儲氫瓶壓力越大,意味著同等容積下能夠存儲的氫氣越多,有助于提高氫燃料電池汽車的續(xù)航里程。目前國內(nèi)35MPa儲氫瓶已經(jīng)批量化應用,而能否提升至70MPa成為業(yè)內(nèi)關注的焦點。
高工氫電調(diào)研發(fā)現(xiàn),關于70MPa車載儲氫瓶的研發(fā)應用,有四個被“詬病”的問題:1、法規(guī)標準不完善,國內(nèi)法規(guī)限制使用70MPaIV型瓶,國內(nèi)企業(yè)也未投入研發(fā);2、關鍵材料碳纖維全球僅一家企業(yè)(日本東麗)能提供,價格高昂;3、商用車規(guī)模較小,乘用車尚未開始推廣,70MPa儲氫瓶市場需求低迷;4、加氫站配套技術達不到,裝車后難實現(xiàn)加氫;
諸多“攔路虎”面前,有業(yè)內(nèi)人士感慨道:“國內(nèi)總體技術得不到很好的發(fā)展空間。”
客觀來看,當前國內(nèi)70MPa車載儲氫瓶的研發(fā)應用的確比國際步伐要慢,但也沒有外界想象的那么悲觀。同時有些人對70MPa車載儲氫瓶的發(fā)展應用存在一些“誤解”,也亟待糾正。
國內(nèi)70MPaⅢ型瓶有標準 但IV型瓶被禁止
目前我國已經(jīng)實施能夠適用于35MPa和70MPa的高壓儲氫瓶的相應標準GB/T35544-2017《車用壓縮氫氣鋁合金內(nèi)膽碳纖維全纏繞氣瓶》。
該標準規(guī)定了車用壓縮氫氣鋁內(nèi)膽碳纖維全纏繞氣瓶的型式和參數(shù)、技術要求、試驗方法、檢驗規(guī)則、標志、包裝、運輸和儲存等要求,適用于設計制造公稱工作壓力不超過70 MPa、公稱水容積不大于450 L、貯存介質(zhì)為壓縮氫氣、工作溫度不低于-40 ℃且不高于85 ℃、固定在道路車輛上用作燃料箱的可重復充裝氣瓶。
不過,這一標準只是意味著70MPaⅢ型瓶可以經(jīng)過檢測試驗安全后上車運行,國內(nèi)針對70MPaIV型瓶的法規(guī)標準仍然是一片空白,而且國內(nèi)儲氫瓶生產(chǎn)廠家目前還沒有投入研發(fā),其中原因涉及到很多方面。
一名技術人員表示:“相比于Ⅲ型瓶,IV型瓶不是更先進的概念,并不是更新迭代后的產(chǎn)品,只是氫瓶結構不一樣而已。Ⅲ型瓶和IV型瓶有各自的優(yōu)缺點,國際上采用IV型瓶的偏多,造成了一種更‘先進’的假象,或是受一些并沒有深入了解氫瓶的人的‘崇洋’心理影響。”
從技術角度來看,IV型瓶基體采用塑料材料,具有重量輕、成本低、質(zhì)量儲氫密度大等優(yōu)點,比較適合乘用車使用。國外燃料電池乘用車偏多,所以采用IV型瓶的自然也偏多。但IV型瓶也存在一些缺點,比如其對溫度特別敏感,如果控制不好溫度,以及使用過程中的氫氣充放速度、不可避免的泄露問題等,對整車安全性影響較大。
相對而言,Ⅲ型瓶雖然偏重些、成本高些,但其材質(zhì)溫度及環(huán)境適應能力強,密封性好,一般沒有泄露問題。其實國外除乘用車外,大巴及重卡與國內(nèi)一樣采用的是Ⅲ型瓶。國內(nèi)目前燃料電池汽車仍處于起步階段,采用Ⅲ型瓶其實是基于現(xiàn)實狀況的選擇。
“氫瓶裝載到車上使用時,影響安全的因素非常多,可能氫瓶出廠時是符合國家標準規(guī)范的,但使用時卻會出現(xiàn)問題。”另一名業(yè)內(nèi)人士說道,國外采用IV型瓶沒有問題,但這并不代表國內(nèi)采用就不會出現(xiàn)問題,因為處于摸索階段,不可控因素太多。
事實上,早在2015-2016年,車載天然氣氣瓶采用過IV型瓶(與IV型氫瓶類似),出廠時這些氣瓶都符合相關規(guī)范,結果裝車后出現(xiàn)了問題,甚至出現(xiàn)多起人命事故,很多當事人被停職。這導致法規(guī)標準制定者很抵觸IV型瓶,至今仍然沒有放開。
“目前IV型瓶看起來比Ⅲ型瓶略有優(yōu)勢,但風險很大。”上述業(yè)內(nèi)人士表示,國內(nèi)有些氣瓶企業(yè)有相關的工藝基礎,但并不讓開發(fā)。如果Ⅲ型瓶裝車量夠大,成本再降一降,也能夠做到與IV型瓶成本接近。當然,這也并不意味著未來國內(nèi)就不會有IV型瓶,隨著國外IV型瓶應用的成熟,以及國內(nèi)企業(yè)、資本的推動,或許能打開一道口子。
國產(chǎn)70MPaⅢ型瓶已裝車實驗 碳纖維國產(chǎn)化路遠
雖然目前國內(nèi)70MPa高壓儲氫瓶還未真正裝車上路,但國內(nèi)5家領先企業(yè)正在研發(fā)或已具備量產(chǎn)70MPaⅢ型瓶能力,并開始配合車企展開上車實驗。它們分別是科泰克、天海工業(yè)、中材科技、富瑞氫能、斯林達。這些企業(yè)有個共同特征:都擁有多年氣瓶研發(fā)生產(chǎn)經(jīng)驗(氫瓶和氣瓶可共用同一條產(chǎn)線,其中個別工序不一樣),同時瞄準未來氫瓶的廣闊市場。
科泰克成立于2003年,屬于央企全資子公司,長期從事鋁合金內(nèi)膽、呼吸氣瓶、車用復合氣瓶及其他高壓容器的設計、生產(chǎn)和銷售。目前科泰克氫瓶業(yè)務占整體業(yè)務比例90%以上,客戶涵蓋國內(nèi)主要燃料電池車企,占據(jù)了國內(nèi)車載儲氫瓶主要市場份額。
據(jù)科泰克相關負責人介紹,公司自承擔國家863課題開始,已經(jīng)扎根氫瓶領域十多年,是國內(nèi)最早展開評估性實驗的企業(yè)之一,圍繞氫瓶的安全性設計與考核做了很多前期工作,比如展開第一例35MPa氫瓶槍擊及火燒實驗等。目前公司不僅供應單瓶,且提供整套供氫系統(tǒng)。
天海工業(yè)是北京京城機電股份有限公司(證券簡稱京城股份,H股證券代碼0187,A股證券代碼600860)所屬主要骨干企業(yè),成立于1992年,擁有車用LNG氣瓶、CNG氣瓶、低溫貯罐、天然氣汽車加氣站等多方位的技術能力。
京城股份2018年度報告稱,公司擁有亞洲地區(qū)最具規(guī)模的、技術水平最先進的鋁內(nèi)膽碳纖維全纏繞復合氣瓶的設計測試中心及生產(chǎn)線,已具有自出知識產(chǎn)權,產(chǎn)品種類規(guī)格齊全,可依據(jù)客戶需求定制。公司所生產(chǎn)的 35MPa 高壓鋁內(nèi)膽碳纖維全纏繞復合氣瓶(儲氫氣瓶)已批量應用于氫燃料電池汽車、無人機及燃料電池備用電源領域。
中材科技(成都)成立于2001年,隸屬于中國建材集團旗下的中材科技股份有限公司(002080),以車載壓縮天然氣氣瓶、燃料電池氫氣瓶及系統(tǒng)和大口徑符合材料儲運單元為主營業(yè)務。公司擁有四川成都、江蘇蘇州兩個生產(chǎn)基地,其中成都基地是國內(nèi)CNG壓力容器單體工廠規(guī)模最大的企業(yè),與國內(nèi)外知名汽車主機廠建立了長期穩(wěn)固的合作關系。
富瑞氫能成立于2016年,是民營上市公司張家港富瑞特種裝備股份有限公司(股票代碼:300228)的控股合資公司。公司專業(yè)從事液氫容器、氫氣增壓裝置與加氫站、車載燃料供氫系統(tǒng)等產(chǎn)品的設計、制造和相關的技術服務,并承接制氫和氫氣液化工廠等工程項目的設計與裝備提供。去年富瑞特裝轉(zhuǎn)讓富瑞氫能全部股份,目前富瑞氫能已經(jīng)從中剝離出來。
斯林達官網(wǎng)顯示,公司成立于2002年,于2007年承接了“十一五”863國家高技術研究發(fā)展計劃,成功開發(fā)、研制了氫能源汽車瓶;2010年上海世博會公司的車用氫氣鋁合金內(nèi)膽碳纖維全纏繞氣瓶成功應用;2011年“70MPa高壓氣態(tài)儲氫系統(tǒng)關鍵技術及應用”項目獲得了國家教育部科技進行一等獎。
在70MPaⅢ型瓶研發(fā)應用方面,高工氫電調(diào)研了解到,斯林達生產(chǎn)的70MPa氫瓶已通過型式試驗,為全國首家;科泰克70MPa氫瓶裝了多款車型,處于測試階段;富瑞氫能70MPa氫瓶在裝車,還未裝完;天海工業(yè)完成70MPa氫瓶的開發(fā),目前正處于送樣階段;中材科技70MPa氫瓶正在推進認證工作。整體而言,國內(nèi)70MPaⅢ型瓶已經(jīng)進入裝車實驗階段,主要適用于乘用車,何時能真正上路還是未知數(shù)。
值得一提的是,氫瓶能否承受70MPa的壓力主要取決于碳纖維鋪層,而目前能夠批量穩(wěn)定供應的只有日本東麗一家,價格高昂,一直為業(yè)內(nèi)所擔憂。但據(jù)氫瓶生產(chǎn)企業(yè)反映:“目前還沒有辦法采用國產(chǎn)碳纖維,一是經(jīng)過試驗達不到要求,二是即使能夠達到要求,目前采用國內(nèi)碳纖維也不便宜,反倒是更貴,因為沒有批量化生產(chǎn)。”
據(jù)了解,由于燃料電池汽車尚未實現(xiàn)大規(guī)模推廣,目前儲氫瓶整體產(chǎn)值并不高,這難以觸動碳纖維廠家投入人力財力物力發(fā)展適用于儲氫瓶的碳纖維產(chǎn)品。“他們在軍工領域產(chǎn)品的動力更強些。”上述業(yè)內(nèi)人士透露。
高工氫電調(diào)研發(fā)現(xiàn),關于70MPa車載儲氫瓶的研發(fā)應用,有四個被“詬病”的問題:1、法規(guī)標準不完善,國內(nèi)法規(guī)限制使用70MPaIV型瓶,國內(nèi)企業(yè)也未投入研發(fā);2、關鍵材料碳纖維全球僅一家企業(yè)(日本東麗)能提供,價格高昂;3、商用車規(guī)模較小,乘用車尚未開始推廣,70MPa儲氫瓶市場需求低迷;4、加氫站配套技術達不到,裝車后難實現(xiàn)加氫;
諸多“攔路虎”面前,有業(yè)內(nèi)人士感慨道:“國內(nèi)總體技術得不到很好的發(fā)展空間。”
客觀來看,當前國內(nèi)70MPa車載儲氫瓶的研發(fā)應用的確比國際步伐要慢,但也沒有外界想象的那么悲觀。同時有些人對70MPa車載儲氫瓶的發(fā)展應用存在一些“誤解”,也亟待糾正。
國內(nèi)70MPaⅢ型瓶有標準 但IV型瓶被禁止
目前我國已經(jīng)實施能夠適用于35MPa和70MPa的高壓儲氫瓶的相應標準GB/T35544-2017《車用壓縮氫氣鋁合金內(nèi)膽碳纖維全纏繞氣瓶》。
該標準規(guī)定了車用壓縮氫氣鋁內(nèi)膽碳纖維全纏繞氣瓶的型式和參數(shù)、技術要求、試驗方法、檢驗規(guī)則、標志、包裝、運輸和儲存等要求,適用于設計制造公稱工作壓力不超過70 MPa、公稱水容積不大于450 L、貯存介質(zhì)為壓縮氫氣、工作溫度不低于-40 ℃且不高于85 ℃、固定在道路車輛上用作燃料箱的可重復充裝氣瓶。
不過,這一標準只是意味著70MPaⅢ型瓶可以經(jīng)過檢測試驗安全后上車運行,國內(nèi)針對70MPaIV型瓶的法規(guī)標準仍然是一片空白,而且國內(nèi)儲氫瓶生產(chǎn)廠家目前還沒有投入研發(fā),其中原因涉及到很多方面。
一名技術人員表示:“相比于Ⅲ型瓶,IV型瓶不是更先進的概念,并不是更新迭代后的產(chǎn)品,只是氫瓶結構不一樣而已。Ⅲ型瓶和IV型瓶有各自的優(yōu)缺點,國際上采用IV型瓶的偏多,造成了一種更‘先進’的假象,或是受一些并沒有深入了解氫瓶的人的‘崇洋’心理影響。”
從技術角度來看,IV型瓶基體采用塑料材料,具有重量輕、成本低、質(zhì)量儲氫密度大等優(yōu)點,比較適合乘用車使用。國外燃料電池乘用車偏多,所以采用IV型瓶的自然也偏多。但IV型瓶也存在一些缺點,比如其對溫度特別敏感,如果控制不好溫度,以及使用過程中的氫氣充放速度、不可避免的泄露問題等,對整車安全性影響較大。
相對而言,Ⅲ型瓶雖然偏重些、成本高些,但其材質(zhì)溫度及環(huán)境適應能力強,密封性好,一般沒有泄露問題。其實國外除乘用車外,大巴及重卡與國內(nèi)一樣采用的是Ⅲ型瓶。國內(nèi)目前燃料電池汽車仍處于起步階段,采用Ⅲ型瓶其實是基于現(xiàn)實狀況的選擇。
“氫瓶裝載到車上使用時,影響安全的因素非常多,可能氫瓶出廠時是符合國家標準規(guī)范的,但使用時卻會出現(xiàn)問題。”另一名業(yè)內(nèi)人士說道,國外采用IV型瓶沒有問題,但這并不代表國內(nèi)采用就不會出現(xiàn)問題,因為處于摸索階段,不可控因素太多。
事實上,早在2015-2016年,車載天然氣氣瓶采用過IV型瓶(與IV型氫瓶類似),出廠時這些氣瓶都符合相關規(guī)范,結果裝車后出現(xiàn)了問題,甚至出現(xiàn)多起人命事故,很多當事人被停職。這導致法規(guī)標準制定者很抵觸IV型瓶,至今仍然沒有放開。
“目前IV型瓶看起來比Ⅲ型瓶略有優(yōu)勢,但風險很大。”上述業(yè)內(nèi)人士表示,國內(nèi)有些氣瓶企業(yè)有相關的工藝基礎,但并不讓開發(fā)。如果Ⅲ型瓶裝車量夠大,成本再降一降,也能夠做到與IV型瓶成本接近。當然,這也并不意味著未來國內(nèi)就不會有IV型瓶,隨著國外IV型瓶應用的成熟,以及國內(nèi)企業(yè)、資本的推動,或許能打開一道口子。
國產(chǎn)70MPaⅢ型瓶已裝車實驗 碳纖維國產(chǎn)化路遠
雖然目前國內(nèi)70MPa高壓儲氫瓶還未真正裝車上路,但國內(nèi)5家領先企業(yè)正在研發(fā)或已具備量產(chǎn)70MPaⅢ型瓶能力,并開始配合車企展開上車實驗。它們分別是科泰克、天海工業(yè)、中材科技、富瑞氫能、斯林達。這些企業(yè)有個共同特征:都擁有多年氣瓶研發(fā)生產(chǎn)經(jīng)驗(氫瓶和氣瓶可共用同一條產(chǎn)線,其中個別工序不一樣),同時瞄準未來氫瓶的廣闊市場。
科泰克成立于2003年,屬于央企全資子公司,長期從事鋁合金內(nèi)膽、呼吸氣瓶、車用復合氣瓶及其他高壓容器的設計、生產(chǎn)和銷售。目前科泰克氫瓶業(yè)務占整體業(yè)務比例90%以上,客戶涵蓋國內(nèi)主要燃料電池車企,占據(jù)了國內(nèi)車載儲氫瓶主要市場份額。
據(jù)科泰克相關負責人介紹,公司自承擔國家863課題開始,已經(jīng)扎根氫瓶領域十多年,是國內(nèi)最早展開評估性實驗的企業(yè)之一,圍繞氫瓶的安全性設計與考核做了很多前期工作,比如展開第一例35MPa氫瓶槍擊及火燒實驗等。目前公司不僅供應單瓶,且提供整套供氫系統(tǒng)。
天海工業(yè)是北京京城機電股份有限公司(證券簡稱京城股份,H股證券代碼0187,A股證券代碼600860)所屬主要骨干企業(yè),成立于1992年,擁有車用LNG氣瓶、CNG氣瓶、低溫貯罐、天然氣汽車加氣站等多方位的技術能力。
京城股份2018年度報告稱,公司擁有亞洲地區(qū)最具規(guī)模的、技術水平最先進的鋁內(nèi)膽碳纖維全纏繞復合氣瓶的設計測試中心及生產(chǎn)線,已具有自出知識產(chǎn)權,產(chǎn)品種類規(guī)格齊全,可依據(jù)客戶需求定制。公司所生產(chǎn)的 35MPa 高壓鋁內(nèi)膽碳纖維全纏繞復合氣瓶(儲氫氣瓶)已批量應用于氫燃料電池汽車、無人機及燃料電池備用電源領域。
中材科技(成都)成立于2001年,隸屬于中國建材集團旗下的中材科技股份有限公司(002080),以車載壓縮天然氣氣瓶、燃料電池氫氣瓶及系統(tǒng)和大口徑符合材料儲運單元為主營業(yè)務。公司擁有四川成都、江蘇蘇州兩個生產(chǎn)基地,其中成都基地是國內(nèi)CNG壓力容器單體工廠規(guī)模最大的企業(yè),與國內(nèi)外知名汽車主機廠建立了長期穩(wěn)固的合作關系。
富瑞氫能成立于2016年,是民營上市公司張家港富瑞特種裝備股份有限公司(股票代碼:300228)的控股合資公司。公司專業(yè)從事液氫容器、氫氣增壓裝置與加氫站、車載燃料供氫系統(tǒng)等產(chǎn)品的設計、制造和相關的技術服務,并承接制氫和氫氣液化工廠等工程項目的設計與裝備提供。去年富瑞特裝轉(zhuǎn)讓富瑞氫能全部股份,目前富瑞氫能已經(jīng)從中剝離出來。
斯林達官網(wǎng)顯示,公司成立于2002年,于2007年承接了“十一五”863國家高技術研究發(fā)展計劃,成功開發(fā)、研制了氫能源汽車瓶;2010年上海世博會公司的車用氫氣鋁合金內(nèi)膽碳纖維全纏繞氣瓶成功應用;2011年“70MPa高壓氣態(tài)儲氫系統(tǒng)關鍵技術及應用”項目獲得了國家教育部科技進行一等獎。
在70MPaⅢ型瓶研發(fā)應用方面,高工氫電調(diào)研了解到,斯林達生產(chǎn)的70MPa氫瓶已通過型式試驗,為全國首家;科泰克70MPa氫瓶裝了多款車型,處于測試階段;富瑞氫能70MPa氫瓶在裝車,還未裝完;天海工業(yè)完成70MPa氫瓶的開發(fā),目前正處于送樣階段;中材科技70MPa氫瓶正在推進認證工作。整體而言,國內(nèi)70MPaⅢ型瓶已經(jīng)進入裝車實驗階段,主要適用于乘用車,何時能真正上路還是未知數(shù)。
值得一提的是,氫瓶能否承受70MPa的壓力主要取決于碳纖維鋪層,而目前能夠批量穩(wěn)定供應的只有日本東麗一家,價格高昂,一直為業(yè)內(nèi)所擔憂。但據(jù)氫瓶生產(chǎn)企業(yè)反映:“目前還沒有辦法采用國產(chǎn)碳纖維,一是經(jīng)過試驗達不到要求,二是即使能夠達到要求,目前采用國內(nèi)碳纖維也不便宜,反倒是更貴,因為沒有批量化生產(chǎn)。”
據(jù)了解,由于燃料電池汽車尚未實現(xiàn)大規(guī)模推廣,目前儲氫瓶整體產(chǎn)值并不高,這難以觸動碳纖維廠家投入人力財力物力發(fā)展適用于儲氫瓶的碳纖維產(chǎn)品。“他們在軍工領域產(chǎn)品的動力更強些。”上述業(yè)內(nèi)人士透露。