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4大制约与3大趋势,一文了解我国燃料电池商用车发展概况

日期:2020-12-14    来源:势银氢电产业聚焦

国际新能源网

2020
12/14
11:32
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关键词: 氢燃料电池汽车 氢燃料商用汽车 氢能源汽车

面对全球严峻的节能减排与能源紧缺形势,国内外都将燃料电池汽车作为汽车行业的未来战略方向,高能耗高排放的商用车技术变革更显迫切。

本文分析了国内外燃料电池汽车产业的发展动态,梳理了主要国家在燃料电池汽车开发和推广过程中所采取的各项举措,总结了我国燃料电池汽车产业发展的优势与面临的问题。

一、氢能及燃料电池汽车产业发展现状

1、国外发展情况

在能源安全、碳排放限值等日益突出的能源环境问题背景下,诸多国家或地区均设置专门管理机构、投入大量资源、推出相关规划与政策,促进氢能及燃料电池产业的快速发展。

技术发展方面,美国、欧盟、日本、韩国的燃料电池研发起步较早,在乘用车用燃料电池技术方面已经形成技术领先优势。美国早在1970年提出了氢经济概念,将氢能及燃料电池列入能源战略,近10年的经费支持规模超过16亿美元。

日本汽车公司的燃料电池汽车性能先进,其燃料电池商业化应用处于世界领先位置;氢动力卡车也成为了汽车企业合作开发的重要方面。

德国在2006年启动了氢能和燃料电池技术国家发展计划(NIP),以国家中心(NOW-GmbH)的组织形式推进技术开发工作;计划2025年燃料电池乘用车成本与当前的电动车相当。

韩国在2003年将氢能定位为“21世纪前沿科学计划”的主要技术领域之一,相关汽车公司与瑞典企业共同研发燃料电池核心技术。

政策支持方面,美国发布了以《国家氢能路线图》为代表的多个氢能规划,通过《氢燃料电池开发计划》《能源政策法》等政策支持氢能技术研发和示范应用,将10月8日定为美国国家氢能与燃料电池纪念日。

日本在2013年将发展氢能列入国家计划,提出了建设氢能社会的远期目标;《氢能利用进度表》(2019年)明确了2030年氢能应用的具体目标。

欧盟从能源战略层面先后发布了《2030气候和能源框架》《2050低碳经济战略》等政策,成立了燃料电池联盟来共同推进关键技术和产业发展。

2020年,韩国发布了《促进氢经济和氢安全管理法》以促进基于安全的氢经济建设,明确了政府对氢能产业和氢能企业的行政和财政支持,涵盖氢能企业培育、援助、人才培养、产品标准化等产业基础事项;弥补了《高压气体法》《燃气法》的不足,为电解水制氢等低压氢气设备和氢燃料使用设施的安全管理提供了法律依据。

市场运营方面,美国的燃料电池汽车推广与运营量较大,美国燃料电池与氢能协会(FCHEA)在其发布的“氢能经济路线图”中提出,2030年美国燃料电池汽车数量预计达到5.3×106辆。

韩国推广燃料电池车辆超过5000辆,建成加氢站34座,“氢能经济发展路线图”规划2040年燃料电池汽车累计产量为6.2×106辆。2019年日本燃料电池车辆保有量达到3500辆,加氢站超过120座;按照“氢能利用进度表”规划,2030年燃料电池乘用车保有量为8×105辆,燃料电池公交车数量为1200辆,加氢站数量为900座。

欧盟在燃料电池推广方面积极较高,示范推广燃料电池乘用车达到1080辆、燃料电池商用车150余辆,20个国家共建成177座加氢站。“欧洲氢能路线图”提出,2030年将推广应用3.7×106辆乘用车、5.0×105辆轻型商用车、4.5×104辆重型载货车和公交车、570辆列车。

地区发展方面,美国加利福尼亚州是全球燃料电池乘用车主要集中地,也是全球燃料电池车推广最为成熟的地区。韩国因地制宜,按区域逐步开放氢能经济发展,将安山、蔚山、万州和全州确定为“氢能经济候选城市”。法国波城启用了全球首款燃料电池快速公交(BRT),车辆长18m,续航里程超过300km,百千米氢耗为10~12kg,性能堪比有轨电车,但综合投资降低至1/4。

2、国内发展情况

近年来,我国从发展路线、产业规划、补贴措施(阶段性)等方面出台了系列政策,全方位支持燃料电池产业发展。以“节能与新能源汽车技术路线图”为代表的发展规划,均将氢能及燃料电池列为支持发展产业。

产业宏观态势

2016—2019年,国内燃料电池汽车销量大幅增加(见图1)。根据中国汽车工业协会《2019年汽车工业经济运行情况》数据统计,2019年我国燃料电池汽车产销量分别为2833辆、2737辆,同比增长85.5%、79.2%。

2020年上半年因新型冠状病毒肺炎疫情原因导致产销量有所下降。截至2020年6月,我国燃料电池汽车累计销售超过6000辆。从汽车销量数据来看,我国燃料电池汽车产业发展方向与国外存在明显不同:美国、日本、韩国和欧盟的燃料电池汽车推广以乘用车为主,而我国以商用车为主,已实现量产并投入规模化运营。

注:数据来自中国汽车工业协会发布的《2016年汽车工业经济运行情况》《2017年汽车工业经济运行情况》《2018年汽车工业经济运行情况》《2019年汽车工业经济运行情况》

按照“节能与新能源汽车技术路线图”预测:

2025年,随着燃料电池关键技术成熟度的提高,燃料电池汽车推广量可达到1×105辆;

2030年,随着燃料电池核心组件技术持续突破,燃料电池汽车规模化应用达到1×106辆。

《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》预测:

2030年燃料电池商用车推广应用量将为3.6×105辆,占商用车总销量的7%;

2050年将为1.6×106辆,市场占比达到37%;

2050年交通领域的氢能消费量将为2.458×107t/a,占交通领域整体用能的19%。其中货运领域的商用车氢能消费占交通领域氢能消费的比重达到70%,成为交通领域氢能消费增长的主要驱动力。

3、区域发展情况

我国在燃料电池汽车方面保持了较强的产业扶持力度。截至2019年年底,已有19个省市、40余个地级市出台了推动氢能及燃料电池产业发展的政策规划,鼓励燃料电池公交车、物流车等商用车的示范运营,初步形成了京津冀、华东、华南、西南、华中五大燃料电池汽车应用集群。

例如,山东省作为华东燃料电池汽车产业集群的重要省份,产业覆盖氢气制备、储运、加注、燃料电池发动机及关键零部件、燃料电池汽车等领域,多家行业龙头企业均取得了相应的技术攻关和产业应用突破。截至2020年6月,山东省示范推广燃料电池商用车超过200辆,运行公交线路7条,总里程超过1.6×106km,建成加氢站6座。

在国家政策引导下,多个地区重视氢能及燃料电池产业的落地发展,出现了佛山、张家口、郑州、成都等燃料电池车辆推广积极、区位优势较为明显、产业链相对完善、产业集群化程度领先的氢能城市。

《天津市氢能产业发展行动方案(2020—2022年)》规划,2022年力争建成至少10座加氢站,打造3个燃料电池车辆推广应用试点示范区;

《常熟氢燃料电池汽车产业发展行动计划(2019—2022年)》提出,2022年燃料电池汽车累计推广达到3000辆,建成2~3座市场化运营的公共加氢站,培育燃料电池汽车企业1~2家;

《潍坊市氢能产业发展三年行动计划(2019—2021年)》要求,在产业链层面聚焦包含核心材料、关键组件、电堆开发、系统集成、测试认证、整车匹配等环节在内的产业集群,培育与产业发展要求配套的新能源创新中心和测试中心。

二、燃料电池商用车产业面临的问题及对策建议

我国燃料电池商用车示范已经走在了世界前列,这是企业技术创新与国家政策支持协同发力的成果。也要注意到,不少关键技术方向仍未完全突破,商用车燃料电池的发展还面临着一些基础性的制约因素。

氢能和燃料电池产业发展的国家标准与法规体系有待完善

我国氢能和燃料电池产业的发展速度很快,但氢能燃料电池全产业链的技术和检测规范以及相关法规尚有欠缺,体系完整性有待加强。现行的法规标准仍将氢气按照危险化学品进行管理,导致加氢站审批、建设和运营的扩大化受到制约。

针对上述问题,建议细化氢能和燃料电池关键材料与核心部件的开发规范,建设氢能燃料电池国家技术标准创新基地,完善产业技术发展重点方向和目标,优化区域产业布局。在明确车用氢气的能源属性之后,细化车用氢气的制备、储运、加注技术标准,为加速氢能基础设施建设提供保障。

关键材料和核心技术尚未完全自主

燃料电池技术研发取得了长足进展,但在核心材料、关键组件的自主研发方面仍存在较大差距。催化剂、质子膜、碳纸、空压机等对国外依赖度较大,氢气品质、储存运输、加氢站建设等方面的质量和安全标准不足,氢品质和氢泄露等高精度检测设备以及权威检测机构欠缺,严重制约了燃料电池产业的发展。

针对氢能产业技术不成熟、产业发展不经济等情况,应统筹规划,发挥政策对产业薄弱环节的支持和引导作用;合理加强对企业氢能研究的支持,激发企业技术创新的主体作用;强化“产学研”协同攻关,发挥联合优势以促进核心技术突破。

加氢基础设施布局尚不完善

“加氢焦虑”成为制约燃料电池汽车发展的重要因素之一。在燃料电池汽车推广的初期,鉴于运营车辆较少,市场化的公共加氢站难以通过规模经济效应实现收支平衡,因营利困难致使相关设施建设的积极性不高,2015—2019年全球投入运营的加氢站数量增长缓慢(见图2)。

基础设施不足直接制约了燃料电池汽车推广应用的规模。鉴于此,可在政策层面优化加氢站建设审批程序和运营监管规定,同时进一步提高加氢基础设施材料、核心组件和技术(如新型储氢材料、液氢储运)的国产化比例,通过技术进步来降低加氢站建设成本。

相比乘用车,商用车的运营路线比较固定,在商用车的典型运营路线上建设加氢站,可大幅降低对基础设施的依赖程度,进而在加氢站密度偏低的情况支持燃料电池车辆的常态化运营。

图2 2015—2019年全球加氢站数量

燃料电池车辆购置和使用成本仍然较高

燃料电池成本偏高依然是燃料电池车辆推广应用的主要制约因素。美国能源部从整车、燃料电池系统、电堆成本等方面对燃料电池车的构成成本进行了分析(见图3),相比之下我国燃料电池系统的实际成本与美国还存在差距。

虽然我国多个地区结合自身产业实际开展了燃料电池车辆的示范应用,但车辆运营成本与传统燃油车辆相比不具优势;加氢站建设成本高、运营收支难以平衡等问题比较明显,全产业链的利润分配没有得到有效平衡,各个环节的价值没有得到合理体现。

图3 燃料电池汽车成本构成

目前我国的燃料电池商用车已进入产业化发展的初期阶段,为加强竞争力以更好参与全球燃料电池产业和技术市场,应提高燃料电池关键材料与核心组件、加氢站核心部件和关键技术的国产化率,推动燃料电池汽车制造和加氢站建设成本的大幅降低。

在氢资源丰富的地区率先开展燃料电池汽车的商业化推广,有效降低氢气使用成本;随后通过技术提升和市场辐射,带动我国氢能燃料电池产业的整体技术进步和产业发展。

三、燃料电池商用车产业发展展望

燃料电池商用车因其在燃料加注时间、续驶里程和耐久性等方面的特性,将与纯电动汽车形成长期的互补优势,助力我国从汽车制造业大国走向强国。

在一定的发展周期内,氢能及燃料电池汽车产业链日益完善,氢能基础设施的完善度与便利程度逐步提升,氢气价格和燃料电池系统成本将持续下降,这些是燃料电池商用车市场竞争力的重要支撑因素。

具体而言,我国燃料电池商用车产业的发展将呈现以下趋势:

(1)得益于国家相关政策支持和2022年北京冬季奥运会等重大活动的需求牵引,燃料电池商用车产业将继续处于快速发展态势。发展燃料电池商用车,必将打通燃料电池汽车产业链、完善氢能基础设施建设、建立健全行业标准法规、降低部件及整车成本。通过技术进步和规模化效应,积极面对国家补贴随着产业发展而不断退坡的局面,打牢基础以更好适应后续进入的优胜劣汰与充分竞争阶段,促进产业化向纵深发展。

(2)燃料电池商用车在城市公交、物资流通等领域率先应用之后,伴随着氢能及燃料电池的技术发展与成本下降,将朝着港口码头、特定路线的轨道交通、城际物流、城际客运等领域拓展。考虑到不同地区的能源结构差异性,燃料电池商用车和纯电动商用车将进入长期共存、互为补充的市场应用状态。

(3)第五代移动通信技术深化应用、车辆智能驾驶技术趋于成熟,赋予了燃料电池商用车与汽车高智能化融合发展的宝贵机遇,“燃料电池技术+智能驾驶技术”将成为产业应用创新的重点方向。燃料电池技术将促进商用车成本降低,高智能化带来的舒适驾驶体验将推动商业运输业的快速发展,从而为经济社会活动提供更加便捷和环保的交通出行服务。


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