近日,由中汽數(shù)據(jù)有限公司主辦的《氫能汽車藍皮書(2023)》發(fā)布會暨氫能產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展政策聯(lián)合研究工作組啟動會在京舉辦?!稓淠芷囁{皮書》是我國首部氫能汽車領(lǐng)域公開發(fā)行的專題研究報告,以“新征程上的氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展”為主題,立足我國氫能及燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展實際,對氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況進行了全面系統(tǒng)分析,并提出了推動產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的措施建議。
郭 昊
“我國氫能與氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)體系建設(shè)取得顯著成效,已建成涵蓋氫能制、儲、運、加全產(chǎn)業(yè)鏈體系,氫燃料電池汽車及關(guān)鍵零部件研發(fā)制造等各環(huán)節(jié)較為完善的產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈,正加速從技術(shù)研發(fā)向商業(yè)化發(fā)展階段邁進?!边@是近日中汽數(shù)據(jù)有限公司在《氫能汽車藍皮書(2023)》(下稱《藍皮書》)發(fā)布會上透露的。
盡管我國各地陸續(xù)發(fā)布了上百份與氫能相關(guān)的規(guī)劃和政策,但氫能行業(yè)仍未形成統(tǒng)一有序的管理機制、自主可控的產(chǎn)業(yè)體系,面臨補短板、降成本等挑戰(zhàn)。多位專家表示,推動氫燃料電池汽車行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展任重道遠,仍需行業(yè)各方共同努力,健全行業(yè)管理政策和標(biāo)準(zhǔn)體系,完善氫能供給體系建設(shè),加強核心技術(shù)攻關(guān),創(chuàng)新商業(yè)模式,推動氫能及氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。
核心技術(shù)創(chuàng)新加快推進,牽引車和專用車成市場主流
近幾年,在“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)和國家氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)劃的推動下,我國氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)積極開展氫能技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)鏈布局和示范應(yīng)用。整體來看,我國氫燃料電池汽車呈現(xiàn)核心技術(shù)創(chuàng)新加快推進、自主產(chǎn)業(yè)體系趨于完善、市場銷量快速增長、示范應(yīng)用車型向多場景拓展等趨勢。
“比如,燃料電池膜電極核心材料一直是我國氫能關(guān)鍵材料的短板,目前,國產(chǎn)質(zhì)子交換膜、催化劑和氣體擴散層技術(shù)指標(biāo)已能滿足車用燃料電池使用要求,處于有供應(yīng)能用向好用方向發(fā)展階段,以往核心材料嚴重依賴進口的被動局面開始得到緩解。”中汽數(shù)據(jù)高級工程師王建建介紹,國產(chǎn)質(zhì)子交換膜和催化劑核心材料已基本實現(xiàn)自主化研發(fā),部分技術(shù)指標(biāo)具備一定優(yōu)勢,并具備批量化供應(yīng)能力,并實現(xiàn)了多車型、多場景裝車應(yīng)用。尤其是隨著氫燃料電池城市群示范應(yīng)用政策的驅(qū)動,我國氫燃料電池汽車市場迎來快速增長。
值得注意的是,隨著車型供給結(jié)構(gòu)不斷豐富,牽引車和專用車成為市場主流。2022年以來,我國氫燃料電池汽車公告數(shù)量顯著增加,新增及變更氫燃料電池車型公告700余款,半掛牽引車、自卸汽車、冷藏車和環(huán)衛(wèi)車等車型的公告數(shù)量占比大幅增加。從2023年前三季度市場終端表現(xiàn)來看,氫燃料電池半掛牽引車、物流專用車、自卸汽車成為市場主流。
截至目前,我國氫燃料電池汽車應(yīng)用場景已從早期單一的公交領(lǐng)域應(yīng)用向城市公交、客運班車、城市物流、冷鏈運輸、渣土轉(zhuǎn)運、市政環(huán)衛(wèi)、倒短運輸、公務(wù)用車、共享出行等多場景應(yīng)用拓展,牽引、物流、環(huán)衛(wèi)、自卸等細分領(lǐng)域產(chǎn)品矩陣、噸位結(jié)構(gòu)、車輛用途進一步豐富和完善。
受上述變化的影響,企業(yè)也積極布局,越來越多的整車企業(yè)開始不斷加快在氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)的研發(fā)投入和市場推廣。近兩年,我國氫燃料電池汽車市場競爭加劇,福田、宇通、金龍、飛馳車企位居頭部,2023年前三季度,行業(yè)前五企業(yè)市場份額占比45%,市場集中度較2022年同期有所下降,市場初期成熟穩(wěn)定的競爭格局仍未形成。
政策環(huán)境仍需完善,終端用氫降本需求迫切
如今我國氫能及氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)尚處于發(fā)展初期,支撐產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)性制度滯后,還存在非化工園區(qū)電解水制氫難、儲運壓力標(biāo)準(zhǔn)等級低、加氫站審批建設(shè)難、站內(nèi)制氫、車載氣瓶年檢難等問題和挑戰(zhàn)。
業(yè)內(nèi)人士分析,以加氫站建設(shè)審批為例,我國部分城市參照天然氣汽車加氣站管理模式,進行了一些先行先試,但行業(yè)仍然缺乏統(tǒng)一、規(guī)范的加氫站建設(shè)和運營管理審批政策、工作流程。氫能產(chǎn)業(yè)供給側(cè)仍不能完全滿足需求側(cè)發(fā)展期望,產(chǎn)業(yè)發(fā)展形態(tài)和發(fā)展路徑尚需進一步探索等,從各地發(fā)布的氫能產(chǎn)業(yè)引導(dǎo)性政策來看,普遍側(cè)重于發(fā)展可再生能源制氫、燃料電池和電解槽裝備,盲目跟風(fēng)、同質(zhì)化競爭和低水平建設(shè)苗頭有所顯現(xiàn)。
制氫方面,目前車用高純氫整體供應(yīng)不足,就連備受關(guān)注的“綠氫”在汽車上的應(yīng)用也極少,工業(yè)副產(chǎn)氫供應(yīng)穩(wěn)定性不能完全保障,部分區(qū)域存在有車無氫的局面;儲運方面,目前外供氫加氫站氫氣運輸以20兆帕長管拖車為主,單車實際卸氣量僅為250千克,運氫效率低、成本高,當(dāng)運輸距離為100~150千米時,運輸成本在10元/千克左右,隨著運輸距離增加,長管拖車運輸成本逐漸上升,需要突破運氫壓力等級限制,提高單車運氫量;加氫站建設(shè)和運營方面,加氫站真正高效穩(wěn)定運行仍面臨較大挑戰(zhàn)。2023年以來,我國加氫站建設(shè)和投運進度放緩,已建成加氫站空間分布不均、投資建設(shè)成本高、車站協(xié)同較差、加氫便利性低,良性的市場化運作模式尚未形成,部分區(qū)域存在加氫站利用率不高,面臨有站無車、運營困難的現(xiàn)實問題。
“在非示范城市群無補貼的情況下,終端加氫價格甚至在60~70元/千克,運營成本遠遠高于純電動車和燃油汽車。”業(yè)內(nèi)人士介紹。
整體來看,目前,我國氫燃料電池汽車市場仍處于商業(yè)化初期階段,氫燃料電池汽車保有量僅為新能源汽車保有量的千分之一,產(chǎn)業(yè)規(guī)模還比較小,規(guī)模效應(yīng)帶來的降本效益不夠突出。
以購置成本為例,氫燃料電池汽車雖已進入應(yīng)用成本快速下降期,但當(dāng)前超過百萬元的車輛購置成本較傳統(tǒng)燃油商用車甚至純電動車型仍然偏高。
“因此,要實現(xiàn)無補貼的氫燃料電池汽車商業(yè)化運行,必須大幅度降低供氫成本和氫燃料電池系統(tǒng)成本,進而降低氫燃料電池汽車運行成本?!敝袊こ淘涸菏恳聦毩f。
融入“雙碳”戰(zhàn)略,強化核心技術(shù)創(chuàng)新
作為新質(zhì)生產(chǎn)力的典型代表,我國氫燃料電池汽車該如何在新征程上實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展?
《藍皮書》建議,首先要強化頂層設(shè)計,創(chuàng)新體制機制。在國家層面,要加強引導(dǎo),持續(xù)完善頂層設(shè)計,加快管理創(chuàng)新和政策創(chuàng)新,明確氫能產(chǎn)業(yè)監(jiān)管體系和責(zé)任部門,優(yōu)化氫項目規(guī)劃、立項、審批等管理工作流程,消除制約氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展的堵點和卡點。與此同時,引導(dǎo)地方有序建設(shè)氫能及氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)集群,探索符合本地資源稟賦、產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和市場需求的氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè),避免盲目投資和低水平項目重復(fù)建設(shè)。
科技是第一生產(chǎn)力,科研成果只有落地應(yīng)用,才能真正產(chǎn)生價值。《藍皮書》指出,把科技創(chuàng)新作為推動氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的主要動力,聚焦氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈薄弱和短板環(huán)節(jié),切實形成產(chǎn)學(xué)研用創(chuàng)新體系,發(fā)揮企業(yè)的創(chuàng)新主體作用,發(fā)揮高校及科研院所在創(chuàng)新體系中的作用,開展以市場需求為導(dǎo)向的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用基礎(chǔ)研究。依托行業(yè)骨干企業(yè)、科研機構(gòu)與高校,聯(lián)合組建氫燃料電池汽車關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新研發(fā)平臺和攻關(guān)體,建立更加完善協(xié)同高效的創(chuàng)新體系。
新質(zhì)生產(chǎn)力的發(fā)展還需要應(yīng)用場景、市場需求的緊密結(jié)合。唯有如此,才能用規(guī)?;膽?yīng)用帶動產(chǎn)業(yè)提質(zhì)降本。《藍皮書》指出,今后,要以用車場景需求為導(dǎo)向,挖掘氫燃料電池汽車多元場景應(yīng)用潛力。在工業(yè)副產(chǎn)氫富集的石化化工、冶金產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)加快推進中重型氫燃料電池汽車規(guī)?;痉稇?yīng)用,重點挖掘化工產(chǎn)品、鋼材、煤炭等各類重載貨物運輸場景;積極建設(shè)跨省、市的高速氫動走廊,加氫價格互惠互利,保障氫燃料電池汽車跨區(qū)域通行運營。
“最后,不容忽視的是,要發(fā)揮氫能在汽車領(lǐng)域示范應(yīng)用的先行引領(lǐng)作用和減排效應(yīng),就必須積極融入‘雙碳’,完善配套生態(tài)體系。”《藍皮書》強調(diào),比如,積極開展氫燃料電池汽車“綠氫”溯源認證、示范應(yīng)用碳足跡追蹤、生命周期碳排放核算和節(jié)能減排評價體系建設(shè),支持應(yīng)用減排量納入溫室氣體自愿減排交易市場,形成對車輛應(yīng)用的經(jīng)濟性補償。
多位專家表示,未來,隨著可再生能源制氫規(guī)模擴大,氫燃料電池汽車的節(jié)能減碳潛力將進一步釋放,可有效帶動氫能在交通、工業(yè)、能源、電力和建筑等多場景應(yīng)用,全面提升氫能產(chǎn)業(yè)的綜合競爭力,對于實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)和應(yīng)對氣候變化具有重要的戰(zhàn)略意義。
新聞會客廳:氫燃料電池汽車將打開氫能應(yīng)用的突破口

衣寶廉 中國工程院院士 中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所 研究員
問:為什么說上下游協(xié)同降本能推動氫燃料電池汽車邁向商業(yè)化應(yīng)用新階段?
答:用氫能代替燃油驅(qū)動各種交通工具,不僅能實現(xiàn)交通領(lǐng)域節(jié)能減排,而且能提高國家能源的安全性。盡管氫燃料電池汽車有諸多優(yōu)點,但其發(fā)展必須攻克成本難點:第一,目前燃料電池發(fā)動機比較貴,導(dǎo)致一輛燃料電池汽車的售價是燃油車的2~3倍、鋰離子電池汽車的1.5~2倍;第二,加氫站的建設(shè)費用比較高,在1200萬~1500萬元;第三,加氫站的加氫費用每千克為60~70元,只有降到30元以下才能跟燃油車競爭。因此,要實現(xiàn)無補貼的燃料電池汽車商業(yè)化運行,必須大幅降低供氫成本和氫燃料電池系統(tǒng)成本,進而降低氫燃料電池汽車運行成本。
問:降低供氫成本需要考慮哪幾個方面?
答:一是氫源方面,二是儲運方面。
氫源方面,主要有三種制氫方式:化石燃料制氫、工業(yè)副產(chǎn)氫制氫、可再生能源制氫。我國具有豐富的副產(chǎn)氫資源,年產(chǎn)量近千萬噸;可再生能源制氫是利用棄風(fēng)、棄水、棄光的富余電量和生物質(zhì)等進行電解水制氫,電解水制氫類型包括堿水電解、純水電解(質(zhì)子交換膜水電解)、高溫固體氧化物水蒸氣電解,我國堿水電解技術(shù)水平世界第一,售價是國際售價的1/3。純水電解國內(nèi)已做到兆瓦級,但數(shù)量和性能與國外比還有差距。高溫固體氧化物電解效率最高,但還處于發(fā)展階段。
儲運方面,利用“三北”地區(qū)豐富的水力、風(fēng)能、太陽能發(fā)電,大力發(fā)展質(zhì)子交換膜電解水制氫,把氫氣送入天然氣管網(wǎng),最高濃度可達20%,在需要氫氣的地方,采用膜分離從天然氣氫混合物中提取純氫,當(dāng)氫濃度低時,可抽取等熱值天然氣進行重整制氫。在近海地區(qū)發(fā)展海上風(fēng)電,采用電解水制氫,利用氫氣管道將氫氣輸送至海港,將氫液化作為商品用管車送至附近加氫站。加氫站建設(shè)電解水制氫裝置和天然氣重整制氫裝置,利用上述方案提高氫氣輸送效率,降低用氫成本。氫氣壓縮機、高壓儲氫瓶、加氫機等也需要盡快國產(chǎn)化和批量生產(chǎn),還要建設(shè)油氫電合建站,大幅降低加氫站的建設(shè)費用。
問:降低燃料電池系統(tǒng)成本需要從哪些方面著手?
答:首先要降低燃料電池電堆的成本,電堆成本為燃料電池系統(tǒng)的50%左右,要提高電堆比功率,研究高活性的催化劑,同時降低鉑用量。制備高性能超薄增強復(fù)合膜,增加機械強度,實現(xiàn)低透氣率。對于膜電極組合而言,膜減薄后,大幅降低了歐姆極化,同時采用靜電噴涂,形成結(jié)構(gòu)部分有序化,從而降低氧傳質(zhì)阻力和提高電極活性。在雙極板類型中,無孔碳板和金屬板工藝在國內(nèi)已成熟,加大力度對無涂層的不銹鋼板工藝進行研究,薄金屬沖壓雙極板具有比功率高、成本低的優(yōu)勢。改進流場結(jié)構(gòu),提高電池性能,提高氧氣傳質(zhì)速率、排水效率,將電堆的工作電流密度由現(xiàn)在每平方厘米2安培提高為4~5安培,電堆成本由1000~1500元降為500~700元。
其次,在組裝燃料電池系統(tǒng)中,要使電堆在最適宜運行的條件下工作,電-電混合能控制燃料電池輸出功率,使其平穩(wěn)輸出,解決燃料電池響應(yīng)慢的問題,提升電池系統(tǒng)的可靠性和耐久性,降低研發(fā)和售后服務(wù)成本攤銷。
最后,突破關(guān)鍵材料和氫瓶瓶口閥等“卡脖子”核心零部件,提升核心技術(shù)創(chuàng)新能力,實現(xiàn)關(guān)鍵材料、關(guān)鍵部件國產(chǎn)化、批量化生產(chǎn),顯著降低燃料電池系統(tǒng)成本。按美國能源部預(yù)測,實現(xiàn)燃料部件批量生產(chǎn),達到萬輛級生產(chǎn),電池系統(tǒng)成本可降低50%以上,這樣,到“十四五”結(jié)束,燃料電池發(fā)動機成本可降為每千瓦500元左右。(郭 昊 采訪整理)
我國五大氫能產(chǎn)業(yè)示范城市群
廣東城市群
由佛山市牽頭,聯(lián)合廣州、深圳、福州、珠海、東莞、中山、陽江、云浮、包頭、六安和淄博等城市組建
河南城市群
包含河南省鄭州市、新鄉(xiāng)市、開封市、安陽市、洛陽市、焦作市,上海市嘉定區(qū)、奉賢區(qū)、自貿(mào)區(qū)臨港片區(qū),河北省張家口市、保定市、辛集市,山東省煙臺市、淄博市、濰坊市,廣東省佛山市及寧夏寧東鎮(zhèn)
河北城市群
由張家口市牽頭,聯(lián)合河北省唐山市、保定市、邯鄲市、秦皇島市、定州市、辛集市、雄安新區(qū),內(nèi)蒙古烏海市,上海市奉賢區(qū),河南省鄭州市,山東省淄博市、聊城市,福建省廈門市等城市組成
京津冀城市群
北京(大興、海淀、經(jīng)開、延慶、順義、房山、昌平),天津濱海新區(qū),河北省唐山市、保定市,山東省濱州市、淄博市
上海城市群
由上海市牽頭,聯(lián)合江蘇省蘇州市、南通市,浙江省嘉興市,山東省淄博市,寧夏寧東能源化工基地,內(nèi)蒙古鄂爾多斯市等組成