客車的公交線路試運行。但與國際先進水平相比,我國氫能和燃料電池技術(shù)研發(fā)工作仍有待進一步加強。4.1混合動力燃料汽車目前我國在全球氫能和燃料電池汽車技術(shù)水平中處于日本、加拿大、美國、德國之后的第二行列。在技術(shù)選擇上,我國采用的混合動力燃料電池汽車技術(shù)具有一定的實現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新的優(yōu)勢。燃料電池汽車是未來汽車技術(shù)的制高點之一,目前尚處于競爭前的技術(shù)研發(fā)和儲備時期。歐、美、日等已將氫能和燃料電池技術(shù)研發(fā)提高到關(guān)系國家未來競爭力的高度上,因此,要想在未來相關(guān)領(lǐng)域的國際競爭中占據(jù)有利位置,就必須加快和加強我國氫能和燃料電池汽車技術(shù)的研發(fā)。4.2國內(nèi)燃料的相關(guān)標準目前我國在氫能和燃料電池汽車領(lǐng)域獲得的技術(shù)專利還較少,“十五”期間只有338項,遠低于世界先進國家的水平。同時,我國氫能和燃料電池方面的標準體系尚未形成,缺乏相關(guān)標準。今后應(yīng)采取多種措施,鼓勵科研單位進行技術(shù)創(chuàng)新工作,形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)成果和高