[ 導(dǎo)讀 ]我國氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，離不開對(duì)加氫站及儲(chǔ)運(yùn)能上游基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃、投入與扶持。近年來，能源安全問題和環(huán)保壓力愈發(fā)凸顯，全球各...
我國氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，離不開對(duì)加氫站及儲(chǔ)運(yùn)能上游基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃、投入與扶持。
近年來，能源安全問題和環(huán)保壓力愈發(fā)凸顯，全球各國都在大力推動(dòng)新能源汽車發(fā)展。在此大背景下，新能源汽車在國內(nèi)外都得到了高速發(fā)展。
其中純電動(dòng)汽車和插電混動(dòng)汽車因技術(shù)相對(duì)簡單而獲得了快速發(fā)展，而燃料電池汽車雖然相較于純電動(dòng)汽車，具有續(xù)駛里程更高、加氫時(shí)間短等特點(diǎn)，但由于技術(shù)難度高，當(dāng)前還遠(yuǎn)沒有純電動(dòng)汽車和插電混動(dòng)汽車普及。
各大發(fā)達(dá)國家，例如日本、歐洲、美國、韓國等都在氫能汽車及相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施的技術(shù)研究和投資開發(fā)上有了數(shù)十年的積累，且已經(jīng)取得階段性成果。
而我國雖在21世紀(jì)初也開始了相關(guān)研究，但目前在整個(gè)氫能汽車產(chǎn)業(yè)上和上述發(fā)達(dá)國家仍有較大差距。
氫能汽車發(fā)展政策密集出臺(tái)
我國對(duì)于燃料電池的政策扶持和財(cái)政補(bǔ)貼起源已久，早在2001年9月啟動(dòng)的“863電動(dòng)汽車重大科技專項(xiàng)計(jì)劃”中就包含了對(duì)氫能汽車和燃料電池系統(tǒng)的研發(fā)。
在前述國家“十五”863計(jì)劃電動(dòng)汽車關(guān)鍵技術(shù)重大科技專項(xiàng)和“十一五”節(jié)能與新能源汽車重大項(xiàng)目支持下，我國氫能汽車技術(shù)研發(fā)取得重要進(jìn)展.
基本掌握了整車、動(dòng)力系統(tǒng)與關(guān)鍵零部件的核心技術(shù)；建立了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的燃料電池汽車動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)平臺(tái)；形成了燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)、動(dòng)力電池、DC/DC變換器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、儲(chǔ)氫與供氫系統(tǒng)等關(guān)鍵零部件配套研發(fā)體系，具有百量級(jí)氫能汽車動(dòng)力系統(tǒng)平臺(tái)與整車生產(chǎn)能力。
近年來，隨著氫燃料電池技術(shù)的突破和新能源汽車的快速發(fā)展，以及國家對(duì)清潔能源的日益重視，我國開始加大對(duì)氫燃料電池領(lǐng)域的規(guī)劃和支持力度，政策出臺(tái)也越來越集中。
在《中國制造2025》提出實(shí)現(xiàn)氫能汽車的運(yùn)行規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大，達(dá)到1000輛的運(yùn)行規(guī)模，到2025年，制氫、加氫等配套基礎(chǔ)設(shè)施基本完善，氫能汽車實(shí)現(xiàn)區(qū)域小規(guī)模運(yùn)行。
在2011年11月2日發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》中也提到，到2020年我國的氫能汽車總量要超過5000輛，到2030年超過百萬輛。
國內(nèi)氫能汽車研發(fā)經(jīng)過多年發(fā)展已有一定突破，一方面是續(xù)航里程有所提高；另一方面，則是整車制造成本有所下降。
然而，目前中國燃料電池乘用車尚處于試驗(yàn)驗(yàn)證階段，僅有幾款概念車。
例如上汽集團(tuán)曾于2015年4月推出首款國產(chǎn)燃料電池乘用車榮威750FCV，于2017年推出榮威950FCV，一汽紅旗也在2018年10月推出了紅旗
H5(參數(shù)|圖片)燃料電池車，但都未量產(chǎn)。
與此形成鮮明對(duì)比的是中國燃料電池商用車經(jīng)過多年研發(fā)已進(jìn)入商業(yè)化階段，多家車企推出了燃料電池商用車產(chǎn)品。
據(jù)相關(guān)資料顯示，目前國內(nèi)具備氫能汽車生產(chǎn)資質(zhì)的企業(yè)有13家：宇通客車、福田汽車、上汽集團(tuán)、上汽大通、申龍客車、中植汽車、金龍客車、東風(fēng)、飛馳客車、奧新、南京金龍、青年汽車、蜀都客車。其中大部分都是客車和商用車生產(chǎn)企業(yè)。
2017年《新能源汽車推廣應(yīng)用推薦車型目錄》中僅有3款專用車、19款客車入榜，而2018年增至26款專用車、60款客車，專用車、客車車型數(shù)分別是2017年的8.67、3.16倍。
2018年中國氫能汽車產(chǎn)銷均完成1527輛，包括1418輛燃料電池客車以及109輛燃料電池貨車。
出現(xiàn)上述現(xiàn)狀的主要原因是我國的燃料電池相關(guān)技術(shù)還不夠成熟。
氫能汽車的主要結(jié)構(gòu)如下圖所示，主要由高壓壓縮氫氣儲(chǔ)罐、燃料電池電堆、電池組、升壓器、包含電機(jī)與動(dòng)力控制單元的動(dòng)力總成和其他輔助設(shè)備組成。
而燃料電池電堆則是燃料電池車的核心部件。
目前，國際主流氫燃料電池車型，例如豐田
Mirai(參數(shù)|圖片)、現(xiàn)代ix35FCV、本田
Clarity(參數(shù)|圖片) Fuel Cell等，其燃料電池輸出功率都可達(dá)到100kW以上，而我國目前燃料電池產(chǎn)品大多以35kW為主，難以滿足家用乘用車對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)的需求。
此外由于在70MPa儲(chǔ)氫罐等相關(guān)技術(shù)上也不夠成熟，難以達(dá)到500km以上高續(xù)航里程的目標(biāo)。
而其他部件的集成度和可靠度也離家用車需求有一定距離。反之，大客車和物流車等大中型車輛，相比于家用車，有更加充裕的空間，對(duì)系統(tǒng)的集成度要求降低，同時(shí)可以放置更多35MPa儲(chǔ)氫罐來滿足續(xù)航需求。
更重要的是，客車和物流車對(duì)高速行駛需求較小，現(xiàn)有體積功率密度的燃料電池電堆即可滿足其基本需求。
若需要更大功率的電堆，其對(duì)電堆的尺寸重量等要求也遠(yuǎn)較家用車更寬松。
總的來講，我國的氫能汽車核心部件的技術(shù)尚不夠成熟，落后國外廠商約3~4年的時(shí)間。
目前，國內(nèi)燃料電池電堆、進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)、升壓DC-DC等關(guān)鍵材料的生產(chǎn)廠家還不多且多處于研發(fā)、少量試運(yùn)行階段，仍需要進(jìn)口，造成系統(tǒng)成本提高。
技術(shù)壁壘較低的燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)集成的國產(chǎn)化程度也不高。
空壓機(jī)、加濕器、氫循環(huán)裝置等附件系統(tǒng)仍需要進(jìn)口。
在續(xù)航能力、電池壽命等性能方面，與國外存在較大差異。
因此，要繼續(xù)推動(dòng)我國氫能汽車特別是家用車的發(fā)展，必須要在燃料電池電堆大功率、小型化、使用壽命等多個(gè)領(lǐng)域有所突破。
而發(fā)展燃料電池客車和物流車，目前遇到的更現(xiàn)實(shí)的問題是加氫基礎(chǔ)設(shè)施的不匹配。
在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面，截至2018年，中國共有25座建成的加氫站（其中3座已拆除），另有多座在建，但多數(shù)僅供示范車輛加注使用，暫未實(shí)現(xiàn)全商業(yè)化運(yùn)營。
這些加氫站主要分布在經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)、有汽車產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)的地區(qū)，以及地方政府有意愿實(shí)施新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換的地區(qū)。
其中約80%的加氫站集中在廣東、上海、江蘇、湖北、遼寧五個(gè)省份。
以上海為例，上海目前商業(yè)化運(yùn)行的加氫站只有江橋加氫站一座，設(shè)計(jì)加氫能力為每天750kg，能為約120輛物流車加氫。
而僅氫車熟路汽車運(yùn)營（上海）有限公司2018年就在上海投放了約500輛東風(fēng)牌氫燃料電池廂式物流車。
加氫需求的共享不匹配導(dǎo)致江橋加氫站建站至今長期滿負(fù)荷運(yùn)行，大量氫燃料電池物流車加氫需求得不到滿足。
氫能汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展思路
我國將節(jié)能與新能源汽車列為重點(diǎn)發(fā)展十大領(lǐng)域之一，我國發(fā)布的節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖中提出了分三步走的發(fā)展思路。
近五年內(nèi)以中等功率燃料電池與大容量動(dòng)力電池的深度混合動(dòng)力結(jié)構(gòu)為技術(shù)特征，實(shí)現(xiàn)氫能汽車在特定地區(qū)的公共服務(wù)用車領(lǐng)域大規(guī)模示范應(yīng)用，達(dá)到5000輛左右的應(yīng)用規(guī)模。
在2025年左右，以大功率燃料電池與中等容量動(dòng)力電池的電電混合為特征，實(shí)現(xiàn)氫能汽車的較大規(guī)模批量化商業(yè)應(yīng)用，達(dá)到5萬輛的使用規(guī)模。
在2030年左右，實(shí)現(xiàn)以全功率燃料電池為動(dòng)力特征，在私人乘用車、大型商用車領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)百萬輛規(guī)模的商業(yè)推廣。
同時(shí)到2030年，實(shí)現(xiàn)燃料電池電堆比功率從2kW/kg到2.5kW/kg的提升，和燃料電池壽命從5000小時(shí)到8000小時(shí)的進(jìn)步。
整個(gè)過程中，將進(jìn)一步提高氫能汽車低溫啟動(dòng)，可靠耐久、使用壽命等性能并降低整車成本，逐步擴(kuò)大燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)能，完善氫氣供應(yīng)運(yùn)輸及加注基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，支撐氫能汽車的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。
氫能汽車高速發(fā)展離不開基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖中同樣對(duì)加氫站建設(shè)確定了發(fā)展目標(biāo)：到2020年加氫站要超過100座，到2025年超過300座，到2030年超過1000座。
若按上述路線圖中燃料電池車規(guī)模計(jì)算，假設(shè)2020年5000輛車中1/3為乘用車，年加氫量150kg，2/3為商用車，年加氫量為1噸，則到2020年全國年加氫量約3600噸，站均日加氫能力約100kg。
到2025年假設(shè)5萬輛車中1/2為乘用車，1/2為商用車，全國年加氫量約3萬噸，站均日加氫能力約300kg。
到2030年假設(shè)百萬輛車中3/4為乘用車，1/4為商用車，全國年加氫量約36萬噸，站均日加氫能力需達(dá)到約1000kg。
在如此巨大的加氫需求下，目前采用的壓縮氫氣儲(chǔ)運(yùn)方式遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需求，結(jié)合國外特別是美國和日本的發(fā)展情況，液氫儲(chǔ)運(yùn)將成為主流的儲(chǔ)運(yùn)方式。
液氫的密度是常溫常壓下的800余倍，因此液氫儲(chǔ)氫密度高、儲(chǔ)運(yùn)成本低、儲(chǔ)存壓力低，也更安全。
一個(gè)高壓氫氣儲(chǔ)運(yùn)站，采用集束管車儲(chǔ)運(yùn)壓力約為200~700bar，儲(chǔ)氫量約為300~1000kg，占地面積約60~80m2。而采用液氫低溫液體儲(chǔ)罐壓力1~1.3bar，儲(chǔ)氫量約400~6000kg，占地面積約為15~30m2。
可見液氫儲(chǔ)氫量大，加氫站占地面積小，成本低。
同時(shí)，液氫儲(chǔ)運(yùn)的運(yùn)輸成本也更低，一輛40m3液氫槽車可運(yùn)輸約3000kg的氫，充裝時(shí)間只要0.5-2個(gè)小時(shí)，而一輛集束管車只能運(yùn)輸約300kg的氫，充裝時(shí)間也要2-4個(gè)小時(shí)。因此，同重量的氫氣采用液態(tài)儲(chǔ)運(yùn)，費(fèi)用只是壓縮氫氣的十幾分之一。
此外，經(jīng)過氫液化后的氫氣純度高，能夠增加電池壽命及電量。氫燃料電池性能和壽命受CO等雜質(zhì)含量影響很大，而氫的沸點(diǎn)遠(yuǎn)低于CO、H2S等易引起氫燃料電池中毒的雜質(zhì)沸點(diǎn)。
最后，液氫加壓充裝具有更高的效率和更低的成本。
由于液體可壓縮性遠(yuǎn)低于氣體，液氫加注采用的高壓液氫活塞泵出口壓力可達(dá)875bar，能耗只有0.5kWh/kgH2遠(yuǎn)低于同等增壓能力的氫氣壓縮機(jī)。
目前，國際上約400多座加氫站中，已有約1/3采用液氫進(jìn)行儲(chǔ)運(yùn)。
采用液氫儲(chǔ)運(yùn)方式的加氫站建造、運(yùn)行成本低，更有利于加氫站的基礎(chǔ)建設(shè)，有利于促成氫燃料電池汽車與加氫站建設(shè)的良性循環(huán)。
而液氫輸運(yùn)與儲(chǔ)存方式在未來氫能產(chǎn)業(yè)鏈中也將越來越重要，是氫能汽車產(chǎn)業(yè)規(guī)模化應(yīng)用的必然手段。
氫能汽車商業(yè)運(yùn)行需配套加氫站建設(shè)
氫能汽車作為一種新能源汽車，具有很多優(yōu)勢。
相較于純電動(dòng)汽車，氫能汽車的續(xù)航里程更長、充能時(shí)間明顯減少；相較于燃油汽車，氫能汽車和純電動(dòng)汽車的能量轉(zhuǎn)換效率更高，同時(shí)在利用可再生能源制氫的情況下零排放無污染，且使用成本較低。
但是氫能汽車的也存在一定劣勢，目前氫能汽車的使用壽命難以與純電動(dòng)汽車和燃油汽車相較，同時(shí)由于目前技術(shù)尚不成熟，其制造成本高（尤其是燃料電池系統(tǒng)成本），實(shí)際能量轉(zhuǎn)換效率也不及純電動(dòng)汽車。
此外氫能源鏈尚不完善，使氫氣的成本和售價(jià)偏高，造成氫能汽車的使用成本高于純電動(dòng)汽車，仍有較大下降空間。
當(dāng)前中國氫能汽車產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，但氫能汽車關(guān)鍵部件和關(guān)鍵材料要完全實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化尚有很長一段路。
氫能汽車的商業(yè)運(yùn)行和使用需要配套加氫站的建設(shè)，并提供完善的制氫、儲(chǔ)運(yùn)、加氫服務(wù)。
從國外的經(jīng)驗(yàn)看，加氫站建設(shè)要與氫能汽車生產(chǎn)同步進(jìn)行甚至超前發(fā)展，形成良性循環(huán)。
目前我國加氫站建設(shè)主體眾多，缺乏國家統(tǒng)籌和政策配套措施。加氫站是公共事業(yè)范疇，目前項(xiàng)目選址、規(guī)劃管理、安全運(yùn)營缺乏監(jiān)督與管理。
另外加氫站投資巨大，同時(shí)也要集中規(guī)模化科學(xué)管理，以降低建設(shè)運(yùn)營成本和安全運(yùn)行。
因此、我國氫能汽車行業(yè)想要發(fā)展，也離不開對(duì)加氫站及儲(chǔ)運(yùn)等上游基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃、投入與扶持。
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