氫能汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展分三步走

□ 雷靈龍

我國(guó)氫能汽車(chē)行業(yè)發(fā)展，離不開(kāi)對(duì)加氫站及儲(chǔ)運(yùn)等上游基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃、投入與扶持。

當(dāng)前我國(guó)氫能汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。圖為福田歐輝推出的新型氫能客車(chē)。李曉東 供圖

近年來(lái)，能源安全問(wèn)題和環(huán)保壓力越發(fā)凸顯，全球各國(guó)都在大力推動(dòng)新能源汽車(chē)發(fā)展。在此大背景下，新能源汽車(chē)在國(guó)內(nèi)外都得到高速發(fā)展。其中純電動(dòng)汽車(chē)和插電混動(dòng)汽車(chē)因技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單而獲得快速發(fā)展，而燃料電池汽車(chē)雖然相較于純電動(dòng)汽車(chē)具有續(xù)駛里程更長(zhǎng)、加氫時(shí)間短等特點(diǎn)，但由于技術(shù)難度高，當(dāng)前還遠(yuǎn)沒(méi)有純電動(dòng)汽車(chē)和插電混動(dòng)汽車(chē)普及。

發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)，例如日本、歐洲、美國(guó)、韓國(guó)等在氫能汽車(chē)及相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施的技術(shù)研究和投資開(kāi)發(fā)上有了數(shù)十年的積累，且已經(jīng)取得階段性成果。我國(guó)雖在21世紀(jì)初也開(kāi)始了相關(guān)研究，但目前在整個(gè)氫能汽車(chē)產(chǎn)業(yè)上和先進(jìn)國(guó)家仍有較大差距。

氫能汽車(chē)發(fā)展政策密集出臺(tái)

我國(guó)對(duì)于燃料電池的政策扶持和財(cái)政補(bǔ)貼起源已久，早在2001年9月啟動(dòng)的863電動(dòng)汽車(chē)重大科技專(zhuān)項(xiàng)計(jì)劃中就包含了對(duì)燃料電池汽車(chē)和燃料電池系統(tǒng)的研發(fā)。在前述國(guó)家“十五”863計(jì)劃電動(dòng)汽車(chē)關(guān)鍵技術(shù)重大科技專(zhuān)項(xiàng)和“十一五”節(jié)能與新能源汽車(chē)重大項(xiàng)目支持下，我國(guó)氫能汽車(chē)技術(shù)研發(fā)取得重要進(jìn)展，基本掌握了整車(chē)、動(dòng)力系統(tǒng)與關(guān)鍵零部件的核心技術(shù)；建立了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的燃料電池汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)平臺(tái)；形成了燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)、動(dòng)力電池、DC/DC變換器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、儲(chǔ)氫與供氫系統(tǒng)等關(guān)鍵零部件配套研發(fā)體系，具有百量級(jí)氫能汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)平臺(tái)與整車(chē)生產(chǎn)能力。

近年來(lái)，隨著氫燃料電池技術(shù)的突破和新能源汽車(chē)的快速發(fā)展，以及國(guó)家對(duì)清潔能源的日益重視，我國(guó)開(kāi)始加大對(duì)氫燃料電池領(lǐng)域的規(guī)劃和支持力度，政策出臺(tái)也越來(lái)越集中。在相關(guān)規(guī)劃中提出實(shí)現(xiàn)氫能汽車(chē)的運(yùn)行規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大，達(dá)到1000輛的運(yùn)行規(guī)模，到2025年，制氫、加氫等配套基礎(chǔ)設(shè)施基本完善，氫能汽車(chē)實(shí)現(xiàn)區(qū)域小規(guī)模運(yùn)行。在2011年11月2日發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車(chē)技術(shù)路線圖》中也提到，到2020年我國(guó)氫能汽車(chē)總量要超過(guò)5000輛，到2030年超過(guò)百萬(wàn)輛。

國(guó)內(nèi)氫能汽車(chē)研發(fā)經(jīng)過(guò)多年發(fā)展已有一定突破，一方面是續(xù)航里程有所提高，另一方面是整車(chē)制造成本有所下降。然而，目前中國(guó)燃料電池乘用車(chē)尚處于試驗(yàn)驗(yàn)證階段，僅有幾款概念車(chē)。例如上汽集團(tuán)曾于2015年4月推出首款國(guó)產(chǎn)燃料電池乘用車(chē)榮威750FCV，于2017年推出榮威950FCV，一汽紅旗也在2018年10月推出了紅旗H5燃料電池車(chē)，但都未量產(chǎn)。與此形成鮮明對(duì)比的是，中國(guó)燃料電池商用車(chē)經(jīng)過(guò)多年研發(fā)已進(jìn)入商業(yè)化階段，多家車(chē)企推出了燃料電池商用車(chē)產(chǎn)品。

據(jù)相關(guān)資料顯示，目前國(guó)內(nèi)具備氫能汽車(chē)生產(chǎn)資質(zhì)的企業(yè)有13家：宇通客車(chē)、福田汽車(chē)、上汽集團(tuán)、上汽大通、申龍客車(chē)、中植汽車(chē)、金龍客車(chē)、東風(fēng)、飛馳客車(chē)、奧新、南京金龍、青年汽車(chē)、蜀都客車(chē)，其中大部分是客車(chē)和商用車(chē)生產(chǎn)企業(yè)。2017年《新能源汽車(chē)推廣應(yīng)用推薦車(chē)型目錄》中僅有3款專(zhuān)用車(chē)、19款客車(chē)入榜，而2018年增至26款專(zhuān)用車(chē)、60款客車(chē)，專(zhuān)用車(chē)、客車(chē)車(chē)型數(shù)分別是2017年的8.67、3.16倍。2018年中國(guó)燃料電池汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)均完成1527輛，包括1418輛氫能客車(chē)及109輛氫能貨車(chē)。

豐田新推出的氫能汽車(chē)模型示意圖。李曉東 供圖

主要問(wèn)題是我國(guó)的燃料電池相關(guān)技術(shù)還不夠成熟。氫能汽車(chē)主要由高壓壓縮氫氣儲(chǔ)罐、燃料電池電堆、電池組、升壓器、包含電機(jī)與動(dòng)力控制單元的動(dòng)力總成和其他輔助設(shè)備組成。而燃料電池電堆則是燃料電池車(chē)的核心部件。目前，國(guó)際主流氫燃料電池車(chē)型，例如豐田Mirai、現(xiàn)代ix35FCV、本田ClarityFuelCell等，其燃料電池輸出功率都可達(dá)到100千瓦以上，而我國(guó)目前燃料電池產(chǎn)品大多以35千瓦為主，難以滿(mǎn)足家用乘用車(chē)對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)的需求。此外，由于在70兆帕儲(chǔ)氫罐等相關(guān)技術(shù)上也不夠成熟，難以實(shí)現(xiàn)500千米以上高續(xù)航里程的目標(biāo)。而其他部件的集成度和可靠度也離家用車(chē)需求有一定距離。反之，大客車(chē)和物流車(chē)等大中型車(chē)輛，相比于家用車(chē)，有更加充裕的空間，對(duì)系統(tǒng)的集成度要求降低，同時(shí)可以放置更多35兆帕儲(chǔ)氫罐來(lái)滿(mǎn)足續(xù)航需求。更重要的是，客車(chē)和物流車(chē)對(duì)高速行駛需求較小，現(xiàn)有體積功率密度的燃料電池電堆即可滿(mǎn)足其基本需求。若需要更大功率的電堆，其對(duì)電堆的尺寸質(zhì)量等要求也遠(yuǎn)較家用車(chē)更寬松。

總體來(lái)看，我國(guó)氫能汽車(chē)核心部件的技術(shù)尚不夠成熟，落后國(guó)外廠商3～4年的時(shí)間。目前，國(guó)內(nèi)燃料電池電堆、進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)、升壓DC-DC等關(guān)鍵材料的生產(chǎn)廠家還不多且多處于研發(fā)、少量試運(yùn)行階段，仍需要進(jìn)口，造成系統(tǒng)成本高；技術(shù)壁壘較低的燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)集成的國(guó)產(chǎn)化程度也不高；空壓機(jī)、加濕器、氫循環(huán)裝置等附件系統(tǒng)仍需要進(jìn)口；在續(xù)航能力、電池壽命等性能方面，與國(guó)外存在較大差距。因此，要繼續(xù)推動(dòng)我國(guó)氫能汽車(chē)特別是家用車(chē)的發(fā)展，必須要在燃料電池電堆大功率、小型化、使用壽命等多個(gè)領(lǐng)域有所突破。而發(fā)展氫能客車(chē)和物流車(chē)，目前遇到的更現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題是加氫基礎(chǔ)設(shè)施的不匹配。

在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面，截至2018年，我國(guó)共有25座建成的加氫站（其中3座已拆除），另有多座在建，但多數(shù)僅供示范車(chē)輛加注使用，暫未實(shí)現(xiàn)全商業(yè)化運(yùn)營(yíng)。這些加氫站主要分布在經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)、有汽車(chē)產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)的地區(qū)，以及地方政府有意愿實(shí)施新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換的地區(qū)。其中約80%的加氫站集中在廣東、上海、江蘇、湖北、遼寧五個(gè)省市。以上海為例，上海目前商業(yè)化運(yùn)行的加氫站只有江橋加氫站，設(shè)計(jì)加氫能力為每天750公斤，能為約120輛物流車(chē)加氫；而僅氫車(chē)熟路汽車(chē)運(yùn)營(yíng)（上海）有限公司2018年就在上海投放了約500輛東風(fēng)牌氫能廂式物流車(chē)。加氫需求的共享不匹配導(dǎo)致江橋加氫站建站至今長(zhǎng)期滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行，大量氫能物流車(chē)加氫需求得不到滿(mǎn)足。

氫能汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展思路明確

我國(guó)將節(jié)能與新能源汽車(chē)列為重點(diǎn)發(fā)展十大領(lǐng)域之一。我國(guó)發(fā)布的節(jié)能與新能源汽車(chē)技術(shù)路線圖中提出了分三步走的發(fā)展思路：在近五年內(nèi)以中等功率燃料電池與大容量動(dòng)力電池的深度混合動(dòng)力結(jié)構(gòu)為技術(shù)特征，實(shí)現(xiàn)氫能汽車(chē)在特定地區(qū)的公共服務(wù)用車(chē)領(lǐng)域大規(guī)模示范應(yīng)用，達(dá)到5000輛的應(yīng)用規(guī)模；在2025年左右，以大功率燃料電池與中等容量動(dòng)力電池的電電混合為特征，實(shí)現(xiàn)氫能汽車(chē)的較大規(guī)模批量化商業(yè)應(yīng)用，達(dá)到5萬(wàn)輛的使用規(guī)模；在2030年左右，實(shí)現(xiàn)以全功率燃料電池為動(dòng)力特征，在私人乘用車(chē)、大型商用車(chē)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)百萬(wàn)輛規(guī)模的商業(yè)推廣。同時(shí)到2030年，實(shí)現(xiàn)燃料電池電堆比功率從2千瓦/千克到2.5千瓦/千克的提升，和燃料電池壽命從5000小時(shí)到8000小時(shí)的進(jìn)步。整個(gè)過(guò)程中，將進(jìn)一步提高氫能汽車(chē)低溫啟動(dòng)，可靠耐久、使用壽命等性能并降低整車(chē)成本，逐步擴(kuò)大燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)能，完善氫氣供應(yīng)運(yùn)輸及加注基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，支撐氫能汽車(chē)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

氫能汽車(chē)高速發(fā)展離不開(kāi)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，節(jié)能與新能源汽車(chē)技術(shù)路線圖中同樣對(duì)加氫站建設(shè)確定了發(fā)展目標(biāo)：到2020年加氫站要超過(guò)100座，到2025年超過(guò)300座，到2030年超過(guò)1000座。若按上述路線圖中燃料電池車(chē)規(guī)模計(jì)算，假設(shè)2020年5000輛車(chē)中1/3為乘用車(chē)，年加氫量150千克，2/3為商用車(chē)，年加氫量為1噸，則到2020年全國(guó)年加氫量約3600噸，站均日加氫能力約100千克；到2025年假設(shè)5萬(wàn)輛車(chē)中1/2為乘用車(chē)，1/2為商用車(chē)，全國(guó)年加氫量約3萬(wàn)噸，站均日加氫能力約300千克；到2030年假設(shè)百萬(wàn)輛車(chē)中3/4為乘用車(chē)，1/4為商用車(chē)，全國(guó)年加氫量約36萬(wàn)噸，站均日加氫能力需達(dá)到1000千克。

在如此巨大的加氫需求下，目前采用的壓縮氫氣儲(chǔ)運(yùn)方式遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足需求，結(jié)合國(guó)外特別是美國(guó)和日本的發(fā)展情況，液氫儲(chǔ)運(yùn)將成為主流的儲(chǔ)運(yùn)方式。液氫的密度是常溫常壓下的800余倍，因此液氫儲(chǔ)氫密度高、儲(chǔ)運(yùn)成本低、儲(chǔ)存壓力低，也更安全。一個(gè)高壓氫氣儲(chǔ)運(yùn)站，采用集束管車(chē)儲(chǔ)運(yùn)壓力為20～70兆帕，儲(chǔ)氫量為300～1000千克，占地面積60～80平方米。而采用液氫低溫液體儲(chǔ)罐壓力0.1～0.13兆帕，儲(chǔ)氫量在400～6000千克，占地面積為15～30平方米。可見(jiàn)液氫儲(chǔ)氫量大，加氫站占地面積小，成本低。同時(shí)，液氫儲(chǔ)運(yùn)的運(yùn)輸成本也更低，一輛40立方米液氫槽車(chē)可運(yùn)輸約3000千克的氫，充裝時(shí)間只要0.5～2小時(shí)，而一輛集束管車(chē)只能運(yùn)輸約300千克的氫，充裝時(shí)間也要2～4小時(shí)。因此，同質(zhì)量的氫氣采用液態(tài)儲(chǔ)運(yùn)，費(fèi)用只是壓縮氫氣的十幾分之一。此外，經(jīng)過(guò)氫液化后的氫氣純度高，能夠延長(zhǎng)電池壽命及增加電量。氫燃料電池性能和壽命受一氧化碳等雜質(zhì)含量影響很大，而氫的沸點(diǎn)遠(yuǎn)低于一氧化碳、硫化氫等易引起氫燃料電池中毒的雜質(zhì)沸點(diǎn)。最后，液氫加壓充裝具有更高的效率和更低的成本。由于液體可壓縮性遠(yuǎn)低于氣體，液氫加注采用的高壓液氫活塞泵出口壓力可達(dá)87.5兆帕，能耗只有0.5千瓦時(shí)/千克氫氣，遠(yuǎn)低于同等增壓能力的氫氣壓縮機(jī)。目前，國(guó)際上400多座加氫站中，已有約1/3采用液氫進(jìn)行儲(chǔ)運(yùn)。采用液氫儲(chǔ)運(yùn)方式的加氫站建造、運(yùn)行成本低，更有利于加氫站的基礎(chǔ)建設(shè)，有利于促成氫燃料電池汽車(chē)與加氫站建設(shè)的良性循環(huán)；而液氫輸運(yùn)與儲(chǔ)存方式在未來(lái)氫能產(chǎn)業(yè)鏈中也將越來(lái)越重要，是氫能汽車(chē)產(chǎn)業(yè)規(guī)模化應(yīng)用的必然手段。

張家口市今年計(jì)劃再增加170輛氫能源公交車(chē)，在氫能源的開(kāi)發(fā)利用上已成為國(guó)內(nèi)氫能產(chǎn)業(yè)生態(tài)建設(shè)最完善的城市之一。李曉東 供圖

氫能汽車(chē)商業(yè)運(yùn)行需配套加氫站建設(shè)

氫能汽車(chē)作為一種新能源汽車(chē)，具有很多優(yōu)勢(shì)。相較于純電動(dòng)汽車(chē)，氫能汽車(chē)的續(xù)航里程更長(zhǎng)、充能時(shí)間明顯減少；相較于燃油汽車(chē)，氫能汽車(chē)和純電動(dòng)汽車(chē)的能量轉(zhuǎn)換效率更高，同時(shí)在利用可再生能源制氫的情況下零排放無(wú)污染，且使用成本較低。但是氫能汽車(chē)也存在一定劣勢(shì)，目前氫能汽車(chē)的使用壽命難與純電動(dòng)汽車(chē)和燃油汽車(chē)相比，同時(shí)由于目前技術(shù)尚不成熟，其制造成本高（尤其是燃料電池系統(tǒng)成本），實(shí)際能量轉(zhuǎn)換效率也不及純電動(dòng)汽車(chē)。此外，氫能源鏈尚不完善，使氫氣的成本和售價(jià)偏高，造成氫能汽車(chē)的使用成本高于純電動(dòng)汽車(chē)，仍有較大下降空間。當(dāng)前我國(guó)氫能汽車(chē)產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，但氫能汽車(chē)關(guān)鍵部件和關(guān)鍵材料要完全實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化尚有很長(zhǎng)一段路要走。

氫能汽車(chē)的商業(yè)運(yùn)行和使用需要配套加氫站的建設(shè)，并提供完善的制氫、儲(chǔ)運(yùn)、加氫服務(wù)。從國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)看，加氫站建設(shè)要與氫能汽車(chē)生產(chǎn)同步進(jìn)行甚至超前發(fā)展，形成良性循環(huán)。目前我國(guó)加氫站建設(shè)主體眾多，缺乏國(guó)家統(tǒng)籌和政策配套措施。加氫站是公共事業(yè)范疇，目前項(xiàng)目選址、規(guī)劃管理、安全運(yùn)營(yíng)缺乏監(jiān)督與管理。另外，加氫站投資巨大，同時(shí)也要集中規(guī)模化科學(xué)管理，以降低建設(shè)運(yùn)營(yíng)成本和安全運(yùn)行。因此，我國(guó)氫能汽車(chē)行業(yè)想要發(fā)展，也離不開(kāi)對(duì)加氫站及儲(chǔ)運(yùn)等上游基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃、投入與扶持。