NEXO——現(xiàn)代汽車的氫能野望

2019-08-30 14:42:06 作者：nanchang01

　　【太平洋汽車網(wǎng) 行情頻道】

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(fā)展規(guī)劃，文中寫到——

現(xiàn)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(guī)劃了2022年年產(chǎn)4萬輛燃料電池汽車的計劃。事實上，現(xiàn)代集團對「燃料電池2030」的愿景看起來非常確定：現(xiàn)代擬在2030年實現(xiàn)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(xiàn)代汽車發(fā)布了純FCV平臺打造的燃料電池SUV——NEXO。NEXO之于現(xiàn)代，有著豐田Mirai的標桿意義——經(jīng)歷了途勝iX FCV的嘗試與迭代，NEXO是現(xiàn)代汽車將燃料電池技術的集大成之作，相較于它對于現(xiàn)代乃至韓國氫能產(chǎn)業(yè)的象征意義，單個車型的潛在商業(yè)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(chǎn)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(fā)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(zhàn)略高度：因為能源的變革不僅是資源形態(tài)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(fā)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(xiàn)了螺旋式發(fā)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(fā)展。而在道路交通領域之外，氫能也將發(fā)揮更顯著的優(yōu)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(jīng)在不同領域展開了商業(yè)化應用，其出貨量在過去數(shù)年中持續(xù)增長：根據(jù)E4Tech統(tǒng)計，2018年全球燃料電池的總出貨量已經(jīng)超過了800MW。這當中最為主流的應用就是發(fā)電和車用。而應用于發(fā)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(lián)產(chǎn)（CHP），其高出貨量是源于日本的家用燃料電池系統(tǒng)Ene-farm的持續(xù)推廣；而PEMFC工作溫度低，能夠實現(xiàn)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(jīng)成為公認的車用燃料電池主流技術路線。

在韓國政府今年1月發(fā)布的「氫能經(jīng)濟發(fā)展路線圖」中，韓國政府提出了2025年實現(xiàn)年產(chǎn)量10萬輛燃料電池汽車的生產(chǎn)體系，2040年累計產(chǎn)量達到620萬輛，并在同年實現(xiàn)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(xiàn)伙伴，無疑就是現(xiàn)代集團。

之所以氫燃料電池汽車是氫能經(jīng)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(yè)化即意味著能夠通過汽車產(chǎn)業(yè)的龐大體量來拉動氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。而現(xiàn)代集團，也將借此機會躋身全球能源產(chǎn)業(yè)的玩家。與日本類似，韓國的工業(yè)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(guī)劃下，意圖實現(xiàn)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(guī)劃的同時，韓國政府要在2040年實現(xiàn)526萬噸氫氣的年產(chǎn)量，而計劃生產(chǎn)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(tǒng)文在寅所說：

（氫能產(chǎn)業(yè)）這是一個黃金機遇，這將從根本上改變韓國國家能源系統(tǒng)，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(guī)模的規(guī)劃，來源：韓國政府發(fā)布

二，凝聚技術實力的旗幟：NEXO

在氫能規(guī)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(fā)的燃料電池汽車，就只有豐田Mirai與本田Clarity，而將其技術參數(shù)作一對比，NEXO作為后發(fā)者，具備了完全的優(yōu)勢。而選擇C級豪華SUV車型進行FCV開發(fā)，無疑也是經(jīng)過了慎重考量：一方面，除了個別地區(qū)，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，F(xiàn)CV在大型車上的里程和充能優(yōu)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。

從現(xiàn)代發(fā)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(chǎn)品，實際上與前者已有較大的差異：在動力系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)體積下降了18%、重量下降14%，但系統(tǒng)運行效率上升了5.1%，達到了60.4%。與此同時，NEXO開發(fā)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(xiàn)代為NEXO配備了燃料電池系統(tǒng)的監(jiān)測與診斷系統(tǒng)，每月對燃料電池的健康狀態(tài)進行檢測并遠程發(fā)送報告。

提升電堆功率、改善系統(tǒng)冷啟動能力等等技術命題，都是這輛車在開發(fā)過程中歷經(jīng)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(tǒng)上大力投入研發(fā)，圍繞C級豪華SUV的定位，現(xiàn)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(fā)燃料電池技術與平臺，對于現(xiàn)代來說，無疑有助于降低未來的研發(fā)與生產(chǎn)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(zhàn)與機遇并存

NEXO為現(xiàn)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(fā)過程中，現(xiàn)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(tǒng)附件的驗證。而現(xiàn)代對于燃料電池汽車的規(guī)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(nèi)氫燃料電池商用車的應用場景，或是富氫地區(qū)的區(qū)域內(nèi)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(fā)展的氫能產(chǎn)業(yè)鏈仍然有著多處空白：制氫、儲運氫、加氫和燃料電池系統(tǒng)技術，均有待持續(xù)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(yè)都已經(jīng)展開拳腳：濰柴聯(lián)手大洋電機和巴拉德，要成為中國企業(yè)中的燃料電池系統(tǒng)領頭羊；燃料電池系統(tǒng)供應商億華通則牽手豐田共同研發(fā)公交車動力系統(tǒng)；現(xiàn)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(fā)布計劃，并有可能進入中國的燃料電池系統(tǒng)供應市場。