厚勢按：文章對影響我國燃料汽車商業(yè)化發(fā)展的法規(guī)、政策、市場、技術(shù)、基礎(chǔ)設(shè)施和安全等因素進行了分析，并指出了解決方法。

本文來自 2018 年 3 月 10 日出版的 《 上海汽車》，作者是北京市氫燃料電池發(fā)動機工程技術(shù)研究中心的康啟平和張國強以及北京億華通科技股份有限公司的張志蕓。

傳統(tǒng)燃油汽車是主要空氣污染源之一，控制燃油車能耗是控制碳排放的重要一環(huán)。因此，燃油車退出市場已成大勢所趨，世界各國紛紛制定了燃油車禁售時間表(見表 1)，我國也正在醞釀燃油車退出市場的時間表。

表 1 各國禁售傳統(tǒng)能源汽車禁售時間表

與純電動汽車的火熱程度相比，燃料電池汽車還處于起步階段，因燃料電池可以真正實現(xiàn)零排放，被認(rèn)為是新能源汽車的終極解決方案

隨著環(huán)境問題和能源問題的日益突出，新能源汽車成為世界各大汽車廠商及科研機構(gòu)的研究熱點 [1,2]。[3,4]。如表 2 所示，以 12 m 公交車為例，燃料電池公交車的優(yōu)勢非常明顯。

表 2 氫燃料電池汽車與傳統(tǒng)汽車、純電動汽車對比( 以 12 m 公交車為例)

國、加拿大、日本、韓國等國家投入了大量資金和人力進行燃料電池汽車研究，豐田、本田、現(xiàn)代等車企已經(jīng)推出市場化的燃料電池汽車。目前，我國燃料電池產(chǎn)業(yè)總體處于產(chǎn)業(yè)化導(dǎo)入發(fā)展期。本文主要從法規(guī)、政策、市場、技術(shù)、基礎(chǔ)設(shè)施和安全等方面對影響我國燃料電池汽車商業(yè)化發(fā)展進行了分析，并提出了解決方案。

1. 法規(guī)因素

我國在《巴黎協(xié)定》中承諾在 2030 年左右使 CO2 排放達到峰值并爭取盡早實現(xiàn)，2030 年單位國內(nèi)生產(chǎn)總值 CO2 排放比 2005 年下降 60%～65%，非化石能源占一次能源消費比重達到 20% 左右。

為了實現(xiàn)該目標(biāo)，我國必須充分利用風(fēng)能、太陽能等可再生能源取代部分煤炭，從而降低煤炭消耗，以提前達成 2030 年 CO2 排放目標(biāo)。目前，我國風(fēng)能、太陽能發(fā)電裝置的配備持續(xù)以全球最快的速度增長。

然而，因為風(fēng)能、太陽能發(fā)電不穩(wěn)定而無法上電網(wǎng)，利用率極低;又因為電能存在無法長時間儲存的問題，大多數(shù)產(chǎn)生的電能只能被浪費掉，我國每年浪費的電量約 150 GWh。

而氫能具有能量轉(zhuǎn)移的特性，可將這些無法上網(wǎng)的電用于電解水制氫，再將氫氣應(yīng)用于燃料電池汽車，從而為過剩的風(fēng)能和太陽能發(fā)電以及降低碳排放提供完美的解決方案。將可再生能源轉(zhuǎn)化成氫能是實現(xiàn)我國節(jié)能減排目標(biāo)的重要途徑。

2. 政治因素

最近兩年，國家相關(guān)部委密集出臺政策，大力支持燃料電池汽車的發(fā)展。《中國制造 2025》、《汽車產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》、《「十三五」國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》等都將發(fā)展氫能和燃料電池技術(shù)列為重點任務(wù)，將燃料電池汽車列為重點支持領(lǐng)域，其發(fā)展線路如表 3 所示。

表 3 中國燃料電池汽車發(fā)展線路

明確提出：

到 2020 年實現(xiàn) 5000 輛級規(guī)模在特定地區(qū)公共服務(wù)用車領(lǐng)域的示范應(yīng)用，建成 100 座加氫站;

2025 年實現(xiàn) 5 萬輛規(guī)模的應(yīng)用，建成 300 座加氫站;

2030 年實現(xiàn)百萬輛燃料電池汽車的商業(yè)化應(yīng)用，建成 1000 座加氫站。

地方政府也積極響應(yīng)國家政策，上海市率先發(fā)布《上海市燃料電池汽車發(fā)展規(guī)劃》，廣東佛山、湖北武漢、江蘇如皋、浙江臺州等地方政府也都為各自地區(qū)的燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供政策支持，建立產(chǎn)業(yè)園區(qū)，引進整車企業(yè)及零部件生產(chǎn)廠家，共同推進氫能及燃料電池汽車的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。目前國家對燃料電池乘用車補貼高達 20 萬/輛，輕型客、貨車的國家補貼為 30 萬/輛，而大中型客車國家補貼高達 50 萬/輛。

另一方面，我國對純電動、插電式混合動力汽車補貼政策已逐步退坡，但燃料電池汽車的補貼政策仍將持續(xù)到 2020 年，加之「雙積分」政策的雙重利好，使得民間對氫燃料電池車的關(guān)注熱情空前高漲。在加氫站建設(shè)上，對符合國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)且日加氫能力不少于 200 kg 的新建燃料電池車加氫站，每站獎勵 400 萬元的國家補貼。

然而，盡管政策規(guī)劃目標(biāo)明確，但政府的產(chǎn)業(yè)導(dǎo)向還不夠明確，也未在能源結(jié)構(gòu)上明確氫能源的地位。

3. 市場因素

目前，我國燃料電池汽車現(xiàn)在還處于商業(yè)化導(dǎo)入初期，產(chǎn)業(yè)鏈還在完善過程中。隨著國家對燃料電池汽車補貼不退坡以及燃料電池技術(shù)的進步和整車成本不斷下降，我國燃料電池汽車市場正逐漸升溫：

億華通為代表的燃料電池發(fā)動機企業(yè)已經(jīng)建立了動力系統(tǒng)集成生產(chǎn)線;

上海神力、新源動力等企業(yè)正在努力實現(xiàn)電堆及核心零部件國產(chǎn)化;

福田、宇通、飛馳、申龍等整車企業(yè)已經(jīng)走在燃料電池汽車開發(fā)的前列，部分樣車已上國家公告;

神華、中石化、中石油等大型企業(yè)正在布局氣源及加氫站基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。

圖 1 燃料電池公告車型比例示意圖

根據(jù)最新一批公告顯示，燃料電池汽車有效公告車型包括團體客車 3 輛、公交車 13 輛以及廂式運輸車 3 輛，而到目前為止，燃料電池乘用車還未上公告，如圖 1 所示。其中，燃料電池公交車將近占 7 成，通過公交車示范運行驗證燃料電池客車的動力性、經(jīng)濟性和可靠性，積累運行數(shù)據(jù)和經(jīng)驗，提高公眾對氫安全應(yīng)用的認(rèn)識，發(fā)現(xiàn)技術(shù)不足并加以改進，不斷完善加氫站的建設(shè)，有利于推動我國燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

鑒于目前我國加氫站數(shù)量還是個位數(shù)，而輕型貨車、中大型客車等商用車憑借對加氫站依賴度小、續(xù)航里程長、停放點和行駛路線固定等自身特點，商用車將成為我國燃料電池汽車最先普及的領(lǐng)域[5]。

近期，上汽大通 FCV80 氫燃料電池輕客正式上市，單次加氫僅需要 3 min，續(xù)航里程超過 400 km，補貼后售價為 30 萬元，其補貼后的價格與純電動車非常接近。隨著燃料電池堆技術(shù)的進步，核心零部件及材料逐漸國產(chǎn)化，產(chǎn)業(yè)鏈逐步完善，整車價格將不斷下降，最終可與傳統(tǒng)燃油車媲美。

在乘用車領(lǐng)域，從 2003 年第一代燃料電池混合動力汽車「超越一號」到 2015 年上汽榮威 950 燃料電池汽車，我國已在燃料電池乘用車領(lǐng)域進行了初步探索并具備了一定的研發(fā)基礎(chǔ)。但是，由于受國內(nèi)加氫站等基礎(chǔ)設(shè)施的缺乏以及核心技術(shù)研發(fā)水平的限制，距離氫燃料電池乘用車的商業(yè)化還有更長的路要走。

4. 技術(shù)因素

要推動燃料電池汽車的商業(yè)化發(fā)展，則要求其采用的燃料電池動力系統(tǒng)必須在性能、壽命和成本等方面達到與傳統(tǒng)燃油汽車相當(dāng)?shù)乃剑⑶遗c純電池汽車相比具有競爭力。目前，制約我國燃料電池汽車商業(yè)化發(fā)展的技術(shù)因素包括燃料電池耐久性、關(guān)鍵材料及核心零部件和氫供給難等問題：

在燃料電池耐久性方面，國內(nèi)相關(guān)企業(yè)燃料電池的穩(wěn)定壽命在 5000 h 左右，而國際先進水平已經(jīng)超過 10000 h;

我國燃料電池關(guān)鍵材料如催化劑，質(zhì)子交換膜、碳紙等還處于實驗室和樣品階段，空氣壓縮機和氫氣回流泵等關(guān)鍵部件還沒有產(chǎn)品供應(yīng);

現(xiàn)階段我國車用儲氫瓶還是使用壓力為 35 MPa 的碳纖維纏繞金屬內(nèi)膽氣瓶，儲氫密度為 3.9%，而國外基本均采用 70 MPa 的碳纖維纏繞塑料內(nèi)膽氣瓶，儲氫密度達到 5.5%。

基于國內(nèi)目前的現(xiàn)狀，要實現(xiàn)燃料電池汽車商業(yè)化發(fā)展，衣寶廉院士指出，在技術(shù)上有 2 條路可走：

(1) 自主研發(fā)，進一步提高燃料電池動力系統(tǒng)的可靠性和耐久性，并降低電堆成本和鉑用量，開發(fā)非 Pt 基催化劑;

(2) 引進國外先進技術(shù)，逐步消化，最終實現(xiàn)國產(chǎn)化。根據(jù)我國已制定的燃料電池汽車總體發(fā)展規(guī)劃，通過技術(shù)研發(fā)及示范運行，掌握燃料電池汽車的設(shè)計與集成技術(shù)，逐步實現(xiàn)燃料電池電堆、系統(tǒng)、關(guān)鍵材料及核心零部件的國產(chǎn)化，從而推動燃料電池汽車大規(guī)模商業(yè)化發(fā)展。

5. 設(shè)施因素

從汽車產(chǎn)業(yè) 100 多年的發(fā)展史來看，不管傳統(tǒng)燃油汽車與燃油供給體系，還是電動汽車與電能供給體系，車輛技術(shù)都一直是與能源供給體系協(xié)同發(fā)展。在燃料電池汽車商業(yè)化推廣初期，我國應(yīng)該吸取純電動汽車發(fā)展初期因充電基礎(chǔ)設(shè)施不足而制約電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的經(jīng)驗教訓(xùn)。比如在 2014 年之前，我國過于重視電動汽車技術(shù)和產(chǎn)品的發(fā)展，而忽視了充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，導(dǎo)致電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展受到充電難的制約。而在 2015 年以后，我國建立了充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)支持政策體系，充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)加快推進，電動汽車產(chǎn)業(yè)化取得突破性進展。因此，燃料電池汽車的商業(yè)化推廣離不開制氫、運氫及儲氫等配套設(shè)施的協(xié)同發(fā)展：

在制氫方面，由于我國擁有大量的廉價副產(chǎn)氫，另外還可以利用棄風(fēng)、棄光發(fā)電進行電解水制氫，原料成本比較便宜;

在運氫方面，采用魚雷車運送氫氣是目前國內(nèi)最廉價的方法，盡管液態(tài)運氫的成本更低，但是目前國內(nèi)還沒有建立液態(tài)運氫相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，隨著技術(shù)的進步和標(biāo)準(zhǔn)的逐漸建立，液態(tài)運氫將會是未來運氫的發(fā)展方向;

在儲氫方面，加氫站成為能源供給體系中最為重要的一環(huán)，將直接決定燃料電池汽車能否大規(guī)模商業(yè)化。

目前我國加氫站還非常少，嚴(yán)重制約著燃料電池汽車的商業(yè)化發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計，截至 2017 年 10 月底，全球正在運營的加氫站有 274 座，而中國僅有 7 座，基礎(chǔ)設(shè)施嚴(yán)重落后，無法支撐燃料電池汽車的商業(yè)化。然而，燃料電池汽車現(xiàn)在面臨「雞生蛋、蛋生雞」問題——因為加氫站不足，所以人們購買燃料電池汽車的積極性不高;相反，因為沒有人購買燃料電池汽車，所以建更多加氫站的意義不大。

目前，我國正在加快加氫站的建設(shè)，已經(jīng)規(guī)劃的加氫站超過了 40 座，佛山云浮預(yù)計到 2017 年底建成 22 座加氫站。現(xiàn)階段，我國將優(yōu)先推動商用車的商業(yè)化發(fā)展，主要是由于商用車的續(xù)航里程長、停放點和行駛路線固定，其對加氫站依賴程度比較小。另外，我國主要在氫燃料豐富且廉價的地方優(yōu)先進行示范運行，減少氫燃料的運輸。比如利用張家口的棄風(fēng)、棄電進行電解水制氫，然后在張家口建加氫站并進行燃料電池汽車示范運行。

6. 安全因素

消費者的心理對燃料電池汽車商業(yè)化的發(fā)展也有較大的影響。有人說燃料電池汽車帶著氫氣瓶就像帶個氫彈，這造成很多人對氫燃料電池汽車安全問題的擔(dān)憂。實際上，氫比石油還要更安全，儲氫罐的密封較好，即便氫氣泄漏，由于氫是最輕的氣體，擴散性極強。在開放空間，氫氣的擴散系數(shù)是汽油的 12 倍，從危險程度上看，汽油的爆炸能量是相同體積氫氣的 22 倍，在發(fā)生爆炸時，由于氫氣密度遠(yuǎn)低于空氣，爆炸會發(fā)生在氣源上方，而汽油的爆炸則發(fā)生在燃料周圍，汽油的危險程度遠(yuǎn)甚于氫氣。

圖 2 氫燃料汽車與汽油汽車的燃料對比試驗

氫氣的比重低，易向上逃逸，所以少量的氫氣泄漏，可以在空氣中很快被稀釋成安全的混合氣，這使得發(fā)生事故時影響范圍要小得多，這與美國邁阿密大學(xué)的 Swain 博士的試驗結(jié)論一致 [6](見圖 2)。

對于燃料電池汽車而言，使用的氫氣濃度比為 99.99%，遠(yuǎn)高于遇明火爆炸的 4.0%～75.6% 濃度比的一般氫氣。在耐壓鋼瓶存儲中的氫氣，如果遭遇來自外界的明火燃燒，則會自動關(guān)閉多級閥體。車載檢測系統(tǒng)，偵測到鋼瓶或管路出現(xiàn)氫燃料泄漏，控制系統(tǒng)會即刻關(guān)閉氫氣輸出，避免與氧氣混合，確保不會自燃。

圖 3 燃料電池客車氫系統(tǒng)布置示意圖

企業(yè)對氫燃料電池的安全管控細(xì)致入微，將安全隱患消滅在萌芽狀態(tài)。通過合理結(jié)構(gòu)設(shè)計，燃料電池汽車具備多重容錯設(shè)定，保證氫燃料在不同危險環(huán)境下，或切斷氫燃料輸出、或封閉與氧氣的混合。以福田歐輝 8.5 m 燃料電池大巴為例，電堆、空氣濾清器、空調(diào)散熱組件、高壓閥體以及氫燃料存儲鋼瓶等核心系統(tǒng)全部頂置，就是充分考慮了燃料電池能量轉(zhuǎn)化的特性而做出的結(jié)構(gòu)層面的安全設(shè)定(見圖 3)。

鑒于大量的試驗和燃料電池整車的實際運行，氫燃料電池汽車的碰撞安全性能是完全有保證的，能夠滿足和符合國家碰撞安全標(biāo)準(zhǔn)。然而，盡管在安全性方面已經(jīng)證明氫燃料電池汽車比燃油車還要更安全，但國內(nèi)消費者對此仍存顧慮，而且消費者對氫燃料安全性的擔(dān)憂，在短期內(nèi)難以改變。規(guī)范氫氣安全使用標(biāo)準(zhǔn)，普及氫氣安全知識，讓消費者能更好地理解氫的安全使用，這種引導(dǎo)與公眾意識的提升非常重要。

7. 結(jié)語

通過對法規(guī)、政策、市場、技術(shù)、設(shè)施和安全等因素分析，我國要實現(xiàn)燃料電池汽車大規(guī)模商業(yè)化的發(fā)展還有很多工作要做，尤其是在實現(xiàn)燃料電池核心零部件及材料國產(chǎn)化，提高燃料電池汽車的壽命和降低成本，加強市場推廣力度，完善加氫站等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和提高消費者對氫安全的認(rèn)知以及對燃料電池汽車的接受程度。根據(jù)我國對燃料電池汽車發(fā)展的規(guī)劃，在不久的將來，燃料電池公交客車成為人們出行的交通工具是完全有可能的。

參考文獻

[1]劉佳，周強. 我國燃料電池汽車及用氫發(fā)展現(xiàn)狀淺析[J]. 太陽能，2017(4):24~29

[2]汪飛杰. 燃料電池發(fā)動機-20℃冷啟動研究[J]. 上海汽車，2017(7):3~6

[3] Takahide E H，Yusuke O，Takashi I et al.Technological assessment of residential fuel cells using hydrogen supply systems for fuel cell vehicles[J]. International journal of hydrogen energy， 2017，42: 26377 ~26388

[4]李建秋，方川，徐梁飛. 燃料電池汽車研究現(xiàn)狀及發(fā)展[J]. 汽車安全與節(jié)能學(xué)報，2014，5(1):17~29

[5]戴梁，樓狄明. 燃料電池公共汽車整車道路性能[J].上海汽車，2017(1):7~12

[6]王琦，羅馬吉，羅仲. 燃料電池汽車車載氫氣安全研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報，2011，33(2):232~235