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把脉未来能源社会 丰田倡导“氢电共存”发展模式

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未来中有现实,现实中有务实,丰田在第二届进博会的展台主角看似是车,但又超越了车本身。

如果你还记得首届进博会丰田的展台,活生生就是一场舞台剧,丰田把一座城市搬进来展示了未来移动出行社会中将要服务的每个人和每个场景,主角不是车是人。

今年,丰田展台主题是“保护蓝天,共建未来”,所描绘的丰田对氢电共存的能源管理社会的美好愿景。我们看到了熟悉的产品,卡罗拉双擎、雷凌双擎E+、CH-R EV,此外还有东京车展刚亮相的全新Mirai Concept以及应用Mirai上搭载的燃料电池堆、高压储氢罐等开发的FC卡车,FC拖车,FC叉车。

熟悉又陌生的是,我们在丰田的展台还能看到氢能的制造、运输、储存和使用等各个环节,丰田第一次把未来社会背后的能量源放到舞台中央——能源,它才是主角, 

“电动化”非目的,而是手段

在去年展示的可持续发展社会的内容基础上,丰田今年更聚焦于推动全方位电动化和未来能源问题解决方案。

随着碳排放法规进一步严格,以几大汽车厂商为首的制造业开始寻找各种方法来满足该要求,能源结构转换从未来话题迅速成为当下现实。

在此背景下,用电能代替传统燃油作为大多数企业的最终解决方案。但是提到日系领袖丰田的电动化战略时,因其纯电动车姗姗来迟一直饱受争议。

我们不妨看看“丰田环境挑战2050”战略和丰田向未来移动出行服务商转型战略,或许就能理解丰田电动化战略的核心。

丰田认为,只有实现环保的车普及才能够为环保做贡献,所以在HEV、PHEV、EV、FCEV四种技术路线研发的同时,不断加强其普及和量产落地。

基于自身转型目标和新型环保能源社会的愿景,丰田一直坚持针对不同出行场景研发不同技术,坚信不同出行工具才能构成未来出行社会。

数据显示,在全球范围内丰田电动化产品累计销量已经达到了1400万台以上。经过多年的积累,与HEV共通的电动化核心技术(电池、PCU、电机)也逐步进化,并应用于PHEV、EV、FCEV商品上。

在氢燃料电池技术方面,时至今日,丰田领先行业突破了燃料电池堆及整车的核心技术问题,并实现了一定范围的商业化落地,满足用户需求。

乘用车方面,丰田2014年发售首款量产氢燃料电池车Mirai,快充3分钟后续航达到600km(NEDC工况下丰田测试值),同时对环境非常友好,只排水不排碳,在行驶过程中可以将吸入的空气里所含的PM过滤掉,起到“负排放”的效果。同时,还能在高寒状态保持正常的续航和性能。截止目前,Mirai在全球的累计销售台数达到了10000台左右。

在今年10月举办的东京车展上,丰田还发布了下一代Mirai Concept,比现款Mirai的续航里程提升了30%。全新Mirai这次也亮相进博会丰田展台。

此外,丰田也在积极推进Mirai上搭载的燃料电池堆、高压储氢罐等技术在产业方面的开发和应用。在日本已经开始进行相关的实证实验,例如:丰田汽车本社工厂内的FC发电机,711用于配送的FC轻卡,机场用于牵引货物的FC拖车以及FC叉车等。

机构预测,到2050年,全球燃料电池乘用车保有量预计将达到4亿辆,约占全球乘用车保有量的25%;燃料电池卡车保有量将达1500万~2000万辆,约占全球卡车保有量的30%;燃料电池巴士保有量将达500万辆,约占全球巴士保有量的25%。

如今,丰田不再是一家汽车公司。在2018年出丰田对外宣布转型成为一家移动出行服务商时,丰田章男的愿景是希望为人类提供安全、环保和自由的出行环境,共建氢能社会是丰田的终极愿景,其中,“电动化”只能是手段,并非目的。

为清洁,氢电可在多个场景下共存

交通出行是能源结构快速转型最典型的领域,而在这一轮转型过程中,电能和氢能是当下受关注度最高的两种能源。

两种能源都有其优缺点。在技术路线上,目前EV是主流,因为电能获取容易、基础设施廉价、技术进入门槛低,适合大规模普及。而且,电机效率高、反应快、设计简单,是理想的动力执行机构。

与电相比,氢能作为可再生能源可挖掘潜力无限,从存量上看,可以说生活中到处都有氢能。

如果能够用科学的方式制取氢能并将其储存,发挥氢能的注入速度快等优势,作为补充能源氢能与电共存,可以更好地满足我们节能环保要求。除了我们提到的乘用车、商用车领域外,同时能够在大型电站电量不足时“雪中送炭”,成为很好的便捷发电站。

在氢能领域,丰田在日本与各地区及公司合作,开发了氢的制造、运输、储存和使用相关技术,并开展了示范运行。丰田同丰田通商等集团企业一起,正致力于太阳能、风力发电的水电解制氢,污水污泥以及家畜粪便等的氢制造技术的研发和示范运行工作。

而在氢电共存实践落地方面,丰田也在不断探索和实验。以丰田生产线为例,氢气被运送到工厂区域后,在工厂中有各种使用方法,在生产MIRAI的日本总部工厂,丰田同时利用电力和氢气,在汽车生产过程中挑战CO2零排放。

除此之外,我们知道目前各种大型电站都是先发电再送往电网,但随着终端用户电能消耗的与日俱增和负荷不同,电网很容易出现高峰和低谷,电力供应不足已是常事。但如果用“氢电”共存的理念,在用电低谷期,可以吸收多余的电来进行电解水生产氢,在高峰期所生产出的氢能可以作为灵活、移动的氢能发电站存在。

日本已经有很多相关案例,例如在台风、地震之后的避难所,氢燃料电池大巴可以作为应急发电站对外供电。  

当然,在整个生产和产业商业化过程中,氢能的制取、储存和运输,再到与电能的互相转化都需要科学合理的过程和严格的验证。

根据国际氢能委员会(Hydrogen Council)预测,到2050年,全球氢能需求量将是2015年的10倍左右,氢能占全部能源消费的比重会提高到18%;氢能经济的市场规模将达到2.5亿美元,并提供3000多万个就业岗位;还将带来6万吨二氧化碳减排量。

其实,我们清楚地认识到,电能不环保,氢能在短期内难做到规模化,无论在哪个领域,独当一面很难为环境做出明显改善。

如果越过技术瓶颈,氢能将得到更大范围的应用,而氢电共存将会是当下制造领域最理想的环保方案。

开放合作,“普及”才是真环保

 “保护蓝天,共建未来”是全人类共同的愿景,什么才是终极解决方案大家都在探讨过程中。但是丰田一直坚信,只有将环保车型得到最大化普及,才能够共同建筑绿色未来。

可以说,造一辆车和普及一辆车,对丰田而言同等重要。

丰田对HEV和PHEV车型的普及是全球市场有目共睹的,如今丰田希望与全球合作伙伴共同建造更加环保的、合理的产品组合和能源结构,例如将FCEV车型作为重要一环。在过去一年中丰田与中国众多合作伙伴在氢燃料电池车领域开展了全方位的技术合作。

今年4月,丰田与北汽福田与亿华通达成合意,将在福田生产及销售的FC大巴上搭载采用丰田FC电堆等零部件的亿华通FC系统。

7月,丰田与一汽股份、苏州金龙及上海重塑达成共识,将在一汽股份、苏州金龙生产及销售的FC大巴上搭载采用丰田FC电堆等零部件的上海重塑FC系统。

今年4月,丰田再次用行动证明了其开放合作能力。丰田决定无偿提供持有的关于电机、电控(PCU)、系统控制等车辆电动化技术的专利使用权,涉及专利约23740项。

在电池领域,今年7月丰田选择与与宁德时代和比亚迪达成合作,共同探讨电池新技术开发、以及电池回收再利用等多个领。

随着我国正在推进能源结构改革,已经明确了可再生能源的占比至2035年增加到20%,2050年增加到60%的目标。然而,可再生能源难以稳定供应,氢气则可为弥补该短板发挥重要作用。例如,在中国,每年的弃光弃电量相当于北京市两年半左右的电力消耗量,但如果我们将这些可再生能源电力转换为氢气并储存起来,就可以在需要的时候和需要的地方将其作为能源使用。

据专家预测,中国到2020年左右的氢能潜力可满足150万辆FC商用车或750万辆FC乘用车一年的加氢需求。

在各个地方,各种场景下,氢能和电能共存是丰田设想的未来的能源社会,但毫无疑问,一段时间内产业发展仍面临很多突出问题和困难。丰田表示,未来将会以更开放的态度与中国产官学界携手,共同推动环保可持续发展的社会。

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