奧運(yùn)會氫燃料電池汽車應(yīng)用及啟示

■文/張素娟 胥彥玲 凡慶濤 劉靜（北京市科學(xué)技術(shù)研究院科技情報(bào)研究所）

在碳達(dá)峰碳中和“雙碳”戰(zhàn)略下，氫能已成為全球能源領(lǐng)域未來重要的戰(zhàn)略方向。氫燃料電池汽車是未來移動出行的關(guān)鍵之一。氫燃料電池汽車首次在北京冬奧會中的應(yīng)用，為我國氫能汽車的推廣與應(yīng)用打響了“第一槍”，也是我國氫能源利用和實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的重要里程碑。

一、氫燃料電池汽車在奧運(yùn)會中應(yīng)用情況

（一）北京冬奧會助力氫能產(chǎn)業(yè)化

2022年北京冬奧會提出“綠色、共享、開放、廉潔”辦奧理念，冬奧村和三大賽區(qū)作為我國氫能源體系基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的示范區(qū)，氫燃料電池汽車技術(shù)應(yīng)用情況備受矚目。在“相約北京”冬季體育系列測試賽中，共投入氫燃料電池客車80輛，客車在張家口低溫（-20℃）環(huán)境下，運(yùn)行性能良好，并完成了超低溫冷啟動測試（在-30℃的環(huán)境下，放置超過8小時(shí)后，并116秒成功啟動）。北京冬奧會比賽期間延慶賽區(qū)和張家口賽區(qū)投入710輛氫燃料大巴車，提供交通服務(wù)保障。同時(shí)，在2021年開展的科技冬奧成果技術(shù)評估中，氫燃料電池汽車領(lǐng)域已確定應(yīng)用5項(xiàng)新技術(shù)，其中：氫燃料電池客車整車技術(shù)達(dá)國際領(lǐng)先水平；雙電機(jī)耦合無動力中斷自動變速電驅(qū)動系統(tǒng)、大功率燃料電池集成及低溫啟動和整車綜合熱管理3項(xiàng)氫燃料電池汽車關(guān)鍵零部件技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平；氫燃料電池汽車70MPa氫系統(tǒng)集成技術(shù)填補(bǔ)國內(nèi)空白。

（二）東京奧運(yùn)會構(gòu)筑氫能社會“樣板間”

日本作為氫能戰(zhàn)略的早期支持者，發(fā)布了“氫能基本戰(zhàn)略”，并提出了“氫能社會”的概念，涵蓋了制氫、儲氫和氫能利用及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等氫能全產(chǎn)業(yè)鏈，是世界上氫能研究和應(yīng)用較完備的國家。東京奧運(yùn)會提出“3R理念”——Reduce（減量化）、R e u s e（再利用）和Recycle（再回收），在奧運(yùn)村僅使用純電動汽車和氫燃料電池汽車為運(yùn)動員和工作人員提供出行服務(wù)，努力打造“零排放村”。東京奧運(yùn)會布置了約4000輛氫燃料大巴往返于場館和奧運(yùn)村，奧運(yùn)官方保障性轎車Mirai是目前全球唯一的民用量產(chǎn)氫燃料電池汽車；為奧運(yùn)村新建了1座加氫站，全國現(xiàn)有加氫站142座；有約500輛氫燃料電池車和100輛氫燃料巴士為賽事服務(wù)。奧運(yùn)火炬的燃料也做到氫能化，這也是奧運(yùn)會歷史上首次主火炬使用不排放二氧化碳的燃料。通過東京奧運(yùn)會這次大型的氫能秀，日本氫能汽車實(shí)現(xiàn)了城市部分區(qū)域內(nèi)的大規(guī)模應(yīng)用，為日本氫能產(chǎn)業(yè)全社會應(yīng)用和可持續(xù)發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。

（三）中日兩國氫能技術(shù)在奧運(yùn)會中的應(yīng)用不分伯仲

一是在加氫速度、電解水制氫單體設(shè)備最大功率、民用氫能源電池、液態(tài)氫儲運(yùn)技術(shù)應(yīng)用上，東京奧運(yùn)會優(yōu)于北京冬奧會。東京奧運(yùn)會最大加氫壓力（速度）為82 Mpa，北京冬奧會為70 Mpa。東京奧運(yùn)會電解水制氫單體設(shè)備最大功率10兆瓦，我國商業(yè)化單體最大設(shè)備為6兆瓦。二是北京冬奧會加氫站單站規(guī)模要大于東京奧運(yùn)會，加氫站單站日最大加氫60～100輛大巴，高于東京奧運(yùn)會的20輛大巴。東京奧運(yùn)會氫燃料電池汽車示范以乘用車為主，少部分為豐田Sora氫燃料電池客車。北京冬奧會已布局816輛氫燃料電池汽車，以9 m和12 m客車為主，與豐田Sora客車相較，具備續(xù)駛里程長（700 km）、能耗低、性價(jià)比高等優(yōu)勢，展示出中國在氫燃料電池汽車整車集成上已達(dá)國際領(lǐng)先水平。三是中國氫燃料汽車能夠在多種復(fù)雜的應(yīng)用場景中表現(xiàn)出極佳的穩(wěn)定性。北京冬奧氫燃料電池汽車攻克了提高爬坡動力、發(fā)動機(jī)低溫啟動、增加供暖功能等技術(shù)難題，能更好適應(yīng)低溫、山區(qū)道路坡度大等復(fù)雜冬奧場景。因此，中國氫燃料汽車在商務(wù)用車、重載貨車、加氫站容量、長途運(yùn)輸?shù)葟?fù)雜場景中更具優(yōu)勢。

二、氫燃料電池汽車國際戰(zhàn)略和國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

（一）主要國家氫能戰(zhàn)略

氫作為綠色、高效、應(yīng)用范圍廣、易規(guī)?；哪芰績Υ婷浇?，具有可儲存和可再生等特點(diǎn)。氫制取、儲運(yùn)和燃料電池等技術(shù)日漸成熟，氫能戰(zhàn)略成為未來全球能源戰(zhàn)略的重要組成部分。美國計(jì)劃2030年部署120萬輛以上燃料電池乘用車及運(yùn)輸車，美國能源部宣布提供3100萬美元來推進(jìn)“H2@Scale”計(jì)劃，力爭實(shí)現(xiàn)價(jià)格合理和可靠的大規(guī)模產(chǎn)氫、運(yùn)輸、存儲和利用。日本計(jì)劃2025年普及20萬輛燃料電池汽車，2030年實(shí)現(xiàn)氫能源發(fā)電商業(yè)化應(yīng)用；《氫能與燃料電池路線圖》計(jì)劃2030年燃料電池汽車達(dá)到80萬輛，商業(yè)加氫站2025年達(dá)320個(gè)。韓國在2019年初發(fā)布?xì)淠芙?jīng)濟(jì)發(fā)展路線圖，計(jì)劃在2025年將所有商用車轉(zhuǎn)向氫能，到2030年綠氫使用規(guī)模達(dá)到70%。歐盟計(jì)劃2025年基本實(shí)現(xiàn)燃料電池在不同領(lǐng)域的應(yīng)用，建立相對完善的分布式氫能基礎(chǔ)設(shè)施體系，到2030年建成至少40吉瓦可再生能源制氫規(guī)模，年制氫量達(dá)到1000萬噸；《歐洲氫能路線圖》中計(jì)劃到2030年前擁有燃料電池乘用車370萬輛、商用車50萬輛，燃料電池卡車和公交約4.5萬輛，燃料電池列車約570輛。全球氫能產(chǎn)業(yè)正由示范應(yīng)用逐步走向規(guī)模化推廣，產(chǎn)業(yè)鏈條不斷完善，產(chǎn)業(yè)規(guī)?？焖贁U(kuò)大。

（二）中國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)入快軌

2019年，全國兩會《政府工作報(bào)告》提出“推動充電、加氫等設(shè)施建設(shè)”；2020年，《中華人民共和國能源法（征求意見稿）》首次將氫能納入能源范疇，財(cái)政部等五部委聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于開展燃料電池汽車示范應(yīng)用的通知》，公布“以獎代補(bǔ)”政策；2021年9月，財(cái)政部等五部委聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于啟動燃料電池汽車示范應(yīng)用工作的通知》，首批燃料電池汽車示范城市群正式落地。全國各省市陸續(xù)出臺相關(guān)文件和規(guī)范，推進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)布局，氫儲能正式納入新型儲能范疇，燃料電池汽車定位逐漸清晰，氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展成為社會熱點(diǎn)。目前，我國已形成京津冀、長三角、珠三角等產(chǎn)業(yè)先行區(qū)，并輻射帶動周邊地區(qū)，構(gòu)筑了良好的產(chǎn)業(yè)發(fā)展氛圍，截至2021年底，全國燃料電池汽車保有量超過8000輛，建成加氫站超過190座，157座開始運(yùn)行，超過30家國務(wù)院國資委負(fù)責(zé)管理的中央企業(yè)已啟動包括制氫、儲氫、加氫、用氫等全產(chǎn)業(yè)鏈布局。

（三）國內(nèi)氫燃料汽車發(fā)展的優(yōu)勢與不足

雖然我國已經(jīng)是世界第一大制氫國，但是質(zhì)子交換膜、催化劑等技術(shù)被美國杜邦公司壟斷，國內(nèi)燃料電池等關(guān)鍵技術(shù)成熟度不高，存在“卡脖子”環(huán)節(jié)；制氫成本高，氫能在轉(zhuǎn)化過程中能量損失比較嚴(yán)重，能量總轉(zhuǎn)化效率低，電池儲能比電制氫再發(fā)電效率高近2.7倍；氫燃料電池汽車發(fā)展熱度高，但是售價(jià)高，銷量少；基礎(chǔ)設(shè)施滯后，加氫站審批與監(jiān)管法規(guī)缺失、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與體系缺位，未來發(fā)展尚不明朗；產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展尾重頭輕，僅下游火爆，而上游、中游的制氫（特別是可再生能源制氫）、儲氫鮮有問津；北上廣深等大城市并未形成氫能汽車產(chǎn)業(yè)集群，氫能產(chǎn)業(yè)只是集聚于張家口、常熟等中小城市。

三、中國氫能戰(zhàn)略發(fā)展啟示

世界主要國家均把能源技術(shù)視為新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命的突破口，制定各種政策措施搶占發(fā)展制高點(diǎn)，增強(qiáng)國家競爭力和保持領(lǐng)先地位。為實(shí)現(xiàn)我國氫能產(chǎn)業(yè)穩(wěn)步發(fā)展，應(yīng)立足科技進(jìn)步、產(chǎn)業(yè)鏈完整、應(yīng)用示范豐富和公共服務(wù)完善四個(gè)優(yōu)勢，高位謀劃、超前布局。

（一）加強(qiáng)推廣宣傳，塑造氫能社會理念

奧運(yùn)會一直被稱為“技術(shù)加速器”，會推動最新技術(shù)與應(yīng)用快速普及。氫氣的易燃屬性導(dǎo)致部分民眾“談氫色變”，氫燃料車輛在冬奧會期間安全運(yùn)營，充分展示了氫燃料電池的安全性與可靠性，增強(qiáng)了民眾對氫燃料汽車的信任與理解。2022年冬奧會以氫能出行為主，是氫能日益廣泛應(yīng)用的一個(gè)縮影，也是我國氫能產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的一個(gè)重要信號。應(yīng)充分利用奧運(yùn)會契機(jī)，借助新媒體技術(shù)手段，做好氫燃料汽車的推廣與宣傳，樹立氫能社會理念，強(qiáng)化氫能倫理意識。氫能產(chǎn)業(yè)仍是政策驅(qū)動型產(chǎn)業(yè)，政策力度與方向?qū)Ξa(chǎn)業(yè)發(fā)展至關(guān)重要。應(yīng)堅(jiān)持戰(zhàn)略引領(lǐng)，加快國家級氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃制定，實(shí)現(xiàn)氫能及燃料電池產(chǎn)業(yè)可持續(xù)、高質(zhì)量發(fā)展，創(chuàng)新配套政策，有效應(yīng)對政策釋放不充分、效果不明顯問題。以交通領(lǐng)域示范應(yīng)用為突破口，持續(xù)擴(kuò)大氫能應(yīng)用推廣規(guī)模，鼓勵區(qū)內(nèi)企業(yè)優(yōu)先采購燃料電池汽車參與國家燃料電池汽車城市群建設(shè)。

（二）重點(diǎn)布局氫能上游環(huán)節(jié)，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)鏈條

一是加強(qiáng)與主流車企合作。加強(qiáng)與Air Products、Air Liquide、豐田、西門子等企業(yè)合作儲氫和輸氫，同步開展下游燃料電池和電能多元轉(zhuǎn)化的研究與試點(diǎn)工作，穩(wěn)步推進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)；鼓勵企業(yè)逐漸形成包括氫燃料電池發(fā)動機(jī)、電堆、DCDC（直流變換器）、雙極板、膜電極等在內(nèi)的縱向一體化研發(fā)體系，與主流車企聯(lián)合推出客車、物流車、乘用車等全系列產(chǎn)品。二是加強(qiáng)研發(fā)投入，重點(diǎn)攻克關(guān)鍵技術(shù)，將可再生能源電解水制氫技術(shù)、燃料電池發(fā)電技術(shù)、電能多元轉(zhuǎn)化技術(shù)、煤氣化制氫+CCUS（碳捕獲、利用與封存）作為近期技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)方向。三是加快燃料電池在重卡、物流車、叉車、備用電源、分布式熱電聯(lián)供等特定場景的應(yīng)用推廣。上海城市群燃料電池汽車示范應(yīng)用工作首次啟動，標(biāo)志著我國的燃料電池發(fā)展正式進(jìn)入示范應(yīng)用階段。建議加強(qiáng)氫燃料電池在遠(yuǎn)距離交通運(yùn)輸（如作為重型卡車、長途客車及火車燃料）和國際航運(yùn)（如作為海運(yùn)及航空燃料）中的應(yīng)用示范，推進(jìn)氫燃料電池汽車大規(guī)模、低溫度、長距離的示范應(yīng)用。

（三）完善配套政策和配套設(shè)施，營造良好的氫能產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新生態(tài)

鼓勵有條件的城市率先打造“區(qū)域協(xié)同、輻射發(fā)展、國內(nèi)領(lǐng)先、世界一流”的國際氫能城市。一是完善氫能戰(zhàn)略專項(xiàng)規(guī)劃以及政策體系，加快制定氫能相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。提高研發(fā)資助政策的針對性和有效性，針對關(guān)鍵技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施的研發(fā)精準(zhǔn)施策，避免“撒胡椒面”的資助方式。二是明確審批流程，縮短加氫站審批周期，支持加氫站、油氫混合站等科學(xué)布局，鼓勵利用現(xiàn)有加油站融合建設(shè)油氫混合站。三是鼓勵國際高水平人才、研發(fā)團(tuán)隊(duì)來中國發(fā)展，給予人才落戶、住房保障、子女入學(xué)、醫(yī)療服務(wù)、工作居住證等政策支持。四是探索國內(nèi)氫能市場以“工業(yè)副產(chǎn)氫+短距離運(yùn)輸”模式為主，海外氫能的利用以“優(yōu)質(zhì)資源轉(zhuǎn)化藍(lán)氫+長距離化學(xué)品載體運(yùn)輸”模式為主的新型產(chǎn)業(yè)模式。

（四）深化氫能科技國際合作交流，積極參與國際競爭合作

一是制定氫能技術(shù)創(chuàng)新國際化戰(zhàn)略，積極開展全方位、多層次、高水平的氫能技術(shù)國際合作。充分利用國際國內(nèi)能源技術(shù)資源，積極融入全球創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)，提升我國對全球能源技術(shù)戰(zhàn)略資源配置的掌控能力。二是相關(guān)部門在國際合作交流中，注重在技術(shù)合作、知識產(chǎn)權(quán)、跨國并購等方面為企業(yè)搭建溝通和對話平臺。三是鼓勵能源企業(yè)、高校和科研機(jī)構(gòu)與國外相關(guān)機(jī)構(gòu)開展聯(lián)合技術(shù)創(chuàng)新。四是結(jié)合“一帶一路”倡議，依托重大能源項(xiàng)目，推動我國先進(jìn)能源技術(shù)、裝備和標(biāo)準(zhǔn)“走出去”。