中國氫燃料電池汽車產業(yè)發(fā)展研究

隨著中國汽車產業(yè)面臨的能源安全和環(huán)境保護等可持續(xù)發(fā)展問題，新能源汽車產業(yè)正在快速發(fā)展。除了電動汽車，氫燃料電池汽車具有優(yōu)秀的環(huán)保性能和能量轉化效率，續(xù)航里程長，同樣是未來汽車工業(yè)可持續(xù)化發(fā)展的重要方向。隨著中國汽車保有量的日益增加，能源安全和環(huán)境保護問題愈發(fā)凸顯，成為中國汽車產業(yè)可持續(xù)發(fā)展面臨的兩大挑戰(zhàn)。

文章從以下四部分具體進行了分析：國內外氫能和燃料電池產業(yè)發(fā)展的主要政策、氫燃料電池汽車產業(yè)發(fā)展現狀與趨勢、我國氫燃料電池汽車產業(yè)發(fā)展存在的主要問題、燃料電池汽車發(fā)展政策建議。閱讀這份報告能幫助相關行業(yè)的人員更好的理解國內市場政策、技術等現階段的實際狀況，同時文中也給出了我國燃料電池汽車產業(yè)發(fā)展的建議。

本文來自 2018 年 4 月 10 日出版的《上海汽車》。以下為筆者精選分享：

近年來，氫能與燃料電池的研究受到各國關注，被視為未來世界能源體系的重要組成。中國是世界上最大的能源生產國和消費國，已形成了煤炭、電力、石油、天然氣、新能源和可再生能源全面發(fā)展的能源供給體系。

隨著我國社會經濟的持續(xù)增長，能源消費需求總量不斷上升，石油、天然氣等進口依存度持續(xù)走高，2015 年我國石油對外依存度突破 60%，天然氣對外依存度已上升至 32.7%。能源進口依存度高，已成為我國能源安全的巨大挑戰(zhàn)，能源結構轉型勢在必行。

汽車產業(yè)作為世界主要工業(yè)國家的支柱產業(yè)，是衡量一個國家綜合實力和發(fā)達程度的重要標志。氫燃料電池汽車不僅在能源發(fā)展方面具有重要作用，而且具有優(yōu)秀的環(huán)保性能和能量轉化效率。與純電動汽車相比，具有加注時間短、續(xù)航里程長等優(yōu)勢，同樣是未來汽車工業(yè)可持續(xù)化發(fā)展的重要方向。

1. 國內外氫能和燃料電池產業(yè)發(fā)展的主要政策

氫能是未來能源系統(tǒng)的重要組成部分，各國紛紛將發(fā)展氫能提升到國家戰(zhàn)略層面，制定戰(zhàn)略規(guī)劃路線圖，探索產業(yè)化發(fā)展途徑。

1.1 日本：政府堅定推進氫能和燃料電池發(fā)展戰(zhàn)略

2014 年日本經濟產業(yè)省發(fā)布了《氫能與燃料電池戰(zhàn)略路線圖》，制定了「三步走」發(fā)展計劃，該路線圖于 2016 年進行了修訂。日本對氫能和燃料電池的支持政策主要包括研發(fā)、示范和車輛補貼等方面。

在研發(fā)方面，2017 年日本經產省對燃料電池研發(fā)支持共計 129 億日元，包括燃料電池、加氫站、氫能供應鏈 3 個方向。在示范方面，2017 年開始固定式燃料電池示范由家庭應用擴大到商業(yè)和工業(yè)應用，計劃在 2020 年達到 1400 萬套規(guī)模，2030 年達到5300 萬套規(guī)模。

在車輛補貼方面，實施新能源汽車綠色稅制政策，根據汽車種類和指標，車重稅和汽車購置稅可以享受 50%～100% 的減免，同時在加氫站建設方面給予大約 50% 的補貼。據統(tǒng)計，2014 年日本對國內所有加氫站的補貼總額高達 72 億日元（約合 6000 萬美元）。

1.2 歐洲：促進「交通與氫能」融合，持續(xù)穩(wěn)定支持氫能和燃料電池產業(yè)發(fā)展

歐盟 2016 年發(fā)布的《可再生能源指令》等政策文件均提出將能源作為能源系統(tǒng)的重要組成部分，正在推進的《燃料電池和氫能實施計劃》的實施周期是 2014～2020 年，主要目標是到2020 年實現氫能和燃料電池在固定式能源供應和交通方面的應用。

重點支持方向包括交通產業(yè)：道路交通、非道路交通和機械、基礎設施等；能源產業(yè)：氫氣制備、運輸、儲能、發(fā)電、熱電聯產等

1.3 美國：隨著特朗普上臺，氫能和燃料電池支持政策方面出現大幅波動

2015 年底，美國能源局向國會提交了《2015 年美國燃料電池和氫能技術發(fā)展報告》，肯定了未來氫能市場的發(fā)展?jié)摿?，大力投資發(fā)展先進氫能與燃料電池技術。

據統(tǒng)計，美國僅 2016 年內就有10 個州頒布相關政策，支持燃料電池產品逐步投入市場，包括氫燃料電池汽車稅收減免，在工廠、居民區(qū)等地安裝部署燃料電池發(fā)電系統(tǒng)等。

此外，根據美國聯邦公路局公布的「國家替代燃料與充電網絡」規(guī)劃，美國全境 35 個州將形成以 55 座加氫站為基礎節(jié)點的「氫能網絡」，加利福尼亞州、科羅拉多州、佛羅里達州、紐約州、威斯康辛州等 10 個州將率先啟動建設工作。

1.4 中國：政府強力支持氫能與燃料電池汽車產業(yè)發(fā)展

我國《「十三五」戰(zhàn)略性新興產業(yè)發(fā)展規(guī)劃》、《能源技術革命創(chuàng)新行動計劃（2016～2030 年）》、《節(jié)能與新能源汽車產業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012～2020 年）》、《中國制造 2025》等國家頂層規(guī)劃都明確了氫能與燃料電池產業(yè)的戰(zhàn)略性地位，紛紛將發(fā)展氫能和氫燃料電池技術列為重點任務，將氫燃料電池汽車列為重點支持領域。

2016 年工信部組織制定的《節(jié)能與新能源汽車技術路線圖》明確提出：

2020 年實現 5000 輛級規(guī)模在特定地區(qū)公共服務用車領域的示范應用，建成 100 座加氫站；

2025 年實現 5 萬輛規(guī)模的應用，建成 300 座加氫站；

2030 年實現百萬輛氫燃料電池汽車的商業(yè)化應用，建成 1000 座加氫站。

在財政支持政策方面，氫燃料電池汽車是新能源汽車中的重點補貼對象，不僅補貼金額最高，而且?guī)缀醪煌似隆?/span>

2017 年，上海市在國內率先發(fā)布了《上海市燃料電池汽車發(fā)展規(guī)劃》，明確提出：

2020 年建設加氫站 5～10 座，示范運行規(guī)模達到 3000 輛；

2025 年建成加氫站 50 座，乘用車推廣不少于 2 萬輛、其它特種車輛推廣不少于 1 萬輛。

2. 氫燃料電池汽車產業(yè)發(fā)展現狀與趨勢

2.1 整車

2014 年 12 月，豐田 Mirai 燃料電池轎車上市，標志著氫燃料電池汽車技術實現重大進步，氫燃料電池汽車的技術已經從基礎研究、樣車示范進入工程化、商品化發(fā)展階段。據統(tǒng)計，2016 年，全球氫燃料電池汽車銷量為 2312 輛，與 2015 年相比，增幅為 225%。主要有 3 款車型：豐田 Mirai、本田Clarity、現代 ix35FC，其中，豐田 Mirai 銷售 2039 輛，主要用于運營。2017 年，還有少數車企計劃推出氫燃料電池商品車，但預計全球總銷售量不會超過 5000 輛。

國內在燃料電池乘用車方面，投入研發(fā)的主要企業(yè)是上汽集團，已完成前后四代氫燃料電池轎車的開發(fā)。在國家創(chuàng)新工程支持下，上汽氫燃料電池轎車在動力性、續(xù)駛里程等性能指標方面取得了重大進步，已累計實現 81 輛示范運行，部分車輛在 2014 年參加了上汽的「新能源汽車萬里行」全國巡游，歷經 10000 km 的實際路試，通過各種地形、海拔、環(huán)境氣溫的綜合考驗。國內外典型氫燃料電池轎車對比如表 1 所示。

表 1 國內外典型氫燃料電池轎車對比

在燃料電池商用車方面，十三五之前國內主要有上汽、北汽福田等企業(yè)采用自主研發(fā)的電堆開發(fā)了相關整車產品，先后參加了 2008 年北京奧運會、2010 年上海世博會、2010 年新加坡首屆青奧會，初步驗證了燃料電池客車的功能和可靠性。

圖 1 2017 年國內燃料電池汽車分布

十三五開始后，國內更多商用車企業(yè)涉足氫燃料電池商用車開發(fā)，近年來已初步具備小批量生產能力。據統(tǒng)計，2017 年全國共有 10 家車企的22 款燃料電池商用車進入當年新發(fā)布的推薦目錄，車型款數最多為城市客車。2017 年全國燃料電池商用車產量為 1226 輛，其中產量最大車型為物流車，物流車產量最大企業(yè)為東風公司，普通客車產量最大企業(yè)為上汽大通，公交客車產量最大企業(yè)為佛山飛馳，如圖 1 所示。

2.2 關鍵零部件和材料

中國在氫燃料電池電堆及其關鍵材料領域已初步形成產業(yè)鏈，但技術成熟度差距較大。

在技術路線方面，車用氫燃料電池電堆都選擇了質子交換膜體系，金屬板電極和石墨板電極并存。

目前國內具有完全自主知識產權的電堆主要由大連新源動力提供，國外企業(yè)通過在國內合資建廠組裝電堆為國內系統(tǒng)企業(yè)提供電堆，但膜電極等核心零部件仍掌控在外方手中。

商用車的氫燃料電池系統(tǒng)采用的是石墨板或者復合板，還沒有采用高功率密度的金屬雙極板。石墨板電堆在性能上近年來有較大提升，但與金屬板電堆仍有顯著的差別，雖然目前成本較低，但從加工便利性和材料發(fā)展趨勢分析，金屬板成本會低于石墨板。

在壽命方面，國產電堆壽命為幾千小時，國外已經達到上萬小時，但國外電堆對空氣質量要求很高，能否適應國內空氣質量條件尚有待驗證。

在氫燃料電池關鍵材料和其他零部件方面，如催化劑、質子交換膜、碳紙、空壓機、氫循環(huán)泵等方面，中國與國外水平相比仍存在較大差距。有能力配套的企業(yè)少，技術水平較低，大多屬于空白或尚未成熟，需要采用進口材料，國際上也被少數企業(yè)壟斷，價格極高。

從系統(tǒng)成本來看，目前成本在 1～1.5萬元/kW 左右。

從發(fā)展階段來看，目前中國氫燃料電池汽車具備小規(guī)模推廣應用條件。

2.3 加氫站

目前已經商業(yè)化運營的加氫站有 2 座，分別在北京和上海。已建成使用，尚未對外營業(yè)的加氫站有 6 座，分別在大連、佛山、云浮、中山、十堰、鄭州等地，部分加氫站情況如下：

佛山云浮兩市為加快氫燃料電池汽車推廣應用，將合作推動 15 座加氫站的規(guī)劃建設，計劃 2018 年全部投入運行，構建科學合理的加氫站網絡；

上海正在制定《上海市氫燃料電池汽車發(fā)展規(guī)劃》，規(guī)劃草稿計劃 2017～2020 年在上海建設加氫站 5～10 座，2021～2025 年在上海建成加氫站 50 座，充分利用上海工業(yè)副產氫資源，全面部署加氫站網絡布局規(guī)劃，推動環(huán)上海加氫站走廊、嘉定汽車城、迪士尼、虹橋機場、金山化工區(qū)、臨港等示范區(qū)域加氫站的建設，突破氫燃料電池汽車示范運行瓶頸。

2.4 運營

雖然中國氫氣來源非常廣泛，但車用高純氫的來源并不豐富，價格沒有優(yōu)勢。由于產業(yè)化應用的供應鏈體系未形成，導致加氫站建設緩慢，車用高純氫價格過高。嚴重阻礙氫燃料電池汽車示范運營。

（1）國內車用高純氫來源

中國的氫氣生產主要來自煤、石油和天然氣等化石燃料轉化制氫，各種工業(yè)生產的尾氣回收或焦化廠、氯堿廠副產氫以及水電解制氫等。由于儲存和運輸困難，大部分的氫氣都采用就地制取和就近消費方式。

根據 2007 年統(tǒng)計數據，中國煤制氫713 萬噸、天然氣制氫 288 萬噸、重油制氫 244 萬噸；副產氫資源中，煉焦和鋼鐵行業(yè)副產氫 533 萬噸，制堿工業(yè)副產氫 42 萬噸。

（2）車用油、電與氫使用成本對比

與傳統(tǒng)車和電動車比較，氫燃料電池汽車的氫氣成本相對較高，并不具有市場優(yōu)勢，這與高純氫應用市場較小、廠家提純副產氫時需要投資 1000 多萬建設提純設備有關。

在氫燃料電池汽車推廣初期，除了專業(yè)氣體公司，副產氫廠家并沒有投資建設高純氫的意愿，高純氫的生產成本過高，不利于氫燃料電池汽車的推廣應用。

（3）氫價組成分析

除了「出廠價+運費」的價格，氫價還應包括加氫站成本，如土地費用、加氫站建設折舊費用、加氫站人工費、運行維護費用等項。

以法液空投資為例：建設 4800 m^2，400 kg/d，35 MPa 加氫站，總投資 2500 萬元（含土地費 200 萬元，設備費 1500 萬元，余為基建費用）。加氫成本為 3 元/Nm^3，其中，所有投資折舊占加氫成本 30%，加氫站操作人員費用占加氫成本 30%，運行維護費用占加氫成本 30%，余為其他費用。

從以上分析可知，實際氫價已遠遠超過商業(yè)運營能夠承受的范圍。

3. 我國氫燃料電池汽車產業(yè)發(fā)展存在的主要問題

3.1 產業(yè)鏈建設不完善，部分關鍵材料和零部件缺乏量產能力

目前，我國氫燃料電池汽車產業(yè)鏈已形成雛形，但產業(yè)鏈體系建設尚不完善，尤其是部分關鍵零部件和材料尚不具備量產能力，需要依賴進口，如質子交換膜、催化劑、碳紙/碳布、空壓機、氫噴射泵等，進口價格高昂，阻礙了國內燃料電池產品的產業(yè)化進程。其中質子交換膜基本被杜邦、3M、戈爾公司等巨頭壟斷，進口價格高達 600 美元/m^2，國內公司的質子交換膜產品尚處于試驗階段。

在燃料電池產業(yè)起步初期，采用進口部件組裝是可行路徑之一。但若長期依賴進口，自主化水平得不到提升，燃料電池產業(yè)將陷入技術空心化境地。如果為了利用國家支持政策獲得補貼，不深入研究技術，不嚴謹開發(fā)產品，將對燃料電池產業(yè)發(fā)展產生重大打擊。

3.2 氫源產業(yè)鏈尚未建立，車用高純氫價格高昂

雖然我國氫氣年產量已逾千萬噸規(guī)模，位居世界第一，工業(yè)副產氫資源豐富，可再生能源棄電量龐大，為我國開展大規(guī)模副產氫提純和電解水制氫工作提供了優(yōu)勢條件，但氫源產業(yè)鏈尚未建立完善。

目前國內從事氫氣提純的企業(yè)較少，生產規(guī)模不大，車用高純氫產量不足，而且分布不均；國內氫氣運輸當前只能采用管束車或高壓氫瓶運輸，運輸成本高昂。加氫站的關鍵零部件，如加氫槍、高壓管線、管件、閥門等，當前仍需依賴進口，大幅度提高了建站成本，延長了建站周期。以上因素導致氫氣終端銷售價格居高不下，嚴重阻礙氫燃料電池汽車推廣應用。

3.3 政府鼓勵氫燃料電池汽車產業(yè)發(fā)展，但缺乏配套措施

2016 年 12 月，財政部等 4 部委發(fā)布《關于調整新能源汽車推廣應用財政補貼政策的通知》，明確提出，除燃料電池汽車外，各類車型 2019～2020 年中央及地方補貼標準和上限，在現行標準基礎上退坡 20%。從補貼政策看，國家鼓勵扶持燃料電池汽車產業(yè)的態(tài)度非常明確。

氫燃料電池汽車產業(yè)發(fā)展需要組合式扶持政策，不僅需要購置補貼，更需要在氫氣制取、加氫站建設和車輛運營等多方面給予配合支持，如國家對充電基礎設施建設有明確的鼓勵政策，對于加氫站建設的支持原先有 400 萬元的支持，卻在后續(xù)政策中取消了。

3.4 加氫站建設審批缺乏規(guī)范，企業(yè)面臨重重困難

目前我國缺少國家層面的規(guī)范化的加氫站規(guī)劃建設審批規(guī)定，地方在審批加氫站建設時無據可依，需要各自摸索，造成各地主管部門和審批流程不統(tǒng)一，企業(yè)需要耗費大量的人力物力和時間成本，與各個城市單獨洽談。

由于沒有明確統(tǒng)一的流程，審批效率極其低下，國內加氫站從選址規(guī)劃到建設完工，平均需要 2年時間，甚至個別地方耗時 5 年還在推進過程中。

4. 燃料電池汽車發(fā)展政策建議

4.1 加強部際協同，完善頂層設計

發(fā)展氫能和氫燃料電池汽車產業(yè)需要發(fā)揮舉國之力，進一步明確國家戰(zhàn)略導向，構建高層次協調機制，在政策層面統(tǒng)一步調、形成合力、做好引導。

由于燃料電池產業(yè)鏈長，從研發(fā)制造、基礎設施建設到消防安全、財政補貼，相關責任部門極多，在國家層面涉及發(fā)改委、工信部、科技部、能源局、公安部、財政部等多個部委，其中許多環(huán)節(jié)需要多個部門配合協同，制定出有針對性的、有效的、合理的支持政策。

在基礎設施建設方面，對標日、美、德等國，由主管部委牽頭，從上而下制定國家規(guī)劃，充分組織協調能源、氣體、汽車等有關大型企業(yè)，建立完善的加氫站建設、氫氣供應、加氫站運營體系；同時明確地方加氫站建設審批主體、理順責任關系、規(guī)范審批流程。

4.2 突破核心技術，優(yōu)勢區(qū)域示范

在整車研究方面，應大力促進整車企業(yè)在燃料電池汽車方面的研發(fā)投入，以整車為龍頭，帶動整個產業(yè)鏈的建設和完善。

在系統(tǒng)研究方面，加大輔助系統(tǒng)關鍵零部件技術研發(fā)力度，重點突破空壓機、氫氣循環(huán)泵、增濕器、DC/DC 變換器等關鍵零部件技術，進一步完善關鍵零部件技術鏈。開展氫燃料電池電堆、關鍵零部件、發(fā)動機系統(tǒng)集成等方面的測試技術和指標體系研究。

在電堆研究方面，加大關鍵材料和部件的基礎研究投入，設立氫燃料電池重點創(chuàng)新工程專項，突破氫燃料電池電堆關鍵技術，重點突破催化劑、質子交換膜、膜電極、雙極板等核心技術研究，提高電堆產品的性能和壽命，降低成本。

在示范推廣方面，現階段氫燃料電池汽車應重點在有一定技術和產業(yè)基礎，而且氫源豐富的地區(qū)，有序開展氫能應用和氫燃料電池汽車示范運營。通過一定規(guī)模的使用促進技術、產業(yè)鏈成熟，加快提高燃料電池系統(tǒng)的性能水平，促進形成車用氫能供應體系，大幅降低車用氫能成本。

4.3 法規(guī)標準，科學評估調整

目前我國氫能與燃料電池產業(yè)標準涉及汽車行業(yè)、電池行業(yè)和氣體生產行業(yè)等，基本處于主管部門「各管一攤」局面，應由國家層面牽頭，統(tǒng)籌協調各方標準訴求，促成機構間形成有效銜接，進一步完善我國氫能應用與燃料電池產業(yè)相關標準體系。

由于氫氣一直作為高度危險品進行管理，部分標準與法規(guī)已與技術發(fā)展不相一致，應在經過嚴密驗證后，科學評估安全風險，在保障安全的基礎上，結合實際需要逐步適度調整。