中國氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究

 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(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展面臨的兩大挑戰(zhàn)。文章從政策和技術(shù)入手進行綜合分析，結(jié)合國內(nèi)的實際狀況，提出我國燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的建議。

 近年來，氫能與燃料電池的研究受到各國關(guān)注，被視為未來世界能源體系的重要組成。中國是世界上zui大的能源生產(chǎn)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(jīng)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(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型勢在必行。

 汽車產(chǎn)業(yè)作為世界主要工業(yè)國家的支柱產(chǎn)業(yè)，是衡量一個國家綜合實力和發(fā)達(dá)程度的重要標(biāo)志。氫燃料電池汽車不僅在能源發(fā)展方面具有重要作用，而且具有的環(huán)保性能和能量轉(zhuǎn)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(nèi)外氫能和燃料電池產(chǎn)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(chǎn)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(jīng)濟產(chǎn)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(jīng)產(chǎn)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(yīng)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(yīng)用擴大到商業(yè)和工業(yè)應(yīng)用，計劃在 2020 年達(dá)到 1400 萬套規(guī)模，2030 年達(dá)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(jù)汽車種類和指標(biāo)，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(shè)方面給予大約 50% 的補貼。據(jù)統(tǒng)計，2014 年日本對國內(nèi)所有加氫站的補貼總額高達(dá) 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(chǎn)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(biāo)是到2020 年實現(xiàn)氫能和燃料電池在固定式能源供應(yīng)和交通方面的應(yīng)用。

 重點支持方向包括交通產(chǎn)業(yè)：道路交通、非道路交通和機械、基礎(chǔ)設(shè)施等；能源產(chǎn)業(yè)：氫氣制備、運輸、儲能、發(fā)電、熱電聯(lián)產(chǎn)等。

1.3 美國：隨著上臺，氫能和燃料電池支持政策方面出現(xiàn)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(shù)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(shù)。

 據(jù)統(tǒng)計，美國僅 2016 年內(nèi)就有10 個州頒布相關(guān)政策，支持燃料電池產(chǎn)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(jù)美國聯(lián)邦公路局公布的「國家替代燃料與充電網(wǎng)絡(luò)」規(guī)劃，美國全境 35 個州將形成以 55 座加氫站為基礎(chǔ)節(jié)點的「氫能網(wǎng)絡(luò)」，加利福尼亞州、科羅拉多州、佛羅里達(dá)州、紐約州、威斯康辛州等 10 個州將啟動建設(shè)工作。

1.4 中國：政府強力支持氫能與燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展

 我國《「十三五」戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》、《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動計劃（2016～2030 年）》、《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)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(chǎn)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(shù)列為重點任務(wù)，將氫燃料電池汽車列為重點支持領(lǐng)域。

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

 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zui高，而且?guī)缀醪煌似隆?/span>

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

 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(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

2.1 整車

 2014 年 12 月，豐田 Mirai 燃料電池轎車上市，標(biāo)志著氫燃料電池汽車技術(shù)實現(xiàn)重大進步，氫燃料電池汽車的技術(shù)已經(jīng)從基礎(chǔ)研究、樣車示范進入工程化、商品化發(fā)展階段。據(jù)統(tǒng)計，2016 年，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(xiàn)代 ix35FC，其中，豐田 Mirai 銷售 2039 輛，主要用于運營。2017 年，還有少數(shù)車企計劃推出氫燃料電池商品車，但預(yù)計總銷售量不會超過 5000 輛。

 國內(nèi)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(biāo)方面取得了重大進步，已累計實現(xiàn) 81 輛示范運行，部分車輛在 2014 年參加了上汽的「新能源汽車*行」全國巡游，歷經(jīng) 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(nèi)外典型氫燃料電池轎車對比如表 1 所示。

表 1 國內(nèi)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(nèi)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(guān)整車產(chǎn)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(nèi)燃料電池汽車分布

 十三五開始后，國內(nèi)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(chǎn)能力。據(jù)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(dāng)年新發(fā)布的推薦目錄，車型款數(shù)zui多為城市客車。2017 年全國燃料電池商用車產(chǎn)量為 1226 輛，其中產(chǎn)量zui大車型為物流車，物流車產(chǎn)量zui大企業(yè)為東風(fēng)公司，普通客車產(chǎn)量zui大企業(yè)為上汽大通，公交客車產(chǎn)量zui大企業(yè)為佛山飛馳，如圖 1 所示。

 2.2 關(guān)鍵零部件和材料

 中國在氫燃料電池電堆及其關(guān)鍵材料領(lǐng)域已初步形成產(chǎn)業(yè)鏈，但技術(shù)成熟度差距較大。

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

 目前國內(nèi)具有*自主知識產(chǎn)權(quán)的電堆主要由大連新源動力提供，國外企業(yè)通過在國內(nèi)合資建廠組裝電堆為國內(nèi)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(fù)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(chǎn)電堆壽命為幾千小時，國外已經(jīng)達(dá)到上萬小時，但國外電堆對空氣質(zhì)量要求很高，能否適應(yīng)國內(nèi)空氣質(zhì)量條件尚有待驗證。

 在氫燃料電池關(guān)鍵材料和其他零部件方面，如催化劑、質(zhì)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(shù)水平較低，大多屬于空白或尚未成熟，需要采用進口材料，上也被少數(shù)企業(yè)壟斷，價格*。

 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(yīng)用條件。

 2.3 加氫站

 目前已經(jīng)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：

 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(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的供應(yīng)鏈體系未形成，導(dǎo)致加氫站建設(shè)緩慢，車用高純氫價格過高。嚴(yán)重阻礙氫燃料電池汽車示范運營。

（1）國內(nèi)車用高純氫來源

 中國的氫氣生產(chǎn)主要來自煤、石油和天然氣等化石燃料轉(zhuǎn)化制氫，各種工業(yè)生產(chǎn)的尾氣回收或焦化廠、氯堿廠副產(chǎn)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(jù) 2007 年統(tǒng)計數(shù)據(jù)，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(chǎn)氫資源中，煉焦和鋼鐵行業(yè)副產(chǎn)氫 533 萬噸，制堿工業(yè)副產(chǎn)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(yīng)用市場較小、廠家提純副產(chǎn)氫時需要投資 1000 多萬建設(shè)提純設(shè)備有關(guān)。

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

（3）氫價組成分析

 除了「出廠價+運費」的價格，氫價還應(yīng)包括加氫站成本，如土地費用、加氫站建設(shè)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(shè) 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(shè)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(chǎn)業(yè)發(fā)展存在的主要問題

 3.1 產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)不完善，部分關(guān)鍵材料和零部件缺乏量產(chǎn)能力

 目前，我國氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈已形成雛形，但產(chǎn)業(yè)鏈體系建設(shè)尚不完善，尤其是部分關(guān)鍵零部件和材料尚不具備量產(chǎn)能力，需要依賴進口，如質(zhì)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(nèi)燃料電池產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化進程。其中質(zhì)子交換膜基本被杜邦、3M、戈爾公司等*壟斷，進口價格高達(dá) 600 美元/m^2，國內(nèi)公司的質(zhì)子交換膜產(chǎn)品尚處于試驗階段。

 在燃料電池產(chǎn)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(chǎn)業(yè)將陷入技術(shù)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(shù)，不嚴(yán)謹(jǐn)開發(fā)產(chǎn)品，將對燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展產(chǎn)生重大打擊。

3.2 氫源產(chǎn)業(yè)鏈尚未建立，車用高純氫價格高昂

 雖然我國氫氣年產(chǎn)量已逾千萬噸規(guī)模，位居世界*，工業(yè)副產(chǎn)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(chǎn)氫提純和電解水制氫工作提供了優(yōu)勢條件，但氫源產(chǎn)業(yè)鏈尚未建立完善。

 目前國內(nèi)從事氫氣提純的企業(yè)較少，生產(chǎn)規(guī)模不大，車用高純氫產(chǎn)量不足，而且分布不均；國內(nèi)氫氣運輸當(dāng)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(guān)鍵零部件，如加氫槍、高壓管線、管件、閥門等，當(dāng)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(dǎo)致氫氣終端銷售價格居高不下，嚴(yán)重阻礙氫燃料電池汽車推廣應(yīng)用。

3.3 政府鼓勵氫燃料電池汽車產(chǎn)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(guān)于調(diào)整新能源汽車推廣應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)和上限，在現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上退坡 20%。從補貼政策看，國家鼓勵扶持燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)的態(tài)度非常明確。

 氫燃料電池汽車產(chǎn)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(shè)和車輛運營等多方面給予配合支持，如國家對充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)有明確的鼓勵政策，對于加氫站建設(shè)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(shè)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(shè)審批規(guī)定，地方在審批加氫站建設(shè)時無據(jù)可依，需要各自索，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(nèi)加氫站從選址規(guī)劃到建設(shè)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(xié)同，完善頂層設(shè)計

 發(fā)展氫能和氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)需要發(fā)揮舉國之力，進一步明確國家戰(zhàn)略導(dǎo)向，構(gòu)建高層次協(xié)調(diào)機制，在政策層面統(tǒng)一步調(diào)、形成合力、做好引導(dǎo)。

 由于燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈長，從研發(fā)制造、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)到消防安全、財政補貼，相關(guān)責(zé)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、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(xié)同，制定出有針對性的、有效的、合理的支持政策。

 在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面，對標(biāo)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(xié)調(diào)能源、氣體、汽車等有關(guān)大型企業(yè)，建立完善的加氫站建設(shè)、氫氣供應(yīng)、加氫站運營體系；同時明確地方加氫站建設(shè)審批主體、理順責(zé)任關(guān)系、規(guī)范審批流程。

4.2 突破核心技術(shù)，優(yōu)勢區(qū)域示范

 在整車研究方面，應(yīng)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，帶動整個產(chǎn)業(yè)鏈的建設(shè)和完善。

 在系統(tǒng)研究方面，加大輔助系統(tǒng)關(guān)鍵零部件技術(shù)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(guān)鍵零部件技術(shù)，進一步完善關(guān)鍵零部件技術(shù)鏈。開展氫燃料電池電堆、關(guān)鍵零部件、發(fā)動機系統(tǒng)集成等方面的測試技術(shù)和指標(biāo)體系研究。

 在電堆研究方面，加大關(guān)鍵材料和部件的基礎(chǔ)研究投入，設(shè)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(guān)鍵技術(shù)，重點突破催化劑、質(zhì)子交換膜、膜電極、雙極板等核心技術(shù)研究，提高電堆產(chǎn)品的性能和壽命，降低成本。

 在示范推廣方面，現(xiàn)階段氫燃料電池汽車應(yīng)重點在有一定技術(shù)和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，而且氫源豐富的地區(qū)，有序開展氫能應(yīng)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(shù)、產(chǎn)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(yīng)體系，大幅降低車用氫能成本。

4.3 法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，科學(xué)評估調(diào)整

 目前我國氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)涉及汽車行業(yè)、電池行業(yè)和氣體生產(chǎn)行業(yè)等，基本處于主管部門「各管一攤」局面，應(yīng)由國家層面牽頭，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)各方標(biāo)準(zhǔn)訴求，促成機構(gòu)間形成有效銜接，進一步完善我國氫能應(yīng)用與燃料電池產(chǎn)業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系。

 由于氫氣一直作為高度危險品進行管理，部分標(biāo)準(zhǔn)與法規(guī)已與技術(shù)發(fā)展不相一致，應(yīng)在經(jīng)過嚴(yán)密驗證后，科學(xué)評估安全風(fēng)險，在保障安全的基礎(chǔ)上，結(jié)合實際需要逐步適度調(diào)整。