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中國燃料電池汽車產業的發展現狀、獨有特點及主要差距

鋰電聯盟會長 ? 來源:未知 ? 作者:李倩 ? 2018-07-23 10:30 ? 次閱讀

概述

文章對國內外燃料電池汽車產業的發展歷程和共性問題進行了研究,重點分析了中國燃料電池汽車產業的發展現狀、獨有特點及主要差距。

在此基礎上,結合燃料電池汽車產業和技術的特點,提出中國應當清晰界定燃料電池汽車的重要戰略地位,并提出了以商用車作為近期發展先導、政府持續支持和企業認真儲備等具體發展策略建議。

1. 前言

當前,全球能源、環境問題日益嚴重,世界各國都在積極尋求應對方案,在汽車領域大力推進新能源汽車的目的也正是如此。

新能源汽車有不同的類型,其中,燃料電池汽車(Fuel Cell Vehicle,FCV)不僅能夠在燃料上實現對燃油的完全替代,而且具有「零排放」、能量轉換效率高、燃料來源多樣并可靈活取自于可再生能源等優勢,因而被認為是實現未來汽車工業可持續發展的重要方向之一,也是解決全球能源和環境問題的理想方案之一。

目前,燃料電池汽車技術尚不夠成熟,但各國重視程度在不斷提高,呈現出加大力度推進的態勢 。

日本、美國、歐盟和韓國等都投入了大量資金和人力開展燃料電池汽車的研究。豐田、本田、通用、福特、奔馳、現代等公司都已經開發出燃料電池車型并進行示范運行,進入初步應用階段。

對于中國來說,隨著汽車保有量不斷攀升,來自汽車產業的能源與環境壓力不斷增大:

一方面,石油對外依存度逐年上升,已從本世紀初的 26% 增加至 2016 年的 65% 以上,對能源安全構成了嚴峻挑戰,實施能源替代迫在眉睫;

另一方面,能源結構中化石能源居于絕對主體地位,環保壓力巨大,優化能源結構同樣刻不容緩。

氫能熱值較高,儲量豐富,來源多樣,應用廣泛,特別是具有極佳的環境友好度,代表著人類能源「脫碳入氫」、徹底避免碳排放的可能前景,是理想的長期替代能源候選對象之一。

從氫能的應用角度看,燃料電池汽車是重點方向之一,如果氫能可以在規模龐大、影響廣泛的汽車產業得到規模化的應用,必將產生深遠影響。

也就是說,發展燃料電池汽車對于改善中國能源結構、推動交通領域低碳轉型以及提升重點產業國際競爭力和科技創新力具有特殊的戰略意義。

正因如此,在《中國制造 2025》等綱領性文件中,中國政府對燃料電池汽車及其相關技術提出了明確的發展規劃,重視程度不斷提升。

有鑒于此,本文對燃料電池汽車核心技術、關鍵問題、發展現狀等進行了梳理,特別分析探討了中國燃料電池汽車產業的特點,并提出了現階段有針對性的發展建議。

2. 燃料電池汽車技術的應用進展

2.1 燃料電池汽車技術簡介

圖 1 燃料電池及燃料電池汽車技術發展

燃料電池(Fuel Cell,FC)是一種以電化學反應方式將燃料(氫氣)與氧化劑(空氣)的化學能轉變為電能的能量轉換裝置。19 世紀 30 年代,人們提出了燃料電池的初步構想。此后,隨著技術的發展,不同級別的燃料電池問世,并逐步由軍用推廣至民用領域,如圖 1 所示。

自 20 世紀后半段開始,各大汽車廠商紛紛開展了燃料電池汽車的研究,其中尤其以日本最為領先。目前全世界已有多種高性能燃料電池汽車產品,初步進入了商業化應用階段。

根據電解質的不同,燃料電池可分為堿性燃料電池(Alkaline Fuel Cell,AFC)、質子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)、磷酸燃料電池(Phosphoric Acid Fuel Cell,PAFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(Molten Carbonate Fuel Cell,MCFC)、固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)等多種類型,其使用的燃料和適應的應用場景各有不同,其中質子交換膜燃料電池具有高比功率、可快速啟動、無腐蝕性、反應溫度低、氧化劑需求低等優勢,是當前燃料電池汽車的首選。

燃料電池汽車以車載氫氣為能量源,經燃料電池將氫氣的化學能量轉化為電能,再以電機驅動車輛行駛。顯然,這涉及燃料電池汽車本身以及氫能供應兩方面的全新內容:

燃料電池汽車包括車載儲氫系統、燃料電池系統、電驅動系統、整車控制系統和輔助儲能裝置等新元素;

氫能供應則包括氫氣從生產、儲存、運輸到加注、使用的全過程。

從整個產業鏈條看,燃料電池汽車的推廣和應用涉及面廣,無論對車輛本身還是對氫

的制備、儲運、應用等,都有較高要求:

氫的制備主要包括煤氣化制氫、水電解制氫、天然氣重整氣制氫、甲醇裂解制氫等工藝;

氫的存儲主要包括高壓氣態儲存、固態氫化物儲存、低溫液氫儲存等方式,相應的,其運輸方式主要包括車船運輸和管道運輸等;

氫的應用層面,加氫站及其他基礎設施的建設是未來發展的重點。

圖 2 燃料電池汽車產業鏈

而燃料電池汽車本身,則是機械、化學、材料、電控等諸多領域的交叉學科,如圖 2 所示。各國正致力于逐步提高性能、降低成本,以加快推廣應用。

2.2 各國燃料電池汽車技術及其產業化

基于燃料電池汽車的良好前景,各國對其的關注程度正在不斷提升(見表 1)。日本將氫能利用作為國家戰略方向之一,對氫能及燃料電池相關產業的發展高度重視。

政府、科研機構和企業對燃料電池及燃料電池汽車技術的開發和應用,持續進行了大量投入,豐田汽車公司研制的 Mirai、本田汽車公司的 Clarity,都是處于國際領先水平的燃料電池轎車產品。

表 1 全球燃料電池汽車產業發展總覽

美國對燃料電池及燃料電池汽車技術的發展也較為重視,早在 2005 年,即已將氫能列入「主流能源」選擇之一,并陸續發布了氫能與燃料電池計劃。

美國主要推動了燃料電池汽車在物料運輸等特殊領域的應用,至 2015 年,已有 34 家企業 8000 多輛燃料電池叉車投入運行,取得了較好的商業化推廣,同時道路示范車輛也有一定應用 。

歐盟在歐洲工業委員會和歐洲研究社團等組織的推動下,在燃料電池及燃料電池汽車方面開展了大量研究與示范應用,同時,對用于燃料電池和燃料電池汽車的資金投入、燃料電池車隊推廣項目以及加氫站建設等進行了系統的規劃。

總體而言,燃料電池汽車正處在由技術研發向商業化推廣過渡的階段,各國對該技術的重視不斷升溫,投入持續增加。

相比之下,日本政府對燃料電池及燃料電池汽車技術的推動力度更大,技術水平也更高,其先進的燃料電池乘用車車型已經初步實現了商業化,在燃料電池汽車領域走在了世界前列。

3. 全球燃料電池汽車發展的共性問題

當前,燃料電池汽車尚未達到大規模推廣應用的階段,其根本問題在于關鍵技術還不夠成熟。燃料電池汽車是涉及化學、材料、機械、電子等多個領域復雜技術的交叉載體,且所需技術水平較高,并給技術成本帶來了很大的挑戰。

例如,組成燃料電池單體的交換膜、催化層、滲透層、雙極板對材料、工藝提出了極高要求;又如,燃料電池電堆的成組、系統的集成與控制等,都必須適應汽車運行中頻繁變動的工況。

正是由于關鍵技術尚未取得根本性突破,燃料電池汽車的推廣還面臨著幾個重大瓶頸,這些共性問題制約著全球燃料電池汽車產業的快速發展。

3.1 成本

燃料電池的成本依然偏高,這是推廣燃料電池汽車必須解決的首要問題。代表性的燃料電池汽車產品,如豐田 Mirai 售價 6.9 萬美元(約合 45 萬元人民幣),本田 Clarity 售價 6 萬美元(約合 39 萬元人民幣),遠高于其他動力形式的同級別車輛。

表 2 燃料電池各部件要求及應對技術

造成燃料電池汽車高成本的主要原因在于燃料電池系統各部件成本較高,尤其是大量應用貴金屬 Pt 的催化層。

為了保證電池性能,燃料電池各部件都有其特別要求(見表 2),目前雖有各種應對方法,但始終無法避免較高的成本增量。因此,高性能、高可靠性、低成本的燃料電池組件,已成為燃料電池技術發展的重要方向。

圖 3 燃料電池汽車成本構成

美國能源部(Department of Energy,DOE)對燃料電池汽車的成本問題進行了系統分析,對整車、電堆、電池層層分解,得出了各部分成本的具體比例,如圖 3 所示。

根據 DOE 的研究,目前燃料電池系統成本已從 2006 年的每千瓦 120 美元(約合 790 元人民幣)降低到了每千瓦 55 美元(約合 360 元人民幣,假定達到 50 萬臺規模),未來通過技術進步和更大批量生產,還有望進一步降低成本,實現每千瓦 30 美元(約合 200 元人民幣)的長期目標。

中國燃料電池系統的實際成本目前約為每千瓦 5000 元人民幣,差距明顯,不過中國也制定了 2030 年達到每千瓦 200 元人民幣的目標,則與美國 DOE 的預估接近。

另據美國橡樹嶺國家實驗室(Oak Ridge National Laboratory)估計,在形成 20000 輛規模的前提下,燃料電池汽車的整車成本有望達到約 48000 美元(約合 315000 元人民幣),其中燃料電池系統約占一半,即 24000 美元(約合 157000 元人民幣)左右。

而如果考慮儲氫系統、輔助電池等,整個燃料電池動力總成的成本高達 36200 美元(約合 237000 元人民幣),占總成本的 75% 以上。

從目前的情況來看,盡管有所改善,但燃料電池動力系統的高昂成本,仍然使其與其他動力形式相比處于明顯的競爭劣勢,這是燃料電池汽車大規模推廣的最大瓶頸。

3.2 耐久性

車用燃料電池的耐久性是制約其商業化的主要技術挑戰之一,對于乘用車而言,目前普遍認可的指標是在性能衰減 10% 的水平下運行 5000 h。

近年來,世界各大汽車廠商積極致力于燃料電池技術研究,使電池耐久性有了較大提升,但距理想的商業化目標仍有一定差距。

DOE 的研究報告指出 ,自 2006 年以來,美國燃料電池乘用車平均耐久性已由 1000 h 逐步提升至約 2500 h,同時,單車最佳耐久性紀錄提升更快,2015 年有車輛達到 5605 h 的連續運行紀錄。

在商用車方面,近期的耐久性目標為 18000 h。美國 UTC 公司示范的大型客車是長壽命燃料電池系統的典型案例,在 2010 年該示范性商用車已連續運行 7000 h,到 2015 年已在實際路況條件下運行 19000 h。

目前,中國燃料電池轎車壽命不足 2000 h,客車的壽命約為 3000 h,明顯低于國外先進水平。總體來看,車用燃料電池耐久性正不斷提升,逐步接近商業化目標。

提高耐久性的關鍵技術在于控制燃料電池性能衰減,而性能衰減的主要影響因素是車輛運行工況的頻繁變動。目前主要從兩方面解決此問題:

一方面,通過對動力系統與控制策略的優化,避開不利條件或減少不利條件的存在時間,以達到延緩衰減的目的;

另一方面,繼續發展新材料技術,包括用于催化劑及載體、聚合物膜、雙極板等的關鍵材料,以滿足苛刻的車用工況,提升耐久性。

具體來講,提高耐久性的重點技術包括:

電極材料的催化劑活性研究、交換膜的傳導能力提升;

電堆的水、熱、汽控制;

燃料電池系統的構型設計與優化、穩定工況控制、啟停機策略、動力電池匹配等。

在這些方面,中國都存在一定差距。

3.3 基礎設施

完善的基礎設施同樣是燃料電池汽車大范圍推廣的前提。有資料顯示,一座加氫站的投入大約為 2000 萬元,大大高于加油站的建設成本,其中約 60% 的成本用于站點維持。因此,現階段加氫站的建設和運營必須依靠政府的財政補貼。

加氫站氫源方面,包括水電解制氫、質子交換膜水解制氫、天然氣現場重整、外供氫等,需要因地制宜,選取合理方式。

如表 1 所示,至 2016 年,日本已在東京、大阪等城市建設了 100 座加氫站,北美建有 68 座加氫站,歐洲建有 50 座加氫站,中國則僅有 6 座。這些加氫站僅能滿足示范應用需要,如要實現真正規模化的商業推廣,還需更進一步的投入和建設。

因此,燃料電池汽車的快速發展有賴于氫能基礎設施的超前部署,當前各國政府紛紛制定了各自的加氫站建設規劃,正在逐步加大對基礎設施的投入。

3.4 氫能產業鏈的系統規劃

為實現燃料電池汽車的大規模推廣,除了加氫環節外,還必須有「制氫-運氫-儲氫-用氫」全產業鏈的完善配套設施。

同時,需要對氫能產業鏈的每個環節都進行深入研究和分析,站在全生命周期的角度評價和控制氫能利用的整體效益,例如采取碳排放較高的制氫和運氫方式,可能導致氫能利用在整體上并不節能環保。

目前針對各種制氫方法、運輸方式等都有一些研究工作 ,但從「制氫-運氫-儲氫-用氫」全過程視角出發,研究全局性的設計與規劃尚不多見。

此外,當前雖有較成熟的制氫技術,如甲醇裂解制氫、煤氣化制氫、水電解制氫等方式,但大都是針對工業用氫。針對未來車載氫能的大規模制備、儲運和使用,還需進一步研究:

氫的儲運就有多種技術路線可以選取,包括高壓氫瓶儲存、金屬氫化物儲存和車船運輸、管道運輸等,最適合車用的氫能儲運方式尚不明確;

未來還需要考慮制氫的低成本化、低污染化、低能耗化,開發可再生能源制氫技術、探索如何降低電解水的能耗與成本可能成為未來的重要方向。

總之,燃料電池汽車的推廣,實際上是氫能在汽車產業大規模應用的問題,唯有對整個氫能產業鏈和汽車產業鏈進行綜合評估和系統規劃,方能在實現推廣目標的同時真正滿足社會的多元需求。

4. 中國燃料電池汽車發展現狀及差距分析

4.1 中國燃料電池汽車產業的發展現狀

在國家「863」計劃「十五」電動車重大科技專項、「十一五」節能與新能源汽車重大項目、「十二五」及「十三五」電動車關鍵技術與系統集成等重大項目的支持下,通過產學研聯合研發團隊的攻關,中國燃料電池汽車技術取得了一定的進展,初步掌握了燃料電池電堆和關鍵材料、動力系統與核心部件、整車集成和氫能基礎設施等核心技術,基本建立了具有自主知識產權的燃料電池轎車及城市客車動力系統技術平臺,也初步形成了燃料電池發動機、動力電池、DC/DC 變換器、驅動電機、儲氫系統等關鍵零部件的配套研發體系,并具備了百輛級燃料電池汽車及其動力系統的生產能力。

當前,中國已有 3 款燃料電池客車、5 款燃料電池轎車樣車推出,并先后在北京奧運會、上海世博會、全球環境基金與聯合國發展計劃署(GEF/UNDP)共同支持的燃料電池城市客車商業化示范活動、新加坡青奧會等開展了示范運行。

基礎設施方面,中國建有加氫站 6 座,分別位于北京、上海、鄭州等地。制氫方面,中國主要采用煤氣化制氫,小規模的分散用氫主要靠甲醇蒸汽重整、水電解和氨氣裂解等方式提供,而未來的發展方向則是可再生能源制氫以及化石能源的高效清潔利用。

總體而言,中國燃料電池汽車產業尚處于起步階段,僅有少量企業進行了開發示范樣車的嘗試,但后續量產計劃并未跟進,沒有形成前后接續、有序推進的態勢。

4.2 中國燃料電池汽車產業的主要差距與自身特點

經過多年的發展,與國際先進水平相比,中國燃料電池汽車在整車總體布置、動力性、氫氣消耗量等基本性能方面已經差距不大,在動力系統的集成和控制方面也有明顯進步,但在關鍵材料及工藝、關鍵零部件、整車集成以及耐久性等方面,仍有明顯差距,如表 3 所示。

表 3 國內外燃料電池汽車技術差距

總體上,核心組件如質子交換膜、催化劑、碳紙、碳布、膜電極、雙極板等,中國雖進行了基礎研發及小規模量產,但其性能、成本與國外先進水平相比均有不足。

國外已可實現關鍵零部件的大規模生產,中國多處在試生產、小規模生產階段。集成技術的差距,使中國燃料電池發動機功率明顯低于國際水平,例如,中國典型燃料電池轎車的電池功率約為 35~50 kW,而國際先進水平可達 90~100 kW。

與此同時,中國燃料電池汽車產業有其自身特點,切實把握這些「獨特」屬性,才能有效地梳理出最適宜的發展策略:

第一,發展起步晚,地域性強。中國于 20 世紀 90 年代開始關注燃料電池技術,至 2000 年左右才開展燃料電池汽車方面的研究,與世界先進國家相比,技術積累相對薄弱。同時,中國的燃料電池相關產業集中在東南沿海地區,如在如皋、佛山等城市發展相對迅速,內陸地區則相對遲緩,呈現出地域性明顯的特征。

第二,產業鏈條不夠完整。由于尚處在基礎研發和初步應用階段,燃料電池先進技術更多由研究機構和高等院校掌握,而這些單位往往不具備氫能產業化應用的條件和能力,特別是在汽車這樣復雜且涉及面廣的產品上。相比之下,中國燃料電池企業以及整車企業的競爭力普遍較弱,從基礎研發到推廣應用的產業鏈尚未完全打通。

第三,商用車發展相對較快。相較于燃料電池乘用車,中國已有宇通客車、福田客車、金龍客車等廠商對燃料電池商用車進行了多年開發,研制了多代樣車,并進行了示范應用,具備了一定的技術基礎。

第四,政府更為關注純電動車的發展。目前純電動車是中國新能源汽車的主要戰略方向,得到了大量的政策傾斜和資金投入,相比之下,更需前瞻投入的燃料電池汽車并未獲得區別于電動車的特殊政策支持。也可以說,未來燃料電池汽車在中國的良好發展,首先需要政府給出清晰的定位和明確的方向。

總之,除全球燃料電池汽車產業面臨的共性瓶頸外,中國燃料電池汽車的加快推廣還必須克服目前明顯的技術差距,并有效結合自身特點,這在客觀上增加了燃料電池汽車產業在中國發展的困難和變數。

但從推行能源多元化、降低風險的角度出發,同時考慮到氫能作為未來主要能源候選對象的戰略地位,中國不宜忽視燃料電池及其在汽車領域應用的技術研發與產業化推進,必須采取適宜措施,有針對性、有計劃地予以重點實施。

5. 中國燃料電池汽車的發展策略建議

5.1 中國發展燃料電池汽車的戰略定位

首先,必須站在全球產業升級和能源革命的大背景下審視燃料電池汽車。當前,全球能源與環境壓力與日俱增,各國汽車節能減排的步伐不斷加快,發展新能源汽車已呈大勢所趨。

各國一方面不斷加嚴燃油消耗法規,另一方面持續加大對新能源汽車支持力度,以謀求交通領域的可持續發展。

以日本豐田、本田、德國大眾等為代表的多家全球頂級汽車企業更相繼宣布了停產傳統燃油車的時間表,這意味著推進新能源汽車、實現汽車電氣化成為了公認的發展趨勢。目前新能源汽車有兩大主要發展方向,即純電動車與燃料電池汽車。

全球汽車強國都致力于這兩類電驅動車型的開發,包括乘用車和商用車。不僅純電動車,燃料電池乘用車和商用車也不斷有新產品問世。這對致力于建設汽車強國的中國是戰略選擇的很好參照。

其次,必須充分理解中國作為全球第一汽車大國,發展新能源汽車戰略需求的迫切性。

一方面,中國石油對外依存度逐年攀升,2016 年已超過 65%,能源安全成為事關國運的重大挑戰;另一方面,日益嚴重的霧霾引發全民關注,履行低碳承諾和改善環境質量已是中國最大的政治任務之一。

汽車產業作為石油消耗大戶,自然應承擔重要責任。也就是說,中國亟需在能力所及的范圍內,以最快速和最有效的手段,加緊普及新能源汽車,以早日實現能源替代和碳排放降低。

正是從這種戰略需求出發,中國選擇了以全面推動電動車為主的新能源汽車發展策略,這也是權衡電動車和燃料電池汽車發展狀態后做出的選擇。

先從基礎設施建設角度分析,中國地域遼闊,如果同時承擔加油站、充電站、加氫站建設,投入將非常巨大,且難以配置充足的資源(尤其是大型城市稀缺的土地資源),可行性較低。

而比較充電站和加氫站,前者相對成熟,正處在快速普及的狀態,后者尚有技術和成本等問題需要解決,且制氫、運氫和儲氫都還有很多技術及產業化難題。

顯然,優先布置充電站更為現實。再就電動車和燃料電池汽車本身來看,相比于燃料電池汽車,電動車更接近于大規模產業化:

第一,從全球來看,電動車更加成熟,像日產、特斯拉等公司的電動車產品已經有不錯的銷量。相比之下,即使最為領先的日企,雖然陸續推出了燃料電池量產車型,但產量都非常有限。近期一直以「混合動力 + 燃料電池」為技術路線的豐田汽車也公布了量產電動車的計劃,這種戰略調整說明,豐田也認識到就當前快速推進新能源汽車的需求而言,電動車是無法跨越的。

第二,電動車能源供給相對方便,電網相關基礎設施已十分完善,各國的充電基礎設施也在加速發展中,相反,高效的制氫路徑尚在探索中,并無大量「現成」的氫能可供利用。

第三,中國自身電動車水平基本與世界同步,而如前所述,燃料電池汽車技術則相對落后。由此可見,相比于發展燃料電池汽車,聚力發展電動車更是快速獲得節能減排收益的有效手段。

最后,必須深刻地理解燃料電池汽車的戰略價值,盡管「發展有側重、推進有先后」的新能源汽車普及策略無可厚非,但這并不意味著可以忽略燃料電池汽車。

作為新能源汽車的重要發展選項和未來汽車動力可能的終極解決方案之一,燃料電池汽車在中國汽車強國的版圖中絕非可有可無,而是必不可少,其先天具有的零排放、高能效、大里程等優勢,是電動車無法比擬的。

實際上,人類未來的能源格局極有可能「脫碳入氫」,而燃料電池汽車恰與此方向匹配,從這個意義上講,在能源革命的深度上,燃料電池汽車是超過電動車的。更重要的是,中國必須堅持「能源多元化」的戰略。

因此,任何以發展電動車為理由忽視燃料電池汽車投入的觀點都是不可取的。面對燃料電池汽車落后于人的局面,中國更要在大力發展電動車的同時,同步對燃料電池汽車進行戰略儲備、前瞻布局和切實投入。

不僅是商用車,也包括乘用車,都必須努力緊跟世界先進水平,以免出現戰略誤判和關鍵短板。

5.2 中國燃料電池汽車產業的發展策略

前文已闡明燃料電池汽車對于中國能源和汽車產業的重要性,而要在總體落后的情況下,以相比電動車次要的投入,快速推進燃料電池汽車的技術進步和產業發展,就更需要科學精準的發展路徑以及相關方面的有效協同。

為此,本文經過認真梳理和研究分析,提出了中國燃料電池汽車產業的三大發展策略:即商用車先導、政府持續支持、企業認真儲備。

a. 中國發展燃料電池汽車應選擇商用車作為重點方向和戰略突破口

從全球共性問題和情況看,主要有以下幾個方面的考慮:

首先,燃料電池成本高昂,如果搭載于成本承載力相對有限的乘用車上,很難獲得與其他動力車型相近的成本競爭力;

其次,燃料電池汽車面臨加氫基礎設施的制約,但其續航里程長的特點,特別適合大型商用車(如長途貨車、客車)的應用場景,而為保障固定用途、點對點移動的長途商用車,只需定點建設少量加氫站即可,對基礎設施的依賴就可大為降低;

最后,采用以動力電池供能的純電動商用車,雖然同樣可以滿足環保要求,但為滿足較長續航里程和較大載重量必須搭載大量電池,不僅成本上并不劃算,而且運載大量電池移動本身也與節能環保相悖。

也就是說,對于大型商用車而言,電動車是性價比較低的新能源技術選項,而燃料電池汽車恰可彌補其短。再從中國自身特點和情形分析:

第一,相比乘用車,中國商用車的節能減排技術水平更低,商用車保有量遠小于乘用車,但油耗和排放都更甚于乘用車,為此在商用車領域推廣新能源的緊迫性更強,而燃料電池可能是更適合商用車的新能源汽車技術;

第二,中國市場規模巨大、地域差異明顯,如前文所述,中國燃料電池汽車產業也呈現出地域性強的特色,因地制宜地選擇合適的局部區域,以氫能綜合利用為戰略方向,導入全功率燃料電池商用車,就有足夠的市場容量,具有獲得快速發展的現實可行性;

第三,中國在燃料電池商用車方面的差距小于乘用車,如能切實以商用車為先導推進燃料電池汽車,不僅可以助力汽車節能減排整體目標的實現,而且完全可以通過打造燃料電池商用車平臺,先行培育產業鏈,推進產業化,并為未來燃料電池乘用車的推廣做好技術儲備。

b. 政府應給予燃料電池汽車以充分重視和持續支持

本文建議政府應從五個方面入手,支持燃料電池汽車的技術攻關和產業發展:

其一,必須明確肯定燃料電池汽車的戰略定位,作為新能源汽車的重要技術路徑和未來汽車動力可能的終極解決方案之一,燃料電池汽車不是可有可無,而是不容有失。中國當前選擇以電動車為突破口加快發展新能源汽車無可非議,但國家同時必須有力支持燃料電池汽車的技術研發和產業化,包括全功率的燃料電池乘用車,因為作為汽車大國,我們承受不起未來汽車動力源可能發生突變帶來的戰略風險,理應加緊推進、認真儲備,力爭搶占先機。

其二,必須進行前瞻布局,系統規劃重點區域。既要避免各地都只關注電動車而忽視燃料電池汽車,也要避免燃料電池汽車的重復投入,更要保證真正具有優勢條件的區域及企業得到有針對性的重點扶持。

其三,通常新興產業的形成、發展和成熟都要經歷從「政府主導」到「準市場過渡」再到「市場主導」的軌跡,而當前以及今后相當一段時間內,由于技術成熟度不足,燃料電池汽車都將繼續處在「政府主導」階段,為此政府必須持續給予直接的支持,包括投入基礎研發、財政補貼產品和基建、扶持重點企業以及開展示范工程等。

其四,必須加緊出臺并不斷完善相關政策保障體系,確保氫能的生產供給、車輛的研發制造、基礎設施的建設運營等不同環節都有據可依,從而能夠有序開展相關工作。

其五,要認真總結電動汽車前期推廣的經驗與教訓,確保在燃料電池汽車的基礎研發及產業化推廣上少走彎路。

c. 企業應將燃料電池汽車作為未來動力技術的重要選項,認真評估,有效儲備

對于企業來說,應根據自身實際情況,將燃料電池汽車作為重要的技術選項,納入未來節能減排技術路線的綜合評估之中,進行相應的技術攻關與儲備,并積極推動燃料電池汽車的產業化發展。必須強調的是,燃料電池汽車商業化的核心還是關鍵技術的進步。

根據本文的梳理,建議企業可按以下重點方向進行技術攻關,以促進燃料電池汽車加快走向大規模應用:

第一,基礎技術研發,包括燃料電池核心材料和燃料電池過程機理研究,如新型低鉑或非鉑催化原理及催化劑、高化學和機械穩定性固體電解質開發、單電池綜合仿真技術、燃料電池電熱分布分析、空氣雜質的影響、電堆「氣水電熱」多重耦合特性研究等;

第二,集成技術研發,包括應用于燃料電池系統層級的集成技術和應用于整車層級的集成技術;

第三,關鍵零部件研發,例如高性能燃料電池系統所必需的空壓機、加濕器、氫循環裝置等重要零部件,都應盡快實現國產化,以確保產業健康發展;

第四,基礎設施及相關技術。包括低成本、低能耗、低污染的制氫、運氫、儲氫技術,如可再生能源制氫等技術的應用。

6. 結束語

燃料電池汽車代表著汽車產業動力革命可能的終極方向之一,對于改善未來能源結構、發展低碳交通具有深遠意義。當前,世界各國對于燃料電池汽車的關注不斷升溫,已有一些產品投放市場,進入產業化初始階段。

本文對燃料電池汽車發展歷程、關鍵技術和主要障礙進行了系統梳理,指出由于技術尚未獲得本質突破,因此成本、耐久性、基礎設施以及氫能產業鏈仍是燃料電池汽車推廣應用所面臨的全球共性瓶頸。

與此同時,中國燃料電池汽車雖也已獲得一定的發展,但在關鍵材料、關鍵零部件和整車集成等方面與國外先進水平相比仍有一定差距,同時具有起步晚、地域性強、產業鏈條不夠完整、商用車相對發展較快以及政府更關注于電動車發展等鮮明特點。

基于燃料電池汽車自身技術特點和中國當前發展情況,本文認為,發展新能源汽車產業雖然要有所側重,但必須充分認識到燃料電池汽車的重要地位,站在大國「能源多元化」戰略需求的高度,給予足夠的重視和切實的支持。

本文從中國燃料電池汽車發展的突破口及方向、燃料電池汽車產業發展所需的政府支持和環境保障、相關企業的應對戰略三個方向梳理了其發展策略,為推動中國燃料電池汽車產業的加快發展,實現汽車能源替換與碳排放降低,確保產業未來可持續發展提供助力。

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原文標題:2018燃料電池汽車產業鏈深度報告

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