氢燃料电池汽车——补位者的长与短-EV之家

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氢燃料电池汽车——补位者的长与短

2019-10-30

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汽车纵横杂志社

氢能作为清洁、高效和安全的二次能源，已被视为全球能源结构转型的战略方向，有可能在下半世纪的能源领域逐步占主导地位。在国内，氢能正成为能源体系的重要组成部分，有助于优化能源结构，促进能源革命，应对气候变化，彻底实现交通终端用能清洁化，保障能源转型的合理过渡。预计到2050年，氢能在中国的能源体系中占比将达10%左右。作为工业制造大国和人口大国的中国，在氢能的储量、制取上均有巨大优势，且应用领域丰富，很多工业场景和家庭场景均可用到。作为氢能源的重要应用终端之一，近两年来，氢燃料电池汽车发展迅速，各方对其关注热度也不断升高。名列国家钦定的新能源汽车“三纵”技术路线之一，从曾经舆论中的新能源汽车发展的终极方向到目前各方几乎达成一致的“与纯电动优势互补者”，氢燃料电池汽车近两年来在新能源汽车领域的定位已越来越清晰。它以补位者的角色，与纯电动汽车、插电式混动汽车一起在各个细分领域尝试完成对传统燃油车的替代，并推动汽车产业的转型升级。氢燃料电池汽车目前在国内的发展情况如何？有哪些优势和进一步发展的瓶颈？与另外两种新能源汽车相比，氢燃料电池汽车将走出一条什么样的发展路径？国家将如何布局及推动这一产业的发展？种种问题均需要政府、行业、企业的深思。

从曾经舆论中的新能源汽车发展的终极方向到目前各方几乎达成一致的“与纯电动优势互补者”，氢燃料电池汽车近两年来在新能源汽车领域的定位已越来越清晰。

先与纯电论短

作为国家钦定的新能源汽车“三纵”技术路线之一，相比纯电动与插电式混动汽车，氢燃料电池汽车的步子显然看起来略慢一些。在另外两种车型国内销量占比突破1%时，氢燃料电池汽车似乎终于走到了示范运行的门口，成为近两年来更受资本热捧和行业关注的新焦点。

经过数年发展，新能源汽车特别是纯电动汽车在应用上的一些缺点正越来越突出，特别是充电时间、续航里程、环境适应性、锂电池能量密度及衰减等问题。这就导致了纯电动技术在大型物流车、运输工程车等一系列应用场景中受限。而更令行业焦虑的是，短期内实现技术突破的可能性并不大。

相比之下，氢燃料电池汽车的能源补给时间短，与燃油车加油大致相当，运行效率较高。在续航里程上，氢燃料电池汽车一次加满氢后可跑500-1000km。而且，氢燃料电池汽车与纯电动汽车一样可以做到使用过程中零排放，更重要的是到报废时也不存在污染问题。在使用环境上，氢燃料电池汽车的应用范围更广，特别是可以满足北方冬天低温城市的使用需求，不存在纯电动汽车在过低温度下难以启动或续航衰减太快等问题。

但在乘用车特别是轿车领域，燃料电池轿车的总体积会大于纯电动车型。因为燃料电池动力系统包括储氢瓶、燃料电池发动机和辅助电池等。这对燃料电池在轿车领域的应用是一个挑战。而且，据测算，拥有长续航优势的燃料电池轿车一次加氢的续驶里程至少要在500公里之上才能与同等纯电动车型的成本持平，货车类至少要在200公里以上，否则在成本上并不占优势

“凡是纯电动能干的事，不要用燃料电池，因为性价比很难竞争。”清华大学教授、中国科学院院士欧阳明高指出，燃料电池应当干纯电动不适合的领域，比如商用车、长途卡车等，特别是在北方冬季运行的大客车、物流车等。所以氢燃料电池更适合取代柴油机。

这些恰恰都成了氢燃料电池汽车的发展机会。避开与经营多年的纯电动、插电式混动路线的直接竞争，氢燃料电池汽车采取错位竞争策略，以补位者的角色与其他新能源车型一起在各个细分领域完成对传统燃油车的替代。

在当前国内储能电池电动汽车尚未完全站住脚、燃料电池汽车方兴未艾的情况下，一些车企和社会舆论面对两种技术路径非常纠结、不知所措。中国电动汽车百人会理事长陈清泰认为，正确认识两条技术路线的关系至关重要：“从中长期来说，这两条技术路线各有优势，是互补的关系。在不同的场景各有优劣，不是简单的替代关系。从已知的全球主要国家和主要汽车公司的战略布局来看，2030年之前乘用车电动化的发展主体仍然是储能电池汽车，到2030年大公司的电动汽车平台产能将会达到百万辆，甚至数百万辆级，而燃料电池汽车则仍为数万、或者是数十万辆。要正确引导有效资源的合理配置，实现梯级发展，防止顾此失彼。”

氢燃料电池汽车的中国机会

从能源角度看，中国拥有制氢及基础设施建设的优势。例如资料显示，国内工业副产氢丰富，2018年产量已经达到800万吨。而每年浪费掉的1000亿度可再生能源发的电，可生产200万吨氢气。在高压储氢上，中国制成了全球容积最大的储氢罐。

在氢燃料电池汽车的产业基础方面，同济大学燃料电池汽车技术研究所所长章桐表示，目前国内已经建立了具有自主知识产权的氢燃料电池汽车动力总成技术平台，形成了燃料电池发动机、动力电池、DC/DC变速器、驱动电机、储氢与供氢系统等关键零部件配套研发体系，同时也具备了百辆级燃料电池整车生产能力，并实现了大规模示范运营。“纯电动与混动汽车的发展为燃料电池汽车解决了蓄电池、电机、电控等关键技术、部件的成本、可靠性等重要问题，奠定了电气化的产业基础。”章桐特别提到，（二者）电气架构一样，公用平台化优势突显，并不对立，不存在谁要代替谁的问题。从产业战略角度上，可以保障中国汽车产业转型、以纯电驱动为主的可持续发展、避免走回头路的风险。

章桐认为，无论从国家政策、产业链、整车企业的积极性、还是当前能源架构调整、氢气来源的多元化等条件看，氢燃料电池汽车非常适合在中国发展。特别是政策红利，国家在这方面的政策上的战略定力非常好，从中央政府到地方政府都有相关的支持政策。

三大发展瓶颈待解

“这两者（纯电动汽车与氢燃料电池汽车）从技术成熟度、产业化发展和基础设施来看，处在不同阶段，呈梯级发展态势，储能电池电动汽车的产业链已趋于成熟，基础设施基本形成，生产成本开始接近市场可接受的程度，总体上进入了大规模产业化发展的阶段。”陈清泰指出，相比之下，燃料电池汽车正开始进入示范生产和应用阶段，产业链薄弱环节生产成本比较高，基础设施也在建设，距离大规模产业化发展还有一段距离。

目前，氢燃料电池汽车产业要实现进一步发展，业内普遍认为，主要还有三大发展瓶颈。

一是在能源供给方面，加氢站数量严重不足，与能源相关的环节也存在一系列问题。相比纯电动汽车遇到的充电桩（站）不足的问题，氢燃料电池汽车的能源供应和加氢站建设要复杂得多。

据了解，氢能源的利用从氢的制备开始，包括储存、运输，到最后分配、使用等一系列环节，整个产业链需要氢能源在各个领域都有相应的支撑，但目前一些环节尚有不少难题待解。中国工程院院士杨裕生曾不止一次公开质疑，比如在制氢环节，通过氯碱工艺产生的副产氢虽可以用，但是里面有少量的氯气、氧气，纯化到0.2个PPM的代价非常高，耗能过多。而且，氢的安全运输、分布、储存都有技术问题。

二是从车辆产业角度看，国内氢燃料电池汽车的成本、寿命、可靠性与耐久性等产品的重要指标尚未达到大规模产业化和商业化应用的程度。武汉理工大学首席教授潘牧表示，从性能角度讲，燃料电池有三座大山，性能、寿命、成本。目前燃料电池与纯电动相比虽然在一些应用场景中成本很高，但最大的问题是寿命。

杨裕生也指出，燃料电池的寿命在实验室可以做到一万甚至两万小时，真正上路却实现不了。“因为价格高、制作复杂，造成燃料电池耗能远比内燃机高。还有铂资源，不用铂金的催化剂是世界难题，现在正在攻克，这些问题都要经过长期的研究才能解决。

关于成本，据新源动力股份有限公司工程应用事业部运营总监李汉斌透露，2018年，燃料电池的成本相比2008年已经下降了80%，但是目前这个下降的水平还远远不够。根据测算，到十万辆级别时成本可能做到每千瓦600-700元，但是这个目标离美国DOE水平（在系统层面做到每千瓦200-300元），还有很长的路要走。

一系列问题都需要通过关键技术、核心零部件和重要材料取得突破才有望解决。“关键材料、核心部件、系统和整车我们都有。”章桐指出，但是这里面存在一个巨大的问题，目前所有的关键材料和零部件，特别是从产业链的上游来说，我们不缺实验室技术，我们缺的是批量化的生产技术。

甚至有其他专家指出，目前行业中一些位居世界前列的研究只能在实验室相对理想的环境下实现，其可靠性以及可操作性在产业化生产中未必能够完全实现。中国与国际最先进水平的差距，在20-30年之间。而另一个令行业内外人士担心的问题是，一些材料和核心零部件还严重依赖进口。李汉斌表示，我们现在电堆的关键原材料，能够达到长寿命、高可靠的使用要求的基本依赖进口，比如膜、催化剂、炭质等，目前也在同步进行国产化工作

三是在顶层设计上，虽然目前国内从中央到部分地方省市陆续颁布了针对氢能源产业包括氢燃料电池汽车的一系列支持政策和发展规划，但仍有一些重要环节需要从顶层设计角度加以引导甚至实现突破。相比氢能源的整个产业链，氢燃料电池汽车只是能源利用的一个出口、终端。

目前，与燃料电池汽车整个产业相配套的法律法规，从上游制氢、储氢、运氢、加氢，包括加氢站的建设审批流程、标准规范、验收等，国内虽有却还不够完善。例如一直以来国内将氢气作为易燃易爆品管理，相关企业需投入更多硬件设施，并在运作中遵守更严苛的标准，硬件和运营成本也相应增加。1公斤副产氢出厂价仅十几元，到用户手上价格已翻了数番达到70元左右，还有关于液氢的使用范围和相关规定，氢瓶的年检等，许多基础条件尚不完备。