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NEXO——現代汽車的氫能野望
2019-08-30 12:15 來源: 中國買車網 編輯:WB002 打印 手機閱讀
[導讀]
在獨立能源研究機構E4Tech出版的2018年氫能報告中,開篇用「震驚」來形容了韓國的燃料電池發展規劃,文中寫到 現代集團將在瑞士和韓國分別投放1000輛燃料電池卡車,與此同時規劃了

在獨立能源研究機構E4Tech出版的2018年氫能報告中,開篇用「震驚」來形容了韓國的燃料電池發展規劃,文中寫到——

現代集團將在瑞士和韓國分別投放1000輛燃料電池卡車,與此同時規劃了2022年年產4萬輛燃料電池汽車的計劃。事實上,現代集團對「燃料電池2030」的愿景看起來非常確定:現代擬在2030年實現每年70萬臺燃料電池的出貨量,并籍此進入交通以外的其他領域。

也正是在過去這一年,現代汽車發布了純FCV平臺打造的燃料電池SUV——NEXO。NEXO之于現代,有著豐田Mirai的標桿意義——經歷了途勝iX FCV的嘗試與迭代,NEXO是現代汽車將燃料電池技術的集大成之作,相較于它對于現代乃至韓國氫能產業的象征意義,單個車型的潛在商業化成就反倒顯得不那么重要了。

 

一, 燃料電池背后的氫能

 

氫是重要的「二次能源」。盡管氫氣在自然界中幾乎沒有天然存在,但它卻是最為獨特的能源形式之一——制備氫氣的渠道多種多樣,通過電解水、化石燃料、煤制氫、化工副產等等一系列方式,都可以制造出這最簡單的單質;與此同時,氫燃料電池的應用場景又極為豐富,無論是家庭發電、微型電站、汽車、火車、無人機或是單人電源,燃料電池都可以作為能源轉換裝置。制備方式多元、使用場景豐富,給予了氫能廣闊的想象空間,同時也決定了氫能的戰略高度:因為能源的變革不僅是資源形態的變化,更會催生人類生活方式和技術手段的嬗變。

盡管氫能是化學能,但是不同于石油,它的制造和利用都離不開電,在「能源版圖」中,它是介于化石能源和電能之間的新能源。如果做一個類比,氫能更像是電能衍生出的一種載體,好比是電力時代的「石油」。

從能源的大命題下來看,發展氫能從來都不僅僅是「燃料電池汽車」與「純電動汽車」的路線之爭:這兩者在原本由化石能源主導的交通領域中,是并存互補的新型能源,呈現了螺旋式發展——純電動汽車車型更小,燃料電池汽車車型更大;純電動汽車從乘用車和城市客車切入應用,燃料電池汽車則由長途商用車開始發展。而在道路交通領域之外,氫能也將發揮更顯著的優勢:潛艇、坦克、無人機、儲能、分布式電站,在這些領域,氫燃料電池都是可期待的解決方案。

事實上,各類燃料電池的技術方案也已經在不同領域展開了商業化應用,其出貨量在過去數年中持續增長:根據E4Tech統計,2018年全球燃料電池的總出貨量已經超過了800MW。這當中最為主流的應用就是發電和車用。而應用于發電技術的燃料電池技術以固體氧化物燃料電池(SOFC)為主,此外、堿性燃料電池(AFC)、磷酸燃料電池(PAFC)和熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)也占有一定份額;在交通領域,則以質子交換膜燃料電池(PEMFC)為主。SOFC啟動溫度高(600-1000℃),適用燃料范圍廣,運行效率高,適用于備用電源與熱電聯產(CHP),其高出貨量是源于日本的家用燃料電池系統Ene-farm的持續推廣;而PEMFC工作溫度低,能夠實現更快的啟動速度,同時有更高的功率密度與更長的壽命,因而已經成為公認的車用燃料電池主流技術路線。

 

 

圖1 2014-2018燃料電池出貨量,來源:E4Tech

在韓國政府今年1月發布的「氫能經濟發展路線圖」中,韓國政府提出了2025年實現年產量10萬輛燃料電池汽車的生產體系,2040年累計產量達到620萬輛,并在同年實現FCV出租車8萬輛、公交車4萬輛和物流卡車3萬輛的目標。而這一目標的主要實現伙伴,無疑就是現代集團。

之所以氫燃料電池汽車是氫能經濟路線圖的核心,究其原因,是由于燃料電池汽車并不是孤立的技術個體,它的商業化即意味著能夠通過汽車產業的龐大體量來拉動氫能產業發展。而現代集團,也將借此機會躋身全球能源產業的玩家。與日本類似,韓國的工業從來都是立足本國,以全球為目標市場。試想在這樣極為前瞻而富有風險的規劃下,意圖實現的不僅僅是對外輸出燃料電池汽車和技術,而與此同時能夠對外輸出能源——在燃料電池汽車規劃的同時,韓國政府要在2040年實現526萬噸氫氣的年產量,而計劃生產的620萬輛燃料電池汽車消耗氫氣也將僅占約30-50%。正如韓國總統文在寅所說:

(氫能產業)這是一個黃金機遇,這將從根本上改變韓國國家能源系統,同時為韓國帶來新的增長推動力。

 

 

圖2 韓國氫能路線圖中對燃料電池汽車規模的規劃,來源:韓國政府發布

 

二,凝聚技術實力的旗幟:NEXO

 

在氫能規劃的背景下,NEXO燃料電池汽車的旗幟意義就更為鮮明。

在NEXO之前,真正稱得上原生開發的燃料電池汽車,就只有豐田Mirai與本田Clarity,而將其技術參數作一對比,NEXO作為后發者,具備了完全的優勢。而選擇C級豪華SUV車型進行FCV開發,無疑也是經過了慎重考量:一方面,除了個別地區,Mirai和Clarity在全球范圍的推廣并不算順利,C級SUV車型不僅吸取了前車之鑒,也避免了與這兩款車的直接競爭;另一方面,面對與純電動車之間的競爭,FCV在大型車上的里程和充能優勢,無疑更為明顯,在這一細分市場,純電動車的主要競爭對手就只有特斯拉Model X。

 

 

圖3 領先FCV車型參數對比

從現代發布在SAE的技術論文中來看,該款車型雖然聲稱是途勝FCV之后的第二代產品,實際上與前者已有較大的差異:在動力系統上,途勝FCV是電機與電堆分離布置,而NEXO則設計了將電堆和電機整合的動力元件,系統功率達到135kW,其中電堆達到了95kW,電電混合的技術路線能夠兼顧功率、效率與壽命;電機也從100kW升級到了120kW;緊湊的設計使得動力系統體積下降了18%、重量下降14%,但系統運行效率上升了5.1%,達到了60.4%。與此同時,NEXO開發的FCV專用平臺,使得可以在底盤上安裝三個52升的碳纖維氫氣罐,而不需要像途勝FCV將氫氣罐分為一大一小,這讓后備箱的體積也得到了顯著增加。除此之外,現代為NEXO配備了燃料電池系統的監測與診斷系統,每月對燃料電池的健康狀態進行檢測并遠程發送報告。

 

 

圖4 NEXO與途勝FCV的技術參數對比,來源:SAE

提升電堆功率、改善系統冷啟動能力等等技術命題,都是這輛車在開發過程中歷經克服的技術難題。在技術難題之外,NEXO匯聚的零部件成本無疑極為高昂,除了在動力系統上大力投入研發,圍繞C級豪華SUV的定位,現代在車架材料、底盤配置、輔助駕駛功能等方面也不惜成本。而選擇與奧迪開發燃料電池技術與平臺,對于現代來說,無疑有助于降低未來的研發與生產成本;對于全盤投入電動汽車的大眾集團來說,也通過這項合作保留了FCV的可能性。

 

三, 挑戰與機遇并存

 

NEXO為現代的燃料電池汽車技術立下了高端的標桿。在這輛車的開發過程中,現代完成了對原生FCV乘用車平臺的驗證,同時完成了對電堆以及燃料電池系統附件的驗證。而現代對于燃料電池汽車的規劃遠不止NEXO。

我曾在文章燃料電池的展望與辨析中寫過:

(在中國)從需求端來看,燃料電池技術的主要應用場景是中重載卡車、長途客車,乘用車領域是大型乘用車。從供給端看,短中期內氫燃料電池商用車的應用場景,或是富氫地區的區域內應用;或是公路運輸主干線的應用。

純電動車將會是中國新能源乘用車的主流技術路線,但由于中國市場龐大的體量,留給燃料電池汽車和燃料電池技術的市場仍然巨大;而中國快速發展的氫能產業鏈仍然有著多處空白:制氫、儲運氫、加氫和燃料電池系統技術,均有待持續的進步——這同時也意味著機會。在燃料電池商用車的領域,各家企業都已經展開拳腳:濰柴聯手大洋電機和巴拉德,要成為中國企業中的燃料電池系統領頭羊;燃料電池系統供應商億華通則牽手豐田共同研發公交車動力系統;現代集團在NEXO之外,同樣瞄準了中國的燃料電池商用車賽道:部署了燃料電池卡車與客車的發布計劃,并有可能進入中國的燃料電池系統供應市場。

 

 

圖5 現代擬在瑞士投放的燃料電池卡車

今年8月26日至9月8日在上海,現代開放了「現代氫世界」,意在進入市場之前,傳達理念先聲奪人——會展展示了NEXO與燃料電池技術,并進一步呈現了氫能社會的愿景圖像。而在展館開幕中,現代汽車表達了對未來企業定位的展望:

在「保持全球燃料電池技術領域的領導地位」的同時,在「交通運輸行業以外的領域擴大其在氫燃料電池技術開發方面的領導力」。

NEXO,只是點燃野望的火炬。

 

 

圖6 位于上海的現代氫世界

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