氫燃料電池汽車的發展前景與機遇

從地方層面來看，全國已有超過100項地方政策支持氫能及燃料電池的發展，包括財政補貼、稅收優惠、科研支持等。北京、上海、山東等地根據國家政策及本地實際情況，制定了地方氫能產業發展的中長期規劃，明確了各自的發展目標和重點任務

氫是地球的重要組成元素，氫能是氫在物理和化學變化過程中釋放的能量，可用于儲能、發電以及各種交通工具和家用能源等領域。在全球加快能源綠色轉型的背景下，氫能因其清潔、可再生且高效的特征，被認為是一種理想的能源形態。氫能產業科技含量高、產業鏈帶動能力強，在構建現代化產業體系、促進能源轉型、保障能源安全、形成新質生產力等方面具有重要作用。

為助力實現碳達峰碳中和目標，2022年3月，國家發展改革委和國家能源局發布《氫能產業發展中長期規劃（2021—2035年）》，明確了氫的能源屬性，是未來國家能源體系的組成部分。2025年1月1日正式實施的《中華人民共和國能源法》將氫能納入能源管理體系，標志著氫能將在全國綜合能源規劃、分領域能源規劃以及各省市區發展規劃中占據一席之地，為其未來發展奠定基礎。

全球氫能政策及發展現狀

目前，發展氫能已成為全球共識。根據國際能源署（IEA）發布的數據，已有超過50個國家和地區發布了氫能戰略，全球氫能項目數量達到1572個，比2020年增長了7倍。預計到2050年，為了實現全球凈零排放，將需要大約5.28億噸的低碳氫氣，這顯示了氫能在全球降碳行動中占據的重要位置。目前，世界主要大國均加大氫能投資力度，推動先進技術研發和產業化，搶占國際競爭制高點。同時，英國石油公司、殼牌、雪佛龍、道達爾能源、法國液化空氣集團等國際能源巨頭都在積極布局氫能產業。

隨著各國不斷加大對氫能的政策支持力度，全球各類氫能產品的數量也在逐步提升，其中家用熱電聯供已超過50萬臺、燃料電池車輛超過8.6萬臺，加氫站也超過1160座。

近年來，我國氫能產業發展也取得了顯著成效，國家與地方出臺了一系列支持政策。2020年11月，國務院辦公廳印發《新能源汽車產業發展規劃（2021—2035）》，將氫燃料電池汽車作為新能源汽車的重要組成部分，提出了氫燃料電池汽車的發展目標和支持措施。2022年3月，國家發展改革委、國家能源局印發《氫能產業發展中長期規劃（2021—2035）》，明確了氫能產業發展的總體要求、發展目標，部署了推動氫能產業高質量發展的重要舉措以及產業發展的各階段目標。2024年政府工作報告中明確將氫能列為新興氫能產業，提出加快氫能等前沿新興產業的發展要求。2024年11月，第十四屆全國人民代表大會常務委員會第十二次會議表決通過的《中華人民共和國能源法》，將氫能納入能源體系，標志著氫能在我國能源體系中的地位得到了法律層面的認可和保障。

從地方層面來看，全國已有超過100項地方政策支持氫能及燃料電池的發展，包括財政補貼、稅收優惠、科研支持等。北京、上海、山東等地根據國家政策及本地實際情況，制定了地方氫能產業發展的中長期規劃，明確了各自的發展目標和重點任務。很多省市以氫能交通為先導，推動氫能示范應用向多領域擴展。隨著各項氫能支持政策落地，截至2023年底，氫燃料電池汽車保有量已超過2萬輛，氫能示范應用逐步擴展至有軌電車、無人機、船舶、氫儲能、天然氣摻氫和氫冶金等領域。

氫燃料電池技術已趨近成熟

在技術研發層面，我國從材料、膜電極、電堆、輔助系統（BOP），層層深入、逐環解耦，逐步實現氫燃料電池發動機的自主化和國產化，同時自主研發多項核心技術，在可靠性、環境適應性、使用壽命、經濟性、成本上實現突破，氫燃料電池技術整體已趨近成熟。

以北京億華通科技股份有限公司（以下簡稱億華通）為例。該公司深耕氫燃料電池行業10多年，在氫燃料電池技術上實現不斷突破。針對氫燃料電池性能低、壽命不足的問題，億華通開發寬溫域膜，提升燃料電池耐久性，實現在電流密度為1安培每平方厘米的條件下，系統的電壓可達0.76伏特，運行溫度最高耐受105攝氏度。針對氫燃料電池在重型卡車上存在的功率不足、效率偏低問題，制備大功率、高功率密度的電堆，體積功率密度≥6千瓦/升，高溫堆最高運行溫度≥105攝氏度，雙堆功率≥350千瓦；實現空氣系統、熱管理系統、氫氣系統等關鍵部件的技術進步，如熱管理系統的散熱功率達480千瓦，功耗下降11.2千瓦，效率提高1.6%。

億華通還對氫燃料電池的關鍵部件重點開發，實現電堆壽命達20000小時、氫噴和空壓機壽命實現8年120萬千米，零部件故障率大幅降低，氫燃料電池發動機的平均首次故障里程、平均間隔無故障里程超10萬千米，確保產品可靠性；開發單體交流阻抗在線檢測技術與多段式自適應一致性吹掃策略，實現-40℃低溫124秒啟動。目前，億華通生產的氫燃料電池發動機系統最高效率、整車氫耗處于國際領先水平，實現了百千米氫耗4.93千克；構建耐久性優化架構，補齊全面提升產品壽命，常用工況點衰減率3.6微伏/小時，壽命達到20000小時，推動實現發動機批量化、國產化，預計2030年目標成本將降至500元/千瓦。

2022年北京冬奧會和冬殘奧會舉辦期間，搭載億華通產品的氫燃料電池汽車共投放724臺，累計運行375余萬千米，減碳2700余噸，實現全球首次最大規模氫燃料電池汽車應用，以零故障完成接駁任務，獲得北京冬奧組委會和科技部科技冬奧小組的認可，進一步推動了北京延慶區打造氫能產業園，同時加快了河北張家口市“氫能城市”的建設步伐。與此同時，這些車輛在冬奧會賽后繼續投入使用，為減少交通領域碳排放，打贏“藍天保衛戰”貢獻力量。

制約氫能產業鏈發展的卡脖子問題

我國可再生能源儲量可觀，為能源結構的轉型提供了堅實基礎。國家能源局發布數據顯示，我國可再生能源裝機規模不斷實現新突破。截至2024年底，全國可再生能源裝機達到18.89億千瓦，同比增長25%，約占我國總裝機的56%，其中，水電裝機4.36億千瓦，風電裝機5.21億千瓦，太陽能發電裝機8.87億千瓦。同時，可再生能源發電量穩步提升。2024年，全國可再生能源發電量達3.46萬億千瓦時，同比增加19%，約占全部發電量的35%；其中，風電太陽能發電量合計達1.83萬億千瓦時，同比增長27%。

隨著全球對清潔能源需求的不斷增長以及我國持續推進“雙碳”戰略，氫能作為一種高效、清潔的二次能源，在能源轉型中扮演起越來越重要的角色。但當前，我國氫能產業鏈在發展過程中面臨諸多挑戰，亟須在關鍵環節實現突破。

氫能產業鏈涵蓋制氫、儲氫、輸氫、加氫和用氫等多個環節，目前整體尚未形成完善的產業閉環，輸氫、加氫存在成本高、長期虧損等卡脖子問題，嚴重制約了氫能產業的商業化發展。

在制氫環節，伴隨著技術進步，相關成本將有所降低。在國家“雙碳”戰略的推動下，可再生能源制氫需求將進一步擴大。預計2030年，電解水制氫裝備出貨量將達86吉瓦。風電、光伏技術發展有望拉動可再生能源度電成本繼續下降，促進制氫成本進一步下探。預計2030年，電價預計將下降至0.3元/千萬時，堿性電解水制氫成本降幅約20%，達到16.51元，質子交換膜電解水制氫降幅40%，達到14.91元。

在輸氫環節，需要破解制約氫能產業發展的瓶頸問題。我國西部擁有豐富的風光電制氫資源，而東部氫燃料電池汽車（FCVC）應用廣泛。實施“西氫東送”戰略，將西部的氫氣輸送到東部，是實現氫能規模化發展的關鍵所在。

在氫氣的輸送方式中，高壓氣氫和液氫適用于短距離、小規模的氫氣輸送，而管道運輸則是長距離、大規模氫氣輸運的理想選擇。截至目前，我國已建成輸氫管道660千米，正在建設2000千米。已建成的管道中，純氫管道151.6千米，摻氫管道508.5千米。規劃中的“西氫東送”氫能骨干管網，輸氫能力可達7900萬噸/年，其運氫量可達萬噸級，運輸壓力為1-4兆帕，經濟運輸距離大于500千米。據“西氫東送”工程測算，輸氫成本與輸氫量呈負相關，輸氫量越大，成本越低。這充分表明管道輸氫在大規模氫氣輸送方面，具備顯著的成本優勢。

在加氫環節，加氫站作為氫能產業的關鍵基礎設施，在發展過程中面臨著諸多挑戰。由于加氫站的關鍵零部件國產化程度低，建站成本高昂，導致整體經濟性差，成本回收周期長，其建設與運營成為氫能產業鏈中的卡脖子環節。

從設備角度來看，加氫站的主要設備依賴進口。相關設備被美國、日本、歐洲等國家和地區壟斷，這不僅增加了設備采購成本，還限制了技術的自主性。此外，從建站成本來看，以1噸加氫站為例，造價高達1000萬元，3噸加氫站的造價則高達2850萬元。從審批流程來看，各地政府對加氫站的審批要求差異較大，缺乏統一的規范性文件，導致審批過程復雜且不統一，極大地增加了加氫站建設的時間成本和不確定性。氫氣保障也存在困難，不同制氫工藝生產的氫氣質量一致性差，成本差異明顯，且氫氣運輸成本較高，進一步壓縮了加氫站的利潤空間。

受上述因素影響，加氫站整體經濟性不佳。以3噸加氫站為例，通過總體成本（TCO）分析可知，在氫氣最終售價為30元/千克（補貼前）的情況下，加氫站至少需要8年才能實現收支平衡。由于成本回收周期漫長，車輛加氫尚未形成規模效應，加氫站長期處于虧損狀態，部分地區甚至出現了加氫站“關停潮”。

面對傳統加氫站的困境，換氫模式應運而生，并展現出獨特的優勢。對比同為3噸規模的加氫站與換氫站，換氫模式在相關方面表現更優。從投入成本來看，換氫站僅需730萬元，遠低于加氫站的2850萬元。加氫時間大幅縮短，從30分鐘減少至10分鐘，顯著提高了車輛的使用效率，對司機更為友好。從經濟性來看，3噸換氫站可服務60輛49T重型卡車，預計在15年運營期內，換氫站總收入可達9000萬元。以49T重型卡車為例，其全生命周期運營300萬千米，百千米氫氣消耗10千克，需加氫30萬千克。換氫模式下，每服務1臺車，換氫站可收入150萬元。換氫站僅需2年即可實現收支平衡，而加氫站則需要8年，因此，換氫模式的優勢十分明顯。此外，換氫站具有更強的靈活性，可根據氫能車輛的數量變化，隨時調整換氫模組數量。

在百千米能耗成本對比中，選擇換氫模式的氫燃料車輛百千米成本為210元，略高于純電動的192元，但遠低于燃油車的288元，也低于加氫模式的300元，在成本控制上具有一定競爭力。

可見，換氫替代加氫的技術路線具有高效便捷、可擴展性強、成本低的優點，但還存在一些不足。在標準及備案方面，需要統一高壓氫瓶的標準和模塊化，建立完善的氫瓶安全檢驗和安裝資質認證體系，并推動車輛管理與特種設備管理的創新。在安全責任方面，要保證換氫過程中的清潔度，提升接插頭的可靠性，明確安全責任主體，加強安全監管。

氫燃料電池的發展展望在2021年之前，氫燃料電池電動汽車技術尚處于萌芽期，全國市場以公共交通、物流車輛為主，保有量約1萬輛，氫燃料電池發動機功率為30—80千瓦，額定點效率達45%。2022—2025年商業化示范階段，中長途客運、短途中重型卡車開始應用氫燃料電池電動汽車技術，保有量增長至約10萬輛，發動機功率提升至30—300千瓦，額定點效率達50%。預計2025—2030年將進入快速發展階段，長途高速客運、長途重卡、乘用車等市場逐步打開，氫燃料電池電動汽車保有量預計達100萬輛，功率提升至30—500千瓦，額定點效率達60%。同時，車載儲氫技術不斷進步，從35兆帕III型儲氫瓶到70兆帕Ⅳ型儲氫瓶，再到液氫等高效技術應用，成本也將逐漸降低。

目前，適用氫燃料電池電動汽車規模化發展的三大應用場景為城郊公交、長途干線物流車輛、冷鏈物流車輛。以京津冀地區為例，采用氫燃料電池的城郊公交保有量為8000輛，近3年推廣量為5000輛，年用氫2.6萬噸；采用氫燃料電池的長途干線物流車輛保有量為20萬輛，推廣量為6000輛，年用氫5.3萬噸；采用氫燃料電池的冷鏈物流車輛保有量為52.7萬輛，推廣量為10000輛，年用氫2.1萬噸。這些車輛使用頻繁、路線相對固定，為氫能應用提供穩定市場。

為推動氫燃料電池車輛實現規模化、跨區域和中長途運營，在氫能產業示范城市群的基礎上，聯通跨區域高速公路，我國已形成“兩縱四橫”氫能高速網絡。目前，山東、湖北、四川、吉林、陜西等多地已出臺政策，對氫能車輛免收高速公路通行費，部分地區還給予加氫站建設補貼等支持。這些舉措不僅降低了氫能車輛的運營成本，還促進了氫能產業鏈的協同發展，為氫能高速網絡的建設和完善提供了有力支撐。

隨著燃料電池成本的持續下降，在免收高速費的條件下，氫能車輛在運營成本方面展現出較大優勢。通過對49T牽引車的TCO分析可知，與燃油重型卡車相比，氫能重型卡車在8年內，可節省高速費200多萬元。從各項成本明細來看，49T燃油重型卡車的TCO總計為864萬元，49T換電重型卡車TCO為739萬元，而49T氫能重卡僅為628萬元。這清晰地表明氫能重卡在長期運營中具備顯著的經濟性，有望在長途干線物流領域得到更廣泛的應用。

隨著技術進步、成本降低和基礎設施完善，氫燃料電池車輛市場將迎來爆發式增長。商用車行駛里程長、載重量大，對氫能需求大，大規模應用能推促進制氫、運氫、儲氫、加氫等環節協同發展，并可推動氫燃料電池產業鏈成熟。以商用車為突破口，借助管道輸氫，可帶動西部可再生能源大規模制氫和東部燃料電池規模化發展，有望形成兩條10萬億級產業規模。

同時，氫燃料電池應用廣泛，適合多場景應用，除當前已逐步商業化的公交車、物流車、特種車等陸地交通領域，還可涉及分布式發電站、家用熱電聯供等場景，以及無人機、飛行汽車、飛機、船舶等航空航海領域。不同功率的氫燃料電池可滿足各場景需求，如乘用車（10—150千瓦）、分布式燃料電池發電站（1—10兆瓦）等，展現出產業巨大發展潛力。

氫能及燃料電池產業前景廣闊，但也面臨技術持續創新、成本如何進一步降低、基礎設施待完善等挑戰。政府、企業和科研機構需協同合作，加大研發投入，完善政策支持體系，加快加氫站等基礎設施建設。隨著技術成熟和市場規模擴大，氫能及燃料電池產業將在能源轉型和綠色發展中發揮關鍵作用，推動全球可持續發展進程。

（作者：北京億華通科技股份有限公司首席技術官、北京市氫燃料電池發動機工程技術研究中心總工程師）