燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的新能源發(fā)展戰略研究

　　1 概述

　　隨著(zhù)世界汽車(chē)工業(yè)的不斷發(fā)展壯大，汽車(chē)工業(yè)在世界經(jīng)濟發(fā)展中的地位越來(lái)越突出，汽車(chē)工業(yè)已成為現代經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)之一，并對世界經(jīng)濟的發(fā)展和社會(huì )的進(jìn)步產(chǎn)生巨大的作用和深遠的影響。

　　燃料電池發(fā)電是繼水力、火力和核能發(fā)電等之后的新一代發(fā)電技術(shù)。它是一種不經(jīng)過(guò)燃燒直接以電化學(xué)反應方式將燃料和氧化劑的化學(xué)能轉變?yōu)殡娔艿母咝нB續發(fā)電裝置。因這種裝置的基本原理是原電池反應而不涉及到燃燒，因此其能量轉換效率不受“卡諾循環(huán)”的限制，理論效率可達90% ,實(shí)際使用效率則是普通內燃機的2 ～3 倍。另外,它還具有燃料多樣性、噪音低、對環(huán)境污染小、可靠性與維修性好等優(yōu)點(diǎn)。燃料電池作為新一代汽車(chē)動(dòng)力源，已被世界各大工業(yè)國視為戰略產(chǎn)品。

　　氫被稱(chēng)為“21世紀的能源”，是今后世界、也是我國解決面臨的能源危機的一條重要途徑?？茖W(xué)家和社會(huì )學(xué)家預言，下一次工業(yè)革命將從氫能源開(kāi)始，現在全世界的科學(xué)家都在積極尋求一種既清潔又無(wú)污染的能源，氫是科學(xué)家們看好的最理想的燃料。隨著(zhù)以氫為主要燃料的燃料電池技術(shù)和產(chǎn)品不斷發(fā)展，并逐步進(jìn)入推廣和應用階段。世界各主要國家都已認識到氫燃料電池技術(shù)潛在的巨大市場(chǎng),紛紛斥巨資進(jìn)行技術(shù)開(kāi)發(fā)，擴大應用領(lǐng)域，氫燃料電池技術(shù)將給人類(lèi)社會(huì )的建設和發(fā)展帶來(lái)積極影響。

　　中國對發(fā)展燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)高度重視，已出臺了一系列計劃和政策?？萍疾恳褜⑷剂?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/電池汽車(chē)">電池汽車(chē)列入“十五”期間的“863”關(guān)鍵高科技攻關(guān)項目之一。研發(fā)燃料電池汽車(chē)，用高新技術(shù)改造傳統汽車(chē)工業(yè)，實(shí)現我國汽車(chē)工業(yè)的跨越發(fā)展，目前已面臨著(zhù)極佳的機遇。

　　2 國內外研究現狀

　　2.1　國外發(fā)展狀況

　　20世紀90年代以來(lái)，燃料電池技術(shù)在全球的開(kāi)發(fā)活動(dòng)異?；钴S。以日本、美國和歐盟為代表的主要國家和地區，特別是豐田、寶馬、通用、本田、大眾等主要汽車(chē)廠(chǎng)商根據本國和公司的實(shí)際情況，先后采取了不同的

　　當前，世界20多個(gè)國家的1 000多家公司和機構正投入巨資加緊進(jìn)行燃料電池技術(shù)和產(chǎn)品的研究與商業(yè)化工作。截至2005年12月，已有14500多個(gè)燃料電池系統安裝在世界各地，分布于不同的應用領(lǐng)域。圖1 為《Fuel Cell Today》網(wǎng)絡(luò )雜志2005年底對全球燃料電池安裝數量所做的一個(gè)調查結果。圖2為2005年不同技術(shù)類(lèi)型的燃料電池安裝數量比例餅圖。

　　日本在混合動(dòng)力汽車(chē)方面技術(shù)最為先進(jìn)；美國將新能源汽車(chē)" title="新能源汽車(chē)">新能源汽車(chē)" title="新能源汽車(chē)">新能源汽車(chē)" title="新能源汽車(chē)">新能源汽車(chē)" title="新能源汽車(chē)">新能源汽車(chē)研發(fā)重點(diǎn)放在氫能和燃料電池汽車(chē)，同時(shí)大力推動(dòng)生物燃料汽車(chē)的產(chǎn)業(yè)化。美國加州已頒布的汽車(chē)排放法規要求在2003年加州出售的所有汽車(chē)中，零排放車(chē)的數量必須占到10%;歐洲在混合動(dòng)力、純電動(dòng)汽車(chē)、氫能和燃料電池汽車(chē)方面都有設計，在產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域也大力推廣生物燃料汽車(chē)；巴西在生物燃料汽車(chē)應用方面處于世界領(lǐng)先水平，是目前最大的乙醇汽油和生物柴油汽車(chē)應用國家之一；挪威和加拿大積極發(fā)展氫能源,提出了建設“氫高速公路”計劃，并已經(jīng)取得了重要進(jìn)展。

　　按現在的發(fā)展速度看，燃料電池電動(dòng)汽車(chē)批量生產(chǎn)階段越來(lái)越近，本世紀可提前實(shí)現燃料電池汽車(chē)商業(yè)化。預計到2010 年，燃料電池在價(jià)格上將具備與內燃機競爭的能力。屆時(shí)美國市場(chǎng)上以燃料電池為動(dòng)力的機動(dòng)車(chē)將占美國汽車(chē)市場(chǎng)4%的份額,日本和西歐燃料電池汽車(chē)將分別占市場(chǎng)份額的15%和17%。到2020 年，燃料電池汽車(chē)將占世界汽車(chē)市場(chǎng)的25 %。

　　2.2　國內發(fā)展狀況

　　我國新能源汽車(chē)總體上起步較晚，與世界先進(jìn)水平存在較大差距，但在部分領(lǐng)域也處于較為先進(jìn)的水平。目前我國在混合動(dòng)力、氫能和燃料電池汽車(chē)方面遠遠落后于世界先進(jìn)水平，沒(méi)有在關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域取得重要突破。在純電動(dòng)汽車(chē)和二甲醚汽車(chē)方面，我國已經(jīng)成功研發(fā)一系列轎車(chē)和客車(chē)產(chǎn)品，并進(jìn)行了示范運行和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展嘗試，步入了國際領(lǐng)先行列。

　　我國在產(chǎn)業(yè)政策制定方面起步也較晚，從2001年起，為維護我國能源安全，改善大氣環(huán)境，提高加入WTO后我國汽車(chē)工業(yè)的競爭力，經(jīng)過(guò)多方論證和廣泛征求意見(jiàn)，中國科技部在“十五”國家863計劃中啟動(dòng)了國家、地方和企業(yè)配套資金合計約16億元人民幣的電動(dòng)汽車(chē)重大科技專(zhuān)項。盡管從目前來(lái)看中國產(chǎn)業(yè)政策的績(jì)效尚難以評估，但是與美國、歐盟和日本等發(fā)達國家的產(chǎn)業(yè)政策相比較，我國新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)政策仍存在很大的改進(jìn)空間。

　　3 新能源汽車(chē)技術(shù)

　　隨著(zhù)石油資源逐漸短缺，扭轉目前以石油為主的能源利用格局，實(shí)現能源多樣化成為未來(lái)汽車(chē)工業(yè)發(fā)展的趨勢。世界各國政府已清醒地認識到這一點(diǎn)，紛紛撥款用于技術(shù)開(kāi)發(fā)，并制定了相應的產(chǎn)業(yè)計劃。各大汽車(chē)公司和相關(guān)企業(yè)、科研機構都加大了研發(fā)投入，加緊研究開(kāi)發(fā)，并紛紛推出了一些具有先進(jìn)技術(shù)的代表車(chē)型，其中涉及燃料電池電動(dòng)汽車(chē)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)以及其他生物能源汽車(chē)。尤其是自2004年年初，原油價(jià)格的一路狂飆使成品油價(jià)格隨之上漲，很多汽車(chē)行業(yè)專(zhuān)家紛紛表示，高油價(jià)正在為更環(huán)保、更省油的新能源汽車(chē)帶來(lái)一個(gè)千載難逢的發(fā)展契機，世界汽車(chē)工業(yè)有望從此加速擺脫對石油的依賴(lài)和對環(huán)境造成的嚴重污染，從而進(jìn)入一個(gè)清潔能源時(shí)代。

　　3.1　燃料電池汽車(chē)

　　燃料電池是一種直接將儲存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能高效( 50% ～80% ) 、環(huán)境友好地轉化為電能的發(fā)電裝置。燃料電池具有其他能量發(fā)生裝置不可比擬的優(yōu)越性：能量轉換效率高；高可靠性;良好的環(huán)境效益。

　　燃料電池汽車(chē)所使用的燃料包括氫、甲醇、汽油和柴油。通用汽車(chē)公司已研制成功使用液氫燃料電池產(chǎn)生動(dòng)力的零排放概念車(chē)“氫動(dòng)一號”，該車(chē)加速快、操作靈活，從0 ～100 km 加速僅16 秒,最高時(shí)速可達140 km，續馳里程400 km?？諝猱a(chǎn)品公司、普拉克斯公司作為領(lǐng)先的液氫供應商，其供氫站已經(jīng)可為氫燃料電池汽車(chē)供應24 ～34 Mpa的液氫。由于氫燃料電池具有零排放等其他燃料不具備的優(yōu)點(diǎn)，目前研究的重點(diǎn)主要是氫燃料電池。

　　與傳統內燃機汽車(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē)相比，燃料電池汽車(chē)具有無(wú)污染、“零排放”、高能量效率、低噪音、良好的動(dòng)力及操控系統等優(yōu)點(diǎn)。

　　3.2　混合動(dòng)力汽車(chē)

　　經(jīng)過(guò)10多年的發(fā)展，混合動(dòng)力系統已從原來(lái)發(fā)動(dòng)機與電機離散結構向發(fā)動(dòng)機電機和變速箱一體化結構發(fā)展，即集成化混合動(dòng)力總成系統?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)是傳統內燃機汽車(chē)與電動(dòng)汽車(chē)相結合的產(chǎn)物，它繼承了電動(dòng)汽車(chē)低排放的優(yōu)點(diǎn)，又發(fā)揮了石油燃料高的比能量和比功率的優(yōu)點(diǎn)，顯著(zhù)改善了傳統內燃機汽車(chē)的排放和燃油經(jīng)濟性，增加了電動(dòng)汽車(chē)的續駛里程，在由內燃機汽車(chē)向電動(dòng)汽車(chē)的轉變過(guò)程中扮演著(zhù)重要的角色。

　　電池是混合動(dòng)力汽車(chē)的關(guān)鍵部件之一。目前HEV電池的主流產(chǎn)品是鎳氫電池，主要的生產(chǎn)廠(chǎng)商是日本三洋和松下公司，美國的生產(chǎn)廠(chǎng)商Eobasys,Johnson Control SAFT等公司也先后加入到鎳氫電池的研發(fā)和銷(xiāo)售。鎳氫電池具有高能量、高功率、長(cháng)壽命、較好的高低溫性能、比較容易進(jìn)行串并聯(lián)組合等特點(diǎn)，目前大部分商業(yè)化的HEV基本都是采用鎳氫電池。鋰電池目前尚處于研究改進(jìn)和使用階段，其主要優(yōu)勢在于具有較高的比能量，可以使電池做得更小、更輕；具有較好的充放電效率和低的自放電率，可以提高電池的能量效率，具有較大的潛在降價(jià)空間。

　　3.3　其他能源汽車(chē)

　　使用醇類(lèi)作為能源的汽車(chē)主要是乙醇汽車(chē)，乙醇汽車(chē)使用的燃料是乙醇汽油。乙醇汽油是一種由糧食及各種植物纖維加工而成的燃料乙醇和普通汽油按一定比例混配的替代能源。乙醇汽油可有效地改善油品的性能和質(zhì)量，降低一氧化碳、碳氫化合物、氮氧化物等主要污染物的排放，而且它對機動(dòng)車(chē)的行駛性能也沒(méi)有影響。

　　戴姆勒克萊斯勒公司推出的NECAR 5 汽車(chē)堪稱(chēng)是燃料電池技術(shù)的里程碑。這種燃料電池動(dòng)力汽車(chē)在美國已完成了4831 km行車(chē)試驗。NECAR 5是戴姆勒- 克萊斯勒公司開(kāi)發(fā)的第5代燃料電池汽車(chē)，由Ballard 燃料電池驅動(dòng)系統帶動(dòng)，該系統包括車(chē)載甲醇轉化器，轉化器從液體甲醇抽取氫氣驅動(dòng)燃料電池。在穿越美國的行車(chē)試驗中，汽車(chē)每行駛48311 km，用克萊斯勒分配器配給的甲醇補加一次燃料。

　　生物柴油是指利用植物油和動(dòng)物脂肪等可再生的資源與甲醇的進(jìn)行酷交換而形成的長(cháng)鏈脂肪酸甲脂混合物，是一種可以部分替代