燃料電（diàn）池商用車產業發展（zhǎn）現狀與展望

一、前言

能源是國民經濟社會發展的（de）基礎和命脈，能源安全直（zhí）接關乎國家和社會安全。當前我國（guó）對海外原油資源依賴程度較高（gāo），能源安全（quán）存（cún）在隱患 [1]，同時化石（shí）能（néng）源使用產生的碳排放也構成了（le）一定的環（huán）保壓力。隨著國家能源戰略結構（gòu）調整、生態文明建設向（xiàng）縱深推進，傳（chuán）統能源轉型升級已成為（wéi）時代趨勢（shì），能源消費的低碳化、清潔化已（yǐ）成為主流。新（xīn）型能源的產業（yè）化應用，有助於推動能源生產與消費革命、優化能源結構、助力能（néng）源安全（quán）、實現溫室氣體減排和生態環境保護、提（tí）升國家工業裝備（bèi）製造水平 [2]。

氫能是零排放、可再生能源，推廣氫（qīng）能應用成為解決能源危機和環境汙染危機的良好路徑（jìng）。在全球氫能源加速發展的背景（jǐng）下（xià），燃（rán）料電（diàn）池汽車成為（wéi）各（gè）國機構和（hé）企業研發的重點內容之一。2019 年，美國能源部發布了燃料電（diàn）池 8 級卡車發展（zhǎn）目標，提出到 2030 年燃料電池係統壽命達到 25 000 h、峰（fēng）值效率超過 68%。日本和韓國多家汽車公司應用金屬雙極板（bǎn）電堆技術（shù），推出（chū）了適用於乘用車的燃（rán）料電池動力係統解（jiě）決方案。在商用車方麵，基於石墨極板電堆的（de）燃料電池成為極富潛力的動力係統解決方案，歐洲（zhōu）多家汽車公司聯合發展了重型車（chē）輛用燃料電池（chí）係統，德國博世公司開發的燃（rán）料電池係統（tǒng）擬於 2020 年年（nián）底推向市場。

與國際進展同步（bù），我國也在持續加大氫能源在交通領域（yù）的研發和投入力度，積極推動燃料電（diàn）池汽車的投產應（yīng）用 [3]。中國科學院大連化（huà）學物（wù）理研究所 [4] 梳理了材料、關鍵組件、電堆（duī）、係統等燃料電池汽車的技術現狀，分析提（tí）出了燃（rán）料電池性能（néng）衰減（jiǎn）規律與提升策略。我國在（zài）“十五”至“十三五”時期持續布局新能（néng）源相關重大專項，通過（guò）“產學研”聯合研（yán）發模式，攻關突破了一批燃料（liào）電池汽車關鍵技術，較（jiào）好掌握了（le）燃（rán）料電池關鍵材料與組件（jiàn）、電堆集成、係統和整車匹配以及加氫基礎設施建設（shè）等核心技術 [5]。清華大學（xué）技術團（tuán）隊（duì） [6] 研究了國內外燃（rán）料電池汽車核心（xīn）技術開發、推廣應用所麵（miàn）臨的共性問題，闡述了我（wǒ）國燃（rán）料電池汽車產（chǎn）業的發（fā）展態勢，探討適合國情的燃料電池發展路徑。

本文著眼於能源轉型的重大戰略價值，就國際氫能及燃料電池汽車的發展格局與發展態勢開展梳理；論證我（wǒ）國燃料電池（chí）商用車的發展路線，研判製約產業發展的（de）關鍵因素；立足國家產業發展引導政（zhèng）策，提出具體的技術創新發展方向以及發展建（jiàn）議，以期為燃料電池商（shāng）用車產業研究提（tí）供理論參考。

二、發（fā）展燃料電池商（shāng）用車產業的戰略意義

燃料（liào）電池汽車的廣泛應用是支撐實現節能減排（pái）和可持續發展的重（chóng）要技（jì）術方向。美國、歐盟、日本、韓國等（děng）國家或地區（qū）在燃料電池汽車領域開展了較多的技術（shù）研究和應用推廣（guǎng）工作，體現了高（gāo）端（duān）製造業快速發展的勢頭。與之對應，發展燃料電（diàn）池汽車對我國汽車製造業的科技（jì）進（jìn）步與高質量發展構成正向推動力，促進產業由傳統製（zhì）造向高端製造轉變。

在汽車發展方麵，截至 2019 年年底，我國民用汽車（chē）保有量為 2.615×108 輛，其中商用車為 4.05×107 輛，占比為 15.5% [7]。較高的商用車保有量（liàng）帶來了（le）高汙染（rǎn）與高能源消耗問題，如石油消費總量約有 50% 來自於交通運輸業（yè） [8]。商用（yòng）車從傳統（tǒng）動力向無汙染的氫燃料動力轉型，這是實施節能減排行動的主要方向（xiàng）之一。

在能源利（lì）用方（fāng）麵，盡管商用車（chē）的（de）售出量遠低於乘（chéng）用車，但是商用車整體燃（rán）油消耗遠超乘用車 [9]，因此在商用車領域推廣新能源技術的原油替代效果會更為顯著（zhe）。目前，城市公共交通領域的電動化趨勢日益明顯；對（duì）於工作時間長、運行裏程長，特別是在特（tè）定區域範圍內運行的商用車（chē），高儲能密度的氫燃料電（diàn）池動力源將是更有價值的選擇（zé）。

在國家政策方麵，2019 年政府工作報告提出（chū）了（le）“推動（dòng）加氫設（shè）施建設”的任務部署，標誌著燃料電池（chí）汽車發展駛入“快速通道”。《新能（néng）源汽車產業（yè）發展（zhǎn）規劃（2021—2035 年）》也增（zēng）加了合理布局加氫基礎設施，推進氫燃料供給保障體係（xì）的相（xiàng）關內容。根據產業規劃，到 2030 年氫能將成為新能源戰略布局的重要組成部分，氫能產業也將支撐經（jīng）濟（jì）增（zēng）長。

相比電動汽車、混合動力汽車，燃料電池汽車（chē）在補加（jiā）燃料時間和續駛裏（lǐ）程方麵具有優勢。對於續（xù）駛裏程較長、動力性能要求較高、汽車（chē）體積較大（dà）的商用車，燃（rán）料電池是公（gōng）認的優選技術方案；商用車運行在相對固（gù）定的線路上（shàng），對加氫站的依賴性低於乘用車。因此在燃料電池產業發展的初期，發展燃料（liào）電池商用車的（de）價值高（gāo）於乘用車。

三、氫能及燃料電池汽車產業（yè）發展現（xiàn）狀

（一）國外發展情況

在能源安全、碳排放限值等日益突出的能源環境問題背景下，諸多國家（jiā）或地區均設置專門管理機構、投入大量資源、推出相關規劃與政策，促進（jìn）氫能及燃料電池產業的快速發展。

1. 技術發展

美國、歐盟、日本、韓國的燃料電池研發起步較早，在乘用（yòng）車用燃料電池技術方麵已經形成技術領先優勢。美國（guó）早（zǎo）在 1970 年（nián）提出了氫經濟概念，將氫能（néng）及燃料電池（chí）列入能源戰略（luè），近 10 年的經費支持規模超過 16 億美元。日本汽車公司的燃料電池汽車性能先（xiān）進，其燃料電池商業化應用處於世界領（lǐng）先位置；氫動力卡車也成為了汽車企業（yè）合作開發的重（chóng）要方麵。德國在 2006 年啟動了氫能和燃料電池技術國家發展計劃（NIP），以國（guó）家中心（xīn）（NOW-GmbH）的組織形式推進技術開發（fā）工作；計（jì）劃 2025 年燃料電池乘用車成本與（yǔ）當前的電動車相（xiàng）當。韓國在 2003 年將氫能定位為“21 世紀前沿科學計（jì）劃”的主要技術領域之一，相（xiàng）關汽車公司與瑞典企業共（gòng）同研發燃料電池核心技術。

2. 政策支持

美國（guó）發布（bù）了以《國家氫能路線圖》為（wéi）代表的多個氫能規劃，通過《氫燃料電池開發計劃》《能源政策法》等政策支持（chí）氫能技術研發和示範（fàn）應用，將 10 月 8 日定為美國國家氫（qīng）能與燃料電池紀念日。日本在 2013 年（nián）將發（fā）展氫能列入國家計劃，提出了（le）建設氫（qīng）能社會的遠期目標（biāo）；《氫能利用進度表》（2019 年）明確了 2030 年氫能應用的具體目標。歐盟從能源戰略層麵先後發布了《2030 氣候和能源（yuán）框架》《2050 低碳經濟戰略》等政策，成立了（le）燃料電池聯盟（méng）來共同推進（jìn）關鍵（jiàn）技術和產業發展。2020 年（nián），韓國發布了《促（cù）進氫經濟（jì）和氫安全管理法》以促進（jìn）基於安全的（de）氫經（jīng）濟建設，明（míng）確了政府對氫能產（chǎn）業和氫能（néng）企業的行政和財政支持，涵蓋氫能企業培育、援助、人才培養、產（chǎn）品標準化等產業基礎事項；彌補了《高壓（yā）氣體法》《燃氣法》的不足，為電解水製氫等低壓氫氣設備和（hé）氫燃料使用設施（shī）的安（ān）全管理提供了法律依據。

3. 市（shì）場運營

美國的燃料（liào）電池汽車推（tuī）廣與運營量（liàng）較大，美國燃料電池與（yǔ）氫能協會（FCHEA）在其發布的“氫（qīng）能經濟路線圖（tú）”中提出，2030 年美國燃（rán）料電池汽車數量預計（jì）達（dá）到 5.3×106 輛 [10]。韓國推廣燃（rán）料電池車輛超過 5000 輛，建成加氫站（zhàn） 34 座，“氫能經濟發展路線圖”規劃 2040 年燃料電池汽（qì）車累計產量為 6.2×106 輛 [11]。2019 年（nián）日本燃料電池（chí）車輛保有量達到（dào） 3500 輛，加氫站超過 120 座；按（àn）照“氫能利（lì）用進度表”規劃，2030 年燃料電（diàn）池乘用車保有量為 8×105 輛，燃料電池公交車數量為 1200 輛，加氫站數量為 900 座 [12]。歐盟在燃料電池推廣方（fāng）麵積極較高，示範推廣燃料電池乘用車達到（dào） 1080 輛、燃料電池商用車 150 餘輛，20 個國家共建成 177 座加氫站。“歐洲氫能路線圖”提出，2030 年將推廣應用（yòng） 3.7×106 輛乘用（yòng）車、5.0×105 輛輕型商用車、 4.5×104 輛重型載貨車和公（gōng）交車、570 輛（liàng）列車 [13]。

4. 地區發展

美國（guó）加利福尼亞州是全球燃料電池乘用車主要集中地，也是全球燃料電池車推廣最為（wéi）成熟的地（dì）區。韓國因地製宜，按區域逐步開放氫能經濟發展，將安山、蔚山、萬州和全州確（què）定（dìng）為“氫能經濟候選城市（shì）”。法國波城啟用了全球首款燃料電池快速公（gōng）交（BRT），車輛長 18 m，續航裏程超過 300 km，百千米氫（qīng）耗為 10~12 kg，性能堪比有軌電車，但綜合投資降低至 1/4。

（二）國（guó）內發展情（qíng）況（kuàng）

近（jìn）年來，我國從（cóng）發展路線、產業規劃、補貼（tiē）措施（階段性）等方麵出台了係列政策，全方位支持燃料電池產業發（fā）展。以（yǐ）“節能與新能源汽車技術路線圖”[5] 為代表的發（fā）展規（guī）劃（huá），均將氫（qīng）能及燃料電池列為支持發展（zhǎn）產業。

1. 產業宏觀態勢

2016—2019 年，國內燃料（liào）電池汽車銷量（liàng）大幅增加（見圖 1）。根據中國汽車工業協會《2019 年汽車工業經濟運行情況》數（shù）據統計， 2019 年我國燃料電池汽車產銷量分別為 2833 輛、2737 輛，同比增長 85.5%、79.2%。2020 年（nián）上半年因新型（xíng）冠（guàn）狀病毒肺炎疫情原因導致產銷量有所下降。截至2020年6月，我國燃料電（diàn）池汽車累計銷（xiāo）售超過 6000 輛。從汽車銷量數據來看，我國燃料電池汽車產業發展方向與國外存在明（míng）顯（xiǎn）不同：美國（guó）、日本、韓國和歐盟的燃料電（diàn）池汽車推廣以乘用車為主，而我國以商用車為主，已實現量（liàng）產並投入（rù）規模化運營。

圖 1 我國曆年燃料電池汽車銷量情況

注：數據來自中國汽車工業協會發布的（de）《2016 年汽車工業經濟運行情況（kuàng）》《2017 年（nián）汽車工業經濟（jì）運行情況》《2018 年汽車工業經濟運行（háng）情（qíng）況》《2019 年汽車工業經濟運（yùn）行情況》。

按照“節（jiē）能與新能源汽車技術路線圖”預測：2025 年，隨著燃料電池關鍵技術成熟度的提高，燃料電（diàn）池汽車推廣量可達（dá）到 1×105 輛；2030 年，隨著燃料電池核心組件技術持續突破，燃料電池汽車規模化應用達（dá）到 1×106 輛。《中國氫（qīng）能源及燃料電池產業白皮書》預測 [14]：在商用車（chē）應用（yòng）方麵， 2030年燃料電池商（shāng）用車推廣應用量將為 3.6×105 輛，占商用車總銷（xiāo）量的 7%；2050 年將為 1.6×106 輛，市場占比達到（dào） 37%；2050 年交通（tōng）領域（yù）的氫能消費量將為（wéi） 2.458×107 t/a，占交通（tōng）領域整體用能的 19%，其中貨運領域的商用車氫（qīng）能消費占交通領域（yù）氫能消費的比重達到 70%，成為交通領域氫能消費（fèi）增長的主要驅動力。

2. 區域發展情（qíng）況

我國在燃料電池汽車方麵保持了較強的產業扶持力度。截至 2019 年年底，已有 19 個省市、40餘個地級市出台（tái）了推動氫能及燃料電池產業發展的政策規劃，鼓勵（lì）燃料電池公交車、物流（liú）車等商用車的示範運營，初步形成了京津冀、華東、華（huá）南、西南、華中（zhōng）五大燃料電池汽車應用集群。例如，山東（dōng）省作為華東燃料電池汽車產業集（jí）群的重要省份，產業覆蓋氫氣製備（bèi）、儲運、加注、燃料電（diàn）池發動機及關鍵零部件、燃料電池汽（qì）車等領域，多家（jiā）行業龍（lóng）頭企（qǐ）業均取得了相應的技術（shù）攻關（guān）和產業應用突破。截至 2020 年 6 月，山東省示（shì）範推廣燃料電池商用車超過 200 輛，運（yùn）行公交線路 7 條，總裏程超過 1.6×106 km，建（jiàn）成加氫站 6 座。

在國家政策引導下，多個地區重視氫（qīng）能及燃（rán）料電池產業的落地（dì）發展，出現了佛山、張家口、鄭州、成都等燃料電池車輛推廣積極、區位優勢較為（wéi）明顯、產業（yè）鏈相對完善、產業集群化（huà）程度領先的氫能城市。此外，《天（tiān）津市氫能產業發展（zhǎn）行動方案（2020—2022 年）》規劃，2022 年力爭建成至少 10 座加氫站，打造 3 個燃料電池車（chē）輛推廣應用試點示範區；《常熟（shú）氫燃料電池汽（qì）車產業發展行動計劃（2019—2022 年（nián））》提（tí）出，2022 年燃料（liào）電池汽車累計推廣達到 3000 輛（liàng），建成 2~3 座市場化運營的公共加氫站，培育燃料電池汽車企（qǐ）業 1~2 家；《濰坊市氫（qīng）能（néng）產業發展三年行動計劃（2019—2021 年）》要求，在產業（yè）鏈層麵聚焦包含核心（xīn）材料、關鍵組件、電（diàn）堆（duī）開發、係統集成、測試（shì）認（rèn）證、整車匹配等（děng）環節在內的產業集群，培育與產業（yè）發展要求配套的新能源（yuán）創新（xīn）中心和測試中心。

四、燃料電池商用車產業麵臨的問（wèn）題及對策建（jiàn）議

我國燃料電池商用車示範已經（jīng）走在了世界前（qián）列（liè），這是企業技術創新與國家政策支持協同發（fā）力的成果（guǒ）。也要注意到，不少關鍵技術方向仍未完全突破，商用車燃料電（diàn）池的發展還麵（miàn）臨著一些基礎性的製約因素。

（一）氫能和燃料電池（chí）產業發展（zhǎn）的國（guó）家標準與法規體係有待完善

我國氫能和燃料電池產業的發（fā）展速度（dù）很（hěn）快，但氫能燃料電（diàn）池全（quán）產業鏈的技術和檢測規範以及相關法規尚有（yǒu）欠（qiàn）缺，體係完整性有待（dài）加強。現（xiàn）行的法規標準仍將氫（qīng）氣按照危險化學品（pǐn）進行管理，導致加氫站審批、建設和運營的擴大化受到製約。針對上述問題，建議細化氫能和燃料電池關鍵材料與核（hé）心部件的開發規範，建設氫能燃料電池國家技術標準創新基地，完善（shàn）產業技術發展重點方向和目標（biāo），優化區域產業布局（jú）。在明確車用氫（qīng）氣（qì）的（de）能源屬（shǔ）性之後，細化車用氫氣的製備、儲運、加注技（jì）術標準（zhǔn），為加速氫能基礎設施建設提供保障（zhàng）。

（二）關（guān）鍵材料和（hé）核心技術尚未完（wán）全（quán）自主

燃料電池技術研發取得了長足進展，但在核心材（cái）料、關鍵組件的自主研發方麵仍存在較大差距。催化劑、質子膜、碳紙、空壓機等對國（guó）外依賴度較大，氫氣品質、儲存運輸、加氫站（zhàn）建設等方麵的質量和（hé）安全標準不足，氫品質和氫泄露等（děng）高精度檢測設備（bèi）以及權威檢測機構欠缺，嚴重（chóng）製約了燃料電池產業的發展。針對氫能產（chǎn）業技術不成熟、產業發展不經濟等情況，應統籌規劃，發（fā）揮政策對產業薄弱環節的支持和引導作用；合理加強對企業氫能研究的支持，激發企業技術創新的主體（tǐ）作用；強化“產學（xué）研”協同攻（gōng）關，發揮聯合（hé）優勢以促進核心（xīn）技術突破。

（三）加氫基礎設施布局尚不完善

“加氫焦慮”成（chéng）為製（zhì）約燃料電池汽車發展的重要因素之一。在燃料電池汽車推廣（guǎng）的初期，鑒於運營車輛較（jiào）少，市場化的公共加氫站（zhàn）難以通過規模經濟效應實（shí）現收支平衡，因（yīn）營（yíng）利（lì）困難致使相關設施建設的（de）積極性不高，2015—2019 年全球投（tóu）入運營的加氫（qīng）站數量增長緩慢（見圖 2）。基礎設（shè）施不足直接製約了燃料電池汽車推廣應用的規模。鑒於此，可在政策層麵優化加（jiā）氫站建設審批程序和運營監管規定，同時進一步提高（gāo）加氫基礎設施材料、核（hé）心組件和技術（如新型儲氫材料（liào）、液氫儲運）的國產化比例，通過技術進步來（lái）降低加氫站建設成本。相比乘用車，商用車的運營路線比較固定，在商用車的典型運營路（lù）線上建（jiàn）設加氫站，可大幅降低對基礎設施的依賴程度，進而（ér）在加氫站密度偏低的情況支持燃料電池車輛的常態化運營（yíng）。

圖 2 2015—2019 年全球加氫站數量 [15]

（四）燃料電池車輛購置和使用成本仍然較高

燃（rán）料電池成本偏高依然（rán）是燃料電池車（chē）輛推廣應（yīng）用（yòng）的主要製約（yuē）因素。美國能源（yuán）部從整車、燃料電池係統、電堆成本等（děng）方麵對燃料電池車的構（gòu）成成本（běn）進（jìn）行了分析（見圖（tú） 3），相比之下我國燃料電（diàn）池（chí）係統的實際成本與美國還（hái）存（cún）在差（chà）距。雖然我國多個地（dì）區結合自身產業（yè）實際開展（zhǎn）了燃料電池車輛的示範應用，但（dàn）車輛運營成本與傳統燃油車輛相比不具優勢；加氫站建設成本高、運營收支難以平衡等問（wèn）題比較明顯，全（quán）產業鏈的利潤分配沒有得（dé）到有效（xiào）平衡，各個（gè）環節的價值沒有得到合理體現。

圖 3 燃料電池汽車（chē）成本構成 [16]

目前我國（guó）的燃料電池商用車已進入產業化發展的（de）初期階段，為加強競爭力以更好參與全球（qiú）燃料電池產業和技術市場，應（yīng）提（tí）高（gāo）燃料電池（chí）關鍵材料與核心（xīn）組件、加氫站（zhàn）核心部件和關鍵技術的國產（chǎn）化率，推動燃料電池（chí）汽（qì）車製造和加氫站建設（shè）成本的大幅降低。在氫資源豐富的地區率先開展（zhǎn）燃料電池汽車的（de）商業（yè）化推廣，有效降低氫氣使用（yòng）成本；隨後通過技術提升和市場輻射，帶動我國氫能燃料電池產業的整體技術進步和產業發展。

五、燃料電池商用車產業發展展望

燃料電（diàn）池商用車因其在燃料加注（zhù）時（shí）間、續駛裏程和耐久性等方麵的特性，將與純電動汽車形成長期的互補優勢，助力我國從汽車製造業大國（guó）走向強國。在一定的發展周期內，氫能及燃料電池汽車產業（yè）鏈日益完善，氫能基礎設施的完善度與便利程度逐步提升，氫氣價格和燃料電池係統成本（běn）將持續下（xià）降，這些是（shì）燃料電（diàn）池商（shāng）用車市場競爭力（lì）的重要支撐因素。具體而言，我國（guó）燃料電池商用車產業的發展將呈現以下趨勢。

（1）得益（yì）於國家相關政策支（zhī）持和 2022 年北（běi）京冬季奧運會等重大活動的需求牽引，燃料電池商用車產業將繼續處於快速發展態勢（shì）。發展燃（rán）料電（diàn）池商用車，必將打通燃料電池汽車產業鏈、完（wán）善（shàn）氫能基（jī）礎設施建設、建立健全行業（yè）標（biāo）準法規、降低部件及整車成（chéng）本。通過技術進步和規模化效應，積極麵對（duì）國家補貼隨著產業發展而不斷退坡（pō）的局麵，打牢基礎以更好適應後續進入的優勝劣（liè）汰與充分（fèn）競爭階段，促進產業化（huà）向（xiàng）縱深發展（zhǎn）。

（2）燃料電池商用車在城市公交、物資流通等領域率先（xiān）應用之後，伴隨著氫（qīng）能（néng）及燃料電池（chí）的技術發展（zhǎn）與成本下降，將朝著港口碼頭、特定路（lù）線的軌道交（jiāo）通、城際物（wù）流、城際客運（yùn）等領域拓展。考慮到不同地區的能源（yuán）結構差異性，燃料電池商用車和純電動商用車將進入長期共（gòng）存、互為補充的市場應用（yòng）狀態。

（3）第五代移動通信技術深化（huà）應用、車輛智能駕駛技術趨於（yú）成熟，賦予了燃料電池商用（yòng）車與汽車高智能化融合發展（zhǎn）的寶貴（guì）機遇，“燃料（liào）電池（chí）技術 + 智能駕駛技術”將（jiāng）成（chéng）為產業應用創新的重點方向。燃料電池技術將促（cù）進商用車成（chéng）本降低，高智能化帶來的舒適（shì）駕駛體驗將推動（dòng）商業運輸業的快（kuài）速發展，從而為（wéi）經濟社會活動提供更加便（biàn）捷和環保的交通出（chū）行服務。