国家从科技、能源、汽车、环保等多方面制定了支持氢能发展的政策,多角度推动氢能发展。2021年《中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》[1]要求,统筹推进氢能“制储输用”全链条发展,推动加氢站建设,推进可再生能源制氢等低碳前沿技术攻关,加强氢能生产、储存、应用关键技术研发、示范和规模化应用。在《国务院关于印发2030年前碳达峰行动方案的通知》[2]中明确,加快氢能技术研发和示范应用,探索在工业、交通运输、建筑等领域规模化应用。《国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》[4]指出,在氢能与储能等前沿科技和产业变革领域,组织实施未来产业孵化与加速计划,谋划布局一批未来产业。国家发展改革委、国家能源局2022年发布了《氢能产业发展中长期规划(2021—2035年)》[5],规划明确了氢的能源属性,确认氢是未来国家能源体系的组成部分,要充分发挥氢能清洁低碳特点,推动交通、工业等用能终端和高耗能、高排放行业向绿色低碳转型;提出了氢能产业发展各阶段目标:到2025年,基本掌握核心技术和制造工艺,燃料电池车辆保有量约5万辆,部署建设一批加氢站,可再生能源制氢量达到10万~20万吨/年,实现二氧化碳减排100万~200万吨/年;到2030年,形成较为完备的氢能产业技术创新体系、清洁能源制氢及供应体系,有力支撑碳达峰目标实现;到2035年,形成氢能多元应用生态,可再生能源制氢在终端能源消费中的比例明显提升。
中国初步形成较完整的氢能产业链。自科技部“十五”电动汽车重大专项启动燃料电池汽车技术研发以来,经过20年的科技投入,以燃料电池汽车为氢能应用的先导,已经初步掌握氢燃料电池及其关键零部件、动力系统、整车集成和氢能基础设施等核心技术,基本形成氢气制备、储运、加注、燃料电池应用等完整产业链。传统能源企业如中石化、中石油高调进入制氢环节,以中船718所为代表的制氢装备业在全球占有重要地位;涌现了如天海工业、中材科技、沈阳斯林达等储氢瓶装备制造企业和中集安瑞科、鲁西化工、浙江蓝能等长管拖车生产企业;国富氢能、上海舜华、派瑞华等加氢站设备提供商也基本能够满足国内基础设施建设需求。在燃料电池系统方面,有亿华通、上海重塑、清能股份等系统集成商,以及上海神力、新源动力、未势能源等电堆生产企业。在基础材料方面也有生产催化剂的济平新能源、生产质子交换膜的东岳未来氢能。
与中国氢燃料电池汽车发展同期,国际上氢能燃料电池汽车推广也在取得显著的进步,一些国家也在不断更新各自的氢能燃料电池汽车发展战略,以及时跟踪国际发展态势和趋势,总结发展成就,坚定发展信心。
本文首先梳理了全球氢燃料电池汽车发展的现状与特点,介绍了美国发展燃料电池汽车的战略与技术市场趋势;分析了中国氢燃料电池汽车路线图2.0的主要内容,给出了今后15年分阶段的里程碑关键指标,总结了中国氢燃料电池汽车推广、核心技术研发的成果,对标了2021年的关键指标与路线图里程碑指标的差异性,判断了路线图的完成程度;最后,总结了氢燃料电池汽车在以张家口为代表的区域推广应用成功经验,汇总了2022冬奥期间氢燃料电池汽车的运行实践。
1主要国家氢燃料电池汽车技术路线图与最新进展
1.1全球氢燃料电池汽车发展现状与特点
全球发布氢能和燃料电池战略的国家众多,表1为部分国家或区域氢能燃料电池汽车(包括非道路移动工具)计划目标及最新进展。由表可以看出,从总的燃料电池移动装备的推广量上看,美国最多,总数超过6万台套。截至2022年4月推广13000万辆燃料电池乘用车和70辆燃料电池客车以及4辆燃料电池卡车,同时建设了50座为燃料电池汽车提供氢能加注的加氢站,在仓储物流领域推广了5万辆以上的燃料电池叉车[6];在推广目标上,美国仅加州就设定了在2030年推广运行100万辆氢燃料电池汽车和1000座加氢站的阶段性目标,但是其他州并无类似的目标提出。
韩国是目前单纯以道路运行氢燃料电池汽车保有量最高的国家,截至2022年4月,其数量已达到1.9万辆以上,并且与美国一样以乘用车为主,燃料电池客车保有量仅有129辆[8]。与该国制定的2030年推广6.9万辆目标相比,完成度较低,仅有28%,不足1/3;其170座加氢站的数量也与310座的目标相去较远[9]。从表中还可以看出,韩国发布的2040年目标为282万辆氢燃料电池汽车上路运行,加氢站数量1200座,由此可以判断绝大部分仍是乘用车,这一目标也是可见的国家发展目标中最宏大的,数量是中国、日本与美国加州3个区域目标的总和。
日本是全球开展氢燃料电池汽车规模化生产的国家,主要包括丰田公司和本田公司,其燃料电池乘用车在日本、美国、欧洲均有批量销售。在日本本土,截至2022年4月,共计推广燃料电池乘用车7100多辆,燃料电池客车120辆,加氢站157座,另有近400辆燃料电池叉车[10]。从规划的实现程度上看[11],燃料电池客车数量超过计划2030年100辆的目标,但乘用车推广量仅为计划推广量4万辆的18%,加氢站数量也仅为目标500座的30%。日本发布的2040年推广目标为80万辆氢燃料电池汽车和1000座加氢站,与韩国和加州的情况类似。从车站比来判断,主要仍是乘用车,其120辆燃料电池客车的目标目前已经实现。
中国是除美日韩外第4大氢燃料电池汽车活跃的国家。截至2021年年底,推广燃料电池汽车超过8600辆,建设加氢站200多座。与其他国家相比,中国具有显著的特点:特点1是推广的车型均为商用车,包括客车和货车,乘用车数量少;特点2是加氢站数量多,单站服务的车的数量少,这与商用车的用氢量大相关;最后一点也是最重要的是中国如期实现了2020年的规划目标,原计划5000辆燃料电池汽车和100座加氢站的阶段性目标均已实现。
在欧洲,燃料电池汽车主要在德国和英国有较大规模的推广,但与中美日韩相比,规模有限。德国推广1600多辆车,建设加氢站100多座,另有100多辆燃料电池叉车的保有量[12]。德国推广的汽车中,除1500辆乘用车外,还有70辆的客车和20辆的货车。英国则推广了300多辆乘用车、58辆的客车和36辆的货车,建设加氢站26座[13]。从德国和英国的情况初步判断,包括客车和货车在内的燃料电池商用车占比也较高,虽然低于中国,但远高于美日韩,这透露出欧洲在推广燃料电池汽车方面的优先领域也许是商用车。
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