儲(chǔ)鑫 周勁松 劉東華 周康寧

摘 要：氫燃料電池汽車具有無噪音、零污染、續(xù)駛里程長(zhǎng)、動(dòng)力性高、燃料加注時(shí)間短等特點(diǎn)，將成為未來的終極環(huán)保汽車。文章介紹了美國(guó)、歐盟、日本、韓國(guó)、中國(guó)等國(guó)家政府對(duì)氫燃料電池汽車的戰(zhàn)略規(guī)劃，對(duì)世界著名汽車公司研發(fā)、示范與商業(yè)化推廣氫燃料電池汽車的狀況進(jìn)行了綜述，就氫燃料電池汽車的市場(chǎng)發(fā)展瓶頸和商業(yè)化推廣制約因素進(jìn)行了分析，并對(duì)氫燃料電池汽車未來的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了預(yù)測(cè)與展望。

關(guān)鍵詞：氫燃料電池汽車;氫氣加注站;示范工程;發(fā)展?fàn)顩r;未來展望中圖分類號(hào)：U469.7

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1671-7988（2019）04-08-03

1 引言

目前全球汽車保有量正以每年3000萬輛的速度遞增，預(yù)計(jì)到2020年將突破12億輛[1]?；谀茉纯萁呶C(jī)和尾氣排放造成的環(huán)境污染日趨嚴(yán)峻，新燃料汽車越來越受到世界各國(guó)政府、汽車廠商和相關(guān)研究機(jī)構(gòu)的普遍重視和青睞[2]。作為目前2l世紀(jì)最有發(fā)展前景的新能源環(huán)保型汽車——?dú)淙剂想姵仄?，氫燃料電池汽車在全球范圍?nèi)已邁入示范運(yùn)行和初步商業(yè)應(yīng)用階段。在氫燃料電池汽車的研究開發(fā)與推廣應(yīng)用中，美國(guó)、歐盟、日本、韓國(guó)居國(guó)際領(lǐng)先地位。

1.1 美國(guó)

為了推動(dòng)氫燃料電池汽車的研發(fā)和未來商業(yè)化進(jìn)程，早在2002年，美國(guó)能源部（DOE）就制定和頒布了“國(guó)家氫能路線圖”（NHERm），并與美國(guó)汽車研究理事會(huì)（USCAR）聯(lián)合提出了“美國(guó)燃料電池汽車FreedomCAR協(xié)作計(jì)劃” [3]。在美國(guó)相關(guān)政府部門的支持下，通用、福特、豐田、戴姆勒-奔馳、日產(chǎn)、現(xiàn)代等國(guó)際著名汽車公司已在美國(guó)加州等地參與了氫燃料電池汽車的技術(shù)示范運(yùn)行。

作為曾經(jīng)全球汽車第一制造商的美國(guó)通用汽車公司，一直致力于氫燃料電池汽車的研發(fā)[4]。1968年，世界上第一款真正意義上的氫燃料電池汽車由通用汽車公司推出。到2015年通用公司在上海車展上展出了被業(yè)內(nèi)認(rèn)為是氫燃料電池車領(lǐng)域的經(jīng)典之作——Sequel氫燃料電池汽車。

1.2 歐盟

1998年，歐盟制定了氫能路線圖（EIHPl），開展了對(duì)氫燃料電池汽車的研發(fā)與商業(yè)推廣。歐盟國(guó)家中以德國(guó)、法國(guó)、英國(guó)等政府對(duì)氫燃料電池汽車的研發(fā)與商業(yè)化推廣最為重視，隨著成員國(guó)的不斷增加和研究的深入，EIHP1已發(fā)展到EIHP2。

德國(guó)是世界第三大汽車市場(chǎng)，也是歐洲乃至全球氫燃料電池汽車研究的先驅(qū)，德國(guó)戴姆勒一奔馳汽車公司與大眾汽車公司是歐盟氫燃料電池汽車的開拓者與領(lǐng)先者。2012年6月，戴姆勒一奔馳汽車公司、大眾汽車公司和德國(guó)政府宣布，在德國(guó)全境共同投資建立氫燃料加注網(wǎng)絡(luò)，到2015年建成1000個(gè)加氫站，預(yù)計(jì)至2020年，德國(guó)將向市場(chǎng)投入50萬輛氫燃料電池汽車[5-6] 。

法國(guó)是世界第四大汽車制造國(guó)，2001年，法國(guó)研技部與雷諾汽車公司共同啟動(dòng)了氫燃料電池汽車的研究，開發(fā)了一款Fever氫燃料電池汽車。Fever氫燃料電池汽車功率20kW，采用先進(jìn)電子系統(tǒng)控制，并用蓄電池儲(chǔ)存和回收能量[7] 。

1997年，英國(guó)政府開啟了氫燃料電池汽車技術(shù)有關(guān)的前瞻性研究計(jì)劃，主要是通過引進(jìn)國(guó)際先進(jìn)氫燃料電池汽車投資項(xiàng)目的方式，以實(shí)現(xiàn)氫燃料電池汽車的本土化生產(chǎn)，最終使英國(guó)成為歐盟氫燃料電池汽車的開發(fā)及制造中心。按照計(jì)劃，2030年英國(guó)氫燃料電池汽車的保有量將達(dá)到160萬輛，2050年氫燃料電池汽車其市場(chǎng)占有率達(dá)到30%-50%[8]。

1.3 日本

2002年，日本政府推出了氫與燃料電池示范項(xiàng)目計(jì)劃（JHFC），投資25億美元用于氫能和氫燃料電池汽車的技術(shù)研究以及氫氣加注站等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。計(jì)劃到2025年，投放到市場(chǎng)的氫燃料電池汽車達(dá)200萬輛，氫氣加注站超過1000座[9]。目前，日本在氫燃料電池及氫燃料電池汽車研發(fā)和商業(yè)化推廣方面已完全超越了美國(guó)和歐洲，處于全球領(lǐng)先水平。

日本豐田汽車公司研發(fā)氫燃料電池汽車始于1992 年。在1996 年，豐田公司推出了第一款RAV4氫燃料電池汽車。2015 年豐田公司展出了旗下第一款商用氫燃料電池汽車FCV，燃料加注只需3分鐘，加注后續(xù)航里程為500Km。而作為日本第二大汽車制造廠商，本田汽車公司在1989年就開始了氫燃料電池汽車的研究，2016年3月10日，本田汽車公司首款真正量產(chǎn)版的氫燃料電池汽車—Clarity Fuel Cell問世并推向市場(chǎng)，Clarity Fuel Cell氫燃料電池汽車可在3分鐘內(nèi)加注充氣，一次充氣最高續(xù)航里程達(dá)到750公里[4]。

1.4 韓國(guó)

韓國(guó)政府對(duì)氫燃料電池汽車的研發(fā)與推廣極為重視，在韓國(guó)工業(yè)部設(shè)置了氫燃料電池汽車研發(fā)、加氫站建設(shè)、加氫站分布以及氫燃料電池汽車安全的工作部門。而作為全球六大跨國(guó)汽車集團(tuán)之一的韓國(guó)現(xiàn)代汽車公司，早在1998年專門針對(duì)氫燃料電池汽車燃料電池堆和系統(tǒng)技術(shù)的研發(fā)成立了麻北生態(tài)技術(shù)研究院。2000年至2013年，現(xiàn)代汽車完成了三代氫燃料電池系統(tǒng)的研發(fā)，并成為全球首個(gè)實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)氫燃料電池車的汽車廠商。

1.5 國(guó)外氫燃料電池汽車的量產(chǎn)及商業(yè)化進(jìn)程

與電動(dòng)汽車全球遍地開花的繁榮景象相比，氫燃料電池汽車的市場(chǎng)存在感極低，氫燃料電池汽車的商業(yè)化市場(chǎng)推廣還有一段相當(dāng)艱難的道路要走。

目前，以日本、韓國(guó)、美國(guó)、歐盟等為代表的發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)，除對(duì)氫燃料電池汽車的關(guān)鍵技術(shù)展開深入研究外，對(duì)嚴(yán)重制約氫燃料電池汽車商業(yè)化進(jìn)程的加氫站等基礎(chǔ)配套設(shè)施加大了投資力度。歐洲方面，以德國(guó)、英國(guó)、丹麥等為代表的國(guó)家，正加快推進(jìn)氫燃料電池汽車加氫站的建設(shè)。如今，丹麥已基本實(shí)現(xiàn)加氫站全國(guó)覆蓋，英國(guó)、德國(guó)也在提高國(guó)內(nèi)加氫站的資金投入和地域覆蓋。

世界氫燃料電池汽車研發(fā)與商業(yè)化進(jìn)程大致可分為四個(gè)階段：第一階段（2000年之前），國(guó)際著名汽車廠商以概念車形式推出了各自研發(fā)的多款氫燃料電池汽車;第二階段（2000-2010年），對(duì)氫燃料電池汽車關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)一步攻關(guān)與示范、體驗(yàn)、驗(yàn)證使用;第三階段（2010-2015年），氫燃料電池汽車逐步在某些特殊領(lǐng)域率先取得商業(yè)化成功;第四階段（2015年以后），以豐田公司Mirai、本田公司Clarity Fuel Cell、現(xiàn)代公司途勝ix35 FCEV、NEXO為代表，氫燃料電池轎車開始面向全球私人用戶銷售，標(biāo)志著氫燃料電池汽車進(jìn)入商業(yè)化初期階段。

目前，從全球氫燃料電池汽車的量產(chǎn)規(guī)模和市場(chǎng)商業(yè)化份額看，日本和韓國(guó)的氫燃料電池汽車技術(shù)處于領(lǐng)先水平，市場(chǎng)份額占據(jù)主導(dǎo)地位。從圖1可以看出，2015年到2018年，全球氫燃料電池車的銷量呈現(xiàn)逐年成倍增長(zhǎng)趨勢(shì)。其中，在國(guó)際上真正實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的車型只有豐田Mirai、本田Clarity Fuel Cell、現(xiàn)代ix35 FCEV、現(xiàn)代NEXO四款車型，在銷量排行中，豐田Mirai占據(jù)全球氫燃料電池汽車銷量排行榜首位置。

2 國(guó)內(nèi)氫燃料電池汽車發(fā)展概況

我國(guó)政府十分重視氫燃料電池汽車的研究與開發(fā)，“九五”期間，氫燃料電池技術(shù)和氫燃料電池汽車就已經(jīng)被提升到國(guó)家戰(zhàn)略規(guī)劃層次。特別在國(guó)家“十三五”規(guī)劃中，車載燃料電池耐久性、薄金屬雙極板表面改性技術(shù)、加氫站建設(shè)和氫燃料電池汽車示范運(yùn)行被列入國(guó)家規(guī)劃重點(diǎn)支持方向。我國(guó)氫燃料電池汽車相關(guān)技術(shù)研發(fā)與商業(yè)化推廣與國(guó)外不同，主要以國(guó)內(nèi)相關(guān)高校、科研院所、汽車廠家聯(lián)合攻關(guān)，政府以“863”和“973”等科技計(jì)劃項(xiàng)目的形式提供資金支持。迄今為止，我國(guó)氫燃料電池汽車技術(shù)經(jīng)過了十幾年的攻關(guān)與研發(fā)，取得了明顯進(jìn)步，已經(jīng)初步具備了小批量生產(chǎn)的條件。但我國(guó)氫燃料電池汽車的整車加速性能、燃料電池堆、發(fā)動(dòng)機(jī)功率等級(jí)、氫的制取儲(chǔ)存、續(xù)駛里程、整車成本等與日本、韓國(guó)、歐美發(fā)達(dá)國(guó)家相比，仍存在較大差距[10]。

世界各大汽車廠商都將2015年視為氫燃料電池汽車的市場(chǎng)化元年，世界將邁入氫燃料電池汽車的全新時(shí)代。面對(duì)這一世界汽車市場(chǎng)格局重新洗牌的歷史機(jī)遇，基于我國(guó)傳統(tǒng)燃油汽車與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距以及國(guó)內(nèi)氫燃料電池汽車現(xiàn)有的研發(fā)基礎(chǔ)，我們趕超世界汽車工業(yè)先進(jìn)水平的唯一途徑就是發(fā)展氫燃料電池汽車，真正實(shí)現(xiàn)由“汽車大國(guó)”向“汽車強(qiáng)國(guó)”轉(zhuǎn)變的目標(biāo)。

3 氫燃料電池汽車的發(fā)展瓶頸與商業(yè)化進(jìn)程制約因素

氫燃料電池汽車具有無噪音、零污染、補(bǔ)充能源所需時(shí)間短、續(xù)航里程高等居多優(yōu)勢(shì)，但在推廣和商業(yè)化進(jìn)程中尚困難重重，氫燃料電池汽車發(fā)展瓶頸與商業(yè)化進(jìn)程制約因素主要反映在以下兩個(gè)方面：

（1）燃料電池壽命短、整車成本高，嚴(yán)重限制了消費(fèi)者對(duì)氫燃料電池汽車的購(gòu)買欲望與信心。

（2）氫氣加注站網(wǎng)點(diǎn)少、配套設(shè)施建設(shè)滯后，嚴(yán)重影響了氫燃料電池汽車的市場(chǎng)推廣應(yīng)用與商業(yè)化進(jìn)程。

4 氫燃料電池汽車的未來展望

圖2為氫燃料電池汽車未來銷售預(yù)測(cè)。從圖2可以看出，未來氫燃料電池汽車的需求和銷量將大幅增加。根據(jù)國(guó)際能源署預(yù)測(cè)，2030年氫燃料電池汽車在世界汽車銷量中的比重有望達(dá)到2%-3%，2050年，氫燃料電池汽車在世界汽車銷量中的比重將進(jìn)一步提高到15%左右[11]。

經(jīng)過數(shù)十年的研發(fā)，氫燃料電池汽車已經(jīng)渡過了技術(shù)開發(fā)最艱難的階段，自2015年開始真正進(jìn)入到市場(chǎng)導(dǎo)入和商業(yè)化推廣初步階段。氫燃料電池汽車技術(shù)是當(dāng)今的前沿技術(shù)，具有無噪音、零污染、續(xù)駛里程長(zhǎng)、動(dòng)力性高、燃料加注時(shí)間短等顯著優(yōu)點(diǎn)。作者認(rèn)為，氫燃料電池汽車商業(yè)化之路將除受到自身技術(shù)發(fā)展程度和世界能源走勢(shì)的影響之外，售價(jià)和氫氣加注站相關(guān)基礎(chǔ)配套設(shè)施建設(shè)是影響和決定氫燃料電池汽車商業(yè)化普及的最關(guān)鍵因素。隨著科技進(jìn)步、政府重視和資金的投入，困擾氫燃料電池汽車發(fā)展的電池安全性及壽命、氫燃料貯存技術(shù)、整車成本過高、氫氣加注站配套設(shè)施建設(shè)滯后等問題將會(huì)逐步得到解決，更多的消費(fèi)者將會(huì)了解并接受氫燃料電池汽車。在未來相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，依據(jù)消費(fèi)者的個(gè)性需求差異，燃油汽車、純電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車和氫燃料電池汽車將會(huì)呈現(xiàn)共分天下的態(tài)勢(shì)。

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