【原创】破解氢能重卡上路难点

来源:物流产品网 | 2024-03-29 21:29 | 作者:科技物语

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  新能源汽车里,重卡上路有一定难度;而在新能源重卡里,氢能重卡上路的难度更大。虽然氢能有诸多优点,并且大多数人认为,氢能重卡才是未来,但因种种因素,想要大面积推广并不是一件简单的事情。

  好在不少地方政府,积极支持氢能重卡落地,最近,不断出台相关补贴优惠政策,试图从产业链角度,助力氢能重卡发展,促进地方经济生升级,借此东风,相关企业对氢能重卡也做出了重要探索,已经取得初步成绩,我们相信,在地方政府的发力下,企业的专注下,氢能重卡有望很快上路。

  一、氢能重卡批量上路难的症结所在

  我国公路货运量常年保持较高水平,重卡的使用是必然之举,但如此之大的传统重卡使用,与我国“碳达峰”“碳中和”的政策背道而驰,因此发展氢能重卡成了必经之路。

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  有人说,全球范围内氢能源技术被丰田汽车垄断,所以,中国才去研发电动汽车,其实不然,我国在氢能汽车,特别是重卡汽车的研究方面,取得了长足的进展,只是面临着上路的种种困扰。

  新能源汽车在乘用车领域的增速不断加快,但重卡市场的化石能源替代却困难重重。从短期来看,纯电用车的系统成本略占优势,但是从长远发展以及氢燃料电池的技术不断地更新迭代速度来看,电动化无法成为重卡领域碳中和的主要解决方案。

  氢能燃料电池重卡是纯电动重卡的替代品,纯电动汽车充电时间过长及续驶里程过短的两个关键性短板,均被氢燃料电池克服。另外,氢能重卡可在零下30度的环境温度下使用,而锂电车在东北冬季效果就不太理想。

  而且,我国氢燃料电池汽车的发展采取先商用车后乘用车路线,以重型卡车为切入点,氢燃料电池汽车适合固定路线、中长途干线和高载重场景。

  减碳压力叠加政策要求,传统重卡迫切需要“升级”,氢能汽车才是未来,这一点无可置疑,氢燃料电池在乘用车领域不具备竞争力,而与重卡结合更具优势,氢能重卡以真正零排放、效率高、加注时间短、续航里程长、极寒环境下可正常运行等特性和优势必将成为我国公路上的主角。

  从环保角度说,氢能重卡优点多多。交通运输领域的减排一直是行业关注焦点,而重型卡车的污染物排放尤其突出,2021年,重型货车在中国道路车辆保有量中的占比仅为4%,但其氮氧化物排放占比高达道路车辆排放总量的79.8%,颗粒物排放占比高达58.5%。

  氢能是全球公认最理想的清洁能源之一,氢气的热值是汽油的3倍,焦炭的4.5倍。氢能重卡排放出的尾气,就是水蒸气,根据测算,用氢能重卡取代柴油重卡,每辆车每年可以减碳80吨。

  从应用角度说,氢能重卡优势也不小,与锂离子动力电池最大的不同是,氢燃料电池加氢就像加油一样,只需5—15分钟就能加满。例如,配备116千瓦的燃料电池动力系统氢燃料电池重卡,仅需五分钟便可完成氢燃料加注,加注一次可实现420公里超长续航,一辆车每年可减少近200吨二氧化碳排放,而且牵引动力比燃油车大大提升。

  与柴油燃料技术相比,氢燃料在规模和数量上更相似,而且在运营操作上更熟悉,这可能会减少过度障碍。燃油重卡退出历史舞台只是时间问题,而氢能重卡是重卡领域未来最为环保的选择。

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  正如丰田所说的那样,布局氢能重卡正是在创造一个全新的未来。因为有如此多的优点,国家很早就重视氢能的发展,早在2016年,国家发改委、能源局联合印发了能源技术革命创新行动计划,将氢燃料电池技术作为重要技术之一;在汽车产业中长期发展规划中提出,逐步扩大燃料电池汽车试点示范范围。

  在重卡领域,无论是电动还是氢燃料替代,并非受到技术的限制,而是商用化成本的制约。

  目前氢燃料电池技术相对成熟,但成本在过去较长一段时间内制约着氢能重卡的利用发展。抛开应用端,从产业链来讲,氢气的制备、储存、运输等环节对比传统燃油车型所需技术、成本是不可忽视的关键因素。

  氢能重卡成本主要由车辆购置成本和用氢成本(使用成本)构成,二者都比较高昂。

  在汽车工业发达的德国,目前氢能重卡价格超过50万欧元,而柴油卡车的价格仅为12万欧元;在我国,购置一台氢能重卡约为150万元,购置锂电重卡的费用约为150万元、而燃油重卡的费用才30万元。整车成本高主要是因为当前常用的PEM燃料电池系统价格较高且未批量化生产。

  不仅如此,氢能重卡使用成本约是燃油重卡的2倍以上,氢能重卡用氢成本约为5.1-6.8元/km,远高于传统燃油重卡的2.4-2.6元/km、锂电重卡的2.7-3.06元/km。

  这又回到了制氢上,制氢电力成本高、制氢效率低以及储运技术瓶颈等因素拉高氢气成本,高昂购置成本与使用成本叠加,制约氢能重卡的市场需求。

  随着技术进步和产业规模化发展,整车成本和用氢成本有望大幅降低,似乎有一定道理,但批量化生产可显著降低成本,但没有广泛的应用,就不可能批量生产,这成了一对矛盾。把传统卡车改装成氢能燃料电池重卡,能否节省成本,还需要实践的验证。

  氢能重卡上路的难点还在配套上,氢气的生产、储存、运输环节环环相扣,一个环节不畅,就将影响氢能重卡上路。

  氢能重卡上路,加氢站必不可少。目前,加氢站的数量制约着氢能重卡的使用,加氢站尚未大规模覆盖前,应用场景的开拓受到制约。拿德国来说,2027在德国道路上投入5000辆40吨级氢能电动卡车,从石勒苏益格-荷尔斯泰因州开始约需要建造150座加氢站。

  氢能重卡尚未实现规模化生产与应用,下游用氢需求少与加氢站成本高相矛盾,导致加氢站布局较少或者没有。

  建设一个日加氢能力500kg、加注压力35MPa的加氢站,投资成本近1200万元,约是加油站的3倍,并且,下游用氢规模小难以快速分摊加氢站建设成本:据测算,一个日加氢能力1000kg的加氢站每天至少需要30辆氢能重卡加氢才能保证加氢站正常运行,现有氢能重卡数量难以满足。

  还有,氢能储运成本高。氢气易燃易爆的性质给储存增加了难度,我国运氢产业起步晚,目前氢气运输主要以高压气态运输为主,成本较高、效率较低,也是造成终端用氢成本高的主要原因之一。

  氢气储运成本高,单独建设加氢站涉及氢气购买与储运,7-10元/kg的储运成本拉高购氢价格,如果站内制氢可避免储运环节但存在氢气危化品管理限制。

  其实,氢能重卡上路,不仅在中国,在发达国家也引起重视,但同时也面临着和中国一样的困境。目前上路的只是试验性的项目,如港口运输、矿区作业,工业园区内部转运,或者是点对点固定线路、短距离运输,如渣土、环卫等,都是不依托加氢站规模布局的应用场景。

  在山西、内蒙,新疆哈密市等的工业园区里,都有近百台氢能重卡示范运营项目,有些依托本土龙头企业强大的资源和研发优势,拓展多元化的场景应用,宇通集团推出氢能重卡示范应用车辆,覆盖了常庄水库、垃圾环卫、冷链物流等多个场景。

  也有的地方实现了短途运输,四川能投往返于成都与什邡进行烟草运输,淄博首批投入运营的氢燃料电池重卡,主要用于短途运输。所有这些应用标志着这些省市的氢能重卡应用实现了零的突破,然离上路和大批量落地,还有很远的距离。

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  丰田汽车多年前就开始研发氢能汽车,但直到现在依然没有太好的成绩,直到2023年4月对外宣布投产的重型零排放氢燃料电池卡车,其概念车型已于近日在洛杉矶港口开展短距离的车辆运输。

  德国GPJoule集团2023年在德国道路上投放首辆氢能重卡,并且政府也给予了力度不小的补贴,每辆纯电动汽车有9000欧元的补贴,目标是到2027年推出5000车氢能重卡。

  虽然近期投运的氢能重卡在整车适配、制造成本、运营氢耗等方面都有了新的提升,有的续航里程达到650公里,然而,不可否认的是,到目前为止,市面上能够真正行驶的氢能汽车屈指可数。

  2022年我国重型卡车销售量为67.19万辆,其中氢燃料重型卡车销售量为2382辆,渗透率为0.35%,大多数氢能源车也是实验产品,真正市场化运用的车辆并不是很多。

  二、地方政府化解氢能重卡上路的多重考虑

  2022年初,国家发改委印发《氢能产业发展中长期规划(2021—2035年)》,其中明确提出到2025年实现燃料电池车5万辆,部署一批加氢站,这一目标的实现,需要地方政府的助力。

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  交通领域的氢能应用中,氢能重卡正是示范应用的重点,国资委等部门2023年12月发布的《共建中国氢能高速行动倡议》。新兴产业的发展需要政策推动,特别是在产业发展的前期,政府补贴是推动产业快速发展壮大的重要因素,各地都出台推动氢能重卡上路的相关政策。

  地方政府完善专项补贴,对氢能重卡整车制造、关键零部件创新的生产端企业出台专项奖励,对购置氢能重卡用于矿区运输、垃圾运输、物流运输等应用端企业给予购置、运营、用氢等补贴。

  制定高额补贴,降低氢能重卡购置成本,上海在国家奖励的基础上,实施了市级和区级的配套奖励,嘉定区的整车推广奖励标准是按照国家:市:区=1:1.5:0.5的比例给予,市、区提供的奖励是国家奖励的两倍,合计超过165万元。

  但真正从运行端把政策落到实处的还是山东,近日,山东省相关部门联合发布《关于对氢能车辆暂免收取高速公路通行费的通知》:对行驶山东省高速公路安装ETC套装设备的氢能车辆暂免收取高速公路通行费,2024年3月1日起实施。

  此举将大幅降低省内氢能源车的运营成本,以氢能六轴半挂车型为例,每百公里可节约200元高速通行费,一辆氢能重卡不用补贴也比柴油车省36万元,通过免去高速费用就撬动了整个行业的发展。

  这意味着氢能高速迈出了实质性一步,山东此举有望加速其他省份跟进推出氢能车免征高速费等政策。

  其实,从推进氢能重卡批量上路角度来说,地方政府的目的不只是“上路”,不仅有环保角度的考虑,更在于产业链的培养,地方经济借氢能重卡打开一扇新的大门。

  多地联动,打造示范运输专线和氢能走廊,是实现氢能重卡上路的重要举措,也是推动城市群经济圈建设的重大战略部署,上海示范城市群已推广749辆氢能重卡。

  河南示范城市群已推广918辆氢能重卡,利用城市间的协作,开发适合氢能重卡的各类场景,以郑州为核心,与周边的开封市、洛阳市、濮阳市联动,打造“郑汴洛濮氢走廊”应用示范轴,专门建设了郑汴濮陆港联运物流集散的氢能重卡示范专线。

  四川和重庆两地,根据双方产业基础和资源禀赋做出重要决策,推动成渝氢能走廊,2023年3月4日,佛山市飞驰汽车科技有限公司49吨氢能重卡完成“新都-九龙坡”往返700公里高速直达干线运行,成功贯通成渝氢走廊。此举对于我国氢能高速公路零碳绿色应用有典型示范意义——联通“氢能高速”,构建“氢能走廊”。

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  成渝氢走廊不仅助力两地实现“碳达峰、碳中和”目标,更将深度整合两地优势产业资源,形成互补,进一步延链补链强链,形成产业集聚发展的虹吸效应。

  地方政府为了通过氢能重卡的应用撬动产业链,分别出台专项政策。氢能重卡已测试完成并积累了丰富运行经验和数据,步入了走出城市迈向跨省运输的新阶段,这直接催生了软硬件配套新需求:如跨省氢能重卡相关道路规划、加氢站位置摆放规划、氢能重卡维修养护中心布局、制氢企业落地等。

  地方政府将氢能重卡作为聚集产业发展的虹吸效应,推动产业链企业强强联手,突破氢能核心技术和关键材料瓶颈,进而推动交通、工业等用能终端的能源消费转型和应用落地,进一步加速产业链良性循环和创新发展。

  围绕氢能汽车的上下游产业链,形成集群优势后,产业链协同将带来生产的高效与便利。

  上海通过项目申报,要求由燃料电池企业、整车制造企业、车辆运营企业、加氢站运营企业组成的“示范应用联合体”,促进氢能重卡各环节企业的合作交流,构建产业链生态。

  嘉兴今年的化工尾气提取氢气的产量将达到10万吨,嘉兴港区经济发展部部长陈龙调研的一家氯碱化工企业,尾气中氢气的含量高达90%以上,经过提纯能达到五个九,用于燃料汽车都没问题。

  山东推出氢能免收高速过路费的目的,也是对山东氢能产业布局以政策支持。山东光伏发电装机规模全国第一、风电装机规模全国第四、在运在建核电装机570万千瓦,具备新能源制氢的良好条件。同时,山东有着良好的化工产业基础,副产氢能资源丰富,据估算,山东每年可产氢气260万吨,居全国首位。

  晋煤外运使山西拥有大规模应用氢气的场景,因此,山西省发展改革委、省工信厅联合出台的《山西省氢能产业链2024年行动方案》。

  山西的炼焦煤保有量占全国60%,焦炉煤气等工业副产品正是制备氢气的好原料。据估算,山西每年260万吨工业副产氢,如果全部提纯,能满足20万辆49吨氢能重卡或68万辆氢能客车的加氢需求。潜在经济价值高达1170亿元到2080亿元之间,如果计算氢气下游的运输、加氢站、氢能车辆等产业,潜在发展空间将更加广阔。

  采用焦炉尾气提取氢气,拥有明显的价格优势。廉价工业副产品原料的氢气,提纯成车用高纯氢后,2万吨就能产生1.8亿元的毛利润。国内电解水制氢,1公斤氢气要消耗56度电,按每度电0.5元计算,仅电费成本至少高达28元每公斤。

  山西孝义市拥有焦炭产能1800多万吨,今年将拥有近10万吨焦炉煤体提取氢气、提氦制氢产能。

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  在吕梁,为了快速推进氢能产业的发展,对氢能重卡实施了大额补贴,每辆可领到了45万元的补贴。

  在补贴政策的激励下,吕梁市打造氢能产业链,从制氢、储氢、加注、到应用,已经建成9座加氢站,氢能汽车组装厂也已经落户当地,初步构建起氢能产业的发展链条,计划抓住氢能源转型的契机,趁势打造出当地新的千亿产业集群。

  内蒙古、山东、四川、重庆、宁夏、河北等很多地区,都是借助传统产能及化工资源优势,率先在氢能源领域上路、并取得成果的。

  氢储运是氢能实现规模化应用的关键环节,管道输氢具有安全、便捷、输量大的特点,在氢气的运输上,地方政府应联合龙头企业,借鉴外国经验,实现远距离管道输氢。

  目前输氢管道总长约400km,分布在环渤海湾、长三角、中原等地,还有较大的进步空间;近日,两桶油几乎同时宣布了长距离管道输氢方面的突破性好消息,需要注意的一点是,要做好全国油气管网规划和建设。

  加氢站的数量同样制约着氢能重卡的使用,为了化解这一难点,各地政府结合当地的实际情况,推出了适当的政策倾斜与有效的解决方案。

  有的地方突破制氢政策限制,推动制氢加氢一体站,广东省明确允许在非化工园区建设制加一体站,明确了加氢站行业主管部门、建设用地审批部门、施工主管部门等,缩短了建设审批周期。

  佛山在应急部门的联合下,选择站内天然气重整制氢的方式,采用撬装式制氢装置,占地面积小,不占商业用地,不需办理危化品经营许可证,节省了储运成本的同时降低加氢站建设成本。

  内蒙古自治区相关部门发文,允许在化工园区外建设太阳能、风能等可再生能源电解水制氢项目和制氢加氢站,太阳能、风能等可再生能源电解水制氢项目不需取得危险化学品安全生产许可。

  在地方政府的推动下,不少企业利用现有基础设施,改造油氢合建站。选择将加氢站合建在加油站或加气站、充电站内,减少投资,同时以“油”养氢,减少加氢站选址等程序,实现加氢站快速落地,仅2021-2022年国内建成合建站的比例在50%以上,从需求端出发,为氢能重卡的发展奠定基础。

  氢能是未来能源的重要组成部分,全球已有20多个国家和地区制定了氢能发展战略,但氢能产业始终未至规模化应用爆发点,急需寻求产业突破方向。

  氢能重卡有望成为氢能产业市场化的关键突破口,地方发展氢能重卡有利于积累燃料电池汽车运行经验和数据,有利于推动燃料电池技术迭代升级,有利于带动制氢与储氢技术突破。

  地方政策出台许多有利政策,使龙头企业看到了氢能重卡的希望,从而参与其中,金龙系客车企业看好氢能重卡行业,实行转型,取得不俗的业绩;早在2020年3月,潍柴宣布20000台氢燃料电池发动机投产。

  氢能重卡应用处于早期阶段,规模化发展严重依赖应用场景,地方政府联动应用端企业与周边城市,拉动氢能重卡多类型应用端企业入局,开发适合氢能重卡的各类场景。

  我国氢能重卡,随着驾驶员长时间体验,各种不足也会逐渐暴露,厂家也会进行相应的升级,三一氢能首批25台氢能重卡,其整车百公里氢耗低于12kg,将氢能重卡氢耗程度向前推进。

  并从智能化角度给予改进,例如大连推出的氢燃料电池重卡物流车不仅七成关键零部件在大连生产组装,车辆运营信息会实时传送至汽车发动机系统集成方洺源科技公司大数据中心,作为预判故障、迭代技术、升级产品的依据。

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  我国氢能重卡走向国际市场也有浓墨重彩的一笔,3月30日,威驰腾交付全球首辆出口澳大利亚氢能重卡,最大续航里程可达1000公里;2023中国国际商用车展览会在武汉国际博览中心盛大开启,1200km超长续航,一汽解放氢能重卡重磅亮相。

  部分商用车采取的是两条腿走路模式——纯电+氢能技术路线,并将纯电作为解决短途、城配轻载场景的运力方案,将氢能作为中长途物流配送、重载场景的运力解决方案。

  市场与需求结合,才能真正推动行业的发展,否则先进的技术一直在试车场有何用,持续的市场繁荣离不开政策的刺激。

  在各级地方政府的推动下,在政策上的扶持下,随着生产、储存、运输等方面技术的不断进步,最终助推氢能产业链的不断完善,为氢能重卡提供了真正意义上的需求。

  我国“氢能及燃料电池汽车已经进入发展提速关键期,我们欣喜地看来,氢能重卡市场呈现出订单“百辆”起步的趋势,我国的长远目标是在全国范围内构建“两纵四横”的氢能高速公路网。

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  结语:氢能重卡能否像电动汽车那样弯道超车,现在还不好说,但走的路线,似乎与国内电动乘用车走的路线相似:先补贴,再探索,接着升级,然后大面积铺开,特别是一些地方政府,从产业链角度给予扶持,使得一大批企业投入到氢能运输存储的行列中去,相信不久的将来,中国氢能重卡在世界上犹如电动汽车那样领导潮流。


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