推進氫能與燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的四大建議

黨的十九大報告提出,深化供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革,建設(shè)現(xiàn)代化經(jīng)濟體系,加快發(fā)展先進制造業(yè)。燃料電池汽車是新能源汽車的重要組成部分,發(fā)展燃料電池汽車,不僅能夠支撐先進制造業(yè)發(fā)展,還將助力現(xiàn)代化經(jīng)濟體系建設(shè)和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革。

燃料電池汽車以氫能為主要動力源,因而,燃料電池汽車需要與氫能產(chǎn)業(yè)并行發(fā)展。作為一種清潔高效的二次能源,氫能應(yīng)用領(lǐng)域廣泛,不僅可以滿足汽車等移動式能源需求,還能夠滿足家庭等分布式能源需求。大力發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè),也是十九大報告提出的構(gòu)建市場導(dǎo)向的綠色技術(shù)創(chuàng)新體系、壯大清潔能源產(chǎn)業(yè)和構(gòu)建清潔低碳、安全高效能源體系的具體實踐。

我國氫能與燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在的問題

從全球發(fā)展態(tài)勢來看,一些國家已率先開始了燃料電池汽車的產(chǎn)業(yè)化,并在氫能技術(shù)與應(yīng)用方面取得較大進展。早在2014年12月, 日本豐田就推出了市場化的燃料電池轎車Mirai,加氫時間僅需約3分鐘,續(xù)駛里程達到650公里。Mirai 補貼后的價格折合人民幣27萬元左右,2015年銷量為498輛,2016年銷量超過2000輛。除日本豐田之外,日本本田、韓國現(xiàn)代等企業(yè)也分別推出了市場化的燃料電池汽車產(chǎn)品。在推進燃料電池汽車發(fā)展的同時,美國、日本、德國等國家積極布局加氫基礎(chǔ)設(shè)施。

截至目前, 美、日、德三國已建成加氫站數(shù)量分別達到90座、60座和40座。從氫能發(fā)展來看,全球正處于氫能產(chǎn)業(yè)化加快推進時期。美國、德國、日本、韓國以及歐盟各國均積極布局氫能產(chǎn)業(yè),并制定了專門的發(fā)展戰(zhàn)略和技術(shù)路線圖。美國、日本、德國、丹麥等國家不斷加大對氫能技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化的扶持推動力度, 氫能技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用取得較大進展。其中,日本更是將氫能產(chǎn)業(yè)確定為國家未來重要的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。正因如此,日本在大規(guī)模高效制氫、家用燃料電池發(fā)電等領(lǐng)域走在了世界前列。此外,在支持政策的大力推動下,美國、德國等國家在氫氣純化、存儲、運輸技術(shù)與應(yīng)用方面也取得了一些突破。

我國自2001年起開始設(shè)立國家電動汽車重大科技專項,對燃料電池汽車技術(shù)研發(fā)進行大力支持。經(jīng)過多年努力,我國已初步掌握了燃料電池關(guān)鍵材料、電堆、動力系統(tǒng)、整車集成等核心技術(shù),具備了燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)化的基礎(chǔ),并開始了燃料電池汽車小批量生產(chǎn)和示范運行。為支持燃料電池汽車示范運行,我國自2010年起出臺了專門的燃料電池車輛購置補貼政策。然而,我國燃料電池汽車還存在技術(shù)開發(fā)不充分、產(chǎn)品性能不夠完善、缺乏批量生產(chǎn)能力等問題。并且,我國還不具備完整的燃料電池電堆產(chǎn)業(yè)鏈,部分燃料電池關(guān)鍵材料依賴進口,燃料電池電堆相關(guān)企業(yè)數(shù)量少,技術(shù)開發(fā)和制造能力與國際先進水平存在差距。氫能發(fā)展方面,我國2012年氫氣產(chǎn)量就達到1600萬噸,開始位居全球第一。但由于國家層面對氫能產(chǎn)業(yè)缺乏足夠的重視和必要的支持,我國氫能技術(shù)體系還沒有形成,儲氫、氫氣運輸?shù)汝P(guān)鍵技術(shù)不成熟。氫能產(chǎn)業(yè)鏈還不夠健全,氫氣純化、存儲和運輸企業(yè)較少。

推進我國氫能與燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的措施建議

縱觀汽車100多年的發(fā)展史,不管傳統(tǒng)燃油汽車與石油工業(yè),還是電動汽車與電能供給,車輛技術(shù)一直與能源產(chǎn)業(yè)協(xié)同演進。燃料電池汽車也不例外,需要與氫能產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展。根據(jù)《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》,我國將在2030年建設(shè)1000座加氫站,實現(xiàn)100萬輛燃料電池汽車的商業(yè)推廣。本文認(rèn)為, 在推進氫能與燃料電池汽車發(fā)展過程中,我國需注重把握新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一般規(guī)律,充分借鑒電動汽車及傳統(tǒng)燃油汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的經(jīng)驗教訓(xùn)。為加快氫能與燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展,我國亟需從以下四個方面采取措施。

1.做好氫能供給

如前所述,車輛技術(shù)與能源供給的協(xié)同演進推動力汽車產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展。美國是傳統(tǒng)燃油汽車最發(fā)達的國家,很大程度上得益于其發(fā)達的燃油供給體系。本世紀(jì)初,美國已形成了一套由159個煉油廠、1300座油庫、250萬個地下儲油罐以及17.4萬座加油站組成的龐大燃油供給體系,燃油煉制、存儲、運輸、加注環(huán)節(jié)完善,為傳統(tǒng)燃油汽車發(fā)展提供了強大支撐。類似于傳統(tǒng)燃油汽車產(chǎn)業(yè),電能供給也成為電動汽車發(fā)展的重要影響因素。在新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期,我國曾過于重視新能源汽車技術(shù)和產(chǎn)品發(fā)展,而忽視了充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè), 導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)發(fā)展受到充電難的制約。2013年之前,我國雖然在公共區(qū)域建設(shè)了一批充電基礎(chǔ)設(shè)施,但由于建設(shè)區(qū)域與電動汽車使用區(qū)域不匹配等原因,這些充電基礎(chǔ)設(shè)施使用率較低,一些地區(qū)的充電基礎(chǔ)設(shè)施使用率甚至在10%以下。充電基礎(chǔ)設(shè)施的有效供給不足,大大制約了電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

為擺脫這種困境,我國自2015年起出臺了《關(guān)于加快電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的指導(dǎo)意見》《電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展指南(2015-2020年)》等綱領(lǐng)性政策,并出臺了充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)獎勵、扶持性電價,以及居民小區(qū)、企事業(yè)單位內(nèi)部、停車場等特定區(qū)域充電基礎(chǔ)設(shè)施支持政策,完善了充電標(biāo)準(zhǔn)。得益于國家層面的重視和政策大力支持,我國充電企業(yè)不斷涌現(xiàn),充電基礎(chǔ)設(shè)施加快推進,總體數(shù)量已由2014年的3萬個增加至2017年10月的20萬個以上,充電難問題得到很大解決,保障了電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展。從能源供給體系來看,由于石油工業(yè)較為成熟,燃油煉制、存儲、運輸、加注網(wǎng)絡(luò)布局完善,傳統(tǒng)汽車燃油供給體系也最為成熟。電力工業(yè)也較為成熟, 充電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)布局快速推進,充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與運營模式逐漸成熟。氫能供給情況迥異,不僅氫能產(chǎn)業(yè)不成熟,加氫站建設(shè)也面臨諸多問題。

不同于燃油和電能,氫能是一種清潔高效的新型能源,其制取與利用技術(shù)正處于加快發(fā)展過程中。對于氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展,我國還未給予足夠的重視。雖然《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計劃(2014-2020年)》將氫能與燃料電池技術(shù)創(chuàng)新列為15項重點任務(wù),《“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》也提出“推動車載儲氫系統(tǒng)以及氫制備、儲運和加注技術(shù)發(fā)展”,但我國目前尚未有專門的氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展支持政策。氫能技術(shù)方面,我國化石燃料制氫、可再生能源制氫、氫氣純化等技術(shù)相對成熟,已大量應(yīng)用于工業(yè)制氫。然而,我國在氫氣存儲、運輸?shù)燃夹g(shù)方面較為薄弱,加氫技術(shù)雖已開始應(yīng)用于燃料電池汽車,但技術(shù)水平有待進一步提高。氫能產(chǎn)業(yè)方面,除制氫企業(yè)外,我國氫氣純化、存儲、運輸及加氫企業(yè)數(shù)量較少,規(guī)模較小。加氫站建設(shè)方面, 我國發(fā)展進程總體滯后。截至2017 年10月,我國僅建成7座加氫站,數(shù)量遠少于美國、日本、德國等發(fā)達國家。由于缺乏專門的支持政策, 以及加氫設(shè)備產(chǎn)業(yè)化能力不足、成本較高、加氫站建設(shè)及運營模式不成熟等原因,我國加氫站建設(shè)還面臨不少制約。

為保障和促進燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展,我國需做好氫能供給。一方面,加快氫氣存儲、運輸?shù)汝P(guān)鍵技術(shù)研發(fā),引導(dǎo)工業(yè)制氫、氫氣純化等技術(shù)向燃料電池用氫技術(shù)轉(zhuǎn)化,豐富氫氣存儲、運輸、加氫等企業(yè)數(shù)量,提升氫能裝備水平,推進氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。另一方面,聚焦加氫能力提升,加強加氫設(shè)備產(chǎn)業(yè)化技術(shù)研發(fā),強化加氫設(shè)備企業(yè)產(chǎn)業(yè)化能力,降低加氫設(shè)備成本,豐富加氫基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及運營企業(yè)數(shù)量,加快完善加氫基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及運營模式。

2.形成系統(tǒng)的解決方案

對于新興產(chǎn)業(yè)而言,其技術(shù)與市場都面臨較大的不確定性。在新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期,由于新興技術(shù)不夠成熟,新產(chǎn)品往往面臨性能不完善、生產(chǎn)成本高、安全性低等問題。當(dāng)新產(chǎn)品推向市場后,由于配套服務(wù)網(wǎng)絡(luò)不健全,新產(chǎn)品使用、維護及報廢回收等問題容易成為新產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化的瓶頸。為有效應(yīng)對這些問題和實現(xiàn)新產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化,新興產(chǎn)業(yè)中的創(chuàng)新主體需要選擇特定的技術(shù)路線,并形成系統(tǒng)的解決方案。在電動汽車發(fā)展過程中,由于動力電池技術(shù)的出現(xiàn),電動汽車在發(fā)展初期就面臨技術(shù)不成熟、產(chǎn)品性能不完善、生產(chǎn)成本高、安全性低等問題。隨著電動汽車產(chǎn)業(yè)化的推進,電動汽車用戶日益多元化的充電需求,以及動力電池退役和報廢回收等問題逐漸凸顯,開始成為制約電動汽車進一步發(fā)展的主要問題。

通過技術(shù)創(chuàng)新和商業(yè)模式創(chuàng)新,美國電動汽車企業(yè)特斯拉形成了應(yīng)對動力電池和電動汽車產(chǎn)品一系列問題的系統(tǒng)解決方案,其發(fā)展經(jīng)驗為新興產(chǎn)業(yè)中的創(chuàng)新主體提供了借鑒。首先,特斯拉選用了較為成熟、穩(wěn)定的日本松下18650電池,具有能量密度高、壽命長、安全性高等特點,曾廣泛應(yīng)用于消費類電子產(chǎn)品。特斯拉在電池管理技術(shù)和電池包設(shè)計上進行了創(chuàng)新,采用封存管理設(shè)計,先將單體動力電池并聯(lián)成一個電池組,再將電池組串聯(lián)成一個電池模塊,最后再串聯(lián)成整塊的電池包。為提高電池包的安全性,特斯拉的每個單體電池、電池組和電池模塊都有保險絲,每個層級都會有監(jiān)控電流、電壓和溫度的傳感器,一旦電流過大,保險絲就立即熔斷。此外,特斯拉還攻克了電池冷卻技術(shù),通過水冷的方式使電池單元的溫度維持恒定。兩種方式的共同作用,使特斯拉電池包的安全性得到保證。通過以上措施,特斯拉破解了動力電池應(yīng)用于電動汽車初期面臨的技術(shù)不成熟、性能不完善、生產(chǎn)成本高、安全性低等問題。其次,在特斯拉剛剛開始產(chǎn)品市場化時,電動汽車面臨充電設(shè)施較少、充電速度慢等問題。為此,特斯拉專門開發(fā)了超級充電站,用20分鐘就可以充進一半電量,而80分鐘就可以把電量充滿, 較好地解決了充電問題。再次, 為解決電能供給問題,特斯拉收購了美國太陽能發(fā)電系統(tǒng)供應(yīng)商SolarCity,采用光伏發(fā)電、儲能和充電一體化的方式,實現(xiàn)了電能的自給。最后,特斯拉還成立了專門的電池回收公司,負責(zé)其電動汽車產(chǎn)品的廢舊動力電池回收。

作為一種新興產(chǎn)業(yè),燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)化過程中也面臨各種瓶頸問題。為此,燃料電池汽車企業(yè)需要通過技術(shù)創(chuàng)新、商業(yè)模式創(chuàng)新和開展必要的合作,從而形成系統(tǒng)的解決方案。氫能是燃料電池汽車的主要動力源,也是燃料電池汽車發(fā)展的關(guān)鍵。目前,氫氣的存儲主要有高壓氣態(tài)儲氫、低溫液態(tài)儲氫和常溫常壓有機儲氫等技術(shù)路線。對應(yīng)于不同的儲氫技術(shù),燃料電池汽車企業(yè)需要采用不同類型的燃料電池電堆、系統(tǒng),整車設(shè)計也需要采取不同的形式。就燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r來看,儲氫、燃料電池電堆、燃料電池系統(tǒng)、整車等企業(yè)相對松散,缺乏針對不同技術(shù)路線的緊密合作。為改變這種狀況,燃料電池汽車企業(yè)需聚焦燃料電池汽車成本、可靠性、耐久性、安全性等問題,圍繞產(chǎn)品開發(fā)、使用、維護等發(fā)展需求,整合燃料電池、儲氫等環(huán)節(jié),形成系統(tǒng)的解決方案,從而有效推進產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

3.加強關(guān)鍵資源整合

除制氫企業(yè)外,核心企業(yè)數(shù)量少、規(guī)模小,以及由此導(dǎo)致的技術(shù)創(chuàng)新慢、產(chǎn)業(yè)化技術(shù)不健全、產(chǎn)業(yè)化進程滯后等問題,是我國氫能與燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的主要瓶頸。究其原因,我國通過國家科技研發(fā)支持初步掌握了氫能與燃料電池汽車關(guān)鍵技術(shù),但這些技術(shù)主要由科研院所和規(guī)模較小的科技型企業(yè)開發(fā),生產(chǎn)設(shè)備、投資等資源不足,從而制約了關(guān)鍵技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進程。為加快氫能與燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)化進程,我國需加強對支撐產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵資源的整合。

一方面,我國要加強對生產(chǎn)企業(yè)、社會資本等國內(nèi)資源的整合。如前所述,除少數(shù)大企業(yè)之外,由于生產(chǎn)經(jīng)驗不足、投融資渠道不暢通等原因,掌握氫能與燃料電池汽車關(guān)鍵技術(shù)的科技型企業(yè)產(chǎn)業(yè)化進程緩慢。與此同時,隨著我國燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)化進程的加快,一些其他領(lǐng)域的生產(chǎn)企業(yè)、社會資本等正積極進入。通過采取妥善的引導(dǎo)措施,使生產(chǎn)經(jīng)驗豐富的新企業(yè)、實力雄厚的上市公司等進入氫能與燃料電池汽車領(lǐng)域,與科技型企業(yè)等原有企業(yè)合作,將有力提升關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)水平,加快產(chǎn)業(yè)化進程。

另一方面,我國需要做好對國外先進技術(shù)和企業(yè)的整合。國外氫能與燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)起步較早,在氫能技術(shù)、燃料電池技術(shù)方面形成了一批優(yōu)勢企業(yè)。同時,由于率先實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化,國外氫能與燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)化技術(shù)體系相對完善。例如,在氫氣控制高壓閥門、密封膠等方面,國外產(chǎn)業(yè)化技術(shù)優(yōu)勢明顯。為此,我國有必要采取技術(shù)引進、技術(shù)合作、企業(yè)并購等方式,實現(xiàn)對國外資源的整合。需要強調(diào)的是,在國際資源整合過程中,我國需做好自主技術(shù)開發(fā)。以日產(chǎn)汽車公司為例,早在2001年就引進了國外燃料電池技術(shù),2003 年開始與國外共同研發(fā)燃料電池汽車,2008年之后開始推出自主研發(fā)的高性能燃料電池汽車,其經(jīng)驗值得我國進行國際資源整合的企業(yè)借鑒。

4.構(gòu)建產(chǎn)業(yè)政策體系

首先,做好頂層設(shè)計。由國務(wù)院和相關(guān)主管部門牽頭,加快制定氫能與燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃,明確產(chǎn)業(yè)發(fā)展的目標(biāo)、主要任務(wù)、支持措施、管理規(guī)范和保障措施;依托節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展部際聯(lián)席會議制度,構(gòu)建氫能與燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的部際協(xié)調(diào)機制。

其次,完善支持政策。不同于燃料電池汽車,我國氫能支持政策較少。為保障燃料電池汽車所需的氫能供給,我國需要結(jié)合國家氫能與燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃,制定氫能技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)業(yè)化及示范應(yīng)用等支持政策,從而形成有力的支持政策體系。燃料電池汽車方面, 針對技術(shù)研發(fā)、示范運行、加氫設(shè)施建設(shè)等關(guān)鍵環(huán)節(jié),制定相應(yīng)的支持政策,構(gòu)建燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)支持政策體系。加強與地方政府協(xié)調(diào),敦促地方政府尤其是燃料電池汽車試點示范城市建立和完善區(qū)域產(chǎn)業(yè)支持政策,對試點示范效果較好的城市進行獎勵。

最后,制定管理規(guī)范。為保障氫能與燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展, 我國需構(gòu)建氫能與燃料電池汽車標(biāo)準(zhǔn)體系,并制定氫能與燃料電池安全性、加氫基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等管理規(guī)范。目前,燃料電池汽車標(biāo)準(zhǔn)、氫能標(biāo)準(zhǔn)已開始由不同的機構(gòu)牽頭制定。為滿足燃料電池汽車新產(chǎn)品開發(fā)、測試驗證及使用等需求,相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定機構(gòu)之間需加強協(xié)調(diào)與協(xié)作。