氫能汽車產(chǎn)業(yè)化要突破四大瓶頸

□ 陳遠(yuǎn)明

目前，我國(guó)氫能汽車產(chǎn)業(yè)處于產(chǎn)業(yè)化初期，亟待突破發(fā)展面臨的四大瓶頸。在國(guó)家相關(guān)政策文件明確定位國(guó)家發(fā)展燃料電池的戰(zhàn)略方向之后，國(guó)內(nèi)燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)已經(jīng)進(jìn)入蓬勃發(fā)展期，氫能汽車商業(yè)化可期。

當(dāng)前，以人工智能、清潔技術(shù)等技術(shù)革命為代表的人類第四次工業(yè)革命正在席卷全球，汽車工業(yè)也正經(jīng)歷一場(chǎng)百年未遇的科技革命，道路運(yùn)載領(lǐng)域正向電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化和共享化等汽車“新四化”加速變革。汽車設(shè)備的控制、運(yùn)算和智能化要求能源的供給必須是電力，控制精細(xì)化的極致就是自動(dòng)駕駛汽車的實(shí)現(xiàn)，而內(nèi)燃機(jī)的機(jī)械設(shè)備根本無(wú)法滿足這些要求。因此，汽車電動(dòng)化是汽車智能化、網(wǎng)聯(lián)化和共享化的物質(zhì)基礎(chǔ)和前提條件。

氫能汽車產(chǎn)業(yè)處于產(chǎn)業(yè)化初期

在新一輪工業(yè)革命、汽車“新四化”變革的驅(qū)動(dòng)下，新能源汽車已成為我國(guó)乃至全球汽車工業(yè)的戰(zhàn)略重點(diǎn)。《中國(guó)制造2025》將節(jié)能與新能源汽車列為重點(diǎn)發(fā)展十大領(lǐng)域之一，這標(biāo)志著建設(shè)汽車強(qiáng)國(guó)正式上升為國(guó)家戰(zhàn)略，并成為汽車行業(yè)必然承擔(dān)的重大使命。根據(jù)《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》的總體目標(biāo)，到2020年、2025年、2030年，我國(guó)新能源汽車年銷量預(yù)計(jì)將分別達(dá)到210萬(wàn)輛、500萬(wàn)輛和1500萬(wàn)輛?！笆濉币詠?lái)，我國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程穩(wěn)步推進(jìn)，新能源汽車銷量快速增長(zhǎng)，市場(chǎng)份額逐漸提高。根據(jù)中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)提供的數(shù)據(jù)，2018年在汽車行業(yè)整體產(chǎn)銷分別下降4.2%和2.8%的情況下，我國(guó)新能源汽車?yán)塾?jì)產(chǎn)銷127.05萬(wàn)輛和125.62萬(wàn)輛，比上年增長(zhǎng)59.92%和61.74%，占全國(guó)汽車產(chǎn)銷量的比例分別為4.57%和4.47%。

我國(guó)重點(diǎn)發(fā)展的新能源汽車包括純電動(dòng)汽車、插電式混合動(dòng)力和燃料電池汽車。純電動(dòng)汽車和燃料電池汽車是通過(guò)鋰電池或燃料電池輸出電力給驅(qū)動(dòng)電機(jī)來(lái)推動(dòng)汽車前進(jìn)，雖然都屬于電動(dòng)汽車的范疇，但兩者有重要區(qū)別：前者的鋰電池只是電力的存儲(chǔ)裝置，其電力能源來(lái)自外部充電，汽車只是電機(jī)對(duì)來(lái)自電池所存儲(chǔ)電力能源的消費(fèi)過(guò)程，而后者燃料電池本身并不存儲(chǔ)電量，電力能源產(chǎn)生于車載燃料電池發(fā)電裝置，燃料電池以較高的轉(zhuǎn)換效率，將氫氣的化學(xué)能通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)換為電能，其轉(zhuǎn)換過(guò)程相當(dāng)于電解水的逆反應(yīng)。因此，燃料電池汽車既有電力能源的生產(chǎn)過(guò)程，也有電力能源的消費(fèi)過(guò)程。

燃料電池汽車由于具有清潔零污染、續(xù)航里程長(zhǎng)、加氫時(shí)間快、氫能來(lái)源廣、轉(zhuǎn)換效率高、能量密度高等多方面優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為中國(guó)汽車動(dòng)力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的重要戰(zhàn)略方向，是中國(guó)新能源汽車戰(zhàn)略的重要組成部分。在2019年政府工作報(bào)告中，首次提到了氫能建設(shè)——“推動(dòng)充電、加氫等設(shè)施建設(shè)”，加快發(fā)展氫能與燃料電池已提上了更加重要的日程?？偟膩?lái)看，我國(guó)的燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展經(jīng)歷了電動(dòng)汽車科技發(fā)展專項(xiàng)規(guī)劃“十五”（2001～2005）、“十一五”（2006～2010）、“十二五”（2011～2015）、“十三五”（2016～2020）連續(xù)四個(gè)五年國(guó)家科技計(jì)劃的推動(dòng)發(fā)展，分別從科技驅(qū)動(dòng)、形成研發(fā)基礎(chǔ)，示范應(yīng)用、積累運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，整車牽引、加速產(chǎn)業(yè)布局進(jìn)入市場(chǎng)拉動(dòng)、全面推進(jìn)階段。2016年以來(lái)，國(guó)家發(fā)布了一系列文件支持氫能燃料電池技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化：國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃（2016～2030）》將氫能與燃料電池技術(shù)創(chuàng)新列為重點(diǎn)任務(wù)之一；國(guó)務(wù)院《國(guó)家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略綱要》和《“十三五”國(guó)家科技創(chuàng)新規(guī)劃》提出開發(fā)氫能、燃料電池等新一代能源技術(shù)；國(guó)務(wù)院《“十三五”國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》提出系統(tǒng)推進(jìn)燃料電池汽車研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化，到2020年，實(shí)現(xiàn)燃料電池汽車批量生產(chǎn)和規(guī)?；痉稇?yīng)用；工信部、科技部、國(guó)家發(fā)改委《汽車產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》提出逐步擴(kuò)大燃料電池汽車試點(diǎn)示范范圍。

氫燃料汽車成為新能源風(fēng)口。胡慶明 攝

在相關(guān)部門的組織下，我國(guó)已經(jīng)發(fā)布了關(guān)于燃料電池汽車的發(fā)展規(guī)劃，描繪了我國(guó)氫能與燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)化未來(lái)幾十年的發(fā)展藍(lán)圖。由中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化研究院和全國(guó)氫能標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)聯(lián)合組織編著的《中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展藍(lán)皮書（2016）》，首次提出了我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展路線和技術(shù)發(fā)展路線圖：到2020年，全國(guó)加氫站達(dá)到100座以上，燃料電池汽車達(dá)到1萬(wàn)輛，氫能產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值目標(biāo)為3000億元以上；到2030年，全國(guó)加氫站達(dá)到1000座以上，燃料電池汽車達(dá)到200萬(wàn)輛，氫能產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值目標(biāo)為1萬(wàn)億元以上；到2050年，加氫站網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建完成，全國(guó)燃料電池汽車達(dá)到1000萬(wàn)輛，氫能產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值目標(biāo)達(dá)到4萬(wàn)億元以上。

在國(guó)家政策的驅(qū)動(dòng)下，燃料電池及燃料電池汽車技術(shù)近年來(lái)取得突破進(jìn)展，隨著更多的資本和企業(yè)持續(xù)投入開展燃料電池及燃料電池汽車研發(fā)，燃料電池及燃料電池汽車成本顯著下降，燃料電池汽車在動(dòng)力性、安全性、續(xù)航里程、低溫啟動(dòng)等性能指標(biāo)已接近商業(yè)化水平。氫能技術(shù)在美國(guó)、日本、歐盟等國(guó)家和地區(qū)已進(jìn)入系統(tǒng)應(yīng)用階段，然而我國(guó)氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)仍處于產(chǎn)業(yè)化初期，相比之下我國(guó)燃料電池及燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展落后不少。根據(jù)中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)提供的數(shù)據(jù)，2018年燃料電池汽車產(chǎn)銷為1527輛，僅占當(dāng)年新能源汽車產(chǎn)銷量的1.2%；全國(guó)燃料電池汽車?yán)塾?jì)保有量遠(yuǎn)未達(dá)到1萬(wàn)輛，而且?guī)缀醵际强蛙嚒⒇涇嚨壬逃密?。有關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，截至2018年底，國(guó)內(nèi)在運(yùn)營(yíng)加氫站僅23座。對(duì)比美國(guó)，截至2019年4月1日，美國(guó)燃料電池汽車已售出或租出6315輛，運(yùn)營(yíng)的燃料電池巴士達(dá)30輛；而加氫站方面，截至3月26日，僅加利福尼亞州在運(yùn)營(yíng)零售加氫站就達(dá)到39座。

氫能汽車發(fā)展面臨四大瓶頸

發(fā)展氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)的系統(tǒng)規(guī)劃的缺位，政府協(xié)調(diào)統(tǒng)籌潛力未充分發(fā)揮，這是目前制約燃料電池汽車發(fā)展的最大瓶頸。氫能是一種清潔、高效、安全的二次能源，燃料電池是清潔高效利用氫能的最佳方式，發(fā)展氫能可以實(shí)現(xiàn)能源生產(chǎn)和能源消費(fèi)的變革，應(yīng)該將氫能源納入國(guó)家整體能源體系，從構(gòu)建氫能社會(huì)、打造氫能經(jīng)濟(jì)出發(fā)，在國(guó)務(wù)院層面制定國(guó)家氫能發(fā)展戰(zhàn)略和路線圖。如果僅僅局限于燃料電池汽車單一應(yīng)用層面發(fā)展，接下來(lái)肯定還會(huì)遇到更多頭痛醫(yī)頭腳痛醫(yī)腳的問題，像類似氫氣應(yīng)該繼續(xù)執(zhí)行?；饭芾磉€是執(zhí)行能源屬性管理這樣的問題，都沒有辦法從根本上得到解決。而只有從國(guó)家戰(zhàn)略層面統(tǒng)籌氫能發(fā)展和定位，從氫能在整體能源體系中發(fā)揮重要作用出發(fā)，才能理順發(fā)展氫能體制機(jī)制上的一系列問題。日本將發(fā)展氫能源放到國(guó)家基本戰(zhàn)略的地位，明確經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)?。ㄏ喈?dāng)于我們國(guó)家的發(fā)改委）作為推動(dòng)氫能發(fā)展的主導(dǎo)部門，從氫燃料電池汽車、家用燃料電池?zé)犭娐?lián)供系統(tǒng)（ENE-FARM）等多個(gè)應(yīng)用方向同時(shí)施策推動(dòng)，積極跟進(jìn)產(chǎn)業(yè)和技術(shù)發(fā)展，及時(shí)修訂、調(diào)整氫能路線圖，為氫能產(chǎn)業(yè)健康快速發(fā)展提供政策協(xié)調(diào)和保駕護(hù)航。日本在發(fā)展氫能源及氫燃料電池汽車方面的這些措施和做法值得我們借鑒。

加氫站基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)推進(jìn)緩慢，加氫站建設(shè)運(yùn)營(yíng)舉步維艱，這是制約燃料電池汽車當(dāng)前發(fā)展的第二個(gè)關(guān)鍵瓶頸。加氫站是氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)化不可缺少的基礎(chǔ)設(shè)施，而目前在用的加氫站寥寥無(wú)幾，加氫站的投資建設(shè)運(yùn)營(yíng)面臨諸多困難和挑戰(zhàn)。一是加氫站建設(shè)的頂層政策缺失，沒有全國(guó)統(tǒng)一配套的加氫站建設(shè)規(guī)劃，加氫站的主管部門不明確、國(guó)家層面加氫站建設(shè)補(bǔ)貼政策不連續(xù)，在加氫站用地規(guī)劃、土地性質(zhì)、建設(shè)審批、建設(shè)補(bǔ)貼到推廣補(bǔ)貼等方面的扶持政策不清晰、相應(yīng)制度不健全。加氫站建設(shè)審批流程繁復(fù)且不一致，加氫站“準(zhǔn)生證”難以取得，需要政府層面協(xié)調(diào)推進(jìn)，需要政府對(duì)加氫站管理的相關(guān)法律法規(guī)加以完善，對(duì)加氫站審批手續(xù)進(jìn)行簡(jiǎn)化使之清晰明了。二是目前加氫站建設(shè)運(yùn)營(yíng)成本高企。氫氣目前是作為易燃易爆品管理，那么在建設(shè)加氫站的時(shí)候，需投入額外的硬件設(shè)施，在運(yùn)作過(guò)程中還要遵守更嚴(yán)苛的標(biāo)準(zhǔn)，意味著硬件成本增加，運(yùn)營(yíng)成本也相應(yīng)增加。除了相關(guān)技術(shù)和安全要求所導(dǎo)致的成本提高，建設(shè)加氫站所需的關(guān)鍵部件如傳感器、減壓器、瓶口閥、壓縮機(jī)等核心產(chǎn)品的技術(shù)儲(chǔ)備薄弱，大多依賴進(jìn)口也進(jìn)一步推高了加氫站的投資費(fèi)用。目前建設(shè)一座加氫站僅設(shè)備成本就在1000萬(wàn)元以上，基礎(chǔ)設(shè)備技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的不統(tǒng)一又會(huì)使整體成本進(jìn)一步上升。另外，目前階段燃料電池汽車處于起步階段，加氫站數(shù)量少，受限于規(guī)模和效率，也會(huì)導(dǎo)致加氫站的建設(shè)運(yùn)營(yíng)成本高企不下，短期內(nèi)無(wú)法平衡現(xiàn)金流。

國(guó)內(nèi)氫能產(chǎn)業(yè)鏈，特別是氫燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈尚不完整，一些關(guān)鍵材料和核心零部件還依賴國(guó)外進(jìn)口，導(dǎo)致車用燃料電池系統(tǒng)的整體成本相對(duì)較高，這是制約燃料電池汽車發(fā)展的第三個(gè)瓶頸。燃料電池中的一個(gè)關(guān)鍵材料——質(zhì)子交換膜，目前雖然國(guó)內(nèi)有企業(yè)已經(jīng)研發(fā)出來(lái)，但使用比較穩(wěn)定可靠的還是依賴國(guó)外進(jìn)口。燃料電池輔助系統(tǒng)中的一個(gè)核心零部件空壓機(jī)，目前主要依賴進(jìn)口，價(jià)格較高。當(dāng)然隨著國(guó)內(nèi)幾家公司引進(jìn)國(guó)外技術(shù)在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)，相信價(jià)格可以逐步下降。由于燃料電池汽車的保有數(shù)量比較少，氫能和燃料電池產(chǎn)業(yè)規(guī)模小，因此如果國(guó)家層面制定氫能戰(zhàn)略，從氫燃料電池的多個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景同時(shí)推動(dòng)發(fā)展，就可以相互促進(jìn)形成合力將燃料電池產(chǎn)業(yè)的整體規(guī)模和產(chǎn)業(yè)鏈培育起來(lái)，就能促進(jìn)氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)成本快速下降。日本政府最近幾年推廣家庭用燃料電池?zé)犭娐?lián)供系統(tǒng)（ENE-FARM）幾十萬(wàn)套，通過(guò)家用燃料電池訂單帶動(dòng)了車用燃料電池的發(fā)展，促進(jìn)培育了日本國(guó)內(nèi)的氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈。

氫能及燃料電池技術(shù)作為近幾年才逐漸進(jìn)入人們視野的新能源科技，人們對(duì)氫能技術(shù)的了解不多，甚至還對(duì)氫能存在一些誤解，這是阻礙燃料電池汽車發(fā)展的第四個(gè)瓶頸。首先，氫氣目前是作為?；饭芾?，很多人因此對(duì)氫能源產(chǎn)生誤解，以為氫能源就是氫彈，其實(shí)完全是兩回事。其次，人們對(duì)車載氫瓶的安全性了解不多，對(duì)燃料電池汽車上使用的氫瓶產(chǎn)生不必要的擔(dān)心。在燃料電池汽車中，氫氣以35～70兆帕的壓力儲(chǔ)存在專用氫瓶中。車載氫瓶屬于壓力容器、特種設(shè)備，生產(chǎn)廠家和氫瓶產(chǎn)品都要接受國(guó)家質(zhì)檢部門的管理，儲(chǔ)氫瓶在出廠投入使用前要經(jīng)過(guò)嚴(yán)苛的安全檢驗(yàn)，實(shí)施過(guò)破裂、火焰、射擊、跌落等接近20項(xiàng)的安全測(cè)試。幾十年來(lái)氫氣一直被用于石油化工、煉油、半導(dǎo)體和食品加工等工業(yè)領(lǐng)域，很多安全管理方面的專業(yè)知識(shí)已經(jīng)得以積累。根據(jù)美國(guó)和韓國(guó)的有關(guān)技術(shù)團(tuán)體評(píng)估，氫氣與汽油和天然氣相比，其綜合性危險(xiǎn)度是最小的。如果對(duì)氫能的安全性了解不夠甚至產(chǎn)生誤解，將對(duì)氫能技術(shù)的推廣應(yīng)用產(chǎn)生非常不利的影響，因此非常有必要加強(qiáng)氫能與燃料電池技術(shù)、安全性方面的科普及宣傳，為氫能先進(jìn)技術(shù)的大規(guī)模普及應(yīng)用鋪平道路。這除了需要政府科技部門作為工作職責(zé)加強(qiáng)氫能科普，氫能產(chǎn)業(yè)鏈上的相關(guān)企業(yè)也要配合政府科技部門，積極投入公眾知識(shí)普及，提高氫能源的公眾認(rèn)知，為行業(yè)的健康發(fā)展創(chuàng)造良好的認(rèn)知氛圍。

氫能汽車商業(yè)化可期

自豐田公司于2015年發(fā)布?xì)淙剂想姵仄嘙irai以來(lái)，燃料電池汽車就受到全球汽車行業(yè)的廣泛關(guān)注，其氫能源動(dòng)力的概念已經(jīng)深入人心，被認(rèn)為是汽車動(dòng)力的終極發(fā)展目標(biāo)。燃料電池汽車與鋰電池汽車相比，具有能量密度更高（單位體積能量密度約為鋰電池的7倍以上）、續(xù)航里程長(zhǎng)（單次加氫至少續(xù)航500公里以上）、加注時(shí)間快（加氫時(shí)間為3～5分鐘）等優(yōu)勢(shì)，并能夠通過(guò)可再生能源制氫的綠色方式實(shí)現(xiàn)汽車真正意義上的“零排放”。豐田汽車Mirai上市以來(lái)，國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)對(duì)于Mirai的氫動(dòng)力概念已經(jīng)取得了普遍的理解和共識(shí)，在國(guó)家《汽車產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》《中國(guó)制造2025》等政策文件明確定位國(guó)家發(fā)展燃料電池的戰(zhàn)略方向之后，國(guó)內(nèi)燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)已經(jīng)進(jìn)入了蓬勃發(fā)展期，2018年更是被稱為氫能與燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的元年。

2019年4月16日，福田汽車在第十八屆上海國(guó)際汽車工業(yè)展覽會(huì)上展出的歐馬可智藍(lán)車型是為京東物流生產(chǎn)的氫能源物流車。視覺中國(guó) 供圖

在第四次工業(yè)革命大潮的裹挾下，氫能與燃料電池汽車能夠引起世界各國(guó)的廣泛矚目并非偶然。如果把目光放到最近5～10年全球科技前沿最重要的技術(shù)變革：萬(wàn)物互聯(lián)傳感器技術(shù)和人工智能技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入一個(gè)全新的階段，燃料電池技術(shù)的量產(chǎn)及產(chǎn)品成本的下降，這三項(xiàng)技術(shù)的成熟，使得燃料電池汽車成為大眾普及品變得觸手可及，而且有了這三項(xiàng)技術(shù)的支持，能源系統(tǒng)的調(diào)整得到了內(nèi)生性的推動(dòng)力量。氫能行業(yè)不僅包括后端燃料電池及應(yīng)用領(lǐng)域，更為重要的是包括前端的制氫、儲(chǔ)氫、運(yùn)氫、加氫等環(huán)節(jié)。我國(guó)氫氣來(lái)源廣泛，各地根據(jù)當(dāng)?shù)刭Y源稟賦布局前端環(huán)節(jié)，在能源端打通了可再生能源和傳統(tǒng)化石能源的通道，增加了能源來(lái)源的多樣性，這才是氫能源無(wú)論對(duì)于能源安全還是節(jié)能環(huán)保所帶來(lái)的更重要意義。

2030年之后，新能源汽車將形成純電動(dòng)、插電混動(dòng)、燃料電池三足鼎立之勢(shì)。燃料電池是發(fā)電裝置，而鋰電池是電力儲(chǔ)能裝置，未來(lái)兩者更多的是互補(bǔ)關(guān)系。目前，鋰電池汽車更適合乘用車領(lǐng)域，而燃料電池汽車適合有載重、長(zhǎng)續(xù)航要求的交通領(lǐng)域。經(jīng)過(guò)全世界幾十年的研發(fā)與積累，燃料電池系統(tǒng)與零部件從技術(shù)和成本上已經(jīng)到了可以商業(yè)化的地步。根據(jù)國(guó)際能源署和日經(jīng)BP清潔技術(shù)研究所的預(yù)測(cè)，2030年全球燃料電池汽車銷量將達(dá)到350萬(wàn)輛，占新能源汽車銷量的10%。2030年之后，燃料電池汽車的市場(chǎng)份額還會(huì)繼續(xù)擴(kuò)大，同時(shí)鋰電純電動(dòng)汽車銷量占比將出現(xiàn)拐點(diǎn)。到2050年，純電動(dòng)、插電混動(dòng)、燃料電池汽車將形成三分天下之勢(shì)。