三、关键零部件的制造难度
FCV在生产方面的另一个问题,是关键零部件的供给难度。
EV的零部件供应,基本上是既存工业产品生产的延伸;而FCV的零部件生产,则完全需要在全新的领域进行研发。
燃料电池的核心装置——燃料电池堆,是由数百枚高分子电解膜叠加而成,在制造上要求非常高。虽然燃料电池堆制造的具体信息并没有公布,但从目前MIRAI那极低的生产台数上看,或者零部件的加工工艺性太差,或者丰田公司现在还没有解决量产加工工艺问题。
另外,能够承受700个大气压的高压氢气储罐,其制造工艺也非常复杂。
氢气因为体积很小,因此在高压下氢气分子会渗入到金属的晶体之间,使金属变脆。所以,FCV的氢气储罐必须使用高分子树脂材料。
从丰田公司所公开的资料来看,氢气储罐使用多层树脂制造:在内层,使用高分子致密性材料阻止氢气泄露;在外层,使用高强度碳纤维及纳米尼龙材料保持强度。当然,罐体材料还要具有保温性能,同时还要保持低温环境下(罐内的氢气温度为-40摄氏度)的强度。
在使用吹塑成型的内层外侧,一层层地缠绕用碳纤维加固的高分子材料扁片。缠绕方式分沿圆周方向、轴向和螺旋方向三种,反复缠绕直符合要求为止。因随着储罐内氢气的放出,罐内压力下降导致储罐缩小,故外层材料除要求有足够的强度之外,还要具备一定的伸缩性能。
在极端的使用状况下,氢气储罐要承受接近常压~700大气压的反复变化,罐体材料容易产生疲劳。所以日本规定罐体材料必须具备能够承受22,000次压力变化的耐久性。
需要这样复杂的制造工艺,FCV的制造成本恐怕会一直居高不下。
四、社会基础设施的建设难度
新能源车的普及所需要面对的一个重要的问题是:无论EV还是FCV,其普及推广都需要社会基础设施的跟进。那么,目前充实EV用充电桩和燃料动力车用“加氢站”的成本如何?
从国内电动汽车电商宝工商城可以了解到:家用充电桩分为“壁挂”式和“埋地”式两种,价格为从两千多元到万元,设置所需时间为一两个小时之内。而设置商用充电站(备有复数的重点桩),总投资(不含地价),为500万元至几千万元之间。但因国内没有配套于燃料动力车的加氢站,下面我们看看同时拥有这两种设施的日本的状况。
在日本,EV充电分为普通充电和快速充电两种。和普通充电需要8小时相比,快速充电只需要30分钟就能充满80%的电力,名为“CHAdeMO”。“CHAdeMO”是一个日语组合词,包含着“CHArge de MOve”(为运行而充电)、“在饮茶时即可充电”等意思。具有快速充电能力的充电桩较贵,每台200~500万日元,算上安装工程费用为300~1,200万日元。考虑到在日本建设一座汽油加油站约需1亿日元这一状况,建设充电占的成本应该说是很低的。根据日本CHAdeMO协议会的发表,截至2015年11月9日,日本国内共设置了EV充电设施5,484座,而全世界对应日本充电规格的充电设施共设置了9,197座。
在日本,建设一座中规模的FCV加氢站,需要4.5亿日元。为缓解建设加氢站所需的巨额建设成本,日本政府设立了“氢气供给设备整备事业费辅助金”制度,为每座加氢站提供2.5亿日元的补贴。
在这种条件下建设的加氢站出售的氢气价格为每公斤1,000日元(免除燃料税等)。充满一罐氢气约需4,300日元。综合MIRAI最大行驶距离650千米这一指标,上述氢气价格和一台混合动力车的燃料成本相近。
但是,即使日本政府对加氢站提供了高额的财政补贴,日本国内加氢站的建设速度仍远远落后于政府目标。按照日本政府发表的“氢气及燃料电池战略路线图”,2015年日本国内以四大都市圈(东京、大阪、名古屋及福冈)为中心,应建设100座加氢站。可是,截至于2015年10月下旬,日本全国仅建成加氢站28座,不及计划的1/3。
加氢站的建设,需要投入天文数字的社会资本。就连直接利益者——丰田公司自身都不准备建设加氢站,这一事实从侧面说明了普及加氢站的难度。
从这个角度看,丰田的FCV“MIRAI”续航距离为650千米,本田的FCV“CLARITY”续航距离为750千米,与其说是表明了车辆的性能优异,不如说是厂家应对加氢站数量过少的一种无奈之举。
从争夺社会资源建设基础设施的角度看,同为新能源车的EV与FCV在某种意义上,是一种互为竞争对手的关系。而从中央政府有效利用社会资源的角度看,应该是全力促进其中一种产业的发展,而不应“脚踩两只船”。这种做法,将会使目前捉襟见肘、入不敷出、寅吃卯粮的日本政府的财政状况变得更加雪上加霜。同时,这种“一心二用”的做法,也会阻碍相关行业的健全发展。
五、能量充填的难度
在EV和FCV补充燃料方面,EV远逊于FCV。
目前日本国内最快的充电方式,为“CHAdeMO”方式。据介绍,使用这种快速充电方式,可在30分钟内,为日产聆风(Leaf)EV充满80%左右的电力。使用这些电力,EV可以行驶180千米。
而FCV在加氢站用3分钟时间即可装满氢气。使用这些氢气,MIRAI可以行驶650千米。
造成这种现象的原因,是目前人们还没能找到一种高效、高能量密度的蓄电池。但是,这个问题并不是没有解决方法。
首先,可以通过建设社会技术设施来解决EV续航距离短的问题。
比如,可在EV的巡航里程之内建设充电站,同时在公共停车场内建设充电设施。如果在EV乘客进行购物和娱乐的同时在停车场为EV充电,那么EV充电时间长的问题就会迎刃而解。而如果充电设施的分布能够达到随停随充的程度,蓄电池容量低的问题也就不显得突出了。南方很多城市的公交系统采用的“换电”方式,也是解决这一问题的重要途径。
其次,根据车辆用户的日常用车规律来选择车型。
目前状况下,EV最适用于类似于市内交通的短途驾驶。实际上,除需要长途行驶的用途之外,绝大多数用户都是每天行驶距离较短的。据日产汽车公司对该公司生产的聆风(Leaf)车用户的追踪调查,绝大多数用户每天的行驶距离为30千米。远远达不到该车250千米的续航里程。
本项结论:虽然FCV充能速度优于EV,但并非无法解决。
六、环保程度
同为新能源汽车,以环保为卖点的两种车辆,其环保型能如何?
在评测某一款汽车的环保型能时,国际上通行的做法,是进行“Well to Wheel”评价。即从井(Well)开始,直到汽车(Wheel)行驶为止,整个过程所产生的二氧化碳总量。
比如,汽油车的场合,需要计算从油田抽出石油,在化工厂提炼出汽油,装填到汽车的油箱中驱动车辆行驶,同时考虑在油田的石油运输到各个结点的运输过程中所产生的二氧化碳总量。
FCV的效率则和如何制取氢气有很大的关系。
氢气是宇宙中最轻的物质,即使地球的引力也无法束缚。所以,单质的氢气在地球上并不存在。获得FCV所需要的氢气,需要花费能量(一般是电力)从化合物中提取。也就是说,氢气和电力一样,都属于二次能源。
从原理上讲,FCV是一种混合动力车,其驱动方式和混动车中的“串联”方式相近。即发动机(在这里,是燃料电池)发电,带动驱动用电动机运转,使车辆行驶。无论通过何种途径获取氢气,在车内都存在着一个化学能转换为电能的能量转换过程。在这个过程中,会产生能量的消耗,即使不考虑在燃料电池中氢-氧化合反应的效率,也存在着一个产生大量的反应热的能量消耗(因此FCV的散热器要大于普通汽油车)。
为实现用氢气驱动车辆行驶的目的,需要进行多次的能量形式转换。考虑到效率问题,能量转换的次数越多,则损失的能量越多,环保性能就越差。
和FCV相比,EV需要的是电力本身。所以,在“Well to Wheel”的整个过程中,EV减少了能量形式的转换过程,所以在整个过程中排放的二氧化碳总量要少。
所以,FCV的环保性低于EV。
从上面的分析看,几乎在所有的因素中,和EV相比,FCV都处于竞争的劣势地位。