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NEXO——现代汽车的氢能野望

NEXO——现代汽车的氢能野望

NEXO——现代汽车的氢能野望

在独立能源研究机构E4Tech出版的2018年氢能报告中,开篇用「震惊」来形容了韩国的燃料电池发展规划,文中写到——

现代集团将在瑞士和韩国分别投放1000辆燃料电池卡车,与此同时规划了2022年年产4万辆燃料电池汽车的计划。事实上,现代集团对「燃料电池2030」的愿景看起来非常确定:现代拟在2030年实现每年70万台燃料电池的出货量,并籍此进入交通以外的其他领域。

也正是在过去这一年,现代汽车发布了纯FCV平台打造的燃料电池SUV——NEXO。NEXO之于现代,有着丰田Mirai的标杆意义——经历了途胜iX FCV的尝试与迭代,NEXO是现代汽车将燃料电池技术的集大成之作,相较于它对于现代乃至韩国氢能产业的象征意义,单个车型的潜在商业化成就反倒显得不那么重要了。

一, 燃料电池背后的氢能

氢是重要的「二次能源」。尽管氢气在自然界中几乎没有天然存在,但它却是最为独特的能源形式之一——制备氢气的渠道多种多样,通过电解水、化石燃料、煤制氢、化工副产等等一系列方式,都可以制造出这最简单的单质;与此同时,氢燃料电池的应用场景又极为丰富,无论是家庭发电、微型电站、汽车、火车、无人机或是单人电源,燃料电池都可以作为能源转换装置。制备方式多元、使用场景丰富,给予了氢能广阔的想象空间,同时也决定了氢能的战略高度:因为能源的变革不仅是资源形态的变化,更会催生人类生活方式和技术手段的嬗变。

尽管氢能是化学能,但是不同于石油,它的制造和利用都离不开电,在「能源版图」中,它是介于化石能源和电能之间的新能源。如果做一个类比,氢能更像是电能衍生出的一种载体,好比是电力时代的「石油」

从能源的大命题下来看,发展氢能从来都不仅仅是「燃料电池汽车」与「纯电动汽车」的路线之争:这两者在原本由化石能源主导的交通领域中,是并存互补的新型能源,呈现了螺旋式发展——纯电动汽车车型更小,燃料电池汽车车型更大;纯电动汽车从乘用车和城市客车切入应用,燃料电池汽车则由长途商用车开始发展。而在道路交通领域之外,氢能也将发挥更显著的优势:潜艇、坦克、无人机、储能、分布式电站,在这些领域,氢燃料电池都是可期待的解决方案。

事实上,各类燃料电池的技术方案也已经在不同领域展开了商业化应用,其出货量在过去数年中持续增长:根据E4Tech统计,2018年全球燃料电池的总出货量已经超过了800MW。这当中最为主流的应用就是发电和车用。而应用于发电技术的燃料电池技术以固体氧化物燃料电池(SOFC)为主,此外、碱性燃料电池(AFC)、磷酸燃料电池(PAFC)和熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)也占有一定份额;在交通领域,则以质子交换膜燃料电池(PEMFC)为主。SOFC启动温度高(600-1000℃),适用燃料范围广,运行效率高,适用于备用电源与热电联产(CHP),其高出货量是源于日本的家用燃料电池系统Ene-farm的持续推广;而PEMFC工作温度低,能够实现更快的启动速度,同时有更高的功率密度与更长的寿命,因而已经成为公认的车用燃料电池主流技术路线。

图1 2014-2018燃料电池出货量,来源:E4Tech

在韩国政府今年1月发布的「氢能经济发展路线图」中,韩国政府提出了2025年实现年产量10万辆燃料电池汽车的生产体系,2040年累计产量达到620万辆,并在同年实现FCV出租车8万辆、公交车4万辆和物流卡车3万辆的目标。而这一目标的主要实现伙伴,无疑就是现代集团。

之所以氢燃料电池汽车是氢能经济路线图的核心,究其原因,是由于燃料电池汽车并不是孤立的技术个体,它的商业化即意味着能够通过汽车产业的庞大体量来拉动氢能产业发展。而现代集团,也将借此机会跻身全球能源产业的玩家。与日本类似,韩国的工业从来都是立足本国,以全球为目标市场。试想在这样极为前瞻而富有风险的规划下,意图实现的不仅仅是对外输出燃料电池汽车和技术,而与此同时能够对外输出能源——在燃料电池汽车规划的同时,韩国政府要在2040年实现526万吨氢气的年产量,而计划生产的620万辆燃料电池汽车消耗氢气也将仅占约30-50%。正如韩国总统文在寅所说:

(氢能产业)这是一个黄金机遇,这将从根本上改变韩国国家能源系统,同时为韩国带来新的增长推动力。
图2 韩国氢能路线图中对燃料电池汽车规模的规划,来源:韩国政府发布

二,凝聚技术实力的旗帜:NEXO

在氢能规划的背景下,NEXO燃料电池汽车的旗帜意义就更为鲜明。

在NEXO之前,真正称得上原生开发的燃料电池汽车,就只有丰田Mirai与本田Clarity,而将其技术参数作一对比,NEXO作为后发者,具备了完全的优势。而选择C级豪华SUV车型进行FCV开发,无疑也是经过了慎重考量:一方面,除了个别地区,Mirai和Clarity在全球范围的推广并不算顺利,C级SUV车型不仅吸取了前车之鉴,也避免了与这两款车的直接竞争;另一方面,面对与纯电动车之间的竞争,FCV在大型车上的里程和充能优势,无疑更为明显,在这一细分市场,纯电动车的主要竞争对手就只有特斯拉Model X。

图3 领先FCV车型参数对比

从现代发布在SAE的技术论文中来看,该款车型虽然声称是途胜FCV之后的第二代产品,实际上与前者已有较大的差异:在动力系统上,途胜FCV是电机与电堆分离布置,而NEXO则设计了将电堆和电机整合的动力元件,系统功率达到135kW,其中电堆达到了95kW,电电混合的技术路线能够兼顾功率、效率与寿命;电机也从100kW升级到了120kW;紧凑的设计使得动力系统体积下降了18%、重量下降14%,但系统运行效率上升了5.1%,达到了60.4%。与此同时,NEXO开发的FCV专用平台,使得可以在底盘上安装三个52升的碳纤维氢气罐,而不需要像途胜FCV将氢气罐分为一大一小,这让后备箱的体积也得到了显著增加。除此之外,现代为NEXO配备了燃料电池系统的监测与诊断系统,每月对燃料电池的健康状态进行检测并远程发送报告。

图4 NEXO与途胜FCV的技术参数对比,来源:SAE

提升电堆功率、改善系统冷启动能力等等技术命题,都是这辆车在开发过程中历经克服的技术难题。在技术难题之外,NEXO汇聚的零部件成本无疑极为高昂,除了在动力系统上大力投入研发,围绕C级豪华SUV的定位,现代在车架材料、底盘配置、辅助驾驶功能等方面也不惜成本。而选择与奥迪开发燃料电池技术与平台,对于现代来说,无疑有助于降低未来的研发与生产成本;对于全盘投入电动汽车的大众集团来说,也通过这项合作保留了FCV的可能性。

三, 挑战与机遇并存

NEXO为现代的燃料电池汽车技术立下了高端的标杆。在这辆车的开发过程中,现代完成了对原生FCV乘用车平台的验证,同时完成了对电堆以及燃料电池系统附件的验证。而现代对于燃料电池汽车的规划远不止NEXO。

我曾在文章燃料电池的展望与辨析中写过:

(在中国)从需求端来看,燃料电池技术的主要应用场景是中重载卡车、长途客车,乘用车领域是大型乘用车。从供给端看,短中期内氢燃料电池商用车的应用场景,或是富氢地区的区域内应用;或是公路运输主干线的应用。

纯电动车将会是中国新能源乘用车的主流技术路线,但由于中国市场庞大的体量,留给燃料电池汽车和燃料电池技术的市场仍然巨大;而中国快速发展的氢能产业链仍然有着多处空白:制氢、储运氢、加氢和燃料电池系统技术,均有待持续的进步——这同时也意味着机会。在燃料电池商用车的领域,各家企业都已经展开拳脚:潍柴联手大洋电机和巴拉德,要成为中国企业中的燃料电池系统领头羊;燃料电池系统供应商亿华通则牵手丰田共同研发公交车动力系统;现代集团在NEXO之外,同样瞄准了中国的燃料电池商用车赛道:部署了燃料电池卡车与客车的发布计划,并有可能进入中国的燃料电池系统供应市场。

图5 现代拟在瑞士投放的燃料电池卡车

今年8月26日至9月8日在上海,现代开放了「现代氢世界」,意在进入市场之前,传达理念先声夺人——会展展示了NEXO与燃料电池技术,并进一步呈现了氢能社会的愿景图像。而在展馆开幕中,现代汽车表达了对未来企业定位的展望:

在「保持全球燃料电池技术领域的领导地位」的同时,在「交通运输行业以外的领域扩大其在氢燃料电池技术开发方面的领导力」。

NEXO,只是点燃野望的火炬。

 

图6 位于上海的现代氢世界

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