推廣氫能及燃料電池汽車的幾點思考

全國政協副主席，中國科學技術協會主席 萬鋼

萬鋼：協調推進氫能和燃料電池汽車發展的六項舉措

“鑒于新能源汽車多種技術路線呈現‘你追我趕’態勢，燃料電池汽車要想脫穎而出，必須在2035年達到百萬輛級目標，如果達不到，行業將面臨風險。”中國科學院院士歐陽明高近期公開說明了當前氫能及燃料電池行業發展的緊迫態勢。

當前，世界各國都在將氫能源與燃料電池作為重點發展對象甚至列入國家能源戰略，不斷加大研發和產業化的扶持力度。在中國，氫燃料電池汽車正處于示范應用推廣階段，2020年則是行業發展的關鍵時間節點，規模再上一個臺階的重要年份。國內應如何協調推進氫能和燃料電池汽車發展？近期，國內在這一領域的兩位權威專家針對當前行業內外的主要問題，公開發表了各自的思考及建議。

如何理解氫能及燃料電池在能源戰略中的定位

在近幾十年的能源戰略中，脫碳加氫和清潔高效是能源科技進步的總體趨勢，從燃煤、石油、天然氣到使用氫氣，氫的含量在不斷增加，碳的含量在不斷減少，在使用這些燃料的時候，從蒸汽透平到柴油發電、燃氣發電、燃料電池發電，效率非常明顯。中國水電、風電、光伏等都在世界上產能最大、裝機質量最大、發電量最多，占世界的1/3左右。所以清潔能源的電力和氫氣都能夠滿足大范圍需求，特別是工業副產氫。

以電力和氫氣為代表的載體能源具有來源多樣化、驅動高效率和運行零排放等技術特征。由氫氣和電力驅動的新能源汽車不再受地域資源的限制，也不再隨著石油價格而起伏，對維護能源安全、保護大氣環境、推動產業升級都有巨大的作用。

燃料電池是氫能發展的關鍵技術和重點領域，現在各方的關注焦點集中在交通領域的大量應用，包括乘用車、客車、中重貨車以及專用車輛等，其實氫能和燃料電池在其他領域的應用也十分廣泛，包括工業生產、商業服務和家居生活等。比如在上海，有一百多個通信基站的備用電源是燃料電池，還有水下運輸、包括醫院應急電源等都可以用到。因此，氫能和燃料電池是新能源汽車領域的應用重點，可以助力實現可再生能源大規模穩定轉化、儲存、運輸及利用，正成為全球能源技術革命的一個重要方向，也是各國未來能源戰略的重要組成部分，因此應該從國家能源戰略角度考慮氫能源作用。

目前，氫能和燃料電池在新能源汽車領域快速發展，國內已經初步形成了京津冀、長三角、珠三角、山東半島、中部地區等產業集群和示范應用區。在這些示范應用區中，各類運行的車輛近4000輛。

截至2019年底，規劃再建和在建的加氫站共130多座，其中有61座已經建成，投入運營的有52座。國內正在構建集制氫、儲氫、運輸、加注等為一體的商業化氫能運營體系。從參與示范運行的車輛看，既有高檔轎車、中巴、大巴車，也有物流、工程用車。

在中國的新能源汽車發展戰略中，純電動和燃料電池汽車同等重要、長期共存。在科技創新當中，二者互相補充、循序漸進發展。純電動汽車的發展對燃料電池車型有推動作用，燃料電池的發展又拓展了純電動車型的應用。他們在市場中各有定位、互不替代。目前各方達成的共識是，在長距離、重載級用車，特別是城市間的交通，使用燃料電池車型更加合理。

從六方面推動氫能和燃料電池產業發展

一是要堅持戰略引領。建議將氫能納入國家能源戰略體系，明確氫能在能源體系當中的定位，特別要開發氫能和水電、風電、光伏發電互相補充的體系，推動可再生能源的電-氫輸配協同，增加可再生能源制氫來源。國內已經建立了很多特高壓輸電系統，把西部的可再生能源運到東部來，這些能源應當合理地應用到氫能生產中。

所謂“綠色氫氣天上來”，還是要提高綠色氫能在消費終端的占比，把握好發展機制和節奏，因地制宜、清潔高效地利用工業副產氫。中國每年多余的副產氫氣可達800萬噸，應當將其合理利用起來，優化氫能和燃料電池產業的整體布局，有序推進產業發展，使其各展所長，在不同應用場景中實現優勢互補。

二是要堅持創新驅動。深入分析當前氫燃料電池產業技術的短板和競爭優勢，加速攻克基礎材料、核心技術和關鍵器件難關，實現自主創新和高水平開放合作的協同推進，聚焦難點，加強基礎研究，探索高效制氫新技術，提升對燃料電池發動機的研發能力；重點突破膜電極、空壓機和儲氫罐的產業化，加大投入，超前部署，著力提升關鍵技術和系統集成能力。2019年的國內燃料電池領域，有一些突破性技術值得關注，例如，新源動力自主研發的電堆額定功率達到70kW，峰值功率超過85kW，裸堆功率密度達到3.4kW/L；億華通自主研發的電堆，實現-30℃低溫啟動，-40℃低溫存儲。

三是要加快產業布局。加強產業鏈的協同，形成氫能的制、儲、運、用全產業鏈系統布局，依托研發支持、產業扶持、示范工程等項目，抓住氫能制取、儲運、應用等產業鏈關鍵環節，提升產品的技術水平，聚焦薄弱環節攻關，完善和均衡產業鏈。鼓勵能源企業、整車企業及裝備制造企業聯合行業投資基金及國內外社會資本，加大對氫能和燃料電池產業的投資力度，提升產業化水平。特別是重點企業要成為骨干，帶動產業鏈的協同發展。

四是要堅持市場導向。目前電動汽車比氫燃料電池汽車發展更快。究其原因，直觀來看，當前人們已經生活在一個電力社會中，隨處可取電，非常方便。而氫氣在自然界中也是無處不在的，但是氫能系統還沒有建立起來。因此推動氫能汽車發展要看發展的趨勢和階段，要因地制宜地選擇氫能發展區域，優先選擇氫源供給充足、產業基礎好、環保先行地區，分批次、有重點地開展全產業鏈示范應用，通過實施若干特色示范區建設工程，積累氫能和燃料電池汽車商業化運營數據及經驗，合理選擇如城際間遠程公交、城市快遞物流、中重卡車適用場景、高端和特殊用途的乘用車領域開展應用，推動國內建立氫能和燃料電池汽車產業化應用的點、線、面發展格局。國家對燃料電池汽車支持政策如財政補貼等重點向商業化示范區域傾斜。純電動和氫能兩者要并重發展，從能源戰略上要特別關注。

五是要堅持標準先行。目前國內與發達國家在這一領域的最關鍵差距在于，國內針對氫能的標準管理觀念還沒有轉變過來。氫氣到目前在國內標準中還屬于危險品，不是能源的一個組成部分。國內現行氫能燃料電池相關的標準近50項，但遠不能滿足產業快速發展的需求，需要完善氫能燃料電池技術標準體系，建立完整的材料、部件系統的有效檢測體系，為氫燃料電池的技術發展、產品應用提供基礎保障。所以要夯實基礎，加快氫能產業的相關標準的制定，為氫能發展營造良好氛圍。聚焦氫能的制取、儲運、加注和使用等全產業鏈和商業示范等環節，保證氫能供應系統，同時又要保障安全運行，在任何情況下安全都是首位要求、是可以一票否定的關鍵條件。

六是要擴大國際合作。與發達國家相比，國內的氫能和燃料電池技術示范應用各有所長，目前均未進入大規模市場推廣階段，需要相互學習。在共同應對氣候變化的大背景下，進一步加強國際合作，在支持政策取向上相互借鑒，在科學研究上溝通交流（目前國內外的校企合作也進入了新階段，但是企業之間還沒有實質性的合作），在技術標準上緊密合作，在產業技術上有序合作，在市場開拓上相互開放，推動高水平、互利共贏的開放合作。

當前國內氫能及燃料電池汽車所處的發展階段和整體環境與十多年前剛啟動電動汽車“十城千輛”時的情況類似，電動汽車已經發展起來了，氫能及燃料電池汽車產業也會從中吸取經驗和教訓，實現產業的健康發展。

中國科學院院士 歐陽明高

歐陽明高：氫燃料電池汽車如何實現2035年推廣百萬輛的目標

如何理解氫能的優勢與能源戰略地位

2019年被視為中國氫能的元年。諸多國外大企業如BP、殼牌、西門子、法國EDF、美國AP等大型能源公司都在關注氫能。歐洲推出了面向低碳轉型的技術一攬子計劃。很多中國的能源大企業比汽車企業更積極地介入氫能領域。

氫能是新能源技術體系的重要組成部分，氫能把可再生能源發出的不穩定的電，通過電解水制氫將其轉換為氫能。特別是在中國西北部，集中式的光伏和風電更需要大規模、長周期的儲存。而小規模、短周期儲存，鋰離子動力電池等已經做得非常優秀。另外，氫能有多元化利用需求，不僅僅是車要用，將來發電、航空、供熱、工業原料、農業化肥甚至醫學、煉鋼等都會用到。

從固定式儲能角度看，氫能有幾個優點：

第一是儲氫比電池儲電要便宜。如果比車下儲能，大概要差一個數量級。儲能電池一般循環壽命9000次，1000元/kWh以上，而氫能儲能裝置儲1kWh能量約需100元（車下與車載情形不同，車載由于體積限制，加上氫燃料電池發電效率比電力電池儲電效率低，所以會下降到3至5倍）。

第二是儲氫與儲電有互補性。電池是高頻雙向調節，氫能則是低頻調節。

第三，儲氫作為商品的屬性更好。

第四是氫的儲運方式靈活多樣，比如可以長途輸電、當地制氫。無論在何處制氫對電網負荷的調節作用類似，現在國家電網投資公司已經在做示范項目。

面向汽車應用的氫能戰略簡化與聚焦

燃料電池汽車的合理性取決于氫能，氫能的合理性主要取于可再生能源轉型中的大規模能量儲存與多元化利用需求。如果基于化石能源，氫能到終端利用的鏈條長、效率低、成本高，還有二氧化碳排放問題等，常常受到嚴重質疑。因此主攻綠氫既突出重點又簡化問題。

關于綠氫，其制取主途徑是風電光伏電解水。根據發改委能源所的研究，10%的棄電(棄風、光水)制氫能夠滿足2025年燃料電池汽車用氫需求，50%的棄電能夠滿足2035年全年燃料電池汽車用氫需求。燃料電池對氫純度要求高，綠氫也是最純凈的氫(副產氫提純質量要嚴格監管，以免加氫站、儲氫瓶和燃料電池受腐蝕或中毒，造成嚴重后果)。關于氫能的輸運，中國的優勢是輸電主干網全球領先，而氣氫管道和液氫儲運非常薄弱，基于綠電的綠氫給了我們揚長避短的機遇，因此主通道1000公里以上可以長途輸電(當地制氫)或管道輸氫/摻氫;200km以內可配送短途氣氫 。

2019年國內出現“氫能熱”，也有很多人提出質疑，其中有一些觀點看上去也是有道理的。其實氫能及燃料電池汽車既不是那么好，也不是那么差，關鍵是找到平衡點。

比如關于鉑金屬，作為質子交換膜電解和燃料電池的電化學催化劑的重要材料，公眾擔心燃料電池的大規模應用會導致全球鉑資源稀缺。但事實上，現在全球每年生產8000萬輛汽車，大多要用到鉑催化劑，但基本不消耗鉑，而是循環使用。當然，燃料電池的用鉑量在初期比現在內燃機用的量大多了。但目前燃料電池已經從每千瓦時1g鉑下降到0.3g了，下一步目標是0.1g，與大型商用車的柴油機催化轉化器的用量略有接近，所以這不是一個特別需要擔心的問題。

如何發揮燃料電池汽車的優勢

新能源汽車只有在向可再生能源低碳轉型時，其優勢才會凸顯。它不僅要用新能源，而且會反過來推動新能源的轉型。所以基于可再生能源，動力蓄電池和氫能成為儲能的優先選擇，純電動汽車、燃料電池汽車成為智能低碳能源系統的互動終端，新能源汽車的優勢才會凸顯。

氫能燃料電池汽車在什么情境下有優勢? 與純電動相比，燃料電池動力綜合優勢更適合應用于商用車。二者的成本平衡點是:乘用車在500km左右，大型商用車在200km左右。（具體算法是，純電動車型由動力電池和電機驅動，而燃料電池汽車的動力是“儲氫瓶+燃科電池+電機”，儲氫低于儲電的成本差價，隨續駛里程增加而產生的總成本優勢，減去燃料電池系統的成本相抵消，得到的續駛里程數值就是其與純電動的平衡點)。

氫燃料電池動力系統更適合長途大型高速重載車型，替代柴油機，鋰離子電池動力系統更適合替換汽油機，柴油商用車的總量遠遠小于汽油轎車，但油耗和排放大體相當，因此意義重大。而且，輪船、飛機、潛艇、火車、作業機械等都有可能采用氫燃料電池動力系統，擴大其應用范圍。

中國燃料電池商用車總量已經居世界首位，超過4000輛，要繼續朝這個方向努力。燃料電池發動機的成本也在快速下降，與5年前比成本大約已經降了一半，今后5年再降一半以上。事實上，很多材料和部件是由于進口導致的成本高，比如質子交換膜，進口價為2500元/m2，現在用國產的可以控制在1000元以內。

推廣燃料電池商用車的三大瓶頸

從商用車角度看，雖然儲氫比儲電的成本要低，但是它的體積大。雖然很多人認為氫能是能量密度最高的能源，但指的是質量能量密度，而體積能量密度幾乎是最低的了。面向2035年以燃料電池商用車為主的百萬輛級推廣應用，急需突破三個瓶頸：

1.車載儲氫瓶頸:商用車里程長車載儲氫量大，現有車載儲氫瓶體積偏大、成本偏高，安全較敏感，十年內將安全高壓瓶成本降低到儲1kg氫3000元以內。

2.加氫站瓶頸:商用車車載儲氫量大，占用加氫站時間長，占地面積大，使單站服務車輛數減少為乘用車的1/3-1/5，到2035年至少要建5000座加氫站。

3.燃料經濟性:商用車主要成本是燃料成本，目前氫燃料成本偏高;經過十年左右要使終端加價格普遍降低到30元/kg以內，滿足經濟合理性。

總體上看，車用氫燃料需求量預計為2025年20萬-40萬噸，2035年200萬－400萬噸，應用總量其實不是瓶頸，但氫能來源的技術路線卻成為了2019年的熱點。

正是因為有這些瓶頸，所以這一領域的創新非常活躍，我們當然需要創新，但是也要甄別偽創新。

如何實現市場突破

氫能戰略的必要性沒有問題，但目前全球面臨的共同挑戰是氫能及燃料電池全鏈條的技術經濟性，出路在于創新。當前的市場突破口在哪里？

首先，在有大量棄風、棄電、棄水和副產氫富余的地方，盡量在當地使用、就近使用，限制在低成本、高安全、儲氫瓶能夠覆蓋的里程范圍，而不是長距離運輸，因為一旦運輸成本將大幅增加。比如35兆帕的氫瓶已經比較便宜。

其次，最好在溫度較低的北方地區使用（黃河以北特別是長城以北），因為這些地區可以充分利用燃料電池產生的大量余熱，用來取暖。在這些地方適合采用燃料電池深度混合動力車型，加上地方政府的大力支持以及大型能源企業愿意建加氫站，這是很有競爭力的。

再次，主要用在商用車型上，特別是公路貨運及客運等長途重載運輸。

目前氫燃料電池產業的發展是有挑戰的，但是也有市場突破口，雖然不能全方位商業化，但是局部市場可以實現商業化，要重點突破，示范帶動，以點帶面，行穩至遠，避免大起大落。

建議“主攻綠氫，創新引領；突破瓶頸，示范先行；安全為本，有序推進。”氫能及燃料電池汽車下一個目標重點是冬奧會的氫能示范，這是全球最大規模的氫能燃料電池汽車示范工程，只要把這件事做好，氫能及燃料電池汽車今后的發展就會比較順利。