氫燃料電池車作為面向未來的汽車能源技術(shù)，長續(xù)航無污染的優(yōu)點顯而易見，但成本居高不下始終是阻礙大規(guī)模推廣應(yīng)用的重要原因。與此同時，日本豐田Mirai(參數(shù)|詢價)的大幅降本引起了全球關(guān)注，但在其背后，日本國內(nèi)家用燃料電池系統(tǒng)（Ene-Farm）的推廣是否也起到了重要的降本促進(jìn)作用？中國是否該效仿該路徑來實施相應(yīng)的推廣計劃？我們就來研究一下Ene-Farm的相關(guān)問題，以期對國內(nèi)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供借鑒。

本期精華導(dǎo)讀

★燃料電池汽車成本仍然極高、阻礙乘用車技術(shù)應(yīng)用，但豐田Mirai的大幅降本需要高度重視。

★豐田Mirai成本降低不僅與豐田自身有關(guān)，與日本全社會推進(jìn)的計劃也有緊密關(guān)系。

★日本全社會推進(jìn)的主要方式是Ene-Farm家用燃料電池計劃，規(guī)模效應(yīng)對于燃料電池系統(tǒng)降本有明顯促進(jìn)作用。

★從技術(shù)原理上講，雖然Ene-Farm家用燃料電池計劃確實存在較好的協(xié)同降本作用，但從實際國情出發(fā)，我國并不適宜大規(guī)模沿用該思路。

★國內(nèi)燃料電池汽車降本的主要著力點還是車輛本身，社會協(xié)同降本的思路可考慮數(shù)據(jù)中心的不間斷發(fā)電技術(shù)，而非家用。

一、燃料電池汽車的命門：成本

燃料電池車主要是以氫氧電化學(xué)反應(yīng)為動力來源的汽車，具有長續(xù)航、零排放、燃料補(bǔ)給速度快、功率大、運行平穩(wěn)等諸多優(yōu)點，被廣泛視為21世紀(jì)終極車用能源技術(shù)。但燃料電池車的缺點也同樣明顯，其中最主要的就是成本太過高昂。

高昂到什么程度呢？高昂到即便是財大氣粗的中國，也需要對其進(jìn)行20-50萬元不等的單車補(bǔ)貼（基準(zhǔn)），才勉強(qiáng)能進(jìn)行推廣應(yīng)用。即便如此，國內(nèi)產(chǎn)量仍然繆繆無幾，2018年也才生產(chǎn)了1000多輛。


當(dāng)然，提到成本，就不得不提豐田的Mirai，作為全球率先量產(chǎn)并投放市場的燃料電池乘用車，其之所以敢站在市場開賣，還是與其成本大幅下降有很大關(guān)系：從最初立項的預(yù)計售價1億日元（約600萬人民幣），到2018年日本國內(nèi)補(bǔ)貼后售價500余萬日元（約30萬人民幣）。


豐田Mirai之所以能實現(xiàn)如此明顯的降本，除了量產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大、混合動力系統(tǒng)大規(guī)模應(yīng)用、系統(tǒng)簡化等原因之外，還有一點必須予以重視：整個電池系統(tǒng)的成本是如何降低的？


畢竟，作為整車?yán)锩娉杀咀罡叩牟糠郑剂想姵叵到y(tǒng)的降本才是關(guān)鍵，無論如何去簡化，基于質(zhì)子交換膜（PEMFC）為核心的電堆系統(tǒng)是不可能被拿掉的。


『燃料電池車成本構(gòu)成及與量產(chǎn)規(guī)模的關(guān)系 圖片源自證券研報』 

二、Mirai降本是否借了Ene-Farm的東風(fēng)？

無獨有偶，日本還有另一項產(chǎn)品也用到了以質(zhì)子交換膜為核心的電堆系統(tǒng)，那就是Ene-Farm（家用燃料電池?zé)犭娐?lián)供系統(tǒng)）。


再翻查一下，原來豐田也有用到這個東西，旗下的愛信精機(jī)早就應(yīng)用了該系統(tǒng)（見下圖）。


具體來講，愛信精機(jī)這套系統(tǒng)采用了SOFC技術(shù)路線，也就是我們熟知的固體氧化物技術(shù)路線，輸出功率700W，發(fā)電效率達(dá)到了46.5%。不僅是愛信精機(jī)，其實東芝和松下也有相關(guān)的產(chǎn)品，也就是聚合物電解質(zhì)的Ene-Farm產(chǎn)品，其中應(yīng)用到了質(zhì)子交換膜。


而Ene-Farm的工作原理可以簡單概括為：通過天然氣制取氫氣，再通過氫氣發(fā)電來提供家庭用的熱能和電能，包括熱水、暖氣、供電等。這套系統(tǒng)從日本政府大力補(bǔ)貼至今，全社會已經(jīng)推廣應(yīng)用了近30萬套。


從上圖可知，隨著推廣規(guī)模的擴(kuò)大，以及幾大廠家的競爭加強(qiáng)，整個系統(tǒng)的成本在快速下降，從最初的800萬日元降至了目前的100萬日元左右，也就是6-7萬元人民幣/套。

目前還沒有確切的統(tǒng)計分析，來確定Ene-Farm的規(guī)模化應(yīng)用對于日本燃料電池車的成本下降到底有多大的促進(jìn)作用。但可以絕對肯定的是，Ene-Farm中采用的電極、電解質(zhì)膜、催化劑、分離器等都是汽車通用的關(guān)鍵部件，遠(yuǎn)超于燃料電池車的應(yīng)用量對于整個產(chǎn)業(yè)鏈的成本降低作用肯定是極其明顯的；同時，Ene-Farm還帶動了氫氣的生產(chǎn)、運輸?shù)拳h(huán)節(jié)的發(fā)展，形成了產(chǎn)業(yè)協(xié)同效應(yīng)。可以說，豐田Mirai的成本降低，Ene-Farm作用功不可沒。

三、日本政府大力推動是首要動力

Ene-Farm得到有效推廣，與日本政府的關(guān)系密不可分：2009年，單套Ene-Farm價格約340萬日元，再加上50萬日元左右的施工費，但政府給予了140萬日元的補(bǔ)貼，因此用戶實際負(fù)擔(dān)金額為250萬日元左右（約15萬人民幣），雖然補(bǔ)貼連連下降，但2015年ENE-FARM的合計補(bǔ)貼金額還是達(dá)到了222億日元之多。

之所以日本如此強(qiáng)烈推進(jìn)，是因為日本的國土資源情況極為特殊，作為一個島國，日本絕大多數(shù)資源或者能源都需要進(jìn)口，無法實現(xiàn)能源獨立。因此強(qiáng)烈的危機(jī)感促使日本上下對發(fā)展可獨立的能源需求極為迫切。

氫能無疑是一個優(yōu)秀的選項，即便不采用天然氣制氫，也可以通過無窮無盡的太陽能/水/核電來電解水制氫，實現(xiàn)社會能源的獨立供給，雖然很困難但至少是一個具有可行性的技術(shù)選項。


也就是說，在面向未來的可持續(xù)發(fā)展道路上，日本要想擺脫能源受制于人，氫能社會是不得已押寶又必須押寶的選項：即便賭失敗了，也不會有怨言，畢竟沒有更好的選項。

四、我國國情不同不能跟風(fēng)押寶

不管是純電動也好，插電式混合動力也好，還是燃料電池技術(shù)，其本質(zhì)上都是在解決車用能源的問題，都是在解決能源安全的問題。而我國的資源條件相比日本而言，確實“寬裕”不少。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示：我國石油探明儲量為256億桶，天然氣探明儲量超過1萬億立方米，總發(fā)電量近6.8萬億千瓦時，短期內(nèi)還不存在完全依賴進(jìn)口的情況。

換句話說，為了區(qū)區(qū)幾萬輛燃料電池汽車應(yīng)用規(guī)模，現(xiàn)階段就將“寶”壓在氫燃料電池上的做法是不可取的！

進(jìn)一步來看，Ene-Farm這套技術(shù)對于我國當(dāng)前的國情也并不十分適用。即便現(xiàn)在一套系統(tǒng)的成本也降至接近6萬元人民幣，對于絕大多數(shù)家庭而言也很難負(fù)擔(dān)，購買這套系統(tǒng)，實際上一年僅能省下3000—4000元人民幣的電費，需要15年以上才能抵消購買成本。

這對于絕大多數(shù)家庭而言，根本就不會接受。或許讀者會問，日本為何會得到部分推廣呢？單純是因為家庭更加富裕嗎？其實并不是，日本地震頻繁，家庭斷電是常有的事情，Ene-Farm技術(shù)可以不受地震影響，可以連續(xù)若干天實現(xiàn)獨立發(fā)電，這也是很多家庭購買的重要原因。

所以說，不管是經(jīng)濟(jì)性，還是必要性，Ene-Farm在我國根本不具備大規(guī)模推廣的可能性，效仿日本全社會推進(jìn)、同時實現(xiàn)家用和汽車的協(xié)同降本更是難上加難。

五、Ene-Farm局部應(yīng)用可能性分析

雖然大規(guī)模應(yīng)用并不現(xiàn)實，但不影響Ene-Farm在我國的局部推廣。在我國南方，由于全面供暖尚未實現(xiàn)，因此對家庭采暖設(shè)備需求正在逐步加大，同時南方天然氣資源相對豐富，給Ene-Farm提供了便利條件。

再來核算一下，一套地暖系統(tǒng)目前價格約在2萬元左右，每年的采暖所需要的燃?xì)赓M是2500元左右，按照10年計算，綜合采暖成本是45000元。若國內(nèi)應(yīng)用Ene-Farm的成本可達(dá)到6萬元一套，則每年所需的燃?xì)獠膳M大致相同，但每年節(jié)省的電費可以達(dá)到3000元以上，因此10年下來綜合成本是5萬元左右，與地暖系統(tǒng)相差不大。

加上Ene-Farm的不間斷供電特性，對于南方新建的高檔小區(qū)而言，可以構(gòu)成很好的吸引力，當(dāng)然這必須要地方政府聯(lián)同企業(yè)共同推進(jìn)。

另外，Ene-Farm的不間斷供電特性，對于國內(nèi)日益龐大的大數(shù)據(jù)企業(yè)而言也是很好的參考選項，統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，國內(nèi)數(shù)據(jù)中心的電費已占數(shù)據(jù)中心運維總成本的60%-70%，而空調(diào)所用電費占其中的40%。每年總消耗的電能超過2000億瓦時。顯然，應(yīng)該合理推動Ene-Farm在數(shù)據(jù)中心方面的應(yīng)用。

六、國內(nèi)燃料電池汽車降本的思路

說了半天的Ene-Farm和社會協(xié)同，還是要回到主題上來：車用燃料電池應(yīng)該如何降本？很明顯，效仿日本Ene-Farm的全社會推進(jìn)已經(jīng)不是好辦法了，那么剩下的事情只能交給自己來做。

筆者的看法是，國內(nèi)燃料電池車降本要從規(guī)模上做起，特別是要從商用車領(lǐng)域做起，再協(xié)同到乘用車領(lǐng)域上來。而商用車領(lǐng)域除了各國常見的公交客車以外，還有對大功率有需求的工程用車。

之所以這么講，是因為我國基礎(chǔ)建設(shè)的力度還在，未來十年甚至二十年對于工程車的需求都會處于全世界的高位水準(zhǔn)，而2018年國內(nèi)工程車的需求量已經(jīng)在40萬輛左右，這是一個極為龐大的數(shù)字。燃料電池功率大、首先替換柴油的特性正好在工程車領(lǐng)域可以得到很好的發(fā)揮，加上工程車比較集中的使用場景，加氫問題也能較好的解決。通過工程車的規(guī)模化應(yīng)用，帶動整個產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，帶動整個產(chǎn)業(yè)鏈的成本下降，最終將這種成本下降傳遞到乘用車領(lǐng)域。

還要注意的一點是，乘用車領(lǐng)域我們過于偏向PEMFC質(zhì)子交換膜技術(shù)路線，實際上日產(chǎn)一直在堅持SOFC固體氧化物技術(shù)路線。日產(chǎn)的設(shè)想是：使用SOFC燃料電池系統(tǒng)作為純電動的增程發(fā)動機(jī)，用來彌補(bǔ)純電動續(xù)航短的缺點，當(dāng)電池即將耗盡時，燃料電池發(fā)電機(jī)起動為動力電池充電，直至充滿。

這種技術(shù)路線的好處是，SOFC固體氧化物技術(shù)反應(yīng)慢、工作溫度也很高，應(yīng)對復(fù)雜工況時不能實現(xiàn)很好的急速啟動，不能很好的變化負(fù)荷，但作為有預(yù)判緩沖、可恒定輸出的增程發(fā)動機(jī)，恰恰是非常合適。

最后還是那句話，取其精華去其糟粕，不是不學(xué)國外，也不是一味的放棄豐田路線去走日產(chǎn)路線，而是要學(xué)會正確的師夷長技，這才是強(qiáng)大的根本所在。