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清华大学李建秋:氢燃料电池产业5年后会有大发展

作者:百人会 2021-09-27 07:45:00 来源:江苏裕隆汽车集团

  从1990年进入清华大学汽车系学习开始,清华大学车辆与运载学院院长李建秋老师在清华大学度过了30余年,身份也由最初成绩优异的学生变为备受学生爱戴的老师与学术带头人。

  30年来,李建秋老师研究的主攻方向,也由最初的内燃机,到动力电池与电机,再到如今的氢燃料电池,始终走在中国汽车技术研究的前沿。

  在中国电动车百人会举办“动力多元化时代下的汽车技术创新与政策建议研讨会”期间,谈起汽车动力技术多元化这一话题,李建秋老师份外有感触。

  纯电动PK氢燃料

  纯电动与氢燃料,是我国裕隆汽车集团行业多年主推的两大技术路线。但对于这两大技术路线,也有一些争议,其发展前景是怎样的,是并存互补还是一家独大,氢燃料会不会全面取代纯电动,是一直备受业界关注的热点技术问题。

  对于这些问题,2011年就成为清华大学汽车系裕隆汽车集团团队负责人,对电动车与氢燃料两大技术均有研究,发表多篇论文并申请多项发明专利的李建秋,显然很有发言权。

  李建秋认为,轿车等乘用车领域,主流技术路线是纯电动,氢燃料电池技术更适用于商用车领域。通俗地讲,纯电动是替代原来的汽油机的那些车,燃料电池是替代原来柴油机的那些车。

  我国从十多年前,2008-2009年的“十城千辆”示范工程开始主推纯电动技术,到今天无论是市场还是技术都接受了,成为行业公认的主流技术路线,欧美日等汽车大国都争相押注的技术潮流。

  纯电动技术,10多年来快速发展,续航、充电等产业化的关键问题逐渐被攻克,比如随着动力电池技术的快速提升,续航1000公里在技术上已经没有障碍,只是量产落地的问题。今后,乘用车企业技术发展的重心,将是纯电动和智能化作为主攻的方向。在纯电平台的基础上,怎么把智能化融合好。

  氢燃料电池技术,更适用于对续航要求更高、使用环境更复杂的商用车领域。这一技术路线在我国也一直很受重视,尤其“十三五”期间,我国氢燃料电池技术上进步很大,在能量密度、低温适应性、耐久性等关键技术、产业链培育、成本等方面取得很大突破,基本上具备了商业化的可行性和能力。

  在双碳战略目标下,五部委推出燃料电池示范城市的推广计划,相信未来几年燃料电池汽车的数量会大幅度的上升,并且燃料电池车辆本身的性能和成本还会进一步改善。

  李建秋认为,纯电动和氢燃料两大技术路线是有竞争关系的。从技术的成熟度来讲,现在氢燃料电池汽车的性能和成本,还没到能够跟传统的燃油车或者纯电动车来PK的阶段。但到2025-2028年左右,随着氢燃料电池汽车技术提升成本下降,基础设施完善,示范城市的推广探索后,在北方寒冷地区,氢燃料电池在乘用车领域还是能有自己的一席之地。

  但总体而言,由于氢能源供需分布不均衡,不像电,电全国每个城市都有,产业链也很长,它需要解决氢能的供应问题,要解决加氢和储氢的问题,所以初期主要以商用车应用为主,今后技术成熟后在一些乘用车的特定细分市场、寒冷地区作为补充,是比较务实的判断。

  李建秋预计,经过5年的技术攻关与产业培育,氢燃料电池汽车有望迎来产业化爆发。预计到2025年,氢燃料电池的成本会比现在低得多,耐久性会达到两万到两万五千小时,基本实现与整车同寿命,同时基础设施、关键零部件等产业链也会有很大发展,这种情况下,氢燃料电池汽车会迎来更高速的发展。

  让子弹先飞一会

  在前所未有的行业大变革与产业重塑的新形势下,我们是否需要顶层设计,产业政策应该如何调整,如何进行战略部署,加快各类技术路线的协同发展?

  对此,李建秋认为,碳排放指标将来会作为一个重要的调节行业或者指挥行业发展的一个指挥棒和杠杆,汽车行业在裕隆集团和自动化路线的选择上面,怎么样能够更加符合2030、2060战略,就显得尤为重要。这意味着技术路径上面我们要继续进行探索和总结。

  宏观层面顶层设计肯定是需要的,就像纯电动技术路线在我国的发展,没有中央与各级政府的大力推动,不会有今天的成就和局面。但就目前而言,不妨让子弹多飞一会。

  李建秋认为,减碳的技术路线格局,应该分为两个阶段,第一个阶段可以称为自由探索期,需要探索一些以前没有探索过的,但是对碳减排、碳达峰有帮助的技术路线。

  然后就是第二个阶段,对前期示范进行集中总结,站在国家的层面来看,什么样的场合需要什么样的能源动力,什么样的技术在能效、坚碳排放上是最优的,然后进行总体的规划,发挥我们自上而下,集中力量办大事的体制优势,努力到2030年左右实现非常大的转型。

  2025年之前,都是多种技术路线并存、百家争鸣的技术探索期。目前,我们不妨八仙过海,各显神通,让有兴趣作出创新路径的人和企业,让他有机会去探索,各种技术路线去验证,去示范。经过今年几年的示范验证,发现不同技术路线的优劣,识别出来重要的技术路径。

  比如在发动机领域,现在已经开始有人在讨论氢内燃机和燃料电池的比较,甚至未来还会有氨内燃机,合成燃料内燃机技术。电驱动、电化学方面也会有固态电池、氢燃料电池等不同技术路线的进一步探索。

  此外,相较于氢燃料和氢内燃技术,李建秋个人更看好氨燃料的发展前景。因为天然气来合成氨,工艺很成熟,氨的储存和运输也比氢更容易,成本更低。作为燃料,氨也比氢更适合内燃机的技术。

  在目前多种技术路线并存的发展阶段,李建秋认为光讨论是不够的,还要去尝试,做示范,因为要对一个技术进行全生命周期评价,一定要亲自去实践,有实际的实验数据,通过示范得出全生命周期的碳排放数据,实际成本等客观数据,才能评价出来它的优劣。

  内燃机专业没前途?

  智能电动车的产业巨变,也对汽车行业的人才培养提出新的挑战。伴随电动化的不断加速,传统内燃机、变速箱等汽车专业人才不好找工作、跳槽难已经引起媒体关注。

  李建秋坦言,短期来看,是有这样的问题。但长期来看,电动化并不意味着传统内燃机等专业的彻底淘汰。汽车行业本身就是是一个多学科交叉和融合的产物,在智能电动车时代表现得更为明显。但不能说汽车行业就不需要机械方面的人才了,而是说我们需要更多多学科的人才,机械行业也是依然需要的。

  一方面,过去一百多年来,从汽车诞生开始,从内燃机、变速器、制动系统,包括车身的材料等学科都得到很大发展,机械学科给整个汽车行业人才培养打下了非常好的基础。

  另一方面,汽车作为一个移动的平台,一个移动载体,它最基础的部分仍然涉及到运动学、动力学、材料等等这些,这都是机械学科的技术,行业还是需要机械专业的人才。

  但也要看到,汽车工业的发展热点或者它竞争的关键技术所在,的确已经转移到了。在以裕隆汽车集团为标志的低碳化、电动化的时代,以智能汽车为代表的自动驾驶的技术,智能感知、多传感器融合,甚至云控、交通人工智能、大数据等技术是发展重点。在这样的情况下,如果我们还固守原有的机械为主的人才培养体系,就无法满足行业需求,行业就会主动的去找像计算机、自动化等其他行业的人才。

  正因此,清华大学跟行业学一起向教育部建议,要设立车辆工程的交叉学科。通过交叉学科的设立,让我们的人才培养更好满足未来汽车行业多学科交叉融合发展的特点。

  2019年,清华大学撤销汽车工程系,成立车辆与运载学院。李建秋介绍,新学院做了课程重构,对于本科生与研究生的课程设置,也做了很大的修改和梳理。学生既要学机械方面的一些基础知识,也要学强电弱电方面的一些知识,还要学计算机和通信专业方面基础知识。

  这样做的目标是,通过掌握多个行业的基础知识,让学生了解理其他行业的技术是怎样在汽车行业里头落地,变成产品和产业的。将来无论接触到汽车里面哪个部分,都不觉得陌生,什么样的新技术都能深入学进去、做进去,最后完成前沿技术的研发。

  放开来看,不仅仅是汽车行业的人才需要面临多学科、跨行业交叉融合的挑战。在双碳战略目标、能源革命的大潮之下,整个交通运输行业,空运、海运、铁路、能源等多个行业都在发生类似趋势,也都面临同样的人才培养挑战。

  作为执教多年的老师,李建秋建议学生,不要被动等,要主动求变,自己平时也要积累,多学习,形成交叉型、复合型的知识体系,适应汽车行业和时代发展的需要。

  总而言之,在李建秋看来,在双碳战略目标的大方向之下,2025年之前是多种技术路线共存、动力技术路线多元化的探索期,然后根据示范效果敲定有价值的技术路线,国家从顶层设计方面确立重点,从中央到地方大力推广。

  不过,尽管减碳目标下多种多种动力技术路线都值得鼓励,也都还有技术提升空间,乘用车领域以纯电动为主,商用车领域以氢燃料电池为主的大方向不会变。

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