這兩年在新能源汽車的市場接受度越來越高，銷量也是節(jié)節(jié)攀升，今年前5個(gè)月，我國新能源乘用車的批量銷量達(dá)到了86萬輛，同比增長2.5倍，增速迅猛。乘聯(lián)會(huì)也兩次調(diào)高了我國新能源汽車今年的銷量預(yù)測，從年初的預(yù)計(jì)今年年銷量200萬輛，調(diào)高到了240萬輛。在這些新能源汽車當(dāng)中，電動(dòng)汽車的風(fēng)頭最勁。
但其實(shí)除了電動(dòng)汽車，氫能汽車也是新能源汽車的重要組成部分。目前，我國政府部門、中外車企和相關(guān)機(jī)構(gòu)正在加強(qiáng)合作，積極推進(jìn)加氫站建設(shè)，并通過示范運(yùn)行自主研發(fā)的氫燃料電池汽車，不斷為氫燃料電池汽車的發(fā)展探索新的應(yīng)用場景，在政策支持和成本下降的雙重利好下，2021年中國氫燃料電池汽車市場有望取得突破式增長。
氫能及燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀
在不久前的第六屆國際氫能與燃料電池汽車大會(huì)上，中國工程院院士陳學(xué)東介紹了我國在高壓氫儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展情況。據(jù)他介紹，目前日本、美國、歐盟等發(fā)達(dá)國家在氫燃料電池技術(shù)方面率先取得了突破，氫能產(chǎn)業(yè)鏈在逐步構(gòu)建，引發(fā)了全球范圍內(nèi)的氫燃料電池研究熱潮。
近年來，我國氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)也在快速發(fā)展，且已形成一定產(chǎn)業(yè)集群，綜合實(shí)力較強(qiáng)的有長三角、珠三角、京津冀等，但距離規(guī)?；瘧?yīng)用還有很大的差距。
據(jù)了解，2020年我國已經(jīng)啟動(dòng)氫能源頂層規(guī)劃工作，2020年12月發(fā)布的《新時(shí)代的中國能源發(fā)展》白皮書提到，將加速發(fā)展綠氫制取、儲(chǔ)運(yùn)和應(yīng)用等氫能產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)裝備，促進(jìn)氫燃料電池技術(shù)鏈、氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》提出，中國將力爭經(jīng)過15年的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)燃料電池汽車商業(yè)化應(yīng)用。
目前，中國多地均已出臺燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)政策，燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)未來數(shù)年有望加速發(fā)展。
比如，北京市的規(guī)劃是，在2023年前，北京市將培育3至5家具有國際影響力的氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈龍頭企業(yè)，力爭推廣氫燃料電池汽車3000輛，氫燃料電池汽車全產(chǎn)業(yè)鏈累計(jì)產(chǎn)值突破85億元；2025年前力爭實(shí)現(xiàn)氫燃料電池汽車?yán)塾?jì)推廣量突破1萬輛，氫燃料電池汽車全產(chǎn)業(yè)鏈累計(jì)產(chǎn)值突破240億元。
上海市計(jì)劃到2023年，建設(shè)100座加氫站，建成并運(yùn)行超30座，形成全國最大的加氫網(wǎng)絡(luò)，產(chǎn)出規(guī)模約1000億元，推廣燃料電池汽車近10000輛。
廣東省在廣州、深圳等地試點(diǎn)開展氫燃料電池乘用車示范運(yùn)行，力爭2022年實(shí)現(xiàn)首批氫燃料電池乘用車示范運(yùn)行。
此外，浙江、江蘇、山東、四川等地也相繼推出了與氫燃料電池相關(guān)的規(guī)劃。有專家預(yù)計(jì)，2025年前我國氫燃料電池汽車和加氫站仍將以示范運(yùn)行為主，2035年燃料電池汽車數(shù)量有望達(dá)到百萬輛級別的商業(yè)應(yīng)用規(guī)模。
除了政府的規(guī)劃，車企也在積極布局。比如上汽集團(tuán)已經(jīng)累計(jì)完成了9款氫燃料電池整車的量產(chǎn)開發(fā)，車型涵蓋乘用車、公交客車、物流車、專用車底盤和重卡，累計(jì)投放市場超500輛。上汽集團(tuán)還表示，未來還會(huì)陸續(xù)推出多款商用車產(chǎn)品。
長城汽車計(jì)劃今年發(fā)布首款燃料電池SUV，并計(jì)劃在2022年北京冬奧會(huì)期間推出首個(gè)燃料電池車隊(duì)。
豐田在今年3月初發(fā)布消息稱，將于2021年春季開始對外銷售氫燃料電池系統(tǒng)。豐田把面向2020年上市的新款燃料電池車（FCV）“未來”（MIRAI）開發(fā)的氫相關(guān)零部件進(jìn)行系統(tǒng)化，預(yù)計(jì)獲得廣泛應(yīng)用。除了卡車和巴士之外，還將在鐵路、船舶、發(fā)電機(jī)領(lǐng)域擴(kuò)大燃料電池的應(yīng)用，以促進(jìn)完善基礎(chǔ)設(shè)施和降低氫價(jià)格。
而且豐田還在去年宣布，將與中國五家大型汽車廠商共同設(shè)立氫燃料電池開發(fā)的合資企業(yè)。豐田希望通過攜手更多合作伙伴，推動(dòng)燃料電池性能提升、促進(jìn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。
儲(chǔ)氫關(guān)鍵技術(shù)取得突破，但仍有短板
目前氫能儲(chǔ)運(yùn)的方式有常溫高壓氣態(tài)氫、深冷常壓液態(tài)氫、深冷高壓超臨界氫、帶壓固態(tài)儲(chǔ)氫等。目前氫燃料電池汽車中采用的主流技術(shù)路線是常溫高壓儲(chǔ)氫，因?yàn)樵摲绞骄哂袣錃庵苽鋲嚎s功耗小、充裝速度快等優(yōu)點(diǎn)。
儲(chǔ)氫其實(shí)主要包括氣氫站、道路運(yùn)氫和車載運(yùn)氫三個(gè)場景，在這些場景中都需要用到儲(chǔ)氫罐，而儲(chǔ)氫罐是目前氫燃料電池汽車發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。
目前中外儲(chǔ)氫罐技術(shù)差距主要集中在儲(chǔ)氫罐材質(zhì)上，包括內(nèi)襯、纖維纏繞層和過渡層材料。
我國車載儲(chǔ)氫罐主流是金屬內(nèi)膽纖維全纏繞氣瓶(Ⅲ型瓶)，內(nèi)襯材料為金屬鋁，儲(chǔ)氫壓力為35MPa，質(zhì)量儲(chǔ)氫密度（氫氣占儲(chǔ)氫罐總質(zhì)量的比重）在3%左右。
而日、美、韓的頭部企業(yè)已經(jīng)量產(chǎn)了全復(fù)合纖維纏繞瓶（IV型瓶），內(nèi)襯材料為塑料，有更好的氣密性、耐腐蝕性、耐高溫性，因此這種儲(chǔ)氫罐儲(chǔ)氫壓力能達(dá)到70MPa，質(zhì)量儲(chǔ)氫密度在5.7%左右。
但需要指出的是，兩種儲(chǔ)氫罐都面臨很大的安全問題。
內(nèi)部來說，儲(chǔ)氫壓力本身很高，無論是35MPa還是70MPa，都是一個(gè)很危險(xiǎn)的壓力數(shù)值。要知道，20MPa的水壓就可以用來切割石材了。其次，氫氣在高壓高溫（30MPa，300℃以上）環(huán)境下，還會(huì)發(fā)生“氫脆現(xiàn)象”，腐蝕金屬，引起裂紋導(dǎo)致儲(chǔ)氫罐破裂。
外部來說，汽車行駛途中還可能發(fā)生碰撞事故，火災(zāi)事故、浸水事故等極端情況，讓原本就比較危險(xiǎn)的儲(chǔ)氫罐增加了破裂、泄露，甚至爆炸的可能性。
由于以上三個(gè)問題存在，兩種儲(chǔ)氫罐都采用了大量的碳纖維材料，同時(shí)，為避免“氫脆現(xiàn)象”發(fā)生，金屬內(nèi)膽儲(chǔ)氫罐還需額外配備液冷系統(tǒng)，以控制罐內(nèi)溫度。綜合下來，一個(gè)儲(chǔ)氫罐的成本達(dá)到了6萬元以上。
陳學(xué)東指出，不管任何方式，氫氣儲(chǔ)運(yùn)裝備一旦失效，就可能會(huì)發(fā)生泄露、燃燒、甚至爆炸，造成重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。因此，氫能儲(chǔ)運(yùn)裝備安全不容忽視，但同時(shí)也要兼顧經(jīng)濟(jì)性。
不過，在陳學(xué)東看來，我國經(jīng)過多年的努力，已經(jīng)基本掌握了氫氣儲(chǔ)運(yùn)的關(guān)鍵技術(shù)，攻克了可靠性設(shè)計(jì)制造關(guān)鍵技術(shù)。
比如高壓臨氫環(huán)境金屬材料損傷機(jī)制問題，“人們研究金屬材料的損傷最早是從高溫高壓環(huán)境開始的，如加氫反應(yīng)器長期在高溫高壓、臨氫條件下運(yùn)行，存在高溫氫侵蝕、氫脆、回火脆等多種損傷。但通過采取有效措施，包括基于風(fēng)險(xiǎn)的檢測、合適的開停車工藝等，可以保障反應(yīng)器30年服役安全。”陳學(xué)冬表示。
受高溫高壓氫影響，人們一直擔(dān)心常溫高壓（>35~50MPa）氫環(huán)境下的金屬氫脆問題。但他特別指出，針對常溫高壓氫環(huán)境，經(jīng)過日本九州大學(xué)、美國桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室，以及浙江大學(xué)所做的相關(guān)研究實(shí)驗(yàn)表明200℃以下溫度、35MPa以下壓力的氫環(huán)境不易導(dǎo)致金屬材料氫脆。
目前在加氫站高壓氣態(tài)氫存儲(chǔ)方面，基于當(dāng)前對金屬材料氫相容性的認(rèn)識，中集安瑞科、浙江藍(lán)能等研制出了20~45MPa Ⅰ型儲(chǔ)氫瓶組（4130X鋼）。基于扁平鋼帶錯(cuò)繞原理，浙大等研制出了50MPa全多層鋼制儲(chǔ)氫容器（7.3立方米）、98MPa全多層鋼制儲(chǔ)氫容器（1立方米）；合肥通用院研制出了140MPa單層鋼制儲(chǔ)氫容器。
美國PDC、Hydropac、德國Hofer和林德等研發(fā)出了金屬隔膜式、液驅(qū)增壓泵式、離子式氫氣壓縮機(jī)，可滿足給70MPa車載瓶加氫。
陳學(xué)東坦承，盡管我國已經(jīng)基本掌握了氫氣儲(chǔ)運(yùn)的關(guān)鍵技術(shù)，但仍有一些技術(shù)難點(diǎn)需要供客，比如我國45MPa壓縮機(jī)可靠性不足、液氫泵的電機(jī)問題也沒有解決；另外，高頻切斷球閥等加氫站重要閥門主要依賴從美國日本進(jìn)口。
在公路運(yùn)氫方面，國內(nèi)還是以20MPa的Ⅰ型和Ⅱ型瓶為主，儲(chǔ)氫量小、儲(chǔ)氫密度低，難以滿足低成本和高效輸配需求。
管道輸氫方面，可以利用現(xiàn)有的天然氣管道摻氫輸送，這樣可以解決一定規(guī)模氫氣的長距離輸配問題，但這也有一個(gè)問題，那就是如果是用于汽車的話，需要比較純的氫，分離的成本會(huì)比較高。
在車載高壓用氫方面，國內(nèi)主要以35MPa的Ⅲ型瓶為主，近期也開發(fā)出了70MPa Ⅲ型瓶，但國內(nèi)限制必須是50MPa以下，因此目前我們用的還是50MPa以下的儲(chǔ)氫罐。
陳學(xué)東總結(jié)說，未來，這些關(guān)鍵的技術(shù)問題，還需要研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)共同努力來克服。
成本在不斷降低
業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，氫燃料電池在功率密度、冷啟動(dòng)溫度、壽命、最高效率等指標(biāo)方面已有大幅改善，燃料電池汽車的成本也正在逐步下降，但要與傳統(tǒng)燃油車進(jìn)行競爭，還有很長一段路要走。
比如，燃料電池堆的成本占燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)成本的50%。有業(yè)內(nèi)人士表示，2020年末，電池堆成本已出現(xiàn)明顯下降，比2020 年初下降超過20%，而且這一趨勢還將延續(xù)。
根據(jù)公開信息顯示，2020年10月，國鴻氫能率先將電堆價(jià)格降至2000元/千瓦以下，推出1999元/千瓦的鴻芯GI電堆。隨后，氫璞創(chuàng)能的新品電堆Now ogen V 將價(jià)格降至1699元/千瓦；深圳氫瑞發(fā)布的A1代燃料電池電堆也打出了最低1199元/千瓦的價(jià)格。
不過，電堆廠商的低價(jià)戰(zhàn)略也附加了訂貨大于500 臺甚至更多訂單的要求，這在目前的燃料電池汽車市場并不太容易實(shí)現(xiàn)。業(yè)內(nèi)人士預(yù)計(jì)，隨著燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)的加速發(fā)展，今年電堆價(jià)格有望真正降至2000元/千瓦之下。
氫燃料電池所必須的質(zhì)子交換膜，被稱為燃料電池汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的“芯片”，主要使用鉑金為催化劑，生產(chǎn)成本很高。去年11月，東岳150萬平方米質(zhì)子交換膜生產(chǎn)線一期工程在位于山東淄博桓臺縣的東岳集團(tuán)投產(chǎn)，標(biāo)志著我國氫能核心材料質(zhì)子交換膜的技術(shù)和生產(chǎn)規(guī)模均邁入全球領(lǐng)先行列，這也有望進(jìn)一步降低燃料電池汽車的價(jià)格。
也就是說，未來隨著氫燃料電池汽車市場規(guī)模的擴(kuò)大，成本將會(huì)大幅降低。
結(jié)語
根據(jù)中國氫能聯(lián)盟的預(yù)測，到2050年氫能將會(huì)成為我國能源體系的重要組成部分，占比將達(dá)到10%，在交通、工業(yè)等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)普及應(yīng)用。但目前來說，氫能還是以試點(diǎn)為主，未來能否真正形成規(guī)模化市場，還需要市場的檢驗(yàn)。
不管怎么樣，陳學(xué)東還是希望政府和企業(yè)因地制宜，不宜一哄而上。
行業(yè)資訊 
在線計(jì)價(jià) 
2021-06-21 17:49:49
微信公眾號
粵公網(wǎng)安備 44030702002479號