上周的最后兩個(gè)工作日,燃料電池突然間又熱度陡增,不過這次的熱度可不是來自什么好事,而是大眾集團(tuán)首席執(zhí)行官赫伯特·迪斯與特斯拉老板伊隆·馬斯克聯(lián)手開噴,把燃料電池說的可以說是一無是處,馬斯克更是再一次重復(fù)了他為埋汰燃料電池發(fā)明的詞匯等式:Fuel Cells(燃料電池)=Fool Sells(愚蠢的交易)。
3月11日,社交賬號(hào)Whole Mars Catalog在推特上發(fā)布了一條消息,轉(zhuǎn)述了大眾集團(tuán)首席執(zhí)行官赫伯特·迪斯在接受《財(cái)富》采訪時(shí)的一段話。原意是:你們不會(huì)看到任何氫能源的乘用車,在大規(guī)模市場當(dāng)中應(yīng)用氫燃料電池技術(shù)的想法太過樂觀了,十年內(nèi)都不可能,因?yàn)檫@背后的物理學(xué)邏輯不合理。
發(fā)布這條消息的時(shí)候,這個(gè)社交賬號(hào)還@了迪斯和馬斯克兩個(gè)人,迪斯沒有回復(fù),但是馬斯克很快就給了回復(fù),開篇第一句就是著名的諧音梗:Fuel Cells=Fool Sells,燃料電池應(yīng)該叫愚蠢交易,用在汽車上就是個(gè)渣,就算用在火箭上都不是什么好主意,但好歹還沒那么荒唐。
新能源界的兩個(gè)扛把子,一個(gè)堪稱新能源教父,一個(gè)是大型主機(jī)廠當(dāng)中轉(zhuǎn)型新能源最堅(jiān)決的老板,這倆人最近一段時(shí)間可是不斷同框,幾張合影是傳遍全球,而這次兩人雖然沒有同框,但卻在態(tài)度上高度一致,不知道染料電池和這兩位是什么仇什么怨,能引得二位聯(lián)手開噴。
這是兩人的第一張同框合影,用編輯部小伙伴的話說:給(一聲)里給(一聲)氣
燃料電池效率不高
要討論這個(gè)問題,我們首先得搞明白燃料電池是什么,特別是這次迪斯和馬斯克一起開噴的氫燃料電池。這個(gè)名詞相信很多朋友都聽過不少次,但要真說明白這是個(gè)什么東西,恐怕還真沒幾個(gè)人能做到,所以首先,咱們通過大眾集團(tuán)官方網(wǎng)站自己的一張圖片,來了解一下什么是氫燃料電池。
燃料電池系統(tǒng)構(gòu)成
燃料電池系統(tǒng)中,依然有動(dòng)力電池,只是電量較小。儲(chǔ)氫罐是主要的儲(chǔ)能單元,氫進(jìn)入燃料電池單元中,與氧氣結(jié)合,反應(yīng)過程中電子由負(fù)極過度到正極,產(chǎn)生電流。其實(shí)燃料電池可以類比為增程式,只是增程器從內(nèi)燃機(jī)換成了用氫的燃料電池。而燃料電池的工作原理,邦老師特意準(zhǔn)備了一段GIF動(dòng)圖來生動(dòng)的說明一下。
燃料電池工作原理
氫燃料電池這種類似于增程式的系統(tǒng)構(gòu)成應(yīng)該就是迪斯所說的物理學(xué)邏輯不合理的由來了,畢竟燃料電池需要多一次能量轉(zhuǎn)換,在整個(gè)的轉(zhuǎn)換效率上肯定不如電池直接到電機(jī)這樣高效。大眾在2020年3月發(fā)布的一篇新聞當(dāng)中,對(duì)動(dòng)力電池汽車和燃料電池汽車的效率進(jìn)行了分析,給出了下面的答案。
動(dòng)力電池車輛在整個(gè)流程當(dāng)中的能效在70-90%之間,而燃料電池,在氫燃料被加注到車內(nèi)之前,能效已經(jīng)丟掉了45%,所以最終整體的能效只有25-35%。其實(shí)想想也不難理解,動(dòng)力電池車輛的邏輯非常簡單,發(fā)電,儲(chǔ)電,放電驅(qū)動(dòng),結(jié)束。而燃料電池呢:發(fā)電,電解水,儲(chǔ)藏運(yùn)輸,加注,燃料電堆反應(yīng)發(fā)電,驅(qū)動(dòng)。多了這么多環(huán)節(jié),這效率能高才怪呢。
如果看數(shù)據(jù)還是覺得有點(diǎn)懵懵的,那么上面這張圖就解釋的更清楚了,圖右的氫燃料電池系統(tǒng)的復(fù)雜程度要遠(yuǎn)大于純電動(dòng)車的系統(tǒng)復(fù)雜度,特別是氫燃料的儲(chǔ)存和運(yùn)輸這個(gè)環(huán)節(jié),用大型高壓罐車儲(chǔ)運(yùn)氫能源,和傳統(tǒng)的燃油分發(fā)方式一樣,與高效兩個(gè)字是絕無關(guān)聯(lián)的。
氫燃料可能并不清潔
而且氫燃料和動(dòng)力電池還都面臨著同樣的問題,那就是能源的來源是否潔凈。在《財(cái)富》采訪迪斯的那篇報(bào)道中,氫能源的生產(chǎn)按照環(huán)境友好程度分成了五個(gè)種類。
綠色氫能 依靠可再生能源所發(fā)電能電解水制氫
藍(lán)色氫能 天然氣制氫,制氫環(huán)節(jié)的碳排放被收集、儲(chǔ)存。收集、儲(chǔ)存碳排放的成本高昂,且現(xiàn)階段沒有可應(yīng)用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的技術(shù)手段。
灰色氫能 天然氣制氫,沒有碳排放的收集、儲(chǔ)存。
棕色氫能 煤制氫。
藍(lán)綠氫能 甲烷高溫裂解制氫,分別獲得氫能和固態(tài)碳,當(dāng)前僅處于實(shí)驗(yàn)室階段,無實(shí)用性。
這么多種類的氫能源當(dāng)中,真正稱得上清潔能源的只有綠色和藍(lán)色氫能,但實(shí)際上當(dāng)前市面上主要的氫能源供應(yīng)大多來自沒有碳排放收集儲(chǔ)存的天然氣制氫,所以在能源的清潔型上,當(dāng)前階段的氫燃料電池也并沒有什么優(yōu)勢。
既不一定清潔,還沒什么效率,這么看起來,氫燃料電池活該挨噴��!但為什么很多國家政府還在大力投入氫燃料電池?特別是日韓一度可以說是獨(dú)寵燃料電池啊。那么接下來,我們嘗試回答一下,氫燃料電池到底有沒有用,如果有用到底應(yīng)該怎么用的問題。
氫燃料電池的優(yōu)勢與可能用途
上面說了許多的問題,下面我們來說說氫燃料電池的優(yōu)勢。
1、能量密度高:這是氫燃料電池相比鋰電池的顯著優(yōu)勢,氫的熱值是除核燃料以外的燃料當(dāng)中最高的,達(dá)到142,351kJ/kg,遠(yuǎn)超鋰電池的能量密度。
2、充能速度快:現(xiàn)在的氫燃料電池基本都可以實(shí)現(xiàn)3分鐘充滿的充能速度,比起動(dòng)力電池的充電來說,無疑是碾壓級(jí)的優(yōu)勢。
結(jié)合優(yōu)勢與不足,我們發(fā)現(xiàn),氫燃料電池的確就像迪斯和馬斯克所說那樣,對(duì)于大規(guī)模市場不適用,根本原因是效率不高,但對(duì)某些對(duì)能量密度、速度更為敏感的領(lǐng)域,還是會(huì)有很好的應(yīng)用前景的,比如干線物流。
這就是一臺(tái)以氫燃料電池為動(dòng)力的物流卡車車頭的設(shè)計(jì)圖。對(duì)于干線物流來說,氫燃料電池幾乎是完美解決方案。
對(duì)卡車來說,動(dòng)力電池是很難接受的方案,如果想要保證長途行駛能力,可能需要背上幾噸重的電池,即便是快充,可能也要數(shù)小時(shí)時(shí)間才能充滿,極大的影響運(yùn)輸速度,而且過重的車身也會(huì)影響車輛的商業(yè)載重能力。
如果采用氫燃料電池,情況就完全不同了,極高的能量密度可以使氫燃料電池的物流卡車輕松突破1000公里的續(xù)航能力,而且補(bǔ)能時(shí)間僅需數(shù)分鐘。
更重要的是,燃料電池的短版在干線物流的場景下有完美解決方案。因?yàn)槲锪骺ㄜ嚩加泄潭▓稣�,所以在固定場產(chǎn)修建集制氫、儲(chǔ)氫、加氫為一體的補(bǔ)能中心,利用光伏、風(fēng)電、峰谷電價(jià)低成本制氫。
由于減少了氫能源運(yùn)輸這個(gè)效率黑洞,所以在干線物流的場景下,氫燃料電池的系統(tǒng)效率會(huì)得到顯著提升,再加上極為突出的速度優(yōu)勢,多國政府,包括我國政府均鼓勵(lì)物流場景發(fā)展氫燃料電池車型也就不足為奇了。
燃料電池除了裝車還能干嘛
在迪斯和馬斯克狂噴燃料電池愚蠢的同時(shí),中國科學(xué)院院士,中國電動(dòng)汽車百人會(huì)副理事長歐陽明高也在3月6日的新京報(bào)兩會(huì)經(jīng)濟(jì)策論壇上著重談到了燃料電池。
歐陽明高院士(圖片來自電動(dòng)汽車百人會(huì)官方微信)
歐陽院士的主要觀點(diǎn)有以下幾點(diǎn):第一,氫燃料電池在未來10年時(shí)間成本可能降低80%。第二,風(fēng)能、光伏這類波動(dòng)能源必須配備儲(chǔ)能裝置或者靈活電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力,才有可能得到充分利用。而氫燃料電池在這方面有先天優(yōu)勢,完全可以將氫燃料電池當(dāng)做類似蓄水電站使用。第三,有電的地方用電,沒電的環(huán)境下用氫,氫能會(huì)取代汽柴油,成為應(yīng)急發(fā)電的主要來源,氫既是能源載體,也是儲(chǔ)能介質(zhì)。
歐陽院士的觀點(diǎn),對(duì)邦老師啟發(fā)很大,氫燃料電池因其能量密度大,補(bǔ)能速度快的獨(dú)特優(yōu)勢,會(huì)存在很多交通工具之外的應(yīng)用場景,比如這種電網(wǎng)級(jí)的儲(chǔ)能裝置,用燃料電池在安全性上就要比鋰電池優(yōu)勢更大。
雖然就如迪斯和馬斯克所言,氫燃料電池對(duì)于大規(guī)模的乘用車場景的確是一個(gè)愚蠢的選擇,但是在交通當(dāng)中的某些專用場景,以及能源、家用領(lǐng)域,燃料電池還是有很廣闊的應(yīng)用場景的,就如歐陽院士所言:“所有的這些技術(shù)都會(huì)讓經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量增長,是綠色的增長,也會(huì)讓國家、經(jīng)濟(jì)社會(huì)進(jìn)入一個(gè)全新的階段和時(shí)代。”
(責(zé)任編輯:子蕊)
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