鉅大LARGE | 點擊量：2123次 | 2018年08月12日
氫燃料汽車產業發展現狀與分析
目前我國氫能與燃料電池產業標準涉及汽車行業、電池行業和氣體生產行業等，基本處于主管部門「各管一攤」局面，應由國家層面牽頭，統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，部分標準與法規已與技術發展不相一致，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。
隨著中國汽車產業面臨的能源安全和環境保護等可持續發展問題，新能源汽車產業正在快速發展。除了電動汽車，氫燃料電池汽車具有優秀的環保性能和能量轉化效率，續航里程長，同樣是未來汽車工業可持續化發展的重要方向。隨著中國汽車保有量的日益增加，能源安全和環境保護問題愈發凸顯，成為中國汽車產業可持續發展面臨的兩大挑戰。
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發展的主要政策、氫燃料電池汽車產業發展現狀與趨勢、我國氫燃料電池汽車產業發展存在的主要問題、燃料電池汽車發展政策建議。閱讀這份報告能幫助相關行業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發展的建議。
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展的能源供給體系。
隨著我國社會經濟的持續增長，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，能源結構轉型勢在必行。
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汽車產業作為世界主要工業國家的支柱產業，是衡量一個國家綜合實力和發達程度的重要標志。氫燃料電池汽車不僅在能源發展方面具有重要作用，而且具有優秀的環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、續航里程長等優勢，同樣是未來汽車工業可持續化發展的重要方向。
1.國內外氫能和燃料電池產業發展的主要政策
氫能是未來能源系統的重要組成部分，各國紛紛將發展氫能提升到國家戰略層面，制定戰略規劃路線圖，探索產業化發展途徑。
1.1日本：政府堅定推進氫能和燃料電池發展戰略
2014年日本經濟產業省發布了《氫能與燃料電池戰略路線圖》，制定了「三步走」發展計劃，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、示范和車輛補貼等方面。
在研發方面，2017年日本經產省對燃料電池研發支持共計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和工業應用，計劃在2020年達到1400萬套規模，2030年達到5300萬套規模。
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，持續穩定支持氫能和燃料電池產業發展
歐盟2016年發布的《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：道路交通、非道路交通和機械、基礎設施等;能源產業：氫氣制備、運輸、儲能、發電、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展報告》，肯定了未來氫能市場的發展潛力，大力投資發展先進氫能與燃料電池技術。
據統計，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、居民區等地安裝部署燃料電池發電系統等。
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」規劃，美國全境35個州將形成以55座加氫站為基礎節點的「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發展
我國《「十三五」戰略性新興產業發展規劃》、《能源技術革命創新行動計劃(2016～2030年)》、《節能與新能源汽車產業發展規劃(2012～2020年)》、《中國制造2025》等國家頂層規劃都明確了氫能與燃料電池產業的戰略性地位，紛紛將發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《節能與新能源汽車技術路線圖》明確提出：
2020年實現5000輛級規模在特定地區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，而且幾乎不退坡。
2017年，上海市在國內率先發布了《上海市燃料電池汽車發展規劃》，明確提出：
2020年建設加氫站5～10座，示范運行規模達到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發展現狀與趨勢
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、商品化發展階段。據統計，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，投入研發的主要企業是上汽集團，已完成前后四代氫燃料電池轎車的開發。在國家創新工程支持下，上汽氫燃料電池轎車在動力性、續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10000km的實際路試，通過各種地形、海拔、環境氣溫的綜合考驗。國內外典型氫燃料電池轎車對比如表1所示。
在燃料電池商用車方面，十三五之前國內主要有上汽、北汽福田等企業采用自主研發的電堆開發了相關整車產品，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。
十三五開始后，國內更多商用車企業涉足氫燃料電池商用車開發，近年來已初步具備小批量生產能力。據統計，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為東風公司，普通客車產量最大企業為上汽大通，公交客車產量最大企業為佛山飛馳，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，國外企業通過在國內合資建廠組裝電堆為國內系統企業提供電堆，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壟斷，價格極高。
從系統成本來看，目前成本在1～1.5萬元/kW左右。
從發展階段來看，目前中國氫燃料電池汽車具備小規模推廣應用條件。
2.3加氫站
目前已經商業化運營的加氫站有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展規劃》，規劃草稿計劃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，充分利用上海工業副產氫資源，全面部署加氫站網絡布局規劃，推動環上海加氫站走廊、嘉定汽車城、迪士尼、虹橋機場、金山化工區、臨港等示范區域加氫站的建設，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，價格沒有優勢。由于產業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，煉焦和鋼鐵行業副產氫533萬噸，制堿工業副產氫42萬噸。
(2)車用油、電與氫使用成本對比
與傳統車和電動車比較，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4800m^2，400kg/d，35MPa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運營能夠承受的范圍。
3.我國氫燃料電池汽車產業發展存在的主要問題
3.1產業鏈建設不完善，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鏈已形成雛形，但產業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，不嚴謹開發產品，將對燃料電池產業發展產生重大打擊。
3.2氫源產業鏈尚未建立，車用高純氫價格高昂
雖然我國氫氣年產量已逾千萬噸規模，位居世界第一，工業副產氫資源豐富，可再生能源棄電量龐大，為我國開展大規模副產氫提純和電解水制氫工作提供了優勢條件，但氫源產業鏈尚未建立完善。
目前國內從事氫氣提純的企業較少，生產規模不大，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發展，但缺乏配套措施
2016年12月，財政部等4部委發布《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的態度非常明確。
氫燃料電池汽車產業發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，卻在后續政策中取消了。
3.4加氫站建設審批缺乏規范，企業面臨重重困難
目前我國缺少國家層面的規范化的加氫站規劃建設審批規定，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一，企業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。
由于沒有明確統一的流程，審批效率極其低下，國內加氫站從選址規劃到建設完工，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.燃料電池汽車發展政策建議
4.1加強部際協同，完善頂層設計
發展氫能和氫燃料電池汽車產業需要發揮舉國之力，進一步明確國家戰略導向，構建高層次協調機制，在政策層面統一步調、形成合力、做好引導。
由于燃料電池產業鏈長，從研發制造、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，其中許多環節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劃，充分組織協調能源、氣體、汽車等有關大型企業，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、規范審批流程。
4.2突破核心技術，優勢區域示范
在整車研究方面，應大力促進整車企業在燃料電池汽車方面的研發投入，以整車為龍頭，帶動整個產業鏈的建設和完善。
在系統研究方面，加大輔助系統關鍵零部件技術研發力度，重點突破空壓機、氫氣循環泵、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、發動機系統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基礎，而且氫源豐富的地區，有序開展氫能應用和氫燃料電池汽車示范運營。通過一定規模的使用促進技術、產業鏈成熟，加快提高燃料電池系統的性能水平，促進形成車用氫能供應體系，大幅降低車用氫能成本。
4.3法規標準，科學評估調整
目前我國氫能與燃料電池產業標準涉及汽車行業、電池行業和氣體生產行業等，基本處于主管部門「各管一攤」局面，應由國家層面牽頭，統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，部分標準與法規已與技術發展不相一致，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。
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