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

本文來(lái)自 2018 年 3 月 10 日出版的 《 上海汽車(chē)》，作者是北京市氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)工程技術(shù)研究中心的康啟平和張國(guó)強(qiáng)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(chē)是主要空氣污染源之一，控制燃油車(chē)能耗是控制碳排放的重要一環(huán)。因此，燃油車(chē)退出市場(chǎng)已成大勢(shì)所趨，世界各國(guó)紛紛制定了燃油車(chē)禁售時(shí)間表(見(jiàn)表 1)，我國(guó)也正在醞釀燃油車(chē)退出市場(chǎng)的時(shí)間表。

表 1 各國(guó)禁售傳統(tǒng)能源汽車(chē)禁售時(shí)間表

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

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

表 2 氫燃料電池汽車(chē)與傳統(tǒng)汽車(chē)、純電動(dòng)汽車(chē)對(duì)比( 以 12 m 公交車(chē)為例)

國(guó)、加拿大、日本、韓國(guó)等國(guó)家投入了大量資金和人力進(jìn)行燃料電池汽車(chē)研究，豐田、本田、現(xiàn)代等車(chē)企已經(jīng)推出市場(chǎng)化的燃料電池汽車(chē)。目前，我國(guó)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(chǎng)、技術(shù)、基礎(chǔ)設(shè)施和安全等方面對(duì)影響我國(guó)燃料電池汽車(chē)商業(yè)化發(fā)展進(jìn)行了分析，并提出了解決方案。

1. 法規(guī)因素

我國(guó)在《巴黎協(xié)定》中承諾在 2030 年左右使 CO2 排放達(dá)到峰值并爭(zhēng)取盡早實(shí)現(xiàn)，2030 年單位國(guó)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(fèi)比重達(dá)到 20% 左右。

為了實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，我國(guó)必須充分利用風(fēng)能、太陽(yáng)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(dá)成 2030 年 CO2 排放目標(biāo)。目前，我國(guó)風(fēng)能、太陽(yáng)能發(fā)電裝置的配備持續(xù)以全球最快的速度增長(zhǎng)。

然而，因?yàn)轱L(fēng)能、太陽(yáng)能發(fā)電不穩(wěn)定而無(wú)法上電網(wǎng)，利用率極低;又因?yàn)殡娔艽嬖跓o(wú)法長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存的問(wèn)題，大多數(shù)產(chǎn)生的電能只能被浪費(fèi)掉，我國(guó)每年浪費(fèi)的電量約 150 GWh。

而氫能具有能量轉(zhuǎn)移的特性，可將這些無(wú)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(chē)，從而為過(guò)剩的風(fēng)能和太陽(yáng)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(shí)現(xiàn)我國(guó)節(jié)能減排目標(biāo)的重要途徑。

2. 政治因素

最近兩年，國(guó)家相關(guān)部委密集出臺(tái)政策，大力支持燃料電池汽車(chē)的發(fā)展?！吨袊?guó)制造 2025》、《汽車(chē)產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》、《「十三五」國(guó)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(diǎn)任務(wù)，將燃料電池汽車(chē)列為重點(diǎn)支持領(lǐng)域，其發(fā)展線路如表 3 所示。

表 3 中國(guó)燃料電池汽車(chē)發(fā)展線路

明確提出：

到 2020 年實(shí)現(xiàn) 5000 輛級(jí)規(guī)模在特定地區(qū)公共服務(wù)用車(chē)領(lǐng)域的示范應(yīng)用，建成 100 座加氫站;

2025 年實(shí)現(xiàn) 5 萬(wàn)輛規(guī)模的應(yīng)用，建成 300 座加氫站;

2030 年實(shí)現(xiàn)百萬(wàn)輛燃料電池汽車(chē)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(guó)家政策，上海市率先發(fā)布《上海市燃料電池汽車(chē)發(fā)展規(guī)劃》，廣東佛山、湖北武漢、江蘇如皋、浙江臺(tái)州等地方政府也都為各自地區(qū)的燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供政策支持，建立產(chǎn)業(yè)園區(qū)，引進(jìn)整車(chē)企業(yè)及零部件生產(chǎn)廠家，共同推進(jìn)氫能及燃料電池汽車(chē)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。目前國(guó)家對(duì)燃料電池乘用車(chē)補(bǔ)貼高達(dá) 20 萬(wàn)/輛，輕型客、貨車(chē)的國(guó)家補(bǔ)貼為 30 萬(wàn)/輛，而大中型客車(chē)國(guó)家補(bǔ)貼高達(dá) 50 萬(wàn)/輛。

另一方面，我國(guó)對(duì)純電動(dòng)、插電式混合動(dòng)力汽車(chē)補(bǔ)貼政策已逐步退坡，但燃料電池汽車(chē)的補(bǔ)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(duì)氫燃料電池車(chē)的關(guān)注熱情空前高漲。在加氫站建設(shè)上，對(duì)符合國(guó)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(chē)加氫站，每站獎(jiǎng)勵(lì) 400 萬(wàn)元的國(guó)家補(bǔ)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(chǎng)因素

目前，我國(guó)燃料電池汽車(chē)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(guò)程中。隨著國(guó)家對(duì)燃料電池汽車(chē)補(bǔ)貼不退坡以及燃料電池技術(shù)的進(jìn)步和整車(chē)成本不斷下降，我國(guó)燃料電池汽車(chē)市場(chǎng)正逐漸升溫：

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

上海神力、新源動(dòng)力等企業(yè)正在努力實(shí)現(xiàn)電堆及核心零部件國(guó)產(chǎn)化;

福田、宇通、飛馳、申龍等整車(chē)企業(yè)已經(jīng)走在燃料電池汽車(chē)開(kāi)發(fā)的前列，部分樣車(chē)已上國(guó)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(chē)型比例示意圖

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

鑒于目前我國(guó)加氫站數(shù)量還是個(gè)位數(shù)，而輕型貨車(chē)、中大型客車(chē)等商用車(chē)憑借對(duì)加氫站依賴(lài)度小、續(xù)航里程長(zhǎng)、停放點(diǎn)和行駛路線固定等自身特點(diǎn)，商用車(chē)將成為我國(guó)燃料電池汽車(chē)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(guò) 400 km，補(bǔ)貼后售價(jià)為 30 萬(wàn)元，其補(bǔ)貼后的價(jià)格與純電動(dòng)車(chē)非常接近。隨著燃料電池堆技術(shù)的進(jìn)步，核心零部件及材料逐漸國(guó)產(chǎn)化，產(chǎn)業(yè)鏈逐步完善，整車(chē)價(jià)格將不斷下降，最終可與傳統(tǒng)燃油車(chē)媲美。

在乘用車(chē)領(lǐng)域，從 2003 年第一代燃料電池混合動(dòng)力汽車(chē)「超越一號(hào)」到 2015 年上汽榮威 950 燃料電池汽車(chē)，我國(guó)已在燃料電池乘用車(chē)領(lǐng)域進(jìn)行了初步探索并具備了一定的研發(fā)基礎(chǔ)。但是，由于受?chē)?guó)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(chē)的商業(yè)化還有更長(zhǎng)的路要走。

4. 技術(shù)因素

要推動(dòng)燃料電池汽車(chē)的商業(yè)化發(fā)展，則要求其采用的燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)必須在性能、壽命和成本等方面達(dá)到與傳統(tǒng)燃油汽車(chē)相當(dāng)?shù)乃?，并且與純電池汽車(chē)相比具有競(jìng)爭(zhēng)力。目前，制約我國(guó)燃料電池汽車(chē)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(wèn)題：

在燃料電池耐久性方面，國(guó)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(guó)際先進(jìn)水平已經(jīng)超過(guò) 10000 h;

我國(guó)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(shí)驗(yàn)室和樣品階段，空氣壓縮機(jī)和氫氣回流泵等關(guān)鍵部件還沒(méi)有產(chǎn)品供應(yīng);

現(xiàn)階段我國(guó)車(chē)用儲(chǔ)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(chǔ)氫密度為 3.9%，而國(guó)外基本均采用 70 MPa 的碳纖維纏繞塑料內(nèi)膽氣瓶，儲(chǔ)氫密度達(dá)到 5.5%。

基于國(guó)內(nèi)目前的現(xiàn)狀，要實(shí)現(xiàn)燃料電池汽車(chē)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(jìn)一步提高燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)的可靠性和耐久性，并降低電堆成本和鉑用量，開(kāi)發(fā)非 Pt 基催化劑;

(2) 引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，逐步消化，最終實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。根據(jù)我國(guó)已制定的燃料電池汽車(chē)總體發(fā)展規(guī)劃，通過(guò)技術(shù)研發(fā)及示范運(yùn)行，掌握燃料電池汽車(chē)的設(shè)計(jì)與集成技術(shù)，逐步實(shí)現(xiàn)燃料電池電堆、系統(tǒng)、關(guān)鍵材料及核心零部件的國(guó)產(chǎn)化，從而推動(dòng)燃料電池汽車(chē)大規(guī)模商業(yè)化發(fā)展。

5. 設(shè)施因素

從汽車(chē)產(chǎn)業(yè) 100 多年的發(fā)展史來(lái)看，不管傳統(tǒng)燃油汽車(chē)與燃油供給體系，還是電動(dòng)汽車(chē)與電能供給體系，車(chē)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(chē)商業(yè)化推廣初期，我國(guó)應(yīng)該吸取純電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展初期因充電基礎(chǔ)設(shè)施不足而制約電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。比如在 2014 年之前，我國(guó)過(guò)于重視電動(dòng)汽車(chē)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(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展受到充電難的制約。而在 2015 年以后，我國(guó)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(jìn)，電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)化取得突破性進(jìn)展。因此，燃料電池汽車(chē)的商業(yè)化推廣離不開(kāi)制氫、運(yùn)氫及儲(chǔ)氫等配套設(shè)施的協(xié)同發(fā)展：

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

在運(yùn)氫方面，采用魚(yú)雷車(chē)運(yùn)送氫氣是目前國(guó)內(nèi)最廉價(jià)的方法，盡管液態(tài)運(yùn)氫的成本更低，但是目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有建立液態(tài)運(yùn)氫相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，隨著技術(shù)的進(jìn)步和標(biāo)準(zhǔn)的逐漸建立，液態(tài)運(yùn)氫將會(huì)是未來(lái)運(yùn)氫的發(fā)展方向;

在儲(chǔ)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(chē)能否大規(guī)模商業(yè)化。

目前我國(guó)加氫站還非常少，嚴(yán)重制約著燃料電池汽車(chē)的商業(yè)化發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至 2017 年 10 月底，全球正在運(yùn)營(yíng)的加氫站有 274 座，而中國(guó)僅有 7 座，基礎(chǔ)設(shè)施嚴(yán)重落后，無(wú)法支撐燃料電池汽車(chē)的商業(yè)化。然而，燃料電池汽車(chē)現(xiàn)在面臨「雞生蛋、蛋生雞」問(wèn)題——因?yàn)榧託湔静蛔?，所以人們?gòu)買(mǎi)燃料電池汽車(chē)的積極性不高;相反，因?yàn)闆](méi)有人購(gòu)買(mǎi)燃料電池汽車(chē)，所以建更多加氫站的意義不大。

目前，我國(guó)正在加快加氫站的建設(shè)，已經(jīng)規(guī)劃的加氫站超過(guò)了 40 座，佛山云浮預(yù)計(jì)到 2017 年底建成 22 座加氫站?，F(xiàn)階段，我國(guó)將優(yōu)先推動(dòng)商用車(chē)的商業(yè)化發(fā)展，主要是由于商用車(chē)的續(xù)航里程長(zhǎng)、停放點(diǎn)和行駛路線固定，其對(duì)加氫站依賴(lài)程度比較小。另外，我國(guó)主要在氫燃料豐富且廉價(jià)的地方優(yōu)先進(jìn)行示范運(yùn)行，減少氫燃料的運(yùn)輸。比如利用張家口的棄風(fēng)、棄電進(jìn)行電解水制氫，然后在張家口建加氫站并進(jìn)行燃料電池汽車(chē)示范運(yùn)行。

6. 安全因素

消費(fèi)者的心理對(duì)燃料電池汽車(chē)商業(yè)化的發(fā)展也有較大的影響。有人說(shuō)燃料電池汽車(chē)帶著氫氣瓶就像帶個(gè)氫彈，這造成很多人對(duì)氫燃料電池汽車(chē)安全問(wèn)題的擔(dān)憂。實(shí)際上，氫比石油還要更安全，儲(chǔ)氫罐的密封較好，即便氫氣泄漏，由于氫是最輕的氣體，擴(kuò)散性極強(qiáng)。在開(kāi)放空間，氫氣的擴(kuò)散系數(shù)是汽油的 12 倍，從危險(xiǎn)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(shí)，由于氫氣密度遠(yuǎn)低于空氣，爆炸會(huì)發(fā)生在氣源上方，而汽油的爆炸則發(fā)生在燃料周?chē)?，汽油的危險(xiǎn)程度遠(yuǎn)甚于氫氣。

圖 2 氫燃料汽車(chē)與汽油汽車(chē)的燃料對(duì)比試驗(yàn)

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(shí)影響范圍要小得多，這與美國(guó)邁阿密大學(xué)的 Swain 博士的試驗(yàn)結(jié)論一致 [6](見(jiàn)圖 2)。

對(duì)于燃料電池汽車(chē)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(chǔ)中的氫氣，如果遭遇來(lái)自外界的明火燃燒，則會(huì)自動(dòng)關(guān)閉多級(jí)閥體。車(chē)載檢測(cè)系統(tǒng)，偵測(cè)到鋼瓶或管路出現(xiàn)氫燃料泄漏，控制系統(tǒng)會(huì)即刻關(guān)閉氫氣輸出，避免與氧氣混合，確保不會(huì)自燃。

圖 3 燃料電池客車(chē)氫系統(tǒng)布置示意圖

企業(yè)對(duì)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(guò)合理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，燃料電池汽車(chē)具備多重容錯(cuò)設(shè)定，保證氫燃料在不同危險(xiǎn)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(chǔ)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(jiàn)圖 3)。

鑒于大量的試驗(yàn)和燃料電池整車(chē)的實(shí)際運(yùn)行，氫燃料電池汽車(chē)的碰撞安全性能是完全有保證的，能夠滿足和符合國(guó)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(chē)比燃油車(chē)還要更安全，但國(guó)內(nèi)消費(fèi)者對(duì)此仍存顧慮，而且消費(fèi)者對(duì)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(shí)，讓消費(fèi)者能更好地理解氫的安全使用，這種引導(dǎo)與公眾意識(shí)的提升非常重要。

7. 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)法規(guī)、政策、市場(chǎng)、技術(shù)、設(shè)施和安全等因素分析，我國(guó)要實(shí)現(xiàn)燃料電池汽車(chē)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(shí)現(xiàn)燃料電池核心零部件及材料國(guó)產(chǎn)化，提高燃料電池汽車(chē)的壽命和降低成本，加強(qiáng)市場(chǎng)推廣力度，完善加氫站等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和提高消費(fèi)者對(duì)氫安全的認(rèn)知以及對(duì)燃料電池汽車(chē)的接受程度。根據(jù)我國(guó)對(duì)燃料電池汽車(chē)發(fā)展的規(guī)劃，在不久的將來(lái)，燃料電池公交客車(chē)成為人們出行的交通工具是完全有可能的。

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