儲鑫 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、動力性高、燃料加注時間短等特點，將成為未來的終極環(huán)保汽車。文章介紹了美國、歐盟、日本、韓國、中國等國家政府對氫燃料電池汽車的戰(zhàn)略規(guī)劃，對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行了綜述，就氫燃料電池汽車的市場發(fā)展瓶頸和商業(yè)化推廣制約因素進行了分析，并對氫燃料電池汽車未來的發(fā)展趨勢進行了預測與展望。

關鍵詞：氫燃料電池汽車;氫氣加注站;示范工程;發(fā)展狀況;未來展望中圖分類號：U469.7

文獻標識碼：A? 文章編號：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，預計到2020年將突破12億輛[1]?；谀茉纯萁呶C和尾氣排放造成的環(huán)境污染日趨嚴峻，新燃料汽車越來越受到世界各國政府、汽車廠商和相關研究機構的普遍重視和青睞[2]。作為目前2l世紀最有發(fā)展前景的新能源環(huán)保型汽車——氫燃料電池汽車，氫燃料電池汽車在全球范圍內已邁入示范運行和初步商業(yè)應用階段。在氫燃料電池汽車的研究開發(fā)與推廣應用中，美國、歐盟、日本、韓國居國際領先地位。

1.1 美國

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

作為曾經(jīng)全球汽車第一制造商的美國通用汽車公司，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)內認為是氫燃料電池車領域的經(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），開展了對氫燃料電池汽車的研發(fā)與商業(yè)推廣。歐盟國家中以德國、法國、英國等政府對氫燃料電池汽車的研發(fā)與商業(yè)化推廣最為重視，隨著成員國的不斷增加和研究的深入，EIHP1已發(fā)展到EIHP2。

德國是世界第三大汽車市場，也是歐洲乃至全球氫燃料電池汽車研究的先驅，德國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政府宣布，在德國全境共同投資建立氫燃料加注網(wǎng)絡，到2015年建成1000個加氫站，預計至2020年，德國將向市場投入50萬輛氫燃料電池汽車[5-6] 。

法國是世界第四大汽車制造國，2001年，法國研技部與雷諾汽車公司共同啟動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，采用先進電子系統(tǒng)控制，并用蓄電池儲存和回收能量[7] 。

1997年，英國政府開啟了氫燃料電池汽車技術有關的前瞻性研究計劃，主要是通過引進國際先進氫燃料電池汽車投資項目的方式，以實現(xiàn)氫燃料電池汽車的本土化生產(chǎn)，最終使英國成為歐盟氫燃料電池汽車的開發(fā)及制造中心。按照計劃，2030年英國氫燃料電池汽車的保有量將達到160萬輛，2050年氫燃料電池汽車其市場占有率達到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目計劃（JHFC），投資25億美元用于氫能和氫燃料電池汽車的技術研究以及氫氣加注站等基礎設施的建設。計劃到2025年，投放到市場的氫燃料電池汽車達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和歐洲，處于全球領先水平。

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，Clarity Fuel Cell氫燃料電池汽車可在3分鐘內加注充氣，一次充氣最高續(xù)航里程達到750公里[4]。

1.4 韓國

韓國政府對氫燃料電池汽車的研發(fā)與推廣極為重視，在韓國工業(yè)部設置了氫燃料電池汽車研發(fā)、加氫站建設、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汽車集團之一的韓國現(xiàn)代汽車公司，早在1998年專門針對氫燃料電池汽車燃料電池堆和系統(tǒng)技術的研發(fā)成立了麻北生態(tài)技術研究院。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)，并成為全球首個實現(xiàn)批量生產(chǎn)氫燃料電池車的汽車廠商。

1.5 國外氫燃料電池汽車的量產(chǎn)及商業(yè)化進程

與電動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存在感極低，氫燃料電池汽車的商業(yè)化市場推廣還有一段相當艱難的道路要走。

目前，以日本、韓國、美國、歐盟等為代表的發(fā)達國家和地區(qū)，除對氫燃料電池汽車的關鍵技術展開深入研究外，對嚴重制約氫燃料電池汽車商業(yè)化進程的加氫站等基礎配套設施加大了投資力度。歐洲方面，以德國、英國、丹麥等為代表的國家，正加快推進氫燃料電池汽車加氫站的建設。如今，丹麥已基本實現(xiàn)加氫站全國覆蓋，英國、德國也在提高國內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)化進程大致可分為四個階段：第一階段（2000年之前），國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），對氫燃料電池汽車關鍵技術進一步攻關與示范、體驗、驗證使用;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，標志著氫燃料電池汽車進入商業(yè)化初期階段。

目前，從全球氫燃料電池汽車的量產(chǎn)規(guī)模和市場商業(yè)化份額看，日本和韓國的氫燃料電池汽車技術處于領先水平，市場份額占據(jù)主導地位。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)逐年成倍增長趨勢。其中，在國際上真正實現(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 國內氫燃料電池汽車發(fā)展概況

我國政府十分重視氫燃料電池汽車的研究與開發(fā)，“九五”期間，氫燃料電池技術和氫燃料電池汽車就已經(jīng)被提升到國家戰(zhàn)略規(guī)劃層次。特別在國家“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、加氫站建設和氫燃料電池汽車示范運行被列入國家規(guī)劃重點支持方向。我國氫燃料電池汽車相關技術研發(fā)與商業(yè)化推廣與國外不同，主要以國內相關高校、科研院所、汽車廠家聯(lián)合攻關，政府以“863”和“973”等科技計劃項目的形式提供資金支持。迄今為止，我國氫燃料電池汽車技術經(jīng)過了十幾年的攻關與研發(fā)，取得了明顯進步，已經(jīng)初步具備了小批量生產(chǎn)的條件。但我國氫燃料電池汽車的整車加速性能、燃料電池堆、發(fā)動機功率等級、氫的制取儲存、續(xù)駛里程、整車成本等與日本、韓國、歐美發(fā)達國家相比，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化元年，世界將邁入氫燃料電池汽車的全新時代。面對這一世界汽車市場格局重新洗牌的歷史機遇，基于我國傳統(tǒng)燃油汽車與發(fā)達國家的差距以及國內氫燃料電池汽車現(xiàn)有的研發(fā)基礎，我們趕超世界汽車工業(yè)先進水平的唯一途徑就是發(fā)展氫燃料電池汽車，真正實現(xiàn)由“汽車大國”向“汽車強國”轉變的目標。

3 氫燃料電池汽車的發(fā)展瓶頸與商業(yè)化進程制約因素

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

（1）燃料電池壽命短、整車成本高，嚴重限制了消費者對氫燃料電池汽車的購買欲望與信心。

（2）氫氣加注站網(wǎng)點少、配套設施建設滯后，嚴重影響了氫燃料電池汽車的市場推廣應用與商業(yè)化進程。

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測。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)國際能源署預測，2030年氫燃料電池汽車在世界汽車銷量中的比重有望達到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)渡過了技術開發(fā)最艱難的階段，自2015年開始真正進入到市場導入和商業(yè)化推廣初步階段。氫燃料電池汽車技術是當今的前沿技術，具有無噪音、零污染、續(xù)駛里程長、動力性高、燃料加注時間短等顯著優(yōu)點。作者認為，氫燃料電池汽車商業(yè)化之路將除受到自身技術發(fā)展程度和世界能源走勢的影響之外，售價和氫氣加注站相關基礎配套設施建設是影響和決定氫燃料電池汽車商業(yè)化普及的最關鍵因素。隨著科技進步、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、整車成本過高、氫氣加注站配套設施建設滯后等問題將會逐步得到解決，更多的消費者將會了解并接受氫燃料電池汽車。在未來相當長的時間內，依據(jù)消費者的個性需求差異，燃油汽車、純電動汽車、混合動力汽車和氫燃料電池汽車將會呈現(xiàn)共分天下的態(tài)勢。

參考文獻

[1] 辛妍.國外燃料電池汽車發(fā)展——性能、優(yōu)勢、挑戰(zhàn)及應對[J].新經(jīng)濟導刊，2015（8）：38-43.

[2] 田密.我國新能源汽車企業(yè)競爭力研究[D].華東師范大學2018.

[3] 顧鋼.國外氫能技術路線圖及對我國的啟示[J].國際技術經(jīng)濟研究，2004，4（7）：34-37.

[4] 吳澈.燃料電池汽車動力系統(tǒng)匹配及控制策略研究[D].太原，中北大學，2016，6-7

[5] 宋雯，郭家強.歐美發(fā)展氫能和燃料電池汽車的舉措及對我國的建議[J].中外能源，2008，13（1）：20-22.

[6] Blanco S.Germany will have 50 hydrogen stations by 2015[R/OL]. （2012-6）.http：//green.autoblog.com/2012/06/21/germany-will-have- 50-hydrogen-stations-by-2015.

[7] 郭寶圣.車載制氫式燃料電池電動汽車混合動力系統(tǒng)設計與研究[D]，杭州，浙江大學，2015，7-8.

[8] R Cozzolino，S P Cicconardi，E Galloni，et a1.Theoretical and experi -mental investigations on thermal management of a PEMFC stack[J]. International Journal ofHydrogen Energy，2011，36（13）： 8030-8037.

[9] 陳虹港.70MPa復合材料氫氣瓶液壓疲勞試驗裝置及壓力和溫度控制方法研究[D]，2014，3-4.

[10] 方瑜.基于中國專利的氫燃料電池發(fā)展趨勢分析[J]，長春師范大學學報，2017，36（10）：62-66.

[11] 曹建國，廖然，楊利花.燃料電池電動汽車發(fā)展現(xiàn)狀與前景[J].新材料產(chǎn)業(yè)，2015，（4）：58-63.