中國(guó)燃料電池電動(dòng)汽車市場(chǎng)化分析與預(yù)測(cè)

于 茹， 王曉莉， 張志文

(1. 中北大學(xué) 財(cái)務(wù)處， 山西 太原 030051； 2. 中北大學(xué) 能源動(dòng)力工程學(xué)院， 山西 太原 030051)

0 引 言

能源危機(jī)與環(huán)境污染是21世紀(jì)全球面臨的重大問(wèn)題。 傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車所帶來(lái)的能源消耗和環(huán)境污染日漸嚴(yán)重， 新能源的崛起已勢(shì)不可擋。[1]推進(jìn)能源發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變， 開(kāi)發(fā)新能源汽車已刻不容緩。[2]燃料電池電動(dòng)汽車被認(rèn)為是電動(dòng)汽車發(fā)展的終極目標(biāo)， 在燃料上擺脫了傳統(tǒng)能源的依賴， 實(shí)現(xiàn)了零排放， 推動(dòng)燃料電池電動(dòng)汽車的發(fā)展不僅能有效改善中國(guó)能源結(jié)構(gòu)， 而且能更好地推動(dòng)交通領(lǐng)域向低碳型轉(zhuǎn)變。[3]

在20世紀(jì)60、 70年代， 美國(guó)最先使用燃料電池， 將燃料電池作為主要電源應(yīng)用于航天飛機(jī)領(lǐng)域。[4]日本是世界上最大力度推廣燃料電池及其技術(shù)的國(guó)家， 2002年底， 豐田公司自主研發(fā)的第一批燃料電池電動(dòng)汽車正式投入市場(chǎng)， 同時(shí)也是在世界范圍內(nèi)最先將燃料電池汽車商業(yè)化。[2]目前， 世界各國(guó)都在大力發(fā)展燃料電池技術(shù)及電動(dòng)汽車， 其中， 加拿大、 法國(guó)、 韓國(guó)、 中國(guó)在發(fā)展燃料電池事業(yè)中取得顯著成果。[5]

中國(guó)政府大力推廣燃料電池和燃料電池電動(dòng)汽車技術(shù)的發(fā)展， 并將其納入國(guó)家“863”重大科技項(xiàng)目， 同時(shí)在北京奧運(yùn)會(huì)及上海世博會(huì)上示范運(yùn)行了中國(guó)自主研發(fā)的燃料電池轎車與客車。 2016年11月， 科技部與財(cái)政部、 北京市、 上海市、 GEF及UNDP聯(lián)合， 成功舉行了兩期“中國(guó)燃料電池公共汽車商業(yè)化示范項(xiàng)目”， 并取得了顯著成效。[6-7]

1 燃料電池電動(dòng)汽車市場(chǎng)分析

1.1 燃料電池電動(dòng)汽車國(guó)內(nèi)市場(chǎng)

氫燃料電池汽車因?yàn)槭褂迷偕茉矗?在整個(gè)燃料的生產(chǎn)過(guò)程及其供應(yīng)環(huán)節(jié)， 達(dá)到了綠色無(wú)污染的效果。 就目前來(lái)看， 中國(guó)氫燃料已逐漸發(fā)展為“東西南北中”五個(gè)產(chǎn)業(yè)布局。 其中東部區(qū)域氫能發(fā)展最為廣泛， 是中國(guó)燃料電池車自主研發(fā)設(shè)計(jì)以及示范最早的地區(qū)。[8]截至2019年6月底， 該區(qū)域共有規(guī)模情況如表 1 所示。

表 1 中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)總體布局(截止2019年上半年)

從目前發(fā)展情況來(lái)看， 中國(guó)燃料電池電動(dòng)汽車有很大的發(fā)展空間。 由數(shù)據(jù)可以看出， 中國(guó)燃料電池電動(dòng)汽車的銷量呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)趨勢(shì)， 從2015年到2019年， 由10輛增長(zhǎng)到2 737輛， 可以清楚地看出2019年的銷量與2015年的相比翻了 272.7倍。 其中， 2019年中國(guó)燃料電池電動(dòng)汽車銷量和產(chǎn)量又上一個(gè)臺(tái)階， 分別是2 833輛和 2 737輛， 與2018年相比分別增長(zhǎng)85.5%和79.2%， 創(chuàng)歷史新高。 根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)截至2019年底， 中國(guó)燃料電池電動(dòng)汽車保有量為 6 175輛， 如圖 1 所示。

圖 1 2015～2019年中國(guó)燃料電池電動(dòng)汽車銷售情況

數(shù)據(jù)顯示， 中國(guó)燃料電池電動(dòng)汽車主要生產(chǎn)類型為客車和專用車。 2019年， 中國(guó)氫燃料電池專用車的產(chǎn)量為1 683輛， 而氫燃料電池客車產(chǎn)量為1 335輛。 2017年～2019年， 中國(guó)大力發(fā)展氫燃料電池汽車的商用車領(lǐng)域， 氫燃料電池汽車中的商用車成為發(fā)展的重點(diǎn)。

1.2 燃料電池電動(dòng)汽車國(guó)外市場(chǎng)

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可知， 至2019年12月為止， 國(guó)外市場(chǎng)的燃料電池電動(dòng)汽車保有量已接近17 967輛， 而全球市場(chǎng)的總保有量更是達(dá)到24 132輛。 燃料電池電動(dòng)汽車保有量這一數(shù)據(jù)在2019年達(dá)到 10 409輛， 為歷史數(shù)據(jù)的最高值， 具體數(shù)值可見(jiàn)圖 2。

圖 2 2016年～2019年全球燃料電池電動(dòng)汽車保有量

圖 3 2019年全球燃料電池電動(dòng)汽車銷量區(qū)域分布情況

由圖 3 可知， 截止到2019年底， 國(guó)外燃料電池電動(dòng)汽車銷量持穩(wěn)定增長(zhǎng)趨勢(shì)， 其中， 2019年達(dá)到了7 578輛， 同2018年相比增長(zhǎng)約90%。 韓國(guó)、 美國(guó)和日本的銷量居于前位， 分別達(dá)到了4 194輛、 2 089輛、 644輛， 并且燃料電池乘用車為主要銷售類型。

根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)， 氫燃料電池乘用車主要銷售類型是韓國(guó)現(xiàn)代NEXO和日本豐田Mirai。 其中， 銷量第一的韓國(guó)現(xiàn)代NEXO、 第二的豐田Mirai、 第三的本田Clarity占領(lǐng)了大部分市場(chǎng)， 銷售數(shù)量分別達(dá)到了4 818輛、 2 407輛、 349輛。 具體數(shù)值如圖 4 所示。

圖 4 國(guó)外主要?dú)淙剂想姵爻擞密囦N量情況

2 中國(guó)燃料電池電動(dòng)汽車市場(chǎng)環(huán)境

2.1 自身優(yōu)勢(shì)分析

氫能作為清潔、 高效、 綠色零污染的新能源， 受到了國(guó)人的廣泛關(guān)注。 近年來(lái)， 中國(guó)大力發(fā)展燃料電池電動(dòng)汽車， 并取得了顯著效果， 氫燃料為緩解能源危機(jī)、 減輕環(huán)境污染做出重大貢獻(xiàn)， 將進(jìn)一步推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)朝著低碳環(huán)保方向發(fā)展。

2.2 中國(guó)燃料電池電動(dòng)汽車發(fā)展環(huán)境分析

為減輕能源危機(jī)和環(huán)境污染， 中國(guó)積極推廣燃料電池電動(dòng)汽車的研發(fā)與市場(chǎng)化的發(fā)展。 從國(guó)家政策、 補(bǔ)貼政策、 基礎(chǔ)設(shè)施保障等方面大力鼓勵(lì)燃料電池電動(dòng)汽車的發(fā)展， 同時(shí)為燃料電池電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)化運(yùn)行與應(yīng)用打下夯實(shí)的基礎(chǔ)。

近年來(lái)， 新能源汽車行業(yè)面臨著補(bǔ)貼退坡、 產(chǎn)能過(guò)剩等問(wèn)題， 從政策來(lái)看， 《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃(2016～2030年)》中， 國(guó)家將氫能源與燃料電池技術(shù)創(chuàng)新研究列為重點(diǎn)任務(wù)之一， 未來(lái)中國(guó)燃料電池電動(dòng)汽車與純電動(dòng)車將共同主導(dǎo)中國(guó)新能源汽車市場(chǎng)。

2.2.1 中國(guó)燃料電池電動(dòng)汽車發(fā)展規(guī)劃

中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)于2016年10月底， 發(fā)布了有關(guān)燃料電池電動(dòng)汽車的發(fā)展規(guī)劃， 即《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》。 根據(jù)規(guī)劃可知： 從2020年開(kāi)始， 未來(lái)十年后中國(guó)燃料電池電動(dòng)汽車將要達(dá)到由示范運(yùn)行到大規(guī)模推廣應(yīng)用的轉(zhuǎn)變； 同時(shí)指出， 到2020年、 2025年和2030年， 中國(guó)燃料電池電動(dòng)汽車保有量將分別達(dá)到5 000輛、 5萬(wàn)輛甚至百萬(wàn)輛的目標(biāo)。

2.2.2 中國(guó)燃料電池電動(dòng)汽車補(bǔ)貼政策

中國(guó)政府注重燃料電池電動(dòng)汽車的發(fā)展， 四部委于2018年2月13日， 聯(lián)合發(fā)布了有關(guān)燃料電池電動(dòng)汽車的補(bǔ)貼政策， 即《關(guān)于調(diào)整完善新能源汽車推廣應(yīng)用財(cái)政補(bǔ)貼政策的通知》。 政策規(guī)定： 根據(jù)搭載燃料電池系統(tǒng)的額定功率大小的不同對(duì)燃料電池乘用車進(jìn)行補(bǔ)貼(要求電堆系統(tǒng)額定功率不小于30 kW， 且大于等于電機(jī)額定功率的30%)， 并且對(duì)燃料電池貨車和客車采取定額補(bǔ)貼。 表 2 為中國(guó)2018年氫燃料電池汽車補(bǔ)貼政策。[9]

表 2 中國(guó)燃料電池電動(dòng)汽車補(bǔ)貼政策(2018年)

2.2.3 經(jīng)濟(jì)環(huán)境分析

隨著人們經(jīng)濟(jì)實(shí)力的增強(qiáng)， 對(duì)生活質(zhì)量的要求也越來(lái)越高， 綠色能源交通工具被大眾認(rèn)可。 根據(jù)中國(guó)目前新能源汽車的銷售數(shù)據(jù)分析， 新能源汽車正在逐步替代傳統(tǒng)汽車， 將成為未來(lái)發(fā)展新趨勢(shì)， 雖然目前市場(chǎng)上的新能源汽車主要以純電動(dòng)、 混動(dòng)汽車為主， 但動(dòng)力電池技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入到瓶頸期。 氫能源作為目前正在研究開(kāi)發(fā)的新型產(chǎn)業(yè)， 結(jié)合燃料電池汽車自身獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)， 其發(fā)展?jié)摿薮螅?將會(huì)成為新能源汽車發(fā)展的目標(biāo)。 中國(guó)新能源汽車銷量如圖 5 所示。

圖 5 新能源汽車銷量

2019年6月中國(guó)氫能聯(lián)盟發(fā)布的《中國(guó)氫能源及燃料電池電池產(chǎn)業(yè)白皮書(shū)》指出， 氫能將成為中國(guó)能源體系的重要組成部分， 預(yù)計(jì)到2050年氫能將在中國(guó)終端能源體系中占比至少達(dá)到10%， 其中燃料電池商用車到2050年將達(dá)到160萬(wàn)輛， 市場(chǎng)占有率達(dá)到37%。 氫燃料電池汽車產(chǎn)銷已然提速。[10]

2.2.4 社會(huì)環(huán)境分析

隨著信息化的發(fā)展， 人們的思維習(xí)慣不斷地改變， 在國(guó)家政策的引導(dǎo)下， 綠色環(huán)保的意識(shí)已深入人心。 燃料電池的出現(xiàn)， 滿足了人們對(duì)于綠色無(wú)污染、 低碳環(huán)保的需求， 且燃料電池電動(dòng)汽車的發(fā)展符合未來(lái)社會(huì)的發(fā)展趨勢(shì)。 因此， 燃料電池電動(dòng)汽車既滿足消費(fèi)者代步工具的需求， 同時(shí)又滿足綠色無(wú)污染、 低能耗的時(shí)代發(fā)展需求。 政府實(shí)施的鼓勵(lì)政策保障了燃料電池電動(dòng)汽車的發(fā)展。

3 預(yù)測(cè)中國(guó)燃料電池汽車市場(chǎng)前景

3.1 國(guó)內(nèi)燃料電池電動(dòng)汽車市場(chǎng)分析

根據(jù)中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)最新公布數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)， 2019年中國(guó)共銷售2 737輛燃料電池電動(dòng)汽車， 同比增長(zhǎng)79%。 從2016年到2019年， 國(guó)內(nèi)燃料電池電動(dòng)汽車銷量逐年增加。 截止2020年3月， 國(guó)內(nèi)氫燃料電池電動(dòng)汽車保有量達(dá)6 165輛， 已達(dá)成《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》中到2020年實(shí)現(xiàn)5 000輛燃料電池電動(dòng)汽車規(guī)模的階段性目標(biāo)。[11]

圖 6 2016～2019中國(guó)燃料電池電動(dòng)汽車產(chǎn)銷量

通過(guò)對(duì)中國(guó)燃料電池電動(dòng)汽車產(chǎn)銷量數(shù)據(jù)分析、 與新能源汽車銷量(圖 5)進(jìn)行對(duì)比、 與全球燃料汽車保有量(圖2)進(jìn)行對(duì)比分析， 結(jié)合中國(guó)燃料電池技術(shù)與國(guó)外先進(jìn)水平的差距， 更加明確發(fā)展思路和發(fā)展目標(biāo)。[12]結(jié)合中國(guó)國(guó)情及地方經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)， 氫能源汽車的發(fā)展勢(shì)在必行， 發(fā)展新能源汽車也是目前主流趨勢(shì)之一， 氫燃料電池汽車的推廣也將帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展， 在國(guó)內(nèi)企業(yè)的積極趕超下， 未來(lái)中國(guó)氫燃料電池電動(dòng)技術(shù)也將繼續(xù)實(shí)現(xiàn)突破。

3.2 灰色預(yù)測(cè)模型的建立

灰色系統(tǒng)理論是基于關(guān)聯(lián)空間、 光滑離散函數(shù)等概念定義灰導(dǎo)數(shù)與灰微分方程， 是用離散數(shù)據(jù)建立微分方程的動(dòng)態(tài)模型。 灰色模型是利用近似的、 非唯一的離散隨機(jī)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)推導(dǎo)生成一些較有規(guī)律的數(shù)據(jù)， 通過(guò)建立相關(guān)的微分方程模型， 對(duì)數(shù)據(jù)的變化過(guò)程進(jìn)行研究和描述[13-14]， 實(shí)現(xiàn)對(duì)事物發(fā)展過(guò)程的統(tǒng)計(jì)與預(yù)測(cè)， 本論文利用灰色預(yù)測(cè)模型對(duì)燃料電池電動(dòng)汽車未來(lái)市場(chǎng)前景、 發(fā)展趨勢(shì)、 產(chǎn)銷量進(jìn)行定性與定量預(yù)測(cè)。 模型建立過(guò)程如下。

1) 累加生成。 已知原始數(shù)據(jù)序列[15]：X(0)={X(0)(1)，X(0)(2)， …X(0)(n)}， 對(duì)X(0)進(jìn)行一次累加生成， 得到生成序列X(1)={X(1)(1)，X(1)(2)， …X(1)(n)}， 其中

k=1,2,…,n.(1)

2) 建模。 由X(1)構(gòu)造背景值序列[15]：Z(1)={Z(1)(2)，Z(1)(3)， …Z(1)(n)}， 其中：Z(1)(k)=aX(1)(k-1)+(1-a)X(1)(k)，k=2， 3， …，n， 一般取a=0.5， 假定X(1)具有近似指數(shù)變化規(guī)律， 則白化方程(影子方程)為X(1)

(2)

將式 (2) 進(jìn)行離散化， 微分變差分， 得到GM(1,1)灰微分方程如下

X(0)(k)+aZ(1)(k)=u.(3)

3) 求解出參數(shù)a,u。 用最小二乘法求解式(3)中參數(shù)a,u。 其中a為發(fā)展系數(shù)， 其大小反映了序列X(0)的增長(zhǎng)速度；u稱為灰作用量(內(nèi)生變量)[15]， 其大小反應(yīng)總量。

4) 建立預(yù)測(cè)模型。X(1)預(yù)測(cè)公式為

式中：k=0,1,2， …，X(0)的預(yù)測(cè)公式為

(1-ea)[X(0)(1)-u/a]e-ak,

3.3 結(jié)果分析

1) 分析預(yù)測(cè)中國(guó)燃料電池電動(dòng)汽車年產(chǎn)量

通過(guò)中國(guó)報(bào)告網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)查到2016年～2019年的中國(guó)燃料電池電動(dòng)汽車年產(chǎn)量列表， 如表 3 所示。

表 3 中國(guó)燃料電池電動(dòng)汽車年產(chǎn)量

通過(guò)MATLAB軟件對(duì)灰度預(yù)測(cè)模型進(jìn)行編程得到仿真數(shù)據(jù)， 預(yù)測(cè)程序(部分)如下：

>>huidu

Shurushujv[628;1 103;1 618;2 831]

后驗(yàn)差比值為： 0.483 48

系統(tǒng)預(yù)測(cè)精度合格

下個(gè)擬合值為4 331.066 8

再下個(gè)擬合值為7 056.939 5.

圖 7 可知未來(lái)兩年中國(guó)燃料電池電動(dòng)汽車年產(chǎn)量依次為4 331， 7 057。 通過(guò)數(shù)據(jù)可知未來(lái)中國(guó)燃料電池電動(dòng)汽車年產(chǎn)量呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)趨勢(shì)。

圖 7 中國(guó)燃料電池電動(dòng)汽車年產(chǎn)量預(yù)測(cè)圖

2) 分析預(yù)測(cè)中國(guó)燃料電池電動(dòng)汽車年銷售量

中國(guó)報(bào)告網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)查到2015年～2019年中國(guó)燃料電池電動(dòng)汽車年銷售量列表， 如表 4 所示。

表 4 中國(guó)燃料電池電動(dòng)汽車年銷售量

根據(jù)2015年～2019年中國(guó)燃料電池電動(dòng)汽車年銷售量數(shù)據(jù)， 基于MATLAB軟件進(jìn)行灰度預(yù)測(cè)， 結(jié)果如圖 8 所示， 通過(guò)數(shù)據(jù)曲線可知未來(lái)兩年中國(guó)燃料電池電動(dòng)汽車年產(chǎn)量依次為4 000輛， 6 248輛， 呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)趨勢(shì)。

圖 8 中國(guó)燃料電池電動(dòng)汽車年銷售量預(yù)測(cè)圖

3) 分析預(yù)測(cè)全球燃料電池電動(dòng)汽車保有量

通過(guò)中國(guó)報(bào)告網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)查詢得到2016～2019年的全球燃料電池電動(dòng)汽車保有量列表， 如表 5 所示.

表 5 全球燃料電池電動(dòng)汽車保有量

將2016～2019年全球燃料電池電動(dòng)汽車保有量數(shù)據(jù)輸入到預(yù)測(cè)模型中進(jìn)行仿真， 結(jié)果如圖 9 所示， 未來(lái)兩年全球燃料電池電動(dòng)汽車保有量為15 246輛， 24 226輛， 未來(lái)全球燃料電池汽車保有量呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)。 通過(guò)全球增長(zhǎng)趨勢(shì)類比中國(guó)燃料電池電動(dòng)汽車的增長(zhǎng)趨勢(shì)， 因此， 中國(guó)燃料電池汽車市場(chǎng)年產(chǎn)量、 銷售量與保有量呈現(xiàn)穩(wěn)定增長(zhǎng)趨勢(shì)， 市場(chǎng)前景良好。

圖 9 全球燃料電池電動(dòng)汽車保有量預(yù)測(cè)圖

6 結(jié) 論

本文研究了解國(guó)內(nèi)外燃料電池電動(dòng)汽車的現(xiàn)狀， 通過(guò)收集整理燃料電池電動(dòng)汽車國(guó)內(nèi)外銷售數(shù)據(jù)， 對(duì)燃料電池電動(dòng)汽車的市場(chǎng)進(jìn)行分析。 從燃料電池電動(dòng)汽車自身優(yōu)勢(shì)出發(fā)， 結(jié)合中國(guó)的政策導(dǎo)向、 社會(huì)環(huán)境、 經(jīng)濟(jì)環(huán)境、 技術(shù)環(huán)境分析燃料電池電動(dòng)汽車發(fā)展趨勢(shì)， 建立中國(guó)燃料電池電動(dòng)汽車年產(chǎn)量、 銷售量及全球燃料電池電動(dòng)汽車保有量的灰色預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)模型， 運(yùn)用MATLAB軟件對(duì)中國(guó)燃料電池電動(dòng)汽車市場(chǎng)前景進(jìn)行預(yù)測(cè)。 根據(jù)預(yù)測(cè)可知， 隨著基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)程的推進(jìn)、 國(guó)家對(duì)燃料電池技術(shù)長(zhǎng)期穩(wěn)定的投入、 政府宏觀調(diào)控以及國(guó)家補(bǔ)貼政策的推行， 未來(lái)兩年燃料電池電動(dòng)汽車的產(chǎn)量、 銷量呈穩(wěn)定增長(zhǎng)趨勢(shì)， 市場(chǎng)前景良好， 將進(jìn)一步推進(jìn)中國(guó)新能源汽車的發(fā)展。