王賀武，歐陽(yáng)明高，李建秋，楊福源

（汽車(chē)安全與節(jié)能?chē)?guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（清華大學(xué)），清華大學(xué)碳中和研究院,北京 100084，中國(guó)）

國(guó)家從科技、能源、汽車(chē)、環(huán)保等多方面制定了支持氫能發(fā)展的政策，多角度推動(dòng)氫能發(fā)展。2021年 《中共中央 國(guó)務(wù)院關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見(jiàn)》[1]要求，統(tǒng)籌推進(jìn)氫能“制儲(chǔ)輸用”全鏈條發(fā)展，推動(dòng)加氫站建設(shè)，推進(jìn)可再生能源制氫等低碳前沿技術(shù)攻關(guān)，加強(qiáng)氫能生產(chǎn)、儲(chǔ)存、應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、示范和規(guī)?；瘧?yīng)用。在《國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)2030 年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案的通知》[2]中明確，加快氫能技術(shù)研發(fā)和示范應(yīng)用，探索在工業(yè)、交通運(yùn)輸、建筑等領(lǐng)域規(guī)?；瘧?yīng)用?！秶?guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035 年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》[4]指出，在氫能與儲(chǔ)能等前沿科技和產(chǎn)業(yè)變革領(lǐng)域，組織實(shí)施未來(lái)產(chǎn)業(yè)孵化與加速計(jì)劃，謀劃布局一批未來(lái)產(chǎn)業(yè)。國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局2022 年發(fā)布了《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃（2021 — 2035 年）》[5]，規(guī)劃明確了氫的能源屬性，確認(rèn)氫是未來(lái)國(guó)家能源體系的組成部分，要充分發(fā)揮氫能清潔低碳特點(diǎn)，推動(dòng)交通、工業(yè)等用能終端和高耗能、高排放行業(yè)向綠色低碳轉(zhuǎn)型；提出了氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展各階段目標(biāo)：到2025 年，基本掌握核心技術(shù)和制造工藝，燃料電池車(chē)輛保有量約5 萬(wàn)輛，部署建設(shè)一批加氫站，可再生能源制氫量達(dá)到10 萬(wàn)～20 萬(wàn)噸/年，實(shí)現(xiàn)二氧化碳減排100 萬(wàn)～200 萬(wàn)噸/年；到2030年，形成較為完備的氫能產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新體系、清潔能源制氫及供應(yīng)體系，有力支撐碳達(dá)峰目標(biāo)實(shí)現(xiàn)；到2035 年，形成氫能多元應(yīng)用生態(tài)，可再生能源制氫在終端能源消費(fèi)中的比例明顯提升。

中國(guó)初步形成較完整的氫能產(chǎn)業(yè)鏈。自科技部“十五”電動(dòng)汽車(chē)重大專(zhuān)項(xiàng)啟動(dòng)燃料電池汽車(chē)技術(shù)研發(fā)以來(lái)，經(jīng)過(guò)20 年的科技投入，以燃料電池汽車(chē)為氫能應(yīng)用的先導(dǎo)，已經(jīng)初步掌握氫燃料電池及其關(guān)鍵零部件、動(dòng)力系統(tǒng)、整車(chē)集成和氫能基礎(chǔ)設(shè)施等核心技術(shù)，基本形成氫氣制備、儲(chǔ)運(yùn)、加注、燃料電池應(yīng)用等完整產(chǎn)業(yè)鏈。傳統(tǒng)能源企業(yè)如中石化、中石油高調(diào)進(jìn)入制氫環(huán)節(jié)，以中船718 所為代表的制氫裝備業(yè)在全球占有重要地位；涌現(xiàn)了如天海工業(yè)、中材科技、沈陽(yáng)斯林達(dá)等儲(chǔ)氫瓶裝備制造企業(yè)和中集安瑞科、魯西化工、浙江藍(lán)能等長(zhǎng)管拖車(chē)生產(chǎn)企業(yè)；國(guó)富氫能、上海舜華、派瑞華等加氫站設(shè)備提供商也基本能夠滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)需求。在燃料電池系統(tǒng)方面，有億華通、上海重塑、清能股份等系統(tǒng)集成商，以及上海神力、新源動(dòng)力、未勢(shì)能源等電堆生產(chǎn)企業(yè)。在基礎(chǔ)材料方面也有生產(chǎn)催化劑的濟(jì)平新能源、生產(chǎn)質(zhì)子交換膜的東岳未來(lái)氫能。

與中國(guó)氫燃料電池汽車(chē)發(fā)展同期，國(guó)際上氫能燃料電池汽車(chē)推廣也在取得顯著的進(jìn)步，一些國(guó)家也在不斷更新各自的氫能燃料電池汽車(chē)發(fā)展戰(zhàn)略，以及時(shí)跟蹤國(guó)際發(fā)展態(tài)勢(shì)和趨勢(shì)，總結(jié)發(fā)展成就，堅(jiān)定發(fā)展信心。

本文首先梳理了全球氫燃料電池汽車(chē)發(fā)展的現(xiàn)狀與特點(diǎn)，介紹了美國(guó)發(fā)展燃料電池汽車(chē)的戰(zhàn)略與技術(shù)市場(chǎng)趨勢(shì); 分析了中國(guó)氫燃料電池汽車(chē)路線圖2.0 的主要內(nèi)容，給出了今后15 年分階段的里程碑關(guān)鍵指標(biāo)，總結(jié)了中國(guó)氫燃料電池汽車(chē)推廣、核心技術(shù)研發(fā)的成果，對(duì)標(biāo)了2021 年的關(guān)鍵指標(biāo)與路線圖里程碑指標(biāo)的差異性，判斷了路線圖的完成程度；最后，總結(jié)了氫燃料電池汽車(chē)在以張家口為代表的區(qū)域推廣應(yīng)用成功經(jīng)驗(yàn)，匯總了2022 冬奧期間氫燃料電池汽車(chē)的運(yùn)行實(shí)踐。

1 主要國(guó)家氫燃料電池汽車(chē)技術(shù)路線圖與最新進(jìn)展

1.1 全球氫燃料電池汽車(chē)發(fā)展現(xiàn)狀與特點(diǎn)

全球發(fā)布?xì)淠芎腿剂想姵貞?zhàn)略的國(guó)家眾多，表 1為部分國(guó)家或區(qū)域氫能燃料電池汽車(chē)（包括非道路移動(dòng)工具）計(jì)劃目標(biāo)及最新進(jìn)展。由表可以看出，從總的燃料電池移動(dòng)裝備的推廣量上看，美國(guó)最多，總數(shù)超過(guò)6萬(wàn)臺(tái)套。截至2022 年4 月推廣13 000 萬(wàn)輛燃料電池乘用車(chē)和70 輛燃料電池客車(chē)以及4 輛燃料電池卡車(chē)，同時(shí)建設(shè)了50 座為燃料電池汽車(chē)提供氫能加注的加氫站，在倉(cāng)儲(chǔ)物流領(lǐng)域推廣了5 萬(wàn)輛以上的燃料電池叉車(chē)[6]；在推廣目標(biāo)上，美國(guó)僅加州就設(shè)定了在2030 年推廣運(yùn)行100 萬(wàn)輛氫燃料電池汽車(chē)和1 000 座加氫站的階段性目標(biāo)[]，但是其他州并無(wú)類(lèi)似的目標(biāo)提出。

韓國(guó)是目前單純以道路運(yùn)行氫燃料電池汽車(chē)保有量最高的國(guó)家，截至2022 年4 月，其數(shù)量已達(dá)到1.9萬(wàn)輛以上，并且與美國(guó)一樣以乘用車(chē)為主，燃料電池客車(chē)保有量?jī)H有129 輛[8]。與該國(guó)制定的2030 年推廣6.9萬(wàn)輛目標(biāo)相比，完成度較低，僅有28%，不足1/3；其170 座加氫站的數(shù)量也與310 座的目標(biāo)相去較遠(yuǎn)[9]。從表中還可以看出，韓國(guó)發(fā)布的2040 年目標(biāo)為282 萬(wàn)輛氫燃料電池汽車(chē)上路運(yùn)行，加氫站數(shù)量1 200 座，由此可以判斷絕大部分仍是乘用車(chē)，這一目標(biāo)也是可見(jiàn)的國(guó)家發(fā)展目標(biāo)中最宏大的，數(shù)量是中國(guó)、日本與美國(guó)加州3 個(gè)區(qū)域目標(biāo)的總和。

表 1 主要國(guó)家（地區(qū)）燃料電池汽車(chē)及加氫站路線圖與進(jìn)展

日本是全球開(kāi)展氫燃料電池汽車(chē)規(guī)模化生產(chǎn)的國(guó)家，主要包括豐田公司和本田公司，其燃料電池乘用車(chē)在日本、美國(guó)、歐洲均有批量銷(xiāo)售。在日本本土，截至2022 年4 月，共計(jì)推廣燃料電池乘用車(chē)7 100 多輛，燃料電池客車(chē)120 輛，加氫站157 座，另有近400 輛燃料電池叉車(chē)[10]。從規(guī)劃的實(shí)現(xiàn)程度上看[11]，燃料電池客車(chē)數(shù)量超過(guò)計(jì)劃2030 年100 輛的目標(biāo)，但乘用車(chē)推廣量?jī)H為計(jì)劃推廣量4 萬(wàn)輛的18%，加氫站數(shù)量也僅為目標(biāo)500 座的30%。 日本發(fā)布的2040 年推廣目標(biāo)為80 萬(wàn)輛氫燃料電池汽車(chē)和1 000 座加氫站，與韓國(guó)和加州的情況類(lèi)似。從車(chē)站比來(lái)判斷，主要仍是乘用車(chē)，其120 輛燃料電池客車(chē)的目標(biāo)目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。

中國(guó)是除美日韓外第4 大氫燃料電池汽車(chē)活躍的國(guó)家。截至2021 年年底，推廣燃料電池汽車(chē)超過(guò)8 600 輛，建設(shè)加氫站200 多座。與其他國(guó)家相比，中國(guó)具有顯著的特點(diǎn)：特點(diǎn)1 是推廣的車(chē)型均為商用車(chē)，包括客車(chē)和貨車(chē)，乘用車(chē)數(shù)量少；特點(diǎn)2 是加氫站數(shù)量多，單站服務(wù)的車(chē)的數(shù)量少，這與商用車(chē)的用氫量大相關(guān)；最后一點(diǎn)也是最重要的是中國(guó)如期實(shí)現(xiàn)了2020 年的規(guī)劃目標(biāo)，原計(jì)劃5 000 輛燃料電池汽車(chē)和100 座加氫站的階段性目標(biāo)均已實(shí)現(xiàn)。

在歐洲，燃料電池汽車(chē)主要在德國(guó)和英國(guó)有較大規(guī)模的推廣，但與中美日韓相比，規(guī)模有限。德國(guó)推廣1 600 多輛車(chē)，建設(shè)加氫站100 多座，另有100 多輛燃料電池叉車(chē)的保有量[12]。德國(guó)推廣的汽車(chē)中，除1 500輛乘用車(chē)外，還有70 輛的客車(chē)和20 輛的貨車(chē)。英國(guó)則推廣了300 多輛乘用車(chē)、58 輛的客車(chē)和36 輛的貨車(chē)，建設(shè)加氫站26 座[13]。從德國(guó)和英國(guó)的情況初步判斷，包括客車(chē)和貨車(chē)在內(nèi)的燃料電池商用車(chē)占比也較高，雖然低于中國(guó)，但遠(yuǎn)高于美日韓，這透露出歐洲在推廣燃料電池汽車(chē)方面的優(yōu)先領(lǐng)域也許是商用車(chē)。

1.2 美國(guó)發(fā)展燃料電池汽車(chē)的戰(zhàn)略與技術(shù)市場(chǎng)趨勢(shì)

美國(guó)能源部從2001 年開(kāi)始陸續(xù)發(fā)布了關(guān)于美國(guó)氫能的戰(zhàn)略文件。2001 年發(fā)布《氫經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型國(guó)家愿景》[14]、并于次年發(fā)布《氫能?chē)?guó)家路線圖》[15]，2006 年推出《氫研發(fā)示范計(jì)劃》[16], 2011 年推出《氫與燃料電池技術(shù)項(xiàng)目計(jì)劃》[17]，2020 年推出《氫項(xiàng)目計(jì)劃》[18]。在此過(guò)程中，能源部的氫能與燃料電池技術(shù)辦公室、化石燃料辦公室、基礎(chǔ)科學(xué)辦公室、核能辦公室結(jié)合各自的職責(zé)范圍分別發(fā)布了研究計(jì)劃，包括2003 年首次發(fā)布并歷經(jīng)2005、2012、2015、2017 年多次修訂的《多年研發(fā)示范計(jì)劃 MYRD&D》[19]、2003 年科學(xué)辦公室發(fā)布的《氫經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)研究需求》[20]、 2020 年化石燃料辦公室發(fā)布的《實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)的氫能戰(zhàn)略》[21]、2020 年科學(xué)與技術(shù)信息辦公室發(fā)布的《集成能源系統(tǒng)2020 路線圖》[22]，以及2013 年和2017 年汽車(chē)技術(shù)辦公室發(fā)布的《美國(guó)驅(qū)動(dòng)燃料電池技術(shù)團(tuán)隊(duì)路線圖》[23]。

能源部在歷年的年度業(yè)績(jī)報(bào)告（Annual Merit Review，AMR）中都會(huì)對(duì)氫能燃料電池汽車(chē)的進(jìn)展進(jìn)行回顧和評(píng)述[24]。從2021 年的報(bào)告來(lái)看，目前在美國(guó)銷(xiāo)售和行駛的燃料電池乘用車(chē)并非美國(guó)本土企業(yè)生產(chǎn)，1.3萬(wàn)多輛乘用車(chē)中，有日本豐田公司Mirai 車(chē)型、韓國(guó)現(xiàn)代公司Tucson 和Nexo 車(chē)型、日本本田公司的Clarity車(chē)型，其中Mirai 車(chē)數(shù)量最多，超過(guò)1 萬(wàn)輛，這與20年前混合動(dòng)力汽車(chē)在美國(guó)的推廣極其相似[25]，當(dāng)年混合動(dòng)力汽車(chē)市場(chǎng)豐田的Prius 等日本汽車(chē)企業(yè)的產(chǎn)品占據(jù)70%以上的份額。

2020 年左右，美國(guó)氫燃料電池汽車(chē)的推廣重點(diǎn)有向重型卡車(chē)方向發(fā)展的趨勢(shì)。2019 年，美國(guó)能源部的氫燃料技術(shù)辦公室和汽車(chē)技術(shù)辦公室聯(lián)合發(fā)布了氫燃料電池長(zhǎng)途拖載卡車(chē)的技術(shù)指標(biāo)[26]，如表 2 所示，其主要指標(biāo)從2020 年到2030 年和2050 年的變化趨勢(shì)為燃料電池系統(tǒng)功率逐步減小，從2020 年的300 kW 降低到2030年的270 kW 和2050 年的240 kW；燃料電池系統(tǒng)的壽命進(jìn)一步上升，從現(xiàn)在的8 000 h 大幅度提高到2030 年和2050 年的25 000 h 和30 000 h；燃料電池系統(tǒng)的成本需要大幅度降低，從目前的185 $/kW 降低到2030 年的80 $/kW 和2050 年60 $/kW，要下降到目前的1/3；燃料經(jīng)濟(jì)性繼續(xù)提升，百千米氫氣消耗從目前的6.6 kg降低到2030 年的4.5～5.6 kg，并進(jìn)一步降低到2050 年的3.7～5.0 kg；相應(yīng)的燃料電池系統(tǒng)最高效率從目前的43%～46%，提高到2030 年的68% 和 2050 年的72%。

表 2 卡車(chē)用燃料電池技術(shù)現(xiàn)狀與目標(biāo)

在2020 年，美國(guó)能源部組建了由洛斯阿拉姆斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、羅倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、阿崗國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、可再生能源國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室等5 個(gè)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室牽頭的“百萬(wàn)英里燃料電池卡車(chē)聯(lián)盟”（Million Mile Fuel Cell Truck, M2FCT），與企業(yè)合作解決質(zhì)子交換膜燃料電池用于重型長(zhǎng)途拖載卡車(chē)的耐久性和效率問(wèn)題[28], 能源部提供5 年5 000 萬(wàn)美元的經(jīng)費(fèi)支持。其主要考慮因素是燃料電池乘用車(chē)的生命周期里程僅為15 萬(wàn)英里（1 英里約為1.609 千米），而卡車(chē)的里程為100 萬(wàn)英里。究其原因，美國(guó)重點(diǎn)開(kāi)發(fā)氫能重卡的原因來(lái)自于三方面的考慮，一是重載長(zhǎng)途拖載卡車(chē)的銷(xiāo)量與其他輕中載卡車(chē)的銷(xiāo)量相當(dāng)且覆蓋了70%美國(guó)卡車(chē)出行里程。二是燃料電池重卡的燃料效率具有滿(mǎn)足超級(jí)重卡指標(biāo)的能力和顯著降低碳排放的效果[29]。美國(guó)交通部交通研究所2022 年的研究報(bào)告表明在全生命周期內(nèi)，現(xiàn)階段燃料電池重卡CO2排放比柴油重卡低44.6%，也比純電動(dòng)重卡低14.6%；甚至到2050 年分別使用可再生柴油和使用光伏高溫制氫，氫燃料電池重卡的CO2排放也僅為內(nèi)燃機(jī)重卡的1/4。三是氫燃料的高質(zhì)量比能量與快速加注優(yōu)勢(shì)，有利于提高重載車(chē)輛的有效裝載量和長(zhǎng)的續(xù)駛里程。

聯(lián)盟成員2021 年在Nature Energy上發(fā)表論文進(jìn)一步明確了氫燃料電池重卡推廣應(yīng)用需要面對(duì)的重要挑戰(zhàn)和技術(shù)發(fā)展方向[30]。在燃料電池系統(tǒng)層面，將工況調(diào)整到高單片電池電壓的工作點(diǎn)以改善能量轉(zhuǎn)換效率，同步可解決高溫環(huán)境下散熱困難問(wèn)題。如圖 1 所示，隨著運(yùn)行工況點(diǎn)向高電壓方向移動(dòng)，燃料電池系統(tǒng)的熱效率大幅度提高，散熱量相應(yīng)同步減少，散熱系統(tǒng)挑戰(zhàn)降低，這對(duì)于高功率的重載車(chē)輛尤其重要。目前乘用車(chē)運(yùn)行常用的0.675 V 工作點(diǎn)下的熱效率為43%～46%，需要提高燃料電池的運(yùn)行溫度在90 ℃以上；當(dāng)運(yùn)行工況點(diǎn)提高到0.750 V 時(shí)，熱效率超過(guò)50%，甚至達(dá)到54%，運(yùn)行溫度可以降低到83 ℃；熱效率的提高和運(yùn)行溫度的降低，對(duì)于目前的燃料電池材料和系統(tǒng)管理具有好處，低溫有利于材料壽命的提高，高熱效率意味著散熱量減少，冷卻系統(tǒng)負(fù)擔(dān)減弱，這對(duì)于重載車(chē)輛的大功率燃料電池系統(tǒng)尤其重要，可以緩解目前大功率燃料電池系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性。從燃料電池系統(tǒng)熱效率進(jìn)一步提高的方向上，在更高的溫度點(diǎn)工作才有更高的熱效率，因此在材料體系的研發(fā)上應(yīng)該開(kāi)發(fā)耐更高溫度的質(zhì)子交換膜，美國(guó)能源部的目標(biāo)是將燃料電池系統(tǒng)的工作溫度提高到120 ℃，以實(shí)現(xiàn)72%以上的理想熱效率。

圖1 燃料電池系統(tǒng)不同工作溫度與單體電壓工況點(diǎn)的最高效率[31]

2 中國(guó)氫能燃料電池汽車(chē)技術(shù)路線圖

2.1 氫能燃料電池汽車(chē)三階段發(fā)展里程碑

中國(guó)指定了明確的發(fā)展氫能燃料電池汽車(chē)愿景和目標(biāo)。在2016 年發(fā)布的 《節(jié)能與新能源汽車(chē)技術(shù)路線圖》[32]中明確提出，中國(guó)氫能燃料電池汽車(chē)的發(fā)展愿景為“到2030 年實(shí)現(xiàn)百萬(wàn)輛的氫能燃料電池汽車(chē)上路行駛，到2050 年與純電技術(shù)共同實(shí)現(xiàn)汽車(chē)零排放”。氫能燃料電池汽車(chē)要與純電動(dòng)汽車(chē)協(xié)調(diào)發(fā)展，共同通過(guò)能源的低碳清潔化和動(dòng)力的高效電動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)從大到強(qiáng)的轉(zhuǎn)變；以車(chē)用能源來(lái)源的多元化保障中國(guó)能源安全，以能源利用階段的零排放實(shí)現(xiàn)環(huán)境空氣質(zhì)量改善，以風(fēng)電光伏等零碳分布式能源的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和。在堅(jiān)持上述愿景不變的前提下，在2020 年的修訂版路線圖《節(jié)能與新能源汽車(chē)技術(shù)路線圖2.0》[33]中對(duì)實(shí)現(xiàn)百萬(wàn)輛氫能燃料電池汽車(chē)的總目標(biāo)進(jìn)行了里程碑節(jié)點(diǎn)的規(guī)劃，具體包括3 個(gè)階段，如圖2 所示。

圖2 中國(guó)氫能燃料電池汽車(chē)?yán)锍瘫?guī)劃

第1 階段：2020—2025 年，初步實(shí)現(xiàn)氫能燃料電池汽車(chē)的商業(yè)化應(yīng)用。氫能燃料電池汽車(chē)的商業(yè)化應(yīng)用規(guī)模達(dá)到8 000 ～10 000 輛，投入運(yùn)營(yíng)加氫站100座以上。在北京、上海、鄭州、武漢、成都、張家口、佛山、如皋、濰坊、大同等全國(guó)10 余個(gè)大中小不同級(jí)別城市，以公共交通、倉(cāng)儲(chǔ)物流為主要業(yè)務(wù)開(kāi)展商業(yè)化示范運(yùn)營(yíng)，累積運(yùn)營(yíng)里程超過(guò)1 億km。

第2 階段：2025—2030 年，加快實(shí)現(xiàn)氫能及燃料電池汽車(chē)的推廣應(yīng)用。以大型SUV、公共服務(wù)用車(chē)的批量應(yīng)用為主，基于現(xiàn)有儲(chǔ)運(yùn)加注技術(shù)，基于150 km的輻射距離，因地制宜地推廣氫能與燃料電池技術(shù)，優(yōu)化燃料電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，加速關(guān)鍵部件產(chǎn)業(yè)化，大幅降低燃料電池系統(tǒng)成本。燃料電池汽車(chē)保有量達(dá)到5萬(wàn)～10 萬(wàn)臺(tái)規(guī)模，加氫站數(shù)量不少于1 000 座。

第3 階段：2030—2035 年，實(shí)現(xiàn)氫能及燃料電池汽車(chē)的大規(guī)模推廣應(yīng)用。大規(guī)模氫的制取、存儲(chǔ)、運(yùn)輸、應(yīng)用一體化，加氫站現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)氫、制氫模式的標(biāo)準(zhǔn)化和推廣應(yīng)用；完全掌握燃料電池核心關(guān)鍵技術(shù)，建立完備的燃料電池材料、部件、系統(tǒng)的制備與生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)鏈。燃料電池汽車(chē)保有量80 萬(wàn)～100 萬(wàn)輛，加氫站超過(guò)5 000 座，50%以上的氫氣為可再生能源制取的綠氫。

2.2 氫燃料電池商用車(chē)發(fā)展路線圖

如圖3 所示，燃料電池商用車(chē)發(fā)展技術(shù)路線圖在2020 年完成第1 階段目標(biāo)后，在2025 年設(shè)定了里程碑，并在2030 與2035 年設(shè)定了一個(gè)跨時(shí)間段的里程碑。

圖3 氫能燃料電池商用車(chē)技術(shù)路線圖與里程碑

2025 年為燃料電池商用車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)性能持續(xù)提升、整車(chē)成本持續(xù)下降、實(shí)現(xiàn)大規(guī)模推廣應(yīng)用的節(jié)點(diǎn)。在這一階段，通過(guò)提升燃料電池系統(tǒng)額定功率、優(yōu)化動(dòng)力系統(tǒng)能量管理策略，逐步提升燃料電池系統(tǒng)及整車(chē)性能，動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、耐久性、環(huán)境適應(yīng)性及成本均逐步改善，整車(chē)與傳統(tǒng)車(chē)壽命相當(dāng)。燃料經(jīng)濟(jì)性方面，中國(guó)城市客車(chē)行駛工況下氫氣消耗率小于5.5 kg/ (100 km)。實(shí)際線路續(xù)駛里程達(dá)到500 km，整車(chē)?yán)鋯?dòng)溫度低于 - 30 ℃，壽命達(dá)到40萬(wàn)km，同時(shí)整車(chē)成本小于100萬(wàn)元。

2030—2035 年為燃料電池商用車(chē)實(shí)現(xiàn)全面產(chǎn)業(yè)化要求的關(guān)鍵階段，燃料電池公路客車(chē)和卡車(chē)應(yīng)用占據(jù)較大市場(chǎng)份額。在這一階段，通過(guò)180 kW 級(jí)以上高功率密度燃料電池系統(tǒng)的應(yīng)用, 實(shí)現(xiàn)大功率燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)的重型卡車(chē)規(guī)模化應(yīng)用。通過(guò)量產(chǎn)燃料電池商用車(chē)，提升整車(chē)性能，降低成本。以49 t 重卡為例，燃料經(jīng)濟(jì)性方面，在中國(guó)半掛牽引車(chē)列車(chē)行駛工況下氫氣消耗率小于10 kg/（100 km）。實(shí)際線路續(xù)航里程超過(guò)800 km，整車(chē)?yán)鋯?dòng)溫度達(dá)到 - 40℃，壽命提高至100萬(wàn)km，達(dá)到全面產(chǎn)業(yè)化指標(biāo)要求，同時(shí)進(jìn)一步控制整車(chē)成本在50 萬(wàn)元以?xún)?nèi)。

2.3 商用車(chē)燃料電池系統(tǒng)及電堆路線圖與里程碑

商用車(chē)燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)的目標(biāo)是在2035 年達(dá)到與內(nèi)燃機(jī)同等技術(shù)水平，產(chǎn)業(yè)鏈基本完善，具備成熟的規(guī)模化生產(chǎn)能力，燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)品具備和內(nèi)燃機(jī)充分競(jìng)爭(zhēng)的能力。基本路徑堅(jiān)持燃料電池與大容量動(dòng)力電池混合動(dòng)力的發(fā)展路線，逐步提升商用車(chē)燃料電池系統(tǒng)功率，使燃料電池系統(tǒng)在功率密度、效率、環(huán)境適應(yīng)性、壽命及成本等方面的關(guān)鍵指標(biāo)達(dá)到產(chǎn)業(yè)化要求，逐步從低速、低載重商用車(chē)應(yīng)用向長(zhǎng)距離重載商用車(chē)應(yīng)用轉(zhuǎn)變，滿(mǎn)足燃料電池商用車(chē)發(fā)展需求。

如圖4 所示，商用車(chē)燃料電池系統(tǒng)發(fā)展技術(shù)路線圖在2020 年完成第1 階段目標(biāo)后，在2025 年設(shè)定了里程碑，并在2030 與2035 年設(shè)定了一個(gè)跨時(shí)間段的里程碑。到2025 年，燃料電池系統(tǒng)功率高于120 kW，質(zhì)量比功率大于350 W/kg，系統(tǒng)能量效率超高55%， 40 ℃冷啟動(dòng)不超過(guò)5 min，壽命超過(guò)15 000 h，材料成本低于2 000 元/kW。到2030—2035 年，燃料電池系統(tǒng)功率高于180 kW，質(zhì)量比功率大于450 W/kg，系統(tǒng)能量效率超高60%， -40 ℃冷啟動(dòng)不超過(guò)2 min，壽命超過(guò)30 000 h，材料成本低于600 元/kW。

圖4 商用車(chē)燃料電池系統(tǒng)路線圖2.0 和里程碑指標(biāo)

如圖5 所示，商用車(chē)燃料電池堆發(fā)展技術(shù)路線圖在2020 年完成第1 階段目標(biāo)后，在2025 年設(shè)定了里程碑，并在2030 與2035 年設(shè)定了一個(gè)跨時(shí)間段的里程碑。面向2025 年的應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)現(xiàn)有材料體系進(jìn)行改進(jìn)與提升。燃料電池堆功率超過(guò)70 kW，體積功率密度大于2.5 kW/L，壽命超過(guò)1.65萬(wàn) h，成本降低到1 200元/kW 以?xún)?nèi)，催化劑、膜、膜電極、雙極板等材料量產(chǎn)滿(mǎn)足10 萬(wàn)輛車(chē)需求；面向2030 和2035 年的規(guī)?；茝V場(chǎng)景，在提升現(xiàn)有材料體系的同時(shí)開(kāi)發(fā)創(chuàng)新性材料體系。催化劑、膜、膜電極、雙極板等材料量產(chǎn)國(guó)滿(mǎn)足100 萬(wàn)輛車(chē)需求。燃料電池堆功率超過(guò)100 kW，體積功率密度大于3 kW/L，壽命超過(guò)3 萬(wàn) h，成本降低到400 元/kW 以?xún)?nèi)。

圖5 商用車(chē)燃料電池堆路線圖和里程碑指標(biāo)

2.4 氫能基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展路線圖與里程碑

高昂的用氫成本導(dǎo)致氫燃料電池商用車(chē)的總擁有成本居高不下是氫燃料電池商用車(chē)推廣的瓶頸之一，終端用氫價(jià)格的降低將大幅度提升氫燃料電池商用車(chē)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力[34]。因此，車(chē)用氫能基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展目標(biāo)是：形成完善的氫能基礎(chǔ)設(shè)施區(qū)域網(wǎng)絡(luò)，滿(mǎn)足氫能消費(fèi)的需求，結(jié)合碳交易體系，實(shí)現(xiàn)氫能零排放交通的規(guī)?；?，推動(dòng)氫能社會(huì)的可持續(xù)化發(fā)展。

如圖6 所示 ，2025 年實(shí)現(xiàn)氫能基礎(chǔ)設(shè)施及燃料電池汽車(chē)的推廣應(yīng)用；鼓勵(lì)發(fā)展可再生能源制氫，基本滿(mǎn)足燃料電池車(chē)輛用氫量需求；實(shí)現(xiàn)液氫技術(shù)在能源領(lǐng)域的商業(yè)化應(yīng)用，推動(dòng)區(qū)域性輸氫管網(wǎng)的商業(yè)化示范；具備70 MPa 壓力的III 型和IV 型瓶的批量生產(chǎn)能力；加氫站數(shù)量超過(guò)1 000 座。2030—2035 年實(shí)現(xiàn)氫能基礎(chǔ)設(shè)施及燃料電池汽車(chē)的大規(guī)模推廣應(yīng)用；加氫站數(shù)量超過(guò)5 000 座。

圖6 氫能基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)路線圖

鼓勵(lì)發(fā)展以光伏、風(fēng)電、水電等為代表的可再生能源制氫路線，實(shí)現(xiàn)未來(lái)氫能源的綠色發(fā)展[34]。從量上講，可再生能源制氫量是可以滿(mǎn)足燃料電池車(chē)輛使用,以2025 年燃料電池汽車(chē)5 萬(wàn)～10 萬(wàn)輛所需的20 萬(wàn)～40 萬(wàn)t 氫氣為目標(biāo)，依照國(guó)家規(guī)劃，可再生能源制氫量達(dá)到10 萬(wàn)～20 萬(wàn)t / a，具有至少滿(mǎn)足50%供氫的能力；從品質(zhì)上講，可再生電力電解水制氫純度很高，能夠滿(mǎn)足燃料電池對(duì)氫純度的高要求，可以完全避免加氫站、儲(chǔ)氫瓶和燃料電池受腐蝕或中毒等問(wèn)題。氫氣儲(chǔ)輸近期以成熟的高壓氣氫技術(shù)體系為主，中長(zhǎng)期為高壓、液氫、管道等多種形式并存。站內(nèi)儲(chǔ)氫方式近期以成熟的高壓氣氫為主，中長(zhǎng)期為氣氫、液氫并存。氫燃料成本指加氫槍出口的氫燃料成本，2020 年補(bǔ)貼后為40元/kg，2025 年以后不考慮補(bǔ)貼。

3 中國(guó)氫能燃料電池汽車(chē)發(fā)展進(jìn)展

3.1 燃料電池汽車(chē)市場(chǎng)快速起步，商業(yè)化進(jìn)程符合預(yù)期，走出了中國(guó)特色的發(fā)展路徑

自2016 年路線圖1.0 發(fā)布以來(lái)，截至2021 年，中國(guó)累積生產(chǎn)燃料電池汽車(chē)1 萬(wàn)輛，超過(guò)路線圖1.0 預(yù)設(shè)的2020 年5 000 輛的目標(biāo)，也達(dá)到了路線圖2.0 修訂的2020 年第1 階段8 000 輛到1 萬(wàn)輛的目標(biāo)。商業(yè)化進(jìn)程符合預(yù)期，從圖7 2010—2021 年全球以及2017—2021 年中國(guó)氫燃料電池汽車(chē)5 年累計(jì)投入運(yùn)行數(shù)量及車(chē)型分布情況可以看出，中國(guó)累計(jì)投入運(yùn)行車(chē)輛從2017 年的1 000 輛增加到2021 年的8 600 輛，5 年增長(zhǎng)8 倍以上，中國(guó)氫能燃料電池汽車(chē)數(shù)量占全球總銷(xiāo)量5萬(wàn)輛的17%，與韓國(guó)、美國(guó)、日本成為全球氫能燃料電池汽車(chē)推廣應(yīng)用的核心國(guó)家。市場(chǎng)發(fā)展與路線圖研判相符，燃料電池汽車(chē)市場(chǎng)化的主要車(chē)型為商用車(chē)，包括客車(chē)和卡車(chē)，截至2021 年推廣的車(chē)輛中，客車(chē)和貨車(chē)分別為4 119 輛和4 391 輛，乘用車(chē)不足100 輛。

圖7 全球及中國(guó)氫燃料電池汽車(chē)?yán)塾?jì)投入運(yùn)行數(shù)量及車(chē)型分布情況

3.2 氫燃料電池汽車(chē)技術(shù)指標(biāo)提前逼近2025 年目標(biāo)，但是成本仍偏高，需要規(guī)?；档统杀?/h3>

中國(guó)氫燃料電池汽車(chē)的主要技術(shù)指標(biāo)如圖8所示[35]，以燃料電池城市客車(chē)為代表，2021 年投運(yùn)的車(chē)輛，其續(xù)駛里程實(shí)現(xiàn)了500 km，達(dá)到了2025 年的規(guī)劃目標(biāo)值；100 km 氫氣消耗降低到5.38 kg，優(yōu)于2025 年的指標(biāo)；實(shí)現(xiàn)了 - 30 ℃啟動(dòng)的2025 年冷啟動(dòng)指標(biāo)要求；車(chē)輛預(yù)測(cè)壽命在2020 年20 萬(wàn)km 的基礎(chǔ)上增加1 倍，達(dá)到了2025 年的40 萬(wàn)km 的指標(biāo)。然而在成本方面，仍然偏高，不僅高于路線圖設(shè)定的第2 階段2025 年100 萬(wàn)元的目標(biāo)，并且仍高于第1 階段2020 年150 萬(wàn)元預(yù)期。這與目前燃料電池系統(tǒng)或者燃料電池堆仍未實(shí)現(xiàn)萬(wàn)臺(tái)規(guī)模化生產(chǎn)有關(guān)，也受制于車(chē)載氫氣儲(chǔ)存系統(tǒng)成本降低幅度不如預(yù)期，均導(dǎo)致整車(chē)成本居高不下。

圖8 氫燃料電池客車(chē)（12 m）當(dāng)前主要參數(shù)與路線圖指標(biāo)的比較

在燃料電池汽車(chē)供氫基礎(chǔ)設(shè)施方面，截至到2020年年底，中國(guó)已經(jīng)建成加氫站118 座，2021 年達(dá)到230座，達(dá)到路線圖2020 年100 座的目標(biāo)。

從表3 燃料電池系統(tǒng)實(shí)際指標(biāo)與路線圖比較的燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)可以看出，商用車(chē)燃料電池系統(tǒng)功率達(dá)到100 kW 以上，質(zhì)量比功率達(dá)到500 W/kg 以上，系統(tǒng)最高效率達(dá)到60%以上，冷啟動(dòng)溫度滿(mǎn)足 - 30 ℃條件，壽命達(dá)到1 萬(wàn) h 以上。燃料電池系統(tǒng)額定功率、質(zhì)量比功率、最高效率已經(jīng)達(dá)到或超過(guò)2025 年的目標(biāo)；系統(tǒng)成本已經(jīng)達(dá)到2020 年目標(biāo)要求,與2025 年目標(biāo)還有一定差距；耐久性還需進(jìn)一步驗(yàn)證。

表3 燃料電池系統(tǒng)實(shí)際指標(biāo)與路線圖比較

億華通G120 燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品采取輕量化設(shè)計(jì)（自主化電堆采用超薄柔性石墨雙極板和先進(jìn)的框架式電堆封裝技術(shù)，提高系統(tǒng)集成度；開(kāi)發(fā)高性能引射器，實(shí)現(xiàn)對(duì)氫氣循環(huán)泵的替代，同時(shí)將引射器與端板集成）、減少零部件（對(duì)零部件布置優(yōu)化，減少管路接口）等手段，大大提升了系統(tǒng)質(zhì)量功率密度。上海捷氫自主研發(fā)的車(chē)規(guī)級(jí)大功率燃料電池系統(tǒng)，基于系統(tǒng)架構(gòu)和零部件升級(jí)優(yōu)化，降低輔助系統(tǒng)功耗并提高系統(tǒng)功率；多維度集成優(yōu)化，減少系統(tǒng)零部件數(shù)量和提高比質(zhì)量及比體積；通過(guò)電堆濕度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和系統(tǒng)智能化控制算法，使系統(tǒng)具備快速響應(yīng)、高環(huán)境適應(yīng)性和高控制精度的功能等，滿(mǎn)足了大功率、長(zhǎng)壽命（＞1 萬(wàn) h)的要求。

中國(guó)國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)化的燃料電池堆額定功率、體積功率密度已經(jīng)達(dá)到或超過(guò)2025 年的目標(biāo)，低溫啟動(dòng)指標(biāo)達(dá)到2020 年目標(biāo)要求，具體指標(biāo)如表4 燃料電池堆實(shí)際指標(biāo)與路線圖的比較所示。其中電池的耐久性還需要實(shí)際驗(yàn)證，電堆成本已經(jīng)達(dá)到2020 年目標(biāo)要求, 與2025 年目標(biāo)還有一定差距。國(guó)內(nèi)膜材料產(chǎn)業(yè)化方面，山東東岳公司走在前列，其生產(chǎn)的厚度為15μm 的DMR系列復(fù)合增強(qiáng)全氟質(zhì)子膜具有優(yōu)異的性能和壽命，化學(xué)耐久性O(shè)CV 循環(huán)測(cè)試超過(guò)1 000 h，短堆循環(huán)壽命測(cè)試超過(guò)6 000 h，通過(guò)了奔馳公司的技術(shù)考核；機(jī)械耐久性上，干濕循環(huán)測(cè)試的循環(huán)次數(shù)超過(guò)2 萬(wàn)次。

表4 燃料電池堆實(shí)際指標(biāo)與路線圖的比較

3.3 在全國(guó)范圍內(nèi)啟動(dòng)區(qū)域性氫能燃料電池汽車(chē)示范應(yīng)用

截至2022 年，中國(guó)在全國(guó)范圍內(nèi)布局了6 個(gè)氫能及氫燃料電池汽車(chē)示范區(qū)域，如圖9 所示，計(jì)劃示范車(chē)輛總規(guī)模超過(guò)4 萬(wàn)輛，接近路線圖2025 年的推廣目標(biāo)。首先，燃料電池汽車(chē)示范應(yīng)用城市群初步形成 “3+2”格局。2021 年9 月財(cái)政部、工業(yè)和信息化部、科技部、國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局等5 部委批復(fù)了北京城市群、上海城市群、廣東省佛山城市群；2022 年2 月批復(fù)了河南省鄭州城市群、河北省張家口城市群。上述京滬粵冀豫5 個(gè)城市群目前已公布各自在示范期內(nèi)推廣燃料電池汽車(chē)數(shù)量的目標(biāo)，分別為5 300、5 000、10 000、7 710、10 000 輛，總量超過(guò)37 000 輛。

圖9 中國(guó)氫能及氫燃料電池汽車(chē)示范區(qū)域

其次，啟動(dòng)了氫進(jìn)萬(wàn)家示范工程，2021 年4 月科技部主導(dǎo)的氫進(jìn)萬(wàn)家科技示范工程在山東省啟動(dòng)，其目標(biāo)是到2025 年推廣燃料電池整車(chē)6 000 輛，日供綠氫150 t，還將開(kāi)展1.2 萬(wàn)戶(hù)的燃料電池?zé)犭娐?lián)供系統(tǒng)的示范，這是目前唯一啟動(dòng)的氫能科技示范區(qū)。

4 氫燃料電池汽車(chē)在張家口與2022 冬奧的實(shí)踐

4.1 張家口市氫能制儲(chǔ)加進(jìn)展

張家口位于中國(guó)可再生能源富集區(qū)和經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的連接處，是連接北方資源和京津冀地區(qū)的中心節(jié)點(diǎn)，具有產(chǎn)業(yè)樞紐作用。 張家口是唯一的國(guó)家可再生能源示范區(qū)，匯集了眾多的可再生能源技術(shù)，是綜合性示范基地，有先行先試的政策優(yōu)勢(shì)。張家口市是中國(guó)較早出臺(tái)氫能規(guī)劃的城市之一，目前已從產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、行動(dòng)計(jì)劃、扶持政策、項(xiàng)目核準(zhǔn)備案、加氫站布局和安全監(jiān)管辦法等方面初步形成了較為完善的氫能政策保障體系。張家口市積極推進(jìn)制加儲(chǔ)氫設(shè)備及燃料電池、氫能整車(chē)制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展，通過(guò)加強(qiáng)招商引資和重大項(xiàng)目招引，在氫能產(chǎn)業(yè)鏈上實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)布局從0 到1 的重大突破，目前集聚效應(yīng)逐步顯現(xiàn)，氫能產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)企業(yè)正加速建設(shè)落地。

張家口市為燃料電池汽車(chē)的應(yīng)用建設(shè)了完備的氫氣制取、運(yùn)輸和加注基礎(chǔ)設(shè)施。建成水電解制氫項(xiàng)目5 個(gè)，制氫產(chǎn)能17 t/d，包括海珀?duì)? 期（4 t/d）、河北建投沽源1 期 （1.7 t/d）、河北建投沽源2 期（2.6 t/d）、河北建投崇禮1 期（0.85 t/d）、交投殼牌制氫（8 t/d）。2021 年，海珀?duì)栔茪鋸S累計(jì)制氫400 t。已建成創(chuàng)壩站、東望山站、緯三路站、西山產(chǎn)業(yè)園站、崇禮北站、崇禮南站及崇禮南撬裝站、太子城站及太子城撬裝站共9 座加氫站，合計(jì)加氫能力達(dá)到7.7 t/ (12 h)。自2018 年10 月起至2021 年年底，燃料電池客車(chē)?yán)塾?jì)加氫1 527 t，其中2021 年加氫量達(dá)到550 t。自投運(yùn)以來(lái)，月均加氫量隨車(chē)輛數(shù)增加不斷提升，2020 年初達(dá)到58 t，12 月月加氫量達(dá)到歷史最高的77 t，到2021 年年末加氫量逐步穩(wěn)定在50 t 左右。

4.2 張家口市氫燃料電池客車(chē)運(yùn)營(yíng)情況

張家口市依托豐富的可再生能源優(yōu)勢(shì)，借助籌辦北京2022 年冬奧會(huì)的歷史機(jī)遇，全力推進(jìn)氫燃料電池公交車(chē)應(yīng)用。截至2022 年3 月，已分6 批共投運(yùn)氫燃料電池客車(chē)444 輛，覆蓋城區(qū)10 條公交線路；冬奧會(huì)期間大部分車(chē)輛投入冬奧保障。截至2022 年3月15日，全部車(chē)輛累計(jì)運(yùn)行里程2 100 萬(wàn)km，累計(jì)完成載客量超6 500 萬(wàn)人次，單車(chē)最高運(yùn)營(yíng)里程超過(guò)18 萬(wàn)km。是全國(guó)燃料電池公交車(chē)運(yùn)行數(shù)量最多、最穩(wěn)定的城市之一。

北京冬奧會(huì)使用氫燃料電池汽車(chē)作為接駁嘉賓、運(yùn)動(dòng)員、媒體記者、各國(guó)政要最主要的交通工具，其中張家口賽區(qū)710 輛，是目前世界最大規(guī)模的氫燃料電池汽車(chē)示范應(yīng)用。

河北省燃料電池汽車(chē)示范應(yīng)用城市群的組建，依據(jù)財(cái)政部等五部委的2022 年2 月批復(fù)的《關(guān)于開(kāi)展燃料電池汽車(chē)示范應(yīng)用的通知》，組建模式為“1 + 8 + N”模式，如圖10 所示。由張家口市人民政府牽頭，8 個(gè)車(chē)輛示范城市包括河北省唐山市、保定市、邯鄲市、秦皇島市、定州市、辛集市、雄安新區(qū)等7 個(gè)市區(qū)，以及內(nèi)蒙古烏海市。 “N”個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈城市包括上海市奉賢區(qū)提供燃料電池電堆、鄭州市提供燃料電池汽車(chē)，以及供零部件所在城市，如淄博市、聊城市、廈門(mén)市。示范期將累計(jì)投放運(yùn)營(yíng)各類(lèi)燃料電池汽車(chē)7 710 輛。覆蓋港口、礦山、廠區(qū)、市政為主的貨運(yùn)場(chǎng)景，以城市公交為主、通勤客運(yùn)為輔的客運(yùn)場(chǎng)景，開(kāi)展燃料電池網(wǎng)約車(chē)和公務(wù)用車(chē)示范，同時(shí)在張家口、烏海等地開(kāi)展高寒低溫環(huán)境下的燃料電池汽車(chē)示范應(yīng)用。在氫能供應(yīng)方面，氫氣供應(yīng)量5萬(wàn)t/a，可再生能源電解制氫成本下降至14 元/kg，示范期內(nèi)的城市群計(jì)劃建設(shè)加氫站86 座。

圖10 河北省燃料電池汽車(chē)示范應(yīng)用城市群

4.3 氫能出行冬奧示范和京張包氫能產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新走廊

4.3.1 氫能出行冬奧示范

冬奧賽事期間的奧林匹克專(zhuān)用車(chē)道上，時(shí)?？吹揭惠v輛綠色的大巴車(chē)開(kāi)過(guò)，向著冬殘奧場(chǎng)館的方向駛?cè)?。這些大巴車(chē)正是 “‘氫能出行’關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用示范”項(xiàng)目的成果。 “氫能出行”是由清華大學(xué)牽頭的科技部“科技冬奧”項(xiàng)目，該項(xiàng)目致力于突破制、儲(chǔ)、運(yùn)、加、用全產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵技術(shù)。冬奧會(huì)期間，項(xiàng)目組研制260輛氫燃料電池客車(chē)，在張家口賽區(qū)以及延慶賽區(qū)，為運(yùn)動(dòng)員及隨隊(duì)官員、技術(shù)官員、媒體、轉(zhuǎn)播商、工作人員等各類(lèi)注冊(cè)人群提供班車(chē)運(yùn)輸服務(wù)。與夏季奧運(yùn)會(huì)有明顯不同的是，冬季北京地區(qū)的氣溫低值可達(dá) - 30～ - 40 ℃，場(chǎng)館又分布在北京、延慶、張家口3 個(gè)賽區(qū)，彼此間的距離跨度近200 km，低溫環(huán)境下的車(chē)輛啟動(dòng)、續(xù)航、山地路況都對(duì)綠色交通提出了“苛刻”要求。

該項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的氫能客車(chē)采用70 MPa 氫燃料系統(tǒng)、大功率燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)、雙電機(jī)耦合無(wú)動(dòng)力中斷驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了70 MPa 快速加注、 -35 ℃低溫冷啟動(dòng)和 - 40 ℃極寒低溫停放保護(hù)，燃料電池系統(tǒng)效率達(dá)60%，續(xù)駛里程400 km 以上。在冬奧賽事期間，在極寒、陡坡、急彎地理環(huán)境下的低溫適應(yīng)性、安全性、可靠性均經(jīng)受住了考驗(yàn)，順利完成了冬奧會(huì)張家口和延慶賽區(qū)的運(yùn)輸任務(wù)，也實(shí)現(xiàn)了車(chē)輛運(yùn)營(yíng)端真正意義上的零排放，減碳環(huán)保效果明顯。據(jù)統(tǒng)計(jì)，260 輛車(chē)共運(yùn)行線路29 條，累計(jì)運(yùn)行約2 萬(wàn)車(chē)次、載客17萬(wàn)余人次，氫燃料電池汽車(chē)?yán)塾?jì)行駛40 萬(wàn)km 里程，累計(jì)行駛時(shí)長(zhǎng)2.5萬(wàn)h。

與此同時(shí)，“氫能出行”項(xiàng)目為冬奧賽事所用車(chē)輛配套建設(shè)5 座加氫站，累計(jì)加注能力達(dá)到4.8 t/d（每天10～12 h），同時(shí)具備35 MPa 和70 MPa 加注能力。在冬奧會(huì)和冬殘奧會(huì)賽事期間，五座站加氫量106.11 t，共計(jì)完成7 969 次的車(chē)輛加注服務(wù)。成功助力保障了冬奧賽事期間的燃料電池車(chē)用氫需求。

為實(shí)現(xiàn)全鏈監(jiān)控與調(diào)度，通過(guò)設(shè)立在張家口氫能與可再生能源研究院的全鏈大數(shù)據(jù)監(jiān)控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控氫氣制取與管車(chē)輸運(yùn)、加氫站運(yùn)行與安全防護(hù)、車(chē)輛運(yùn)行和實(shí)時(shí)調(diào)度。氫能與燃料電池信息監(jiān)控平臺(tái)應(yīng)用Hadoop、流處理等技術(shù)，解決了氫能及燃料電池全鏈信息監(jiān)控、故障診斷預(yù)警及性能分析問(wèn)題。實(shí)現(xiàn)了“制—儲(chǔ)—運(yùn)—加—用”氫能全鏈數(shù)據(jù)高并發(fā)、海量存儲(chǔ)、實(shí)時(shí)分析的數(shù)據(jù)可視化信息平臺(tái)的構(gòu)建。同時(shí)，借助5G 網(wǎng)絡(luò)的全覆蓋，大數(shù)據(jù)平臺(tái)可對(duì)氫能全鏈數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘與應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)氫能車(chē)輛的低溫冷啟動(dòng)、燃料電池衰減等性能指標(biāo)分析，氫能供需鏈的智慧調(diào)度以及氫能應(yīng)用綜合評(píng)價(jià)，并完成了氫能全產(chǎn)業(yè)鏈過(guò)程的能源利用效率與二氧化碳減排量的核算。17 天冬奧會(huì)期間，張家口賽區(qū)累計(jì)加注氫氣94.3 t，減少碳排放1 414.5 t。

氫氣運(yùn)輸是冬奧保障的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，冬奧會(huì)期間氫氣用量高于5 t/d。長(zhǎng)管拖車(chē)作為冬奧會(huì)期間制氫廠和加氫站氫氣運(yùn)輸?shù)奈ㄒ贿\(yùn)輸設(shè)備，是保障冬奧期間氫氣穩(wěn)定供應(yīng)的核心裝備。“氫能出行”項(xiàng)目針對(duì)儲(chǔ)氫長(zhǎng)管拖車(chē)運(yùn)行過(guò)程泄漏、壓力、溫度等動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)獲取的需求，中國(guó)國(guó)內(nèi)首次研發(fā)了集氫氣泄漏、壓力、溫度等關(guān)鍵數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)了高靈敏度氫氣泄漏探測(cè)、壓力、溫度、實(shí)時(shí)定位等功能，用戶(hù)可借助該設(shè)備實(shí)現(xiàn)24 h 自動(dòng)值守和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。該系統(tǒng)為運(yùn)氫長(zhǎng)管拖車(chē)高壓系統(tǒng)“穿”上了個(gè)性化的“智能手環(huán)”，讓車(chē)輛運(yùn)行安全狀態(tài)更直觀透明。

氫系統(tǒng)中管閥濾最易引發(fā)泄漏風(fēng)險(xiǎn)，重點(diǎn)解決管閥濾失效引起的泄漏風(fēng)險(xiǎn)（包括泄漏初期的射流和末期的擴(kuò)散形貌）對(duì)解決氫系統(tǒng)安全隱患具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。為實(shí)現(xiàn)冬奧主火炬臺(tái)供氫系統(tǒng)的泄漏監(jiān)測(cè)，“氫能出行”項(xiàng)目建立了基于主動(dòng)安全理念的氫泄漏安全監(jiān)測(cè)體系，自主研發(fā)了近場(chǎng)氫泄漏檢測(cè)裝置，提出了高靈敏度低成本近場(chǎng)氫泄漏檢測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)了10-6（ppm）級(jí)極微量氫氣泄漏故障的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。近場(chǎng)氫泄漏檢測(cè)裝置成功應(yīng)用于冬奧開(kāi)閉幕式主火炬臺(tái)氫系統(tǒng)當(dāng)中。

4.3.2 京張包氫能產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新走廊

基于北京示范群、河北張家口示范群氫能燃料電池汽車(chē)示范基礎(chǔ)，在地域空間和應(yīng)用范圍上做一定的擴(kuò)展，覆蓋到更氫能產(chǎn)業(yè)的全產(chǎn)業(yè)鏈。可以考慮在北京—河北張家口—內(nèi)蒙古包頭建設(shè)“京張包氫能產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)新走廊”。以可再生能源的綠氫為依托，進(jìn)行技術(shù)研發(fā)中試、綜合探索示范、商業(yè)應(yīng)用示范。

河北省張家口市開(kāi)展氫能綜合示范。內(nèi)容包括5 GW 風(fēng)光發(fā)電、1.8 GW 綠氫制備、80 t 氫儲(chǔ)能、50 MW 氫燃料電池發(fā)電、200 MW 氫燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電、35萬(wàn)t/a 綠氨合成、400 t 氨儲(chǔ)能、200 MW氨燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電、支撐1 000 輛燃料電池汽車(chē)、部分氫和氨可供京津冀地區(qū)。

北京氫能?chē)?guó)際合作和技術(shù)研發(fā)中試。依托國(guó)際氫能中心開(kāi)展交流與合作，包括國(guó)際研究、會(huì)議和展覽等。依托北京未來(lái)氫谷中試研發(fā)平臺(tái)，建設(shè)氫能技術(shù)中試規(guī)模的裝備試制、集成測(cè)試、氫能產(chǎn)品測(cè)試評(píng)價(jià)以及產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)智能分析的一站式平臺(tái)。

包頭氫能重卡示范驗(yàn)證和推廣。包頭是全球少數(shù)同時(shí)具備可再生能源制氫成本優(yōu)勢(shì)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)工業(yè)基礎(chǔ)的地區(qū)，是國(guó)家能源局批復(fù)建設(shè)的可再生能源綜合應(yīng)用示范區(qū)，具有豐富的一級(jí)風(fēng)場(chǎng)資源、鐵礦和稀土在內(nèi)的聚集性礦產(chǎn)資源以及包頭鋼鐵與北方奔馳等重工業(yè)制造業(yè)，具有開(kāi)展基于可再生能源的綠氫產(chǎn)業(yè)鏈的資源優(yōu)勢(shì)、經(jīng)濟(jì)條件和減碳訴求。具體內(nèi)容包括：5 GW 可再生能源互聯(lián)網(wǎng)示范、30 萬(wàn)t/a 氫的大規(guī)模電解水制氫和液氫示范、110 t 直接還原鐵的綠色冶金、120 t 綠氨/年的綠色化工，以及大規(guī)模的49 t 以上的氫能重卡示范。

4 結(jié) 語(yǔ)

國(guó)際上氫燃料電池汽車(chē)的發(fā)展仍處于推廣的初期，集中在美國(guó)、日本、韓國(guó)、中國(guó)等4 個(gè)區(qū)域，作為各國(guó)發(fā)展戰(zhàn)略的具體體現(xiàn)，各自的路線圖和里程碑仍在不斷更新過(guò)程中，美國(guó)將重點(diǎn)推廣領(lǐng)域從特殊領(lǐng)域的氫燃料電池叉車(chē)開(kāi)始轉(zhuǎn)向重型長(zhǎng)途卡車(chē)。氫燃料電池汽車(chē)技術(shù)路線圖的制定促進(jìn)了中國(guó)氫燃料電池汽車(chē)技術(shù)進(jìn)步和推廣應(yīng)用規(guī)模的擴(kuò)大。中國(guó)氫燃料電池汽車(chē)技術(shù)指標(biāo)提前逼近2025 年目標(biāo)，但是成本仍偏高，需要規(guī)?；党杀尽淙剂想姵乜蛙?chē)在張家口與2022 北京冬奧的大規(guī)模應(yīng)用是成功的，可以進(jìn)一步拓展到重載卡車(chē)的推廣應(yīng)用。