李建秋:氫燃料電池產業5年後會有大發展



(李建秋,清華大學車輛與運載學院院長)

從1990年進入清華大學汽車系學習開始,清華大學車輛與運載學院院長李建秋老師在清華大學度過了30餘年,身份也由最初成績優異的學生變為備受學生愛戴的老師與學術帶頭人。

30年來,李建秋老師研究的主攻方向,也由最初的內燃機,到動力電池與電機,再到如今的氫燃料電池,始終走在中國汽車技術研究的前沿。

在中國電動車百人會舉辦“動力多元化時代下的汽車技術創新與政策建議研討會”期間,談起汽車動力技術多元化這一話題,李建秋老師份外有感觸。

純電動PK氫燃料

純電動與氫燃料,是我國新能源汽車行業多年主推的兩大技術路線。但對於這兩大技術路線,也有一些爭議,其發展前景是怎樣的,是並存互補還是一家獨大,氫燃料會不會全面取代純電動,是一直備受業界關注的熱點技術問題。

對於這些問題,2011年就成為清華大學汽車系新能源汽車團隊負責人,對電動車與氫燃料兩大技術均有研究,發表多篇論文並申請多項發明專利的李建秋,顯然很有發言權。

李建秋認為,轎車等乘用車領域,主流技術路線是純電動,氫燃料電池技術更適用於商用車領域。通俗地講,純電動是替代原來的汽油機的那些車,燃料電池是替代原來柴油機的那些車。

我國從十多年前,2008-2009年的“十城千輛”示範工程開始主推純電動技術,到今天無論是市場還是技術都接受了,成為行業公認的主流技術路線,歐美日等汽車大國都爭相押注的技術潮流。

純電動技術,10多年來快速發展,續航、充電等產業化的關鍵問題逐漸被攻克,比如隨著動力電池技術的快速提升,續航1000公里在技術上已經沒有障礙,只是量產落地的問題。今後,乘用車企業技術發展的重心,將是純電動和智慧化作為主攻的方向。在純電平臺的基礎上,怎麼把智慧化融合好。

氫燃料電池技術,更適用於對續航要求更高、使用環境更復雜的商用車領域。這一技術路線在我國也一直很受重視,尤其“十三五”期間,我國氫燃料電池技術上進步很大,在能量密度、低溫適應性、耐久性等關鍵技術、產業鏈培育、成本等方面取得很大突破,基本上具備了商業化的可行性和能力。

在雙碳戰略目標下,五部委推出燃料電池示範城市的推廣計劃,相信未來幾年燃料電池汽車的數量會大幅度的上升,並且燃料電池車輛本身的效能和成本還會進一步改善。

李建秋認為,純電動和氫燃料兩大技術路線是有競爭關係的。從技術的成熟度來講,現在氫燃料電池汽車的效能和成本,還沒到能夠跟傳統的燃油車或者純電動車來PK的階段。但到2025-2028年左右,隨著氫燃料電池汽車技術提升成本下降,基礎設施完善,示範城市的推廣探索後,在北方寒冷地區,氫燃料電池在乘用車領域還是能有自己的一席之地。

但總體而言,由於氫能源供需分佈不均衡,不像電,電全國每個城市都有,產業鏈也很長,它需要解決氫能的供應問題,要解決加氫和儲氫的問題,所以初期主要以商用車應用為主,今後技術成熟後在一些乘用車的特定細分市場、寒冷地區作為補充,是比較務實的判斷。

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李建秋預計,經過5年的技術攻關與產業培育,氫燃料電池汽車有望迎來產業化爆發。預計到2025年,氫燃料電池的成本會比現在低得多,耐久性會達到兩萬到兩萬五千小時,基本實現與整車同壽命,同時基礎設施、關鍵零部件等產業鏈也會有很大發展,這種情況下,氫燃料電池汽車會迎來更高速的發展。

讓子彈先飛一會

在前所未有的行業大變革與產業重塑的新形勢下,我們是否需要頂層設計,產業政策應該如何調整,如何進行戰略部署,加快各類技術路線的協同發展?

對此,李建秋認為,碳排放指標將來會作為一個重要的調節行業或者指揮行業發展的一個指揮棒和槓桿,汽車行業在新能源和自動化路線的選擇上面,怎麼樣能夠更加符合2030、2060戰略,就顯得尤為重要。這意味著技術路徑上面我們要繼續進行探索和總結。

巨集觀層面頂層設計肯定是需要的,就像純電動技術路線在我國的發展,沒有中央與各級政府的大力推動,不會有今天的成就和局面。但就目前而言,不妨讓子彈多飛一會。

李建秋認為,減碳的技術路線格局,應該分為兩個階段,第一個階段可以稱為自由探索期,需要探索一些以前沒有探索過的,但是對碳減排、碳達峰有幫助的技術路線。

然後就是第二個階段,對前期示範進行集中總結,站在國家的層面來看,什麼樣的場合需要什麼樣的能源動力,什麼樣的技術在能效、減碳排放上是最優的,然後進行總體的規劃,發揮我們自上而下,集中力量辦大事的體制優勢,努力到2030年左右實現非常大的轉型。

2025年之前,都是多種技術路線並存、百家爭鳴的技術探索期。目前,我們不妨八仙過海,各顯神通,讓有興趣作出創新路徑的人和企業,讓他有機會去探索,各種技術路線去驗證,去示範。經過今年幾年的示範驗證,發現不同技術路線的優劣,識別出來重要的技術路徑。

比如在發動機領域,現在已經開始有人在討論氫內燃機和燃料電池的比較,甚至未來還會有氨內燃機,合成燃料內燃機技術。電驅動、電化學方面也會有固態電池、氫燃料電池等不同技術路線的進一步探索。

此外,相較於氫燃料和氫內燃技術,李建秋個人更看好氨燃料的發展前景。因為天然氣來合成氨,工藝很成熟,氨的儲存和運輸也比氫更容易,成本更低。作為燃料,氨也比氫更適合內燃機的技術。

在目前多種技術路線並存的發展階段,李建秋認為光討論是不夠的,還要去嘗試,做示範,因為要對一個技術進行全生命週期評價,一定要親自去實踐,有實際的實驗資料,通過示範得出全生命週期的碳排放資料,實際成本等客觀資料,才能評價出來它的優劣。

內燃機專業沒前途?

智慧電動車的產業鉅變,也對汽車行業的人才培養提出新的挑戰。伴隨電動化的不斷加速,傳統內燃機、變速箱等汽車專業人才不好找工作、跳槽難已經引起媒體關注。

李建秋坦言,短期來看,是有這樣的問題。但長期來看,電動化並不意味著傳統內燃機等專業的徹底淘汰。汽車行業本身就是是一個多學科交叉和融合的產物,在智慧電動車時代表現得更為明顯。但不能說汽車行業就不需要機械方面的人才了,而是說我們需要更多多學科的人才,機械行業也是依然需要的。

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一方面,過去一百多年來,從汽車誕生開始,從內燃機、變速器、制動系統,包括車身的材料等學科都得到很大發展,機械學科給整個汽車行業人才培養打下了非常好的基礎。

另一方面,汽車作為一個移動的平臺,一個移動載體,它最基礎的部分仍然涉及到運動學、動力學、材料等等這些,這都是機械學科的技術,行業還是需要機械專業的人才。

但也要看到,汽車工業的發展熱點或者它競爭的關鍵技術所在,的確已經轉移到了。在以新能源汽車為標誌的低碳化、電動化的時代,以智慧汽車為代表的自動駕駛的技術,智慧感知、多感測器融合,甚至雲控、交通人工智慧、大資料等技術是發展重點。在這樣的情況下,如果我們還固守原有的機械為主的人才培養體系,就無法滿足行業需求,行業就會主動的去找像計算機、自動化等其他行業的人才。

正因此,清華大學跟行業學一起向教育部建議,要設立車輛工程的交叉學科。通過交叉學科的設立,讓我們的人才培養更好滿足未來汽車行業多學科交叉融合發展的特點。

2019年,清華大學撤銷汽車工程系,成立車輛與運載學院。李建秋介紹,新學院做了課程重構,對於本科生與研究生的課程設定,也做了很大的修改和梳理。學生既要學機械方面的一些基礎知識,也要學強電弱電方面的一些知識,還要學計算機和通訊專業方面基礎知識。

這樣做的目標是,通過掌握多個行業的基礎知識,讓學生了解其他行業的技術是怎樣在汽車行業裡頭落地,變成產品和產業的。將來無論接觸到汽車裡面哪個部分,都不覺得陌生,什麼樣的新技術都能深入學進去、做進去,最後完成前沿技術的研發。

放開來看,不僅僅是汽車行業的人才需要面臨多學科、跨行業交叉融合的挑戰。在雙碳戰略目標、能源革命的大潮之下,整個交通運輸行業,空運、海運、鐵路、能源等多個行業都在發生類似趨勢,也都面臨同樣的人才培養挑戰。

作為執教多年的老師,李建秋建議學生,不要被動等,要主動求變,自己平時也要積累,多學習,形成交叉型、複合型的知識體系,適應汽車行業和時代發展的需要。

總而言之,在李建秋看來,在雙碳戰略目標的大方向之下,2025年之前是多種技術路線共存、動力技術路線多元化的探索期,然後根據示範效果敲定有價值的技術路線,國家從頂層設計方面確立重點,從中央到地方大力推廣。

不過,儘管減碳目標下多種多種動力技術路線都值得鼓勵,也都還有技術提升空間,乘用車領域以純電動為主,商用車領域以氫燃料電池為主的大方向不會變。

來源:明天氫能科技

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