厚勢按：文章對影響我國燃料汽車商業化發展的法規、政策、市場、技術、基礎設施和安全等因素進行了分析，并指出了解決方法。

本文來自 2018 年 3 月 10 日出版的 《 上海汽車》，作者是北京市氫燃料電池發動機工程技術研究中心的康啟平和張國強以及北京億華通科技股份有限公司的張志蕓。

傳統燃油汽車是主要空氣污染源之一，控制燃油車能耗是控制碳排放的重要一環。因此，燃油車退出市場已成大勢所趨，世界各國紛紛制定了燃油車禁售時間表(見表 1)，我國也正在醞釀燃油車退出市場的時間表。

表 1 各國禁售傳統能源汽車禁售時間表

與純電動汽車的火熱程度相比，燃料電池汽車還處于起步階段，因燃料電池可以真正實現零排放，被認為是新能源汽車的終極解決方案

隨著環境問題和能源問題的日益突出，新能源汽車成為世界各大汽車廠商及科研機構的研究熱點 [1,2]。[3,4]。如表 2 所示，以 12 m 公交車為例，燃料電池公交車的優勢非常明顯。

表 2 氫燃料電池汽車與傳統汽車、純電動汽車對比( 以 12 m 公交車為例)

國、加拿大、日本、韓國等國家投入了大量資金和人力進行燃料電池汽車研究，豐田、本田、現代等車企已經推出市場化的燃料電池汽車。目前，我國燃料電池產業總體處于產業化導入發展期。本文主要從法規、政策、市場、技術、基礎設施和安全等方面對影響我國燃料電池汽車商業化發展進行了分析，并提出了解決方案。

1. 法規因素

我國在《巴黎協定》中承諾在 2030 年左右使 CO2 排放達到峰值并爭取盡早實現，2030 年單位國內生產總值 CO2 排放比 2005 年下降 60%～65%，非化石能源占一次能源消費比重達到 20% 左右。

為了實現該目標，我國必須充分利用風能、太陽能等可再生能源取代部分煤炭，從而降低煤炭消耗，以提前達成 2030 年 CO2 排放目標。目前，我國風能、太陽能發電裝置的配備持續以全球最快的速度增長。

然而，因為風能、太陽能發電不穩定而無法上電網，利用率極低;又因為電能存在無法長時間儲存的問題，大多數產生的電能只能被浪費掉，我國每年浪費的電量約 150 GWh。

而氫能具有能量轉移的特性，可將這些無法上網的電用于電解水制氫，再將氫氣應用于燃料電池汽車，從而為過剩的風能和太陽能發電以及降低碳排放提供完美的解決方案。將可再生能源轉化成氫能是實現我國節能減排目標的重要途徑。

2. 政治因素

最近兩年，國家相關部委密集出臺政策，大力支持燃料電池汽車的發展。《中國制造 2025》、《汽車產業中長期發展規劃》、《「十三五」國家戰略性新興產業發展規劃》等都將發展氫能和燃料電池技術列為重點任務，將燃料電池汽車列為重點支持領域，其發展線路如表 3 所示。

表 3 中國燃料電池汽車發展線路

明確提出：

到 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 年實現百萬輛燃料電池汽車的商業化應用，建成 1000 座加氫站。

地方政府也積極響應國家政策，上海市率先發布《上海市燃料電池汽車發展規劃》，廣東佛山、湖北武漢、江蘇如皋、浙江臺州等地方政府也都為各自地區的燃料電池汽車產業發展提供政策支持，建立產業園區，引進整車企業及零部件生產廠家，共同推進氫能及燃料電池汽車的產業化發展。目前國家對燃料電池乘用車補貼高達 20 萬/輛，輕型客、貨車的國家補貼為 30 萬/輛，而大中型客車國家補貼高達 50 萬/輛。

另一方面，我國對純電動、插電式混合動力汽車補貼政策已逐步退坡，但燃料電池汽車的補貼政策仍將持續到 2020 年，加之「雙積分」政策的雙重利好，使得民間對氫燃料電池車的關注熱情空前高漲。在加氫站建設上，對符合國家技術標準且日加氫能力不少于 200 kg 的新建燃料電池車加氫站，每站獎勵 400 萬元的國家補貼。

然而，盡管政策規劃目標明確，但政府的產業導向還不夠明確，也未在能源結構上明確氫能源的地位。

3. 市場因素

目前，我國燃料電池汽車現在還處于商業化導入初期，產業鏈還在完善過程中。隨著國家對燃料電池汽車補貼不退坡以及燃料電池技術的進步和整車成本不斷下降，我國燃料電池汽車市場正逐漸升溫：

億華通為代表的燃料電池發動機企業已經建立了動力系統集成生產線;

上海神力、新源動力等企業正在努力實現電堆及核心零部件國產化;

福田、宇通、飛馳、申龍等整車企業已經走在燃料電池汽車開發的前列，部分樣車已上國家公告;

神華、中石化、中石油等大型企業正在布局氣源及加氫站基礎設施建設。

圖 1 燃料電池公告車型比例示意圖

根據最新一批公告顯示，燃料電池汽車有效公告車型包括團體客車 3 輛、公交車 13 輛以及廂式運輸車 3 輛，而到目前為止，燃料電池乘用車還未上公告，如圖 1 所示。其中，燃料電池公交車將近占 7 成，通過公交車示范運行驗證燃料電池客車的動力性、經濟性和可靠性，積累運行數據和經驗，提高公眾對氫安全應用的認識，發現技術不足并加以改進，不斷完善加氫站的建設，有利于推動我國燃料電池汽車產業的發展。

鑒于目前我國加氫站數量還是個位數，而輕型貨車、中大型客車等商用車憑借對加氫站依賴度小、續航里程長、停放點和行駛路線固定等自身特點，商用車將成為我國燃料電池汽車最先普及的領域[5]。

近期，上汽大通 FCV80 氫燃料電池輕客正式上市，單次加氫僅需要 3 min，續航里程超過 400 km，補貼后售價為 30 萬元，其補貼后的價格與純電動車非常接近。隨著燃料電池堆技術的進步，核心零部件及材料逐漸國產化，產業鏈逐步完善，整車價格將不斷下降，最終可與傳統燃油車媲美。

在乘用車領域，從 2003 年第一代燃料電池混合動力汽車「超越一號」到 2015 年上汽榮威 950 燃料電池汽車，我國已在燃料電池乘用車領域進行了初步探索并具備了一定的研發基礎。但是，由于受國內加氫站等基礎設施的缺乏以及核心技術研發水平的限制，距離氫燃料電池乘用車的商業化還有更長的路要走。

4. 技術因素

要推動燃料電池汽車的商業化發展，則要求其采用的燃料電池動力系統必須在性能、壽命和成本等方面達到與傳統燃油汽車相當的水平，并且與純電池汽車相比具有競爭力。目前，制約我國燃料電池汽車商業化發展的技術因素包括燃料電池耐久性、關鍵材料及核心零部件和氫供給難等問題：

在燃料電池耐久性方面，國內相關企業燃料電池的穩定壽命在 5000 h 左右，而國際先進水平已經超過 10000 h;

我國燃料電池關鍵材料如催化劑，質子交換膜、碳紙等還處于實驗室和樣品階段，空氣壓縮機和氫氣回流泵等關鍵部件還沒有產品供應;

現階段我國車用儲氫瓶還是使用壓力為 35 MPa 的碳纖維纏繞金屬內膽氣瓶，儲氫密度為 3.9%，而國外基本均采用 70 MPa 的碳纖維纏繞塑料內膽氣瓶，儲氫密度達到 5.5%。

基于國內目前的現狀，要實現燃料電池汽車商業化發展，衣寶廉院士指出，在技術上有 2 條路可走：

(1) 自主研發，進一步提高燃料電池動力系統的可靠性和耐久性，并降低電堆成本和鉑用量，開發非 Pt 基催化劑;

(2) 引進國外先進技術，逐步消化，最終實現國產化。根據我國已制定的燃料電池汽車總體發展規劃，通過技術研發及示范運行，掌握燃料電池汽車的設計與集成技術，逐步實現燃料電池電堆、系統、關鍵材料及核心零部件的國產化，從而推動燃料電池汽車大規模商業化發展。

5. 設施因素

從汽車產業 100 多年的發展史來看，不管傳統燃油汽車與燃油供給體系，還是電動汽車與電能供給體系，車輛技術都一直是與能源供給體系協同發展。在燃料電池汽車商業化推廣初期，我國應該吸取純電動汽車發展初期因充電基礎設施不足而制約電動汽車產業發展的經驗教訓。比如在 2014 年之前，我國過于重視電動汽車技術和產品的發展，而忽視了充電基礎設施建設，導致電動汽車產業發展受到充電難的制約。而在 2015 年以后，我國建立了充電基礎設施建設支持政策體系，充電基礎設施建設加快推進，電動汽車產業化取得突破性進展。因此，燃料電池汽車的商業化推廣離不開制氫、運氫及儲氫等配套設施的協同發展：

在制氫方面，由于我國擁有大量的廉價副產氫，另外還可以利用棄風、棄光發電進行電解水制氫，原料成本比較便宜;

在運氫方面，采用魚雷車運送氫氣是目前國內最廉價的方法，盡管液態運氫的成本更低，但是目前國內還沒有建立液態運氫相關的標準，隨著技術的進步和標準的逐漸建立，液態運氫將會是未來運氫的發展方向;

在儲氫方面，加氫站成為能源供給體系中最為重要的一環，將直接決定燃料電池汽車能否大規模商業化。

目前我國加氫站還非常少，嚴重制約著燃料電池汽車的商業化發展。據統計，截至 2017 年 10 月底，全球正在運營的加氫站有 274 座，而中國僅有 7 座，基礎設施嚴重落后，無法支撐燃料電池汽車的商業化。然而，燃料電池汽車現在面臨「雞生蛋、蛋生雞」問題——因為加氫站不足，所以人們購買燃料電池汽車的積極性不高;相反，因為沒有人購買燃料電池汽車，所以建更多加氫站的意義不大。

目前，我國正在加快加氫站的建設，已經規劃的加氫站超過了 40 座，佛山云浮預計到 2017 年底建成 22 座加氫站。現階段，我國將優先推動商用車的商業化發展，主要是由于商用車的續航里程長、停放點和行駛路線固定，其對加氫站依賴程度比較小。另外，我國主要在氫燃料豐富且廉價的地方優先進行示范運行，減少氫燃料的運輸。比如利用張家口的棄風、棄電進行電解水制氫，然后在張家口建加氫站并進行燃料電池汽車示范運行。

6. 安全因素

消費者的心理對燃料電池汽車商業化的發展也有較大的影響。有人說燃料電池汽車帶著氫氣瓶就像帶個氫彈，這造成很多人對氫燃料電池汽車安全問題的擔憂。實際上，氫比石油還要更安全，儲氫罐的密封較好，即便氫氣泄漏，由于氫是最輕的氣體，擴散性極強。在開放空間，氫氣的擴散系數是汽油的 12 倍，從危險程度上看，汽油的爆炸能量是相同體積氫氣的 22 倍，在發生爆炸時，由于氫氣密度遠低于空氣，爆炸會發生在氣源上方，而汽油的爆炸則發生在燃料周圍，汽油的危險程度遠甚于氫氣。

圖 2 氫燃料汽車與汽油汽車的燃料對比試驗

氫氣的比重低，易向上逃逸，所以少量的氫氣泄漏，可以在空氣中很快被稀釋成安全的混合氣，這使得發生事故時影響范圍要小得多，這與美國邁阿密大學的 Swain 博士的試驗結論一致 [6](見圖 2)。

對于燃料電池汽車而言，使用的氫氣濃度比為 99.99%，遠高于遇明火爆炸的 4.0%～75.6% 濃度比的一般氫氣。在耐壓鋼瓶存儲中的氫氣，如果遭遇來自外界的明火燃燒，則會自動關閉多級閥體。車載檢測系統，偵測到鋼瓶或管路出現氫燃料泄漏，控制系統會即刻關閉氫氣輸出，避免與氧氣混合，確保不會自燃。

圖 3 燃料電池客車氫系統布置示意圖

企業對氫燃料電池的安全管控細致入微，將安全隱患消滅在萌芽狀態。通過合理結構設計，燃料電池汽車具備多重容錯設定，保證氫燃料在不同危險環境下，或切斷氫燃料輸出、或封閉與氧氣的混合。以福田歐輝 8.5 m 燃料電池大巴為例，電堆、空氣濾清器、空調散熱組件、高壓閥體以及氫燃料存儲鋼瓶等核心系統全部頂置，就是充分考慮了燃料電池能量轉化的特性而做出的結構層面的安全設定(見圖 3)。

鑒于大量的試驗和燃料電池整車的實際運行，氫燃料電池汽車的碰撞安全性能是完全有保證的，能夠滿足和符合國家碰撞安全標準。然而，盡管在安全性方面已經證明氫燃料電池汽車比燃油車還要更安全，但國內消費者對此仍存顧慮，而且消費者對氫燃料安全性的擔憂，在短期內難以改變。規范氫氣安全使用標準，普及氫氣安全知識，讓消費者能更好地理解氫的安全使用，這種引導與公眾意識的提升非常重要。

7. 結語

通過對法規、政策、市場、技術、設施和安全等因素分析，我國要實現燃料電池汽車大規模商業化的發展還有很多工作要做，尤其是在實現燃料電池核心零部件及材料國產化，提高燃料電池汽車的壽命和降低成本，加強市場推廣力度，完善加氫站等基礎設施建設和提高消費者對氫安全的認知以及對燃料電池汽車的接受程度。根據我國對燃料電池汽車發展的規劃，在不久的將來，燃料電池公交客車成為人們出行的交通工具是完全有可能的。

參考文獻

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