申能(集團)有限公司 成鳴峰

隨著碳達峰及碳中和目標正式提出，我國的能源清潔化力度進一步加大，各行業(yè)都將“雙碳”戰(zhàn)略提至新高度，交通行業(yè)也開啟了以降碳為重點的新發(fā)展階段，其中氫能的發(fā)展頗受關注。目前已有部分發(fā)達國家和地區(qū)發(fā)布了一批燃油車禁售令計劃，并推出了車端補貼計劃以促進新能源汽車行業(yè)的發(fā)展，可以預計新能源汽車將成為主流發(fā)展趨勢。

在油電混合動力汽車和純電汽車之外， “氫能”為新能源車提供了一種新的發(fā)展模式。氫燃料電池汽車既能做到節(jié)能減排，又能展現續(xù)航里程長的優(yōu)勢，將會是未來汽車的選擇之一。

1 國內外應用現狀

根據國際能源署(IEA)數據統(tǒng)計，截至2020年底，全球已有34 804輛氫燃料電池汽車在路運行。其中，韓國投入運營的氫燃料電池汽車數量破萬，高達10 093輛，占比29.0%；其次是美國有9 252輛；我國氫燃料電池汽車運營數量達8 443輛，位居全球第三，占比24.3%；氫燃料電池技術世界領先的日本，其氫燃料電池汽車運營數量不到 5 000輛，排名第四，占比12.1%；德國有1 083輛，成為歐盟地區(qū)運營燃料電池車數量最多的國家；其余國家運營數量較少，從幾十到上百輛不等。

作為發(fā)展中國家，我國在氫能領域發(fā)展和氫燃料電池汽車發(fā)展中，也始終緊跟國際先進步伐。氫燃料電池汽車項目，從2000年科技部的“973”項目開始投入基金開展氫能相關研究，到2001年“十五”規(guī)劃列入到“863”開發(fā)計劃之一?！吨袊圃?025》也進一步指出了氫燃料電池汽車的發(fā)展方向，并將陸續(xù)組織實施節(jié)能與新能源汽車重大項目，體現了政策對新能源汽車產業(yè)的持續(xù)支持。在實際應用方面，從2008年北京奧運會、2010年上海世博會到最新的 2022年北京冬奧會，通過一次次大規(guī)模應用示范，積累大量經驗和分析數據，氫燃料電池汽車應用漸入佳境。其中北京冬奧會張家口賽區(qū)共投入氫燃料電池大巴車710輛，冬奧會期間累計加注氫氣94.3 t，減少碳排放1 414.5 t，相當于種植6.8萬余棵樹的吸收量。表1為2015-2021年中國氫燃料電池汽車數量統(tǒng)計，可以看出中國氫燃料電池汽車保有量逐年上升，截至 2021年底，國內累計推廣氫燃料電池汽車9 652輛。

表1 2015-2021年中國氫燃料電池汽車數量

上海作為國際大都市，是國內氫燃料電池汽車發(fā)展的“領頭羊”，從 2001年參與國家“863”計劃至今，一直努力推廣氫燃料電池汽車產業(yè)發(fā)展，成果持續(xù)輸出。這一發(fā)展歷程詳見表2。截至2020年底，上海市已推廣氫燃料電池汽車1 483輛，約占國內氫燃料電池汽車保有量的18%。

表2 上海氫燃料電池汽車發(fā)展歷程

2 發(fā)展趨勢研判

2.1 識別發(fā)展瓶頸

根據氫燃料電池汽車的應用和技術現狀，發(fā)展瓶頸主要集中在以下方面：

(1) 盈虧平衡點。氫燃料電池汽車的材料成本昂貴，技術要求高，且整體產業(yè)鏈尚屬起步階段，運營車輛較少，盈利較為困難。

(2) 關鍵技術。大部分核心裝備及關鍵材料仍主要依賴進口，國產化率較低。如加氫站的壓縮機、加氫槍、氫液化等核心裝備，質子膜、碳紙、催化劑等關鍵材料均以進口為主。亟需通過技術攻關和創(chuàng)新，加快關鍵核心技術突破。

(3) 安全管理標準。目前我國尚未把氫氣作為能源來進行管理，而是作為危險化學品進行管理，這就提高了氫氣生產、儲運及加氣等環(huán)節(jié)的審批和投資門檻。按危險化學品管理要求，制氫、加氫站只能建在?；饭I(yè)園區(qū)內。受此限制，制氫、加氫站的建設不僅選址需要遠離居民區(qū)，儲運也只能選擇危化品可以經行的道路，而且氫氣作為危化品，執(zhí)照審批難度大、管理成本高。

氫能存在泄漏、燃燒、爆炸等可能性，在發(fā)展氫能與燃料電池技術的過程中，安全是必須守住的底線。因此，從制氫、儲氫到加氫、運氫整個環(huán)節(jié)需要統(tǒng)一標準、統(tǒng)一管理、協(xié)調聯(lián)動。

2.2 提高競爭力

為解決發(fā)展瓶頸，與其他新能源汽車(如純電汽車)競爭，必須提高氫燃料電池的技術競爭力[1]。提高技術競爭力可概括為突破“三高一低”，即投資費用高、用氫成本高、氫耗高和功率密度低(功率密度指輸出功率與電池體積之比)，如表3所示。

表3 氫燃料電池汽車技術競爭力

3 發(fā)展趨勢預測

3.1 國外發(fā)展趨勢

近年來，美、日、韓等多個國家和地區(qū)相繼出臺積極的氫燃料電池汽車戰(zhàn)略和規(guī)劃，發(fā)展趨勢如下：

(1) 美國。截至2020年，加州有8 573輛氫燃料電池汽車。據加州空氣資源委員會(CARB)對汽車制造商的一項調查顯示，到2025年，將有4.8萬輛氫燃料電池汽車上路，2030年將部署100萬輛氫燃料電池汽車，到2040年通勤巴士100%零碳，2050年100%銷售新能源車。

(2) 日本。著力打造氫能社會，制定了國家氫能基本線路，確定至 2050年氫能社會建設目標以及具體行動計劃。其中，到 2025年，計劃可上路的氫能燃料電池汽車達到20萬輛，到2030年達到80萬輛。

(3) 韓國。2019年，韓國發(fā)布“氫能經濟發(fā)展路線圖”。根據該路線圖到2025年，建立年產量達10萬輛氫燃料電池汽車的生產體系；到2040年，將分階段生產620萬輛氫燃料電池汽車。

3.2 國內發(fā)展趨勢

2020年，我國氫燃料電池汽車因疫情影響全年銷量為1 177輛。2021年第一季度，我國氫燃料電池汽車銷量為150輛。對比我國的發(fā)展計劃，到2025年基本完善氫燃料電池汽車相關配套產業(yè)設施，實現氫燃料電池汽車保有量5萬～10萬輛，因此，氫燃料電池汽車還有巨大的市場提升空間。

4 上海市量化發(fā)展預測

4.1 發(fā)展目標

上海市氫燃料電池汽車前期示范應用將是燃料電池汽車市場化的探路石和重要基礎。2021年8月，上海等城市獲批燃料電池汽車首批示范城市群，將通過4年開展“1+6”上海城市群示范應用。其中，“1”指上海市，負責關鍵零部件技術全面突破、多場景商用示范、商業(yè)模式探索；“6”指淄博市、南通市、蘇州市、嘉興市、鄂爾多斯市、寧東能源化工基地。

為實現輕型物流車、重型卡車和多功能乘用車等領域千輛級應用，整個城市群計劃完成5 000輛車的示范應用，重點示范應用場景如表4所示，主要是貨車、乘用車和客車。其中貨車3 400輛，占68%，乘用車1 400輛，占28%，客車200輛，占4%。上海市將完成4 000輛車的示范應用。

表4 城市群重點示范應用場景

4.2 應用發(fā)展趨勢

上海市作為國際先進大都市，為踐行“雙碳”目標，氫燃料電池發(fā)展前景較為樂觀。隨著燃料電池汽車技術突破、燃油車停售和綠氫技術突破，預測到2060年上海市氫燃料電池汽車數量將達45萬輛，約占全市車輛總數的10%。由于氫燃料電池汽車在物流運輸即重卡領域的應用推廣更受歡迎，預測該類貨車占比可達45%；公交類公共運輸氫燃料電池汽車更多以純電形式存在，因此預測公交車占比最小，至2060年占比約6%。具體如表5所示。

表5 上海市氫燃料電池汽車應用發(fā)展趨勢 萬輛

5 結語

氫燃料電池作為未來新能源汽車選擇，必將迎來新一輪的發(fā)展高潮，其發(fā)展前景無疑是光明的。但從目前的技術水平和應用現狀看，氫車還存在諸多瓶頸，其技術競爭力還有待在發(fā)展過程中不斷提升?！笆奈濉逼陂g，預計隨著國家及地方雙碳政策的落地，氫燃料電池汽車在交通領域的發(fā)展趨勢也將更為明朗，預計到2060年真正實現“碳中和”社會之際，上海氫燃料電池汽車占比將突破10%。