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中国氢燃料电池汽车产业发展影响因

2023-11-17 01:31 浏览:31

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来源 |《现代化工》2023年第10期

作者 | 毕希，孙仁金，张涵

摘要：中国为了加快“双碳”目标的实现，快速布局氢燃料电池汽车产业的发展，并逐渐成为我国新能源汽车的重要发展方向。从政策和市场供需2个方面梳理中国氢燃料电池汽车的发展现状，分析中国氢燃料电池汽车产业发展的关联要素，站在发展规划、基础设施、技术创新及国际合作4个角度，提出促进中国氢燃料电池汽车产业发展的对策建议。

随着经济社会的不断发展，能源需求不断增长，以煤炭、石油等为核心的传统化石能源的过度消耗，导致能源和环境等问题不断激化，因而，探索绿色环保且高效的可持续发展新型能源显得尤为重要。氢能作为典型的且最具潜能的可再生能源之一，具备零排放、零污染的特点，使用氢能逐渐成为全球缓解能源危机、治理环境污染和实现“双碳”目标的重要途经，因而发展氢燃料电池汽车产业对各国或地区汽车工业，以及能源产业绿色转型升级具有重要战略意义。

2020年9月，我国多家汽车厂商明确提出，将进一步提高氢燃料电池汽车销售量，自此奠定了氢燃料电池汽车在国内汽车市场的地位以及发展方向。上汽集团提出，至2025年，旗下氢燃料电池汽车的销量将突破1万台；北汽也提出了旗下氢燃料电池汽车销售目标，即至2023年，氢燃料电池汽车的销量达4000台，到2025年销量达1.5万台。此外，包括丰田等多家海外汽车厂商也纷纷给出了面向中国市场的氢燃料电池汽车发展规划。国内氢燃料电池汽车尚处发展早期，包括顶层设计、核心科技、配套产业等发展依旧存在滞后性，需要不断完善。本文从中国氢燃料电池汽车产业发展的有利及不利因素出发，全面地探究其影响因素，最终提出对策建议，为中国氢燃料电池汽车产业的发展提供借鉴与参考。

1 中国氢燃料电池汽车发展现状

1.1 发展政策

近年来，国家陆续出台了一系列促进氢燃料电池汽车发展的政策举措，向未来氢燃料电池汽车发展注入了强劲动力。2014—2016年，国家发布了关于氢能产业及氢燃料电池发展规划的政策，明确了中国氢能产业及其燃料电池战略规划目标；2019年，财政部加强对加氢以及充电设施的支持，助力充电、加氢站等的配套设施完善；2020年，能源部印发了《中华人民共和国能源法（征求意见稿）》，首次站在法律层面确定氢能属于能源，同时开始规划氢能顶层设计，落实燃料电池汽车“以奖代补”制度；国家能源局确立了氢能产业发展规划，在《新能源汽车产业发展规划（2021—2035）》中提出至2035年，完成燃料电池汽车商业化发展；2022年，《氢能产业发展中长期规划（2021—2035年）》及《“十四五”可再生能源发展规划》对氢燃料电池汽车的长期发展指明了方向。详见表1。

表1 中国氢燃料电池汽车产业

相关政策

年份	相关政策	意义
2014	《能源发展战略行动（2014—2020年）》	明确了“氢能与燃料电池”是能源科技产业发展的新趋势
2016	《中国氢能产业基础设施路线图》	具化了氢能产业的发展方向，达成能源形式的氢气产量超过720亿m³
2019	《关于进一步完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》	提高新能源车的购置补贴力度，大力推动加氢以及充电基础配套的完善
2019	《鼓励外商投资产业目录（2019年版）》	制定了稳步汽车消费、切实落实完善新能源车的购置优惠补贴
2019	《燃料电池电动汽车整车氢气排放测试方法》	对燃料电池车辆的生产管理等规范性加以明确
2020	《中华人民共和国能源法（征求意见稿）》	倡导推动可以取代油气等形式的新型燃料以及工业原料的研发，同时首次站在法律层面明确了氢能为能源之一
2020	《关于完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》	力争可以在四年内，搭建起氢能以及燃料电池汽车整个系统
2020	《2020年能源工作指导意见》	完善氢能产业体系
2020	《新能源汽车产业发展规划（2021—2035）》	推动燃料电池汽车完成商业化转型
2021	《关于2022年新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》	确保技术指标系统的可靠性，坚定稳步的补贴退坡
2022	《“十四五”现代能源体系规划》	强化储能、氢能、燃料电池多元化示范应用等前沿科技攻关
2022	《氢产业发展中长期规划（2021—2035年）》	阶段性的任务：至2025年，实现燃料电池车辆达到5万台。氢能及燃料电池汽车产业上升至国家战略
2022	《“十四五”可再生能源发展规划》	推动可再生能源规模化制氢利用，开展规模化可再生能源制氢示范

1.2 市场供需现状

1.2.1 氢气产量逐年上升，利好氢燃料电池汽车发展

2016—2021年，中国氢气产量表现为稳步攀升态势，年均增长量约为248.67万t，如图1所示。随着国家“双碳”计划逐步推进，2020年后，大量氢能及燃料电池汽车相关支持政策涌现，2021年中国氢气产量达到3342万t，同比提高33.68个百分点。随着科技水平的不断提升，中国在金属储氢原料方面的产能已超越日本，成为全球最大的储氢原料产销国。氢气产量及储氢原料产销量均处于世界首位，这为国内氢燃料电池汽车产业的可持续发展提供了重要的氢源保障。

数据来源：前瞻研究院

图1 2016-2021年中国氢气产量

1.2.2 氢燃料电池汽车产销量触底反弹，有望突破新高

对比燃油车，氢燃料电池汽车在无污染、零排放以及无噪音等方面有着突出优势；对比纯电动车，在续航久、启动速度快、充电用时短等方面更具优势，将是未来新能源汽车产业的重要发展方向，目前主要应用于商用车及物流车。如图2所示，2016—2019年间，中国氢燃料电池汽车的产销量逐年增加，年均增长量分别为551辆和527辆。2020年受新冠疫情和补贴政策退坡等因素的影响，氢燃料电池汽车产销增速双“腰斩”，产销量分别同比下降57.5%和56.8%。2021年燃料电池汽车产销量恢复增长，相较于2020年分别上涨48.21%和34.75%。随着疫情逐渐得到控制，氢燃料电池汽车产业链的功能基本完全恢复，各省市陆续发布了氢能产业政策，利好氢燃料电池汽车市场发展。2022年1—10月氢燃料电池汽车产销量分别为0.27万辆和0.24万辆，产销量同比增长1.8倍和1.5倍，有望恢复甚至超过疫情前水平。

数据来源：中国汽车工业协会

图2 2016-2021年中国

氢燃料电池汽车产销量

1.2.3 全国加氢站数量逐年增加，区域产业集聚效应显著

随着氢燃料电池汽车产业的不断推广，市场持续增大氢气需求量，加氢站建设随之进入了发展的快车道。如图3所示，2017—2021年间，中国加氢站增长速度迅猛，由10座增加至218座，年均增速为96.68%。截至2022年10月，国内总计建成296座加氢站，在建44座，加氢站数量位居世界第一。随着能源领域有效投资力度不断加大，未来仍将持续增长，有助于提升氢燃料电池汽车需求。

结合我国氢燃料电池汽车产业整体布局来看，区域产业集聚现象明显。如表2所示，华南地区以广东为首，借助完善的示范城市群产业链和对加氢站及技术创新的大力政策补贴，建造了39个加氢站，成为我国规模最大的燃料电池汽车产业集群；华东地区主要集中在山东、江苏、浙江、上海，该地区是我国最早进行氢燃料电池研发与示范的地区，“氢进万家”示范项目使山东省加氢站数量增加至27座，而江苏、浙江和上海联结长三角带状氢能走廊协调发展，破除了单独布局的阻碍，加氢站数量均有所增长；华北地区京津冀地区依托技术和尖端人才资源丰富以及冬奥会带动作用，政策频出，加快了氢燃料电池汽车产业落地。

图3 2017-2021年中国加氢站数量

表2 2021年中国各省市加氢站

建设情况

区域	省份	加氢站数量/座
华南	广东	39
华南	广西	5
华东	山东	27
	江苏	18
	浙江	14
	上海	11
	安徽	3
华北	北京	10
	山西	15
	河北	15
	天津	6
	内蒙古	5
华中	湖北	13
	河南	7
	湖南	5
东北	吉林	9
东北	辽宁	6
西南	四川	15
西北	新疆	2

2 中国氢燃料电池汽车产业发展影响因素分析

相较于石油和锂电池，氢燃料电池在无污染、可再生以及高续航等方面有着绝对的优势，被视作是车用能源的终极形式。但由于一些不利因素的影响，氢燃料电池也被质疑只是未来的完美技术，无法在当下实现。中国氢燃料电池汽车产业发展影响因素主要包括政策、安全、技术、基础设施等，详见图4。本节将从这些方面解析氢燃料电池汽车产业发展的影响因素，有利于更好地把握氢燃料电池汽车产业的发展态势。

图4 中国氢燃料电池汽车产业发展

影响因素

2.1 有利因素

2.1.1 政策因素——政策密集推动氢燃料电池汽车产业发展

近年来，我国有关部门陆续出台了多项推动氢燃料电池汽车发展的扶持政策，其中包括《中国制造2025》《关于启动燃料电池汽车示范应用工作的通知》等，均将推动氢能以及燃料电池科技的发展作为未来重点发展方向，把燃料电池汽车纳入核心发展领域范畴。

地方政府切实响应国家政策，上海市拟定了《上海市燃料电池汽车发展规划》，江苏、广东等地也都纷纷结合当地现状确立了地方燃料电池汽车行业的发展规划并给予政策方面的扶持，依托建造产业园、引入整车企业和零部件的生产企业、持续突破部分核心技术，加速推动国产化发展；聚力推动氢能和燃料电池汽车行业发展。加氢站建造方面，达到有关技术规范同时加氢能力达到国家规定新造燃料电池加氢站的，每站国家给予400万元补贴。

2.1.2 安全因素——氢燃料电池汽车安全性相对较高

氢燃料电池汽车为氢能的重要利用形式，近年来高速发展，实现了惊人突破，但仍有人对氢燃料电池车的安全性提出疑问。事实上，氢气的安全性远胜于石油，储氢设备的密闭性好，即使发生了泄露情况，氢气扩散数值可达汽油的12倍，拥有最小分子质量的氢气会马上扩散出去。汽油的爆炸能量为同等体积氢气的22倍，出现爆炸情况时，氢气的密度仅为空气的7%，爆炸往往出现于气源上端，而汽油的爆炸则发生在燃料周围，因此，汽油的危险性远高于氢气。车辆生产企业充分关注了包括原料、泄露监控、防爆以及阻燃等各项措施的管理和防范，以确保氢燃料电池汽车使用的安全性。车载监控模块、钢瓶以及管道等如若发生泄露问题，操控单元随即断开输出端，隔断和氧气的混合渠道，从而降低自燃的概率。

2.1.3 市场因素——氢燃料电池汽车产业市场发展前景良好

对比燃油车，氢燃料电池车具有能量转换率高、清洁环保、零排放等优势，对于缓解交通领域高碳排放量有重要意义。在供给方面，未来国内的终端能源系统中，氢能的占比将提高至10%，氢能的供给结构将会围绕以可再生能源为核心的“绿氢”，逐渐代替化石能源期间的高碳氢形式。需求层面上，至2050年，氢能的需求量会提升至6000万t，达到国内终端能源系统的10%以上。截至2060年，国内氢气需求量将上涨到1.3亿t左右，占据我国终端能源体系近20%的份额。我国计划至2025年，基本掌握核心科技和生产技术，燃料电池车的保有量达5万台。市场规模逐步扩大将刺激氢燃料电池汽车产业发展积极性，并带动加氢站配套设施建设，为我国氢燃料电池汽车产业发展创造良好市场条件，开启属于氢燃料电池车的新纪元。

2.2 不利因素

2.2.1 技术因素

（1）电池技术发展受限

氢燃料电池需要多种贵金属作为催化剂才能生成电能，而这些贵金属的价格较高，同时催化剂在使用过程中又会影响氢的质量，这是全球氢燃料电池行业共同面临的难题。国内氢燃料电池方面的发展相对滞后，包括核心原料、主要配件等规模化生产技术并不完善，大多依赖进口，极大限制了国内氢燃料电池产业的自主化发展。包括低铂电极、高密度双极板等在内的多项技术储备，即使已经实现与国外商业化产品相披靡，但大部分依然处在实验室或是试样环节，距离规模化生产道路仍然较远。

（2）无污染的制氢方式成本过高

我国氢能生产模式包括化石燃料制氢、工业副产提纯制氢以及电解水制氢，其中化石燃料制氢围绕煤炭、天然气等为原材料展开，工艺技术十分成熟，成本较低，可以大规模量产，但是生产环节会排放大量的CO2；工业副产制氢则围绕焦炉煤气以及氯碱尾气展开，可降低环境污染，但氢气纯度较低，提纯成本较高，设备投入规模大。相比较而言，电解水的制氢方式围绕可再生能源发电来进行，可以实现真正意义上的绿色制氢，然而这种方式制氢成本较高，且制氢效率较低。

（3）氢能存储运输方式成本高、难度大

在储氢阶段，氢气密度底，常温下为气态，因此，如何将其高密度储存一直是氢气储存技术难题。氢气储存包含了高压气态、低温液态等4种方式，各有优缺点，详见表3。

表3 储氢方式对比

储氢方式	优点	缺点	技术成熟度
高压气态储存	技术完备、投入不高、充放效率较好	储量小、耗能大，需要耐压容器壁，存在氢气泄漏与容易爆破等不安全因素	发展成熟，多应用于加氢站、燃料电池车等领域
低温液态储存	体积较大、储备较为充沛	耗能较高、投入较大、对储存容器材料要求高	技术尚未完全成熟，仅应用于航天和军工领域
液氨/甲醇储存	体积密度及安全性高，储运便捷	技术操作复杂，费用较高，脱氢效率较低	加氢站、车用领域，但距离大规模商业化应用较远
氢化物/吸附储存	安全性好，储存密度高，储氢压力低	储氢性能较差，易于粉化，运输不方便	大部分处于实验室阶段

运输环节，氢的运输渠道主要可分成公路、铁路以及管运。公路运输在高压气氢应用中较为广泛，使用长管拖车将氢气从制氢厂运送至使用厂家或加氢站，运输技术相对成熟，但规模小，运输距离较短。低温液氢槽罐车适合长距离运输，但液化成本高，应用存在局限，仅应用于军工领域。铁路运输模式使用较少，通常配合液氨储氢技术。管道运输支持大批量、大跨度以及低投入的运行环境，优势明显。当前世界上已修建完成的氢气管道近5000多km，而我国管道里程不到100 km，主要原因是前期投资较多，运输成本较高，且管材存在“氢脆”现象等技术难点，都制约着中国管道运输的建设。

2.2.2 基础设施因素——加氢站建设成本高且分布数量少

氢气对于储运技术以及安全性有着极高的要求，这也使得加氢站的建造投入居高不下，而且欠缺加氢等基础配套设施，直接导致国内在氢燃料电池汽车方面的发展受到制约。随着氢燃料电池汽车市场高速发展，国内加氢站建设将紧随其后，但总的来说，国内加氢站数仍然较少，且大部分修建于经济发达区域，还不足形成产业规模化。至2021年年底，中国总计建造的加氢站达255座，其中已投入运营的达到183座、72座待投入使用，投用占比达到70%以上。广东、山东、江苏省在加氢站的建造方面位列国内一线，已建成运营的加氢站分别为39座、27座、18座，这些加氢站主要为示范型加氢站或为示范型燃料电池汽车提供加氢服务，还不具备商业化运营的条件。

3 中国氢燃料电池汽车产业发展对策建议

3.1 制定系统发展规划，完善氢燃料电池汽车产业标准

与日本、韩国等氢能源发展较为成熟的国家相比，中国氢能及燃料电池汽车发展的政策体系尚未形成，且缺乏具有可操作性的实施细则。例如，率先从商用车方向普及氢燃料电池车是一个很好的切入点，扩大氢燃料电池使用范畴，制定完善氢能专项政策，层层落实，助力氢燃料电池汽车产业的全面提高。整个氢燃料电池汽车产业发展需要有国家层面的战略性规划，各地区竞争性发展，或许会引发产业的低端重复性建设现象，继而出现和其他制造业一样的通病。

我国已设立了全国氢能标准化技术委员会以及全国燃料电池及液流电池标准化技术委员会，相继颁布了上百项氢能有关技术规范以及行业规范。基于氢能在多个领域不断的深化发展以及技术不断进步，许多规范急需不断完善，对各种方式的氢能储运、加氢站等的安全问题应当予以高度关注，完善体系以及管理章程，确保整个产业系统的安全性，在明确的目标指引之下，更快更好地发展中国的氢燃料电池汽车产业。

3.2 推进加氢基础设施建设，发挥石化企业储运氢优势

2020年国务院制定的《新能源汽车产业发展规划（2021—2035年）》对氢燃料的制、储、运环节予以确切规定：示范应用高压气态、低温业态等多类储运技术，进一步推动氢燃料运输管道建设，稳步减少储运环节的成本，完善氢燃料的制备、储运等各个环节的制度规范。结合我国政策以及氢能行业的发展势头，有序建设氢气管网、氢运储网络、加氢站等氢能基础设施以及保障氢能消费终端的氢气供应是氢能源发展的核心问题。中国氢气管道仍停留在“百公里”阶段，氢气输配管道修建依旧面临着多方面的难题，但也意味着管运方式未来有着极大的发展潜力。

无论是储氢还是运氢，相比其他行业，石化企业都具有充分优势。截至2020年，国内加油站达11.2万座，油品销售需充分发挥其成品油零售网络的优势，结合氢燃料电池汽车需求，进行加氢站的扩建、改建，扩大终端普及力度，提高市场服务水平，在已有加油站的前提下，扩增储氢、加氢等功能，从而建立多形式合建站，可节约20%～30%投资，充分实现综合能源一体化利用。此外，石化企业也可结合完善的油品配送系统，深入挖掘摸索氢能物流系统，继而建立起经济效益更为高效的储运氢的模式，构建低投入、更为安全以及高效的全新运氢机制。

3.3 合理选择制氢方法，发挥石化企业制氢优势

制氢是整个产业链的起始环节，现阶段为推动氢燃料电池汽车产业快速发展，制氢方式的选择首先应当对制氢成本予以把控。结合有关研究，各个原料制备1kg氢的投入自高至低分别是电解水形式、天然气形式、乙醇形式、煤形式，对应的成本分别是48.27元、28.11元、27.60元、26.32元。选择高成本的电解水制氢，会使得氢电池汽车与燃油汽车相比失去价格优势，更无法与锂电池汽车竞争，不具有经济性，在这样的情况下，制氢仍然以化石燃料和工业副产两类制氢方式为主。

石化企业为油气资源的上游生产单位，在资源储备方面优势显著，其制氢模式多元、产能丰富，扩增提纯设备之后，产品的价格优势也得到进一步的提升，可以为氢能利用提供丰富的氢源。石化行业有着诸多科研实力强劲的科研机构以及工程单位，在包括制氢、原料研制等方面有着一定的优势，可凭借这些力量，在包括制氢、提纯、储能原料、催化剂等各个领域展开科研攻关。

3.4 持续补贴引导技术进步，监测推动氢能技术革新

中国氢燃料电池关键材料和主要配件大多依赖进口，多数技术与国际前沿水平仍有着较大的差距，尚处在实验室以及试样阶段，远未形成系统性的技术体系，生产投入较高，阻碍了中国氢燃料电池汽车产业自主可控的可持续发展。国内氢燃料电池汽车产业发展需要出台国家补贴政策进行扶持，为有关研发企业提供更多充分的产品研发、测试等的空间，敦促企业全面提升产品的品质，引导氢燃料电池汽车产业全面健康发展。要注意的是，为有效避免锂电池车补贴问题，获得补贴的有关企业应当接受第三方的数据监管，加强监督，推动技术革新，加速推动建立起更为全面的具有自主知识产权的大规模制备工艺，完善产品线，推动核心原料等的国产化以及规模化生产。

3.5 充分利用国际合作，促成能源领域互利

中国氢燃料电池汽车各项技术的攻坚还需要一定时间，为尽早实现氢燃料电池汽车产业化，未来中国需加大力度开展国际氢能源合作，寻找更多利益契合点，推动氢能源技术装备、创新研发等领域合作。以日本为例，国际合作进一步推动了日本氢能产业的发展、技术优化以及成本管控，日本与同业内的合作伙伴定期会晤，不断提高国际协作程度。公正的规制架构、国际间联动和对开发人员的鼓励，均提升了该国在氢能领域的技术实力，同时推动了商业化的落地，为全球每位消费者带去惠利，同时促使国际协调政策与行业之间的协作愈加默契。国际氢能供应网络的构建与诸多的投资以及国际合作息息相关，中国石化企业为拓展氢能业务，应积极参加各类氢能发展论坛，掌握行业发展态势，建立起更为高效的合作平台，积极跟进业内各企业的前沿理念以及技术成果，助力中国氢燃料电池车产业的全面飞速发展。

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