近年来，氢能与燃料电池的研究受到各国关注，被视为未来世界能源体系的重要组成。中国是世界上最大的能源生产国和消费国，已形成了煤炭、电力、石油、天然气、新能源和可再生能源全面发展的能源供给体系。

 

        随着我国社会经济的持续增长，能源消费需求总量不断上升，石油、天然气等进口依存度持续走高，2015年我国石油对外依存度突破60%，天然气对外依存度已上升至32.7%。能源进口依存度高，已成为我国能源安全的巨大挑战，能源结构转型势在必行。

 

        汽车产业作为世界主要工业国家的支柱产业，是衡量一个国家综合实力和发达程度的重要标志。氢燃料电池汽车不仅在能源发展方面具有重要作用，而且具有优秀的环保性能和能量转化效率。与纯电动汽车相比，具有加注时间短、续航里程长等优势，同样是未来汽车工业可持续化发展的重要方向。

 

        1.国内外氢能和燃料电池产业发展的主要政策

 

        氢能是未来能源系统的重要组成部分，各国纷纷将发展氢能提升到国家战略层面，制定战略规划路线图，探索产业化发展途径。

 

        1.1日本：政府坚定推进氢能和燃料电池发展战略

 

        2014年日本经济产业省发布了《氢能与燃料电池战略路线图》，制定了「三步走」发展计划，该路线图于2016年进行了修订。日本对氢能和燃料电池的支持政策主要包括研发、示范和车辆补贴等方面。

 

        在研发方面，2017年日本经产省对燃料电池研发支持共计129亿日元，包括燃料电池、加氢站、氢能供应链3个方向。在示范方面，2017年开始固定式燃料电池示范由家庭应用扩大到商业和工业应用，计划在2020年达到1400万套规模，2030年达到5300万套规模。

 

        在车辆补贴方面，实施新能源汽车绿色税制政策，根据汽车种类和指标，车重税和汽车购置税可以享受50%～100%的减免，同时在加氢站建设方面给予大约50%的补贴。据统计，2014年日本对国内所有加氢站的补贴总额高达72亿日元（约合6000万美元）。

 

        1.2欧洲：促进「交通与氢能」融合，持续稳定支持氢能和燃料电池产业发展

 

        欧盟2016年发布的《可再生能源指令》等政策文件均提出将能源作为能源系统的重要组成部分，正在推进的《燃料电池和氢能实施计划》的实施周期是2014～2020年，主要目标是到2020年实现氢能和燃料电池在固定式能源供应和交通方面的应用。

 

        重点支持方向包括交通产业：道路交通、非道路交通和机械、基础设施等；能源产业：氢气制备、运输、储能、发电、热电联产等。

 

        1.3美国：随着特朗普上台，氢能和燃料电池支持政策方面出现大幅波动

 

        2015年底，美国能源局向国会提交了《2015年美国燃料电池和氢能技术发展报告》，肯定了未来氢能市场的发展潜力，大力投资发展先进氢能与燃料电池技术。

 

        据统计，美国仅2016年内就有10个州颁布相关政策，支持燃料电池产品逐步投入市场，包括氢燃料电池汽车税收减免，在工厂、居民区等地安装部署燃料电池发电系统等。

 

        此外，根据美国联邦公路局公布的「国家替代燃料与充电网络」规划，美国全境35个州将形成以55座加氢站为基础节点的「氢能网络」，加利福尼亚州、科罗拉多州、佛罗里达州、纽约州、威斯康辛州等10个州将率先启动建设工作。

 

        1.4中国：政府强力支持氢能与燃料电池汽车产业发展

 

        我国《「十三五」战略性新兴产业发展规划》、《能源技术革命创新行动计划（2016～2030年）》、《节能与新能源汽车产业发展规划（2012～2020年）》、《中国制造2025》等国家顶层规划都明确了氢能与燃料电池产业的战略性地位，纷纷将发展氢能和氢燃料电池技术列为重点任务，将氢燃料电池汽车列为重点支持领域。

 

        2016年工信部组织制定的《节能与新能源汽车技术路线图》明确提出：

 

        2020年实现5000辆级规模在特定地区公共服务用车领域的示范应用，建成100座加氢站；

 

        2025年实现5万辆规模的应用，建成300座加氢站；

 

        2030年实现百万辆氢燃料电池汽车的商业化应用，建成1000座加氢站。

 

        在财政支持政策方面，氢燃料电池汽车是新能源汽车中的重点补贴对象，不仅补贴金额最高，而且几乎不退坡。

 

        2017年，上海市在国内率先发布了《上海市燃料电池汽车发展规划》，明确提出：

 

        2020年建设加氢站5～10座，示范运行规模达到3000辆；

 

        2025年建成加氢站50座，乘用车推广不少于2万辆、其它特种车辆推广不少于1万辆。




 

        2.氢燃料电池汽车产业发展现状与趋势

 

        2.1整车

 

        2014年12月，丰田Mirai燃料电池轿车上市，标志着氢燃料电池汽车技术实现重大进步，氢燃料电池汽车的技术已经从基础研究、样车示范进入工程化、商品化发展阶段。据统计，2016年，全球氢燃料电池汽车销量为2312辆，与2015年相比，增幅为225%。主要有3款车型：丰田Mirai、本田Clarity、现代ix35FC，其中，丰田Mirai销售2039辆，主要用于运营。2017年，还有少数车企计划推出氢燃料电池商品车，但预计全球总销售量不会超过5000辆。

 

        国内在燃料电池乘用车方面，投入研发的主要企业是上汽集团，已完成前后四代氢燃料电池轿车的开发。在国家创新工程支持下，上汽氢燃料电池轿车在动力性、续驶里程等性能指标方面取得了重大进步，已累计实现81辆示范运行，部分车辆在2014年参加了上汽的「新能源汽车万里行」全国巡游，历经10000km的实际路试，通过各种地形、海拔、环境气温的综合考验。国内外典型氢燃料电池轿车对比如表1所示。

 

 

表1 国内外典型氢燃料电池轿车对比

 

        在燃料电池商用车方面，十三五之前国内主要有上汽、北汽福田等企业采用自主研发的电堆开发了相关整车产品，先后参加了2008年北京奥运会、2010年上海世博会、2010年新加坡首届青奥会，初步验证了燃料电池客车的功能和可靠性。

 

        2017年国内燃料电池汽车分布

 

        十三五开始后，国内更多商用车企业涉足氢燃料电池商用车开发，近年来已初步具备小批量生产能力。据统计，2017年全国共有10家车企的22款燃料电池商用车进入当年新发布的推荐目录，车型款数最多为城市客车。2017年全国燃料电池商用车产量为1226辆，其中产量最大车型为物流车，物流车产量最大企业为东风公司，普通客车产量最大企业为上汽大通，公交客车产量最大企业为佛山飞驰，如图1所示。

 

        2.2关键零部件和材料

 

        中国在氢燃料电池电堆及其关键材料领域已初步形成产业链，但技术成熟度差距较大。

 

        在技术路线方面，车用氢燃料电池电堆都选择了质子交换膜体系，金属板电极和石墨板电极并存。

 

        目前国内具有完全自主知识产权的电堆主要由大连新源动力提供，国外企业通过在国内合资建厂组装电堆为国内系统企业提供电堆，但膜电极等核心零部件仍掌控在外方手中。

 

        商用车的氢燃料电池系统采用的是石墨板或者复合板，还没有采用高功率密度的金属双极板。石墨板电堆在性能上近年来有较大提升，但与金属板电堆仍有显著的差别，虽然目前成本较低，但从加工便利性和材料发展趋势分析，金属板成本会低于石墨板。

 

        在寿命方面，国产电堆寿命为几千小时，国外已经达到上万小时，但国外电堆对空气质量要求很高，能否适应国内空气质量条件尚有待验证。

 

        在氢燃料电池关键材料和其他零部件方面，如催化剂、质子交换膜、碳纸、空压机、氢循环泵等方面，中国与国外水平相比仍存在较大差距，有能力配套的企业少，技术水平较低，大多属于空白或尚未成熟，需要采用进口材料，国际上也被少数企业垄断，价格极高。

 

        从系统成本来看，目前成本在1～1.5万元/kW左右。

 

        从发展阶段来看，目前中国氢燃料电池汽车具备小规模推广应用条件。

 

        2.3加氢站

 

        目前已经商业化运营的加氢站有2座，分别在北京和上海。已建成使用，尚未对外营业的加氢站有6座，分别在大连、佛山、云浮、中山、十堰、郑州等地，部分加氢站情况如下：

 

        佛山云浮两市为加快氢燃料电池汽车推广应用，将合作推动15座加氢站的规划建设，计划2018年全部投入运行，构建科学合理的加氢站网络；

 

        上海正在制定《上海市氢燃料电池汽车发展规划》，规划草稿计划2017～2020年在上海建设加氢站5～10座，2021～2025年在上海建成加氢站50座，充分利用上海工业副产氢资源，全面部署加氢站网络布局规划，推动环上海加氢站走廊、嘉定汽车城、迪士尼、虹桥机场、金山化工区、临港等示范区域加氢站的建设，突破氢燃料电池汽车示范运行瓶颈。

 

        2.4运营

 

        虽然中国氢气来源非常广泛，但车用高纯氢的来源并不丰富，价格没有优势。由于产业化应用的供应链体系未形成，导致加氢站建设缓慢，车用高纯氢价格过高。严重阻碍氢燃料电池汽车示范运营。

 

        （1）国内车用高纯氢来源

 

        中国的氢气生产主要来自煤、石油和天然气等化石燃料转化制氢，各种工业生产的尾气回收或焦化厂、氯碱厂副产氢以及水电解制氢等。由于储存和运输困难，大部分的氢气都采用就地制取和就近消费方式。

 

        根据2007年统计数据，中国煤制氢713万吨、天然气制氢288万吨、重油制氢244万吨；副产氢资源中，炼焦和钢铁行业副产氢533万吨，制碱工业副产氢42万吨。

 

        （2）车用油、电与氢使用成本对比

 

        与传统车和电动车比较，氢燃料电池汽车的氢气成本相对较高，并不具有市场优势，这与高纯氢应用市场较小、厂家提纯副产氢时需要投资1000多万建设提纯设备有关。

 

        在氢燃料电池汽车推广初期，除了专业气体公司，副产氢厂家并没有投资建设高纯氢的意愿，高纯氢的生产成本过高，不利于氢燃料电池汽车的推广应用。

 

        （3）氢价组成分析

 

        除了「出厂价+运费」的价格，氢价还应包括加氢站成本，如土地费用、加氢站建设折旧费用、加氢站人工费、运行维护费用等项。

 

        以某公司投资为例：建设4800m^2，400kg/d，35MPa加氢站，总投资2500万元（含土地费200万元，设备费1500万元，余为基建费用）。加氢成本为3元/Nm^3，其中，所有投资折旧占加氢成本30%，加氢站操作人员费用占加氢成本30%，运行维护费用占加氢成本30%，余为其他费用。

 

        从以上分析可知，实际氢价已远远超过商业运营能够承受的范围。

 

        3.我国氢燃料电池汽车产业发展存在的主要问题

 

        3.1产业链建设不完善，部分关键材料和零部件缺乏量产能力

 

        目前，我国氢燃料电池汽车产业链已形成雏形，但产业链体系建设尚不完善，尤其是部分关键零部件和材料尚不具备量产能力，需要依赖进口，如质子交换膜、催化剂、碳纸/碳布、空压机、氢喷射泵等，进口价格高昂，阻碍了国内燃料电池产品的产业化进程。其中质子交换膜基本被杜邦、3M、戈尔公司等巨头垄断，进口价格高达600美元/m^2，国内公司的质子交换膜产品尚处于试验阶段。

 

        在燃料电池产业起步初期，采用进口部件组装是可行路径之一。但若长期依赖进口，自主化水平得不到提升，燃料电池产业将陷入技术空心化境地。如果为了利用国家支持政策获得补贴，不深入研究技术，不严谨开发产品，将对燃料电池产业发展产生重大打击。

 

        3.2氢源产业链尚未建立，车用高纯氢价格高昂

 

        虽然我国氢气年产量已逾千万吨规模，位居世界第一，工业副产氢资源丰富，可再生能源弃电量庞大，为我国开展大规模副产氢提纯和电解水制氢工作提供了优势条件，但氢源产业链尚未建立完善。

 

        目前国内从事氢气提纯的企业较少，生产规模不大，车用高纯氢产量不足，而且分布不均；国内氢气运输当前只能采用管束车或高压氢瓶运输，运输成本高昂。加氢站的关键零部件，如加氢枪、高压管线、管件、阀门等，当前仍需依赖进口，大幅度提高了建站成本，延长了建站周期。以上因素导致氢气终端销售价格居高不下，严重阻碍氢燃料电池汽车推广应用。

 

        3.3政府鼓励氢燃料电池汽车产业发展，但缺乏配套措施

 

        2016年12月，财政部等4部委发布《关于调整新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》，明确提出，除燃料电池汽车外，各类车型2019～2020年中央及地方补贴标准和上限，在现行标准基础上退坡20%。从补贴政策看，国家鼓励扶持燃料电池汽车产业的态度非常明确。

 

        氢燃料电池汽车产业发展需要组合式扶持政策，不仅需要购置补贴，更需要在氢气制取、加氢站建设和车辆运营等多方面给予配合支持，如国家对充电基础设施建设有明确的鼓励政策，对于加氢站建设的支持原先有400万元的支持，却在后续政策中取消了。

 

        3.4加氢站建设审批缺乏规范，企业面临重重困难

 

        目前我国缺少国家层面的规范化的加氢站规划建设审批规定，地方在审批加氢站建设时无据可依，需要各自摸索，造成各地主管部门和审批流程不统一，企业需要耗费大量的人力物力和时间成本，与各个城市单独洽谈。

 

        由于没有明确统一的流程，审批效率极其低下，国内加氢站从选址规划到建设完工，平均需要2年时间，甚至个别地方耗时5年还在推进过程中。

 

        4.燃料电池汽车发展政策建议

 

        4.1加强部际协同，完善顶层设计

 

        发展氢能和氢燃料电池汽车产业需要发挥举国之力，进一步明确国家战略导向，构建高层次协调机制，在政策层面统一步调、形成合力、做好引导。

 

        由于燃料电池产业链长，从研发制造、基础设施建设到消防安全、财政补贴，相关责任部门极多，在国家层面涉及发改委、工信部、科技部、能源局、公安部、财政部等多个部委，其中许多环节需要多个部门配合协同，制定出有针对性的、有效的、合理的支持政策。

 

        在基础设施建设方面，对标日、美、德等国，由主管部委牵头，从上而下制定国家规划，充分组织协调能源、气体、汽车等有关大型企业，建立完善的加氢站建设、氢气供应、加氢站运营体系；同时明确地方加氢站建设审批主体、理顺责任关系、规范审批流程。

 

        4.2突破核心技术，优势区域示范

 

        在整车研究方面，应大力促进整车企业在燃料电池汽车方面的研发投入，以整车为龙头，带动整个产业链的建设和完善。

 

        在系统研究方面，加大辅助系统关键零部件技术研发力度，重点突破空压机、氢气循环泵、增湿器、DC/DC变换器等关键零部件技术，进一步完善关键零部件技术链。开展氢燃料电池电堆、关键零部件、发动机系统集成等方面的测试技术和指标体系研究。

 

        在电堆研究方面，加大关键材料和部件的基础研究投入，设立氢燃料电池重点创新工程专项，突破氢燃料电池电堆关键技术，重点突破催化剂、质子交换膜、膜电极、双极板等核心技术研究，提高电堆产品的性能和寿命，降低成本。

 

        在示范推广方面，现阶段氢燃料电池汽车应重点在有一定技术和产业基础，而且氢源丰富的地区，有序开展氢能应用和氢燃料电池汽车示范运营。通过一定规模的使用促进技术、产业链成熟，加快提高燃料电池系统的性能水平，促进形成车用氢能供应体系，大幅降低车用氢能成本。

 

        4.3法规标准，科学评估调整

 

        目前我国氢能与燃料电池产业标准涉及汽车行业、电池行业和气体生产行业等，基本处于主管部门「各管一摊」局面，应由国家层面牵头，统筹协调各方标准诉求，促成机构间形成有效衔接，进一步完善我国氢能应用与燃料电池产业相关标准体系。

 

        由于氢气一直作为高度危险品进行管理，部分标准与法规已与技术发展不相一致，应在经过严密验证后，科学评估安全风险，在保障安全的基础上，结合实际需要逐步适度调整。