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淦饮清钰


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氢能源车为什么推广不起来?


全文5300字

未来一百年是新能源车的天下?还是燃油车的天下?我个人的看法是中长期(二三十年之后)可能是电动车的天下,长期(七八十年以后)可能是氢能源车的天下,现阶段到未来十年二十年,电动车能发展到什么程度,可能主要取决于人类对自动驾驶的需求程度,以及传统燃油车企肯让步多少。

目前只有极少数燃油车实现了部份自动驾驶,比如福特蒙迪欧L2级别,奔驰S级豪华车实现了L3级,在日本销售的本田里程(Legend)实现了L3级……这些车从20万到上百万,价格都很高。但要是放到电动车领域,就连十几万甚至七八万入门级的都有自动驾驶功能,比如最近降价的比亚迪“秦”,早期的“秦EV300”大概是20万,而最近推出的使用了超级混动技术DM-i的“PLUS荣耀版”起价只有7.98万元,但也宣称具有L2+级别的自动驾驶功能。

这是为什么?因为自动驾驶大量使用AI技术,而AI技术会消耗大量电量,从传感器、雷达、摄像头控制器等数据搜集终端到行车电脑运算,以及和云端联网,都是用电大户,而传统燃油车的蓄电池只有约0.8度电,而且燃油车系统复杂,相应的OTA升级会比电动车程序更多,电池容量也要有更多的冗余才可以,相比燃油车的组成,电动车可谓简单得多,最主要的就是电池、电机和电源管理系统,而且有大大的电池包,做智能驾驶有先天优势,而且电车因为省了燃油车的做功过程,也没有变速箱和传动轴(桥),电流从电机直接到达车轮,而电的速度和光同速,所以电车的反应速度和动力到达车轮所需要的时间比燃油车快三十四倍,这在千钧一发的危急时刻,往往也是生死一瞬间,所以电动车做自动驾驶,其优势是燃油车无法比拟的。       

虽然在自动驾驶领域电动车大幅度领先于燃油车,但是人类驾驶员的驾驶水平和心理素质,应该永远都是车辆必不可少的安全备份——可以用不到,但不能没有,而人类也要做好准备随时接管车辆,或者失控的AI世界。       

关于“失控的AI世界”,展开说几句。当地时间2月29日,马斯克向旧金山高等法院递交起诉书,控告Open AI违反了公司在注册时签署的《成立协议》,该协议规定今后发展人工智能只能是非营利性的为了人类的未来,不能为了商业利益,必须开源,等等,同时,作为股东和联合创始人的马斯克将这个公司命名为“Open AI”,强调其开放性,马斯克为Open AI前后一共捐赠了约8000万美元和第一台超级计算机,后来Open AI转向盈利性机构,马斯克辞去了联席董事长职务,随着Open AI越来越不透明的运作,马斯克对于该公司发展AI的用途越来越担心,终于走到了决裂的地步。         

马斯克一直以来都支持和鼓励AI的发展,但是也多次表达了AI对人类的威胁,奥特曼之所以能得到马斯克的资助,也和他当年表达的对人工智能的担忧有关系,奥特曼说:“超级人工智能的发展可能是对人类持续存在的最大威胁。我认为还有其他威胁更会发生,但不太可能毁灭宇宙中的每个人类,然而超级人工智能就可以做到这一点。”         

马斯克不差钱儿,为了经济利益做这事的可能性不大,我个人更倾向于他是为了阻止Open AI的“黑化”。

这也是我上文说的“人类应该随时做好接管失控的AI世界”的原因。

说完这些咱们继续说汽车,现在解释下智能驾驶系统的6个级别,如下:

L0级,车辆完全由人类驾驶员控制;L1级,系统会在特定情况下介入,如紧急刹车或稳定车身;L2级,在这个级别,车辆能够在某些条件下自动控制,例如加减速和方向盘控制,但驾驶者仍需保持注意力集中,准备随时接管车辆;L3级,车辆在大多数情况下可以自动控制,驾驶者只需保持注意力集中,但仍需监控驾驶环境,并在必要时接管车辆;L4级,车辆能够完成所有驾驶操作,驾驶者只需提供目的地或输入导航信息,系统可以在任何环境和路况下运行;L5级,最高级别的自动驾驶,车辆在任何环境和路况下都能自动运行,无需人类驾驶员干预。

目前,比亚迪是首个获得中国高快速路段L3级测试牌照的车企,小鹏汽车是L2.5级,理想是L2级,宝马横跨L2-L4,奔驰大部份车型是L2级,新款S级可达到L3级,奥迪A8是全世界第一台具备L3级自动驾驶的量产燃油车,目前奥迪全系车自动驾驶的级别从L2-L3不等,福特则暂时放弃了L4级,主攻L2级,丰田从L2-L4都有(连广汽丰田出的“赛那”也具备L2级自动驾驶水平),本田的Legend Hybrid EX是全球第一款获得法律许可的L3级自动驾驶新能源量产车,本田全系车拥有从L2-L4的自动驾驶水平……         

真正意义上的自动驾驶,要到L4级别以上了,目前的L2、L3最多算部份自动驾驶,而特斯拉的自动驾驶,只有L2级,不过我个人理解,特斯拉的自动驾驶是所有这些车型里最成熟、数据最强大,也最没有水份的自动驾驶,不像有的车,第一天吹嘘自己的自动驾驶遥遥领先,结果第二天bang的一声差点儿把驾驶员送走……

自动驾驶的基础是新能源车,但其实根本没有劳什子新能源,就是把猫叫了个咪罢了。

1、什么是“新能源”?         

新能源是个伪概念,从来不存在这种东西。         

风能、太阳能、水的势能,这都存在了几亿年了,就算核能,也几十年了,电能也一百多年了,何来“新”这一说?无非是换个容器或者储存方式罢了。

16世纪英国医生吉尔伯特发现“电力”、“电吸引”;1752年本杰明·富兰克林通过风筝证明了雷电的能量,并发明了避雷针;1785年意大利人福特发明了第一个电池组,1820年丹麦人汉斯·奥斯特发现电流磁效应,19世纪70年代电力被广泛应用,1882年特斯拉发明了第一台交流电机,第二次工业化浪潮开始。

149年前的1875年巴黎建立了全世界第一个火力发电站 ,144年前的1879年,上海杨树浦建了蒸汽发电机组,1878年法国建成世界上第一座水电站,112年前的1912年5月,中国第一座水力发电站云南石龙坝水电站开始发电……世界第一座核电站是俄罗斯卡卢加州的奥布宁斯克核电站,于1954年6月开始发电,我国的秦山核电站,70年代动工,1991年12月并网发电。

再说说石油,全世界第一座加油站于1905年在美国圣路易斯安娜州开业,中国第一座加油站1948年在上海四川路开始营业,全称是“中国石化上海石油第一加油站”,目前中国有约12万座加油站,公共充电站3.5万座,换电站2000座。

现在说说氢能,早在1800年英国科学家就发现了通过电解可以制氢,1895年英国科学家威廉·雅克制造了氢能“电堆”,这项研究被用于英国海军的潜艇,1960年以后,氢能逐渐用于潜艇、拖拉机、航空,1966年,通用公司推出全球首款氢燃料电池汽车,我国则在1978年由大连化学物理所推出第一块碱性氢燃料电池。   

所以,从来没有什么新能源,就是为了好卖,换个洋气的名字罢了,昨天的留言区有读者提到了多建设换电站,就能缓解电动车充电的困境,这显然不可能。

2、换电站和充电桩的区别

咱们先说说电动车的充电模式,常见的电动汽车充电模式分为两种,直流充电和交流充电。直流充电就是我们常说的快充模式,交流充电就是电动汽车的慢充模式。一般来说用直流充电桩充电大概把电池充满需要花1.5~3小时;而用交流充电桩充满电起码要花费8~10小时。充电时间永远都是一个问题,目前充电效率最高的特斯拉V3充电桩,能在15分钟补能大约250KM续航(已经是当前的极限),而这个时间也是要远远大于加油的。而且,使用高功率的充电桩,往往会对电池造成不可逆的伤害。

一辆车加注燃油,从摘枪到结算,也就是三五分钟,而充电则平均半小时,这之间差了6倍,要是考虑到满充和慢充等因素,电动车的能源补充时间比燃油车多6-14倍,所以有了换电模式。

换电的核心要素是车电分离,类似电动两轮,电池可以取下来,所以换电过程时间短,比较接近燃油车进站加油所用时间,但是得有专业人员来操作,所需时间也在十几分钟左右,高效的背后是相对较高的服务成本,建造换电站的投入比设立充电桩的投入要大得多,而且从用户的角度来看,在进行换电之后,自己原本的新电池是否被换成了旧电池?频繁换电对于自己的车辆安全性是否有影响?这都是用户所担心的问题。目前不同车型的换电方式差异较大,也并不是所有的车型都支持换电,而要想让所有的车企都统一电池规格,显然不可能。

所以,目前“换电”的主要应用场景是公交车等国有资本或者自身价值不高的车辆,以及一些应急场景。

3、前途一片大好的氢能源为何举步维艰?

氢气最轻,能量密度仅次于核能,氢(H)位于63种化学元素之首,氢是地球上分布最广泛的物质,地球构成的75%都是氢(想想地球上有多少水),而目前的宇宙可观测原子,氢占了90%,从天空的大气到地下的水流以及地壳中的岩石层,还有石油天然气和煤炭等化石燃料中,都有氢元素,这意味着随着人类科技的进步,氢能今后可能会成为我们最重要的能源来源。

氢能的级别分类,从煤炭、石油等化石燃料以及工业副产品中制取的氢称为灰氢,而如果通过碳捕获技术隔离掉了取氢过程的二氧化碳,灰氢就变成了蓝氢,而从电解水、光能、风能等可再生能源或生物质中制取的氢则叫绿氢

氢在地球上最多,燃烧后产生水和氧气,不会污染环境,但是为什么应用不广泛?先说说世界范围内大家共同面临的难题。   

 
两个氢分子和一个氧分子经过燃烧生成两个水分子


制氢、储氢、运氢和加注四大环节导致氢的使用成本居高不下,目前全球96%的制氢方式都是使用化石原料,就是煤炭和石油,这种制氢方式不仅和人类追求的环保理念背道而驰,而且成本非常大,不是很大,是非常大,而且这样制造出来的氢气只能用于冶金、半导体提纯和制造化肥等,不能用于氢能源产业。

存储方面:氢气低于零下253°无法液化,极易泄露,极易扩散,极易爆炸(爆炸极限为4.0%-75.6%),安全性极差,金属储存氢,会破坏金属的结构,让金属变脆,形成“氢脆”,氢气在金属内部形成的气压高达18.7兆帕,是地表气压的187倍,而且“氢脆”一旦形成无法消除,目前甲醇储氢和氨气储氢目前正在研究中,也还不具备推广条件。

运输难题也是由氢的特性决定的,管道运输是未来,但仍然有技术未克服,我国目前运氢管道仅有一百多公里,主要集中在环渤海湾和长三角地区,而美国有2700公里、欧洲有1600公里。   

美国是目前全球液氢最大的生产国,约占80%,而日本的氢能源技术十分先进,甚至能在加氢站完成制氢,日本的加氢站约占全球25%。

氢的加注也是麻烦事,到了加氢站之后,还要二次加压、二次存储,然后再加注,而一座加氢站的投资规模是加油站的3倍,后续运营费用也十分高昂。

所以,氢能产业无法得以成长不是某一个环节出了问题,而是整个产业链的产业化程度都很低,整体积累不足,商业化、规模化的条件很差,还需要很长时间来发展。

接下来说说我国的氢能源现状。

我国目前最主流的制氢方法是化石能源制氢,因为这种技术最成熟,并且煤炭的价格低,成本可控,截至到2022年我国的制氢产能规模已经达到了4000万/吨,而同期的天然气产能也不过2201.1万吨(2201.1亿立方米),但这种生产方式每制取1千克氢就会产生20千克的二氧化碳,简直是对“碳中和”的公然羞辱。🤦‍

低碳的电解水制氢也存在问题,制造的效率不够高,制造过程中会有大量的能量损失,导致电能的损耗很大,电解水制氢的投入中,电价能占到其成本的78%,如果再加上储存和运输,以及加注成本、人工成本,还不如直接用电算了,这种高昂的成本成了目前电解水制氢难以推广起来的最大困难。

高昂的生产成本,以及高达1200-1800万左右投入才能建成一个加氢站,这就导致截止到2022年我国的加氢站一共只有358座,远低于9258座的加气站和12万座的加油站,截止2023年12月全国有380座加氢站,占全世界的30%,但是只有240座在运营中。   

广东是加氢站最多的省份,50座,充电站约2.5万个,加油站大约是8100个;山东加氢站28座,充电站约9000个,加油站约1.4万个;江苏、浙江各21座加氢站,上海、湖北各15座加氢站。

汽车加氢的价格也很贵,目前我国的加氢价格基本是每公斤50-100元(国家补贴后),而普通汽车消耗一公斤氢只能跑100公里,而100块钱的92号汽油按8元每升算是12.5升,按普通家用轿车8-10升的百公里油耗,12.5升汽油可以跑156-205公里——加氢已经很贵,氢能车更贵得离谱。

丰田mirai(米若依)75万,3分钟加满氢气,续航781公里;长安汽车的“深蓝”,加氢3分钟,续航730,售价68万;上汽大众MAXUS MIFA,79万起步,现代NEXO(乃克搜)80万。

中国是全世界最大的氢能源制造国之一,但不是最大的氢能源利用国,更不是氢能技术领先国——加氢枪、压缩机、储容器和质子交换膜等关键设备,氢密封材料、低温金属材料、高效冷绝缘材料等关键材料等目前中国都需通过进口来解决,与此同时,制氢方面以灰氢为主要产出,产业链的绿色升级还有很远的路要走。

国际氢能委员会预测到2050年氢能将占据能源消耗的18%,这其中大部份是工业消耗,所以,总结一下我们可以看出,氢能源要想步入寻常百姓家,还不知道是猴年马月,而电瓶车目前因为在续航、保险费用、质保、充电麻烦、综合实际使用成本、撞击后的安全性上存在多方面的短板,以及燃油车深耕一百多年形成的稳固市场地位和强大的技术支撑,这些因素都决定了燃油车的地位短时间内依然会很稳固,至于这个“短时间”到底是几年还是几十年,我就说不来了。

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