氫燃料商用車應(yīng)用場(chǎng)景分析及發(fā)展建議 促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步與產(chǎn)業(yè)發(fā)展

2015年5月，國(guó)務(wù)院印發(fā)的《中國(guó)制造 2025》明確提出燃料電池汽車發(fā)展規(guī)劃，將氫燃料電池納入重點(diǎn)領(lǐng)域技術(shù)。2016 年 10 月，中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》對(duì)我國(guó)氫燃料電池汽車的發(fā)展愿景與目標(biāo)、技術(shù)路線進(jìn)行了規(guī)劃。2020年4月，財(cái)政部、工業(yè)和信息化部、科技部、發(fā)展改革委發(fā)布《關(guān)于完善新能源汽車推廣應(yīng)用財(cái)政補(bǔ)貼政策的通知》(財(cái)建〔2020〕86號(hào))，明確提出將原有的中央財(cái)政對(duì)燃料電池購(gòu)置補(bǔ)貼調(diào)整為對(duì)示范城市的獎(jiǎng)勵(lì)，本著“以獎(jiǎng)代補(bǔ)、擇優(yōu)支持”的原則，重點(diǎn)支持符合要求的地區(qū)氫燃料電池汽車技術(shù)攻關(guān)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用示范。

雖然我國(guó)氫燃料電池方面規(guī)劃起步較早，但燃料電池汽車目前還處于產(chǎn)業(yè)化初期，產(chǎn)品相關(guān)性能與傳統(tǒng)車有差距。近年來，戴姆勒等國(guó)際氫燃料汽車先行者，打算暫時(shí)放棄氫燃料在乘用車上的發(fā)展，轉(zhuǎn)向以氫燃料電池替代大馬力柴油機(jī)的商用車領(lǐng)域。優(yōu)先發(fā)展商用車的原因在于：一方面，公共領(lǐng)域平均成本低，能夠起到良好社會(huì)推廣效果，形成規(guī)模后可以帶動(dòng)燃料電池成本和氫氣成本下降;另一方面，商用車行駛在固定線路上且車輛集中，建設(shè)配套加氫站可行性強(qiáng)。當(dāng)加氫站數(shù)量增加、氫氣和燃料電池成本降低時(shí)，又能支撐更多燃料電池汽車應(yīng)用。目前各地已先后在公交、城市物流車、城市管理服務(wù)用車等區(qū)域性應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行示范運(yùn)營(yíng)。

一、氫燃料電池商用車的特點(diǎn)

1.加注時(shí)間短、續(xù)駛里程長(zhǎng)。

以12米公交車實(shí)際運(yùn)行的數(shù)據(jù)為例，加注/充電時(shí)間和續(xù)航性能對(duì)比如表1所示。

為了加大續(xù)航里程，純電動(dòng)汽車需要攜帶更多的鋰電池，導(dǎo)致汽車的成本、自重上升。此外，汽車運(yùn)行過程中容易出現(xiàn)電量驟降等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響續(xù)航里程。氫燃料電池汽車增加續(xù)航里程只需增加氫氣的攜帶量，汽車的自重影響很小，續(xù)航里程能夠得到保證。

2.無污染、零排放。

氫燃料電池的基本原理就是通過電解水的逆反應(yīng)，把氫原子和氧原子分別釋放給電池的正極和負(fù)極，氫原子負(fù)極與電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)后，放出電子抵達(dá)正極，與氧原子重新結(jié)合，產(chǎn)生水。就其基本原理來看，氫燃料電池就是一個(gè)發(fā)電裝置，它發(fā)電時(shí)除了產(chǎn)生熱量與水，沒有其他廢棄物和污染物。

3.環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)

氫燃料電池車與純電動(dòng)車的環(huán)境適應(yīng)性對(duì)比如表2所示。

二、氫燃料電池車的應(yīng)用場(chǎng)景分析

氫燃料電池車相對(duì)純電動(dòng)車具有加注時(shí)間短、續(xù)駛里程長(zhǎng)、低溫環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，但受制于當(dāng)前儲(chǔ)氫、加氫基礎(chǔ)設(shè)施及燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)水平不足以支持長(zhǎng)途、大功率需求場(chǎng)景。綜合分析適用于當(dāng)前氫燃料電池車型的應(yīng)用場(chǎng)景，主要有以下六個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景。

1.城市客車、城郊及旅游客車應(yīng)用場(chǎng)景：城市客車主要以市內(nèi)各支、干線公交應(yīng)用場(chǎng)景為主。其線路固定，路況較好，一般市內(nèi)公交車單程運(yùn)行距離約20km左右，一天總運(yùn)行里程在200km以下，而行駛速度，高峰時(shí)約10km/h,平峰15～20km/h,自由流狀態(tài)下25～30km/h;城郊客車應(yīng)用場(chǎng)景主要以城市主城區(qū)與城市郊區(qū)及短途城際線路為主。相比城市客車，城郊客車運(yùn)營(yíng)距離更長(zhǎng)，路況更加復(fù)雜。旅游客車相較城郊客車，其運(yùn)營(yíng)距離更長(zhǎng)，對(duì)道路、氣候環(huán)境的適應(yīng)性要求更高，要求其既可以在高速路面行駛，也可以在偏遠(yuǎn)地區(qū)和鄉(xiāng)村道路上運(yùn)行。針對(duì)上述城市、城郊及旅游客車應(yīng)用場(chǎng)景特點(diǎn)，燃料電池城市客車匹配50～120kW燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)即可滿足運(yùn)行需求。

2.市政環(huán)衛(wèi)應(yīng)用場(chǎng)景：從功能上主要分為運(yùn)輸型和作業(yè)型兩類，其中運(yùn)輸型車以壓縮式垃圾車/車廂可卸式垃圾車等為主，現(xiàn)有純電動(dòng)產(chǎn)品可滿足運(yùn)輸型車輛絕大部分使用需求，而作業(yè)型車以洗掃、濕掃、高壓清洗、低壓清洗、抑塵等應(yīng)用場(chǎng)景為主。日運(yùn)營(yíng)里程短，但載重大，作業(yè)車速低于10km/h,作業(yè)時(shí)間較長(zhǎng)，上裝功率需求30～40kW，需要持續(xù)大功率輸出，氫燃料環(huán)衛(wèi)車可滿足需要。

3.城市物流應(yīng)用場(chǎng)景：主要以快遞快運(yùn)、日用百貨、家具配送、搬家、五金建材、果蔬肉奶、酒水飲料等應(yīng)用場(chǎng)景為主，其中快遞快運(yùn)、日用百貨、家具配送等計(jì)劃性物流用戶每日運(yùn)距150～200km以內(nèi)，一般載重2噸左右，現(xiàn)有的純電動(dòng)輕卡產(chǎn)品可滿足用戶絕大部分使用需求。而搬家、五金建材為代表的非計(jì)劃性物流、酒水飲料為代表的重載運(yùn)輸、果蔬肉奶為代表的冷藏運(yùn)輸，用戶日運(yùn)距需求大于200km，一般載重3～4噸及以上，適合于氫燃料電池輕卡產(chǎn)品。

4.城際物流應(yīng)用場(chǎng)景：主要集中在京津冀/長(zhǎng)三角/珠三角/成渝等城市群，客戶典型工況特點(diǎn)：主要運(yùn)行于高速公路和國(guó)道、省道上，具有單邊運(yùn)距長(zhǎng)、時(shí)效性高等特點(diǎn)，以快遞快運(yùn)、大件運(yùn)輸、綠通運(yùn)輸、工業(yè)原材料運(yùn)輸為主，常用載質(zhì)量9～14噸、日均運(yùn)營(yíng)里程300～500km，氫燃料中重卡可較好滿足。

5.城市渣土自卸車應(yīng)用場(chǎng)景:主要運(yùn)輸城市基建、房地產(chǎn)開槽、河道修建、道路修建所需原料及產(chǎn)生的廢料，運(yùn)輸品以渣土、建筑垃圾、砂石料為主。渣土運(yùn)輸場(chǎng)景線路相對(duì)固定，載質(zhì)量25～35噸，日運(yùn)營(yíng)里程為200～300km，平均運(yùn)行車速30～50km/h。針對(duì)上述特點(diǎn)，氫燃料電池自卸車搭載100kW及以上的燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)即可滿足整車功率需求，日加氫一次可滿足車輛全天運(yùn)營(yíng)需求。

6.倒短牽引車應(yīng)用場(chǎng)景：車輛主要運(yùn)輸商品車成品及半成品、煤炭、鋼材、生活必需品、建筑材料等大宗貨物，載質(zhì)量約25～35噸，短距離往返于物流園和大型企業(yè)之間及火車站、碼頭等，日均運(yùn)營(yíng)里程100～200km，平均車速30～60km/h。運(yùn)行路線相對(duì)固定方便加氫，根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景特點(diǎn)，氫燃料電池牽引車搭載100kW及以上的燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)即可滿足整車功率需求。

總之，相比純電動(dòng)車型，氫燃料電池車克服了能源補(bǔ)充時(shí)間長(zhǎng)、低溫環(huán)境適應(yīng)性的問題，提高了營(yíng)運(yùn)效率，與純電動(dòng)車型應(yīng)用場(chǎng)景形成互補(bǔ);氫燃料電池車型更適用于路線相對(duì)固定、加氫便利等區(qū)域性應(yīng)用場(chǎng)景。

按照“氫電互補(bǔ)、宜氫則氫、宜電則電”的原則，同時(shí)結(jié)合各場(chǎng)景的應(yīng)用潛力，依據(jù)是否有應(yīng)用車型，同時(shí)確定投資意愿的主體，以北京市為例，建議將氫燃料電池車輛推廣應(yīng)用分為兩個(gè)個(gè)階段：

第一階段：公共領(lǐng)域示范階段(2022年前)

首先以公交專線、環(huán)衛(wèi)等公共領(lǐng)域及園區(qū)物流、企業(yè)班車等場(chǎng)景率先進(jìn)行示范，以2022年北京冬奧會(huì)為關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)需求驅(qū)動(dòng)和科技驅(qū)動(dòng)的雙引領(lǐng)，實(shí)現(xiàn)氫能產(chǎn)業(yè)的躍升式發(fā)展。氫燃料電池車輛產(chǎn)品推廣8～12米公交車、11米旅游車、城市物流、8噸/12噸/18噸環(huán)衛(wèi)車等;在此基礎(chǔ)上，圍繞冬奧場(chǎng)景開展9米/9.5米/12米系列旅游客車規(guī)模應(yīng)用。同步開展圍繞城市場(chǎng)景的重型燃料電池渣土車、牽引車等開發(fā)及應(yīng)用示范工作。例如，北京384路公交已投入運(yùn)營(yíng)5輛12米氫燃料電池城市客車，有比較成熟的運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，未來該線路車輛可全部替換，打造成為為氫燃料電池客車專線。

第二階段：商業(yè)化領(lǐng)域推廣階段(2023-2025年)

隨著典型領(lǐng)域示范階段的培育，不斷提高產(chǎn)品技術(shù)水平，車輛購(gòu)置及燃料成本進(jìn)一步下降，在政府給予一定支持的基礎(chǔ)上，基本具備規(guī)?；茝V的可行性。在第一階段的基礎(chǔ)上，以京津冀協(xié)同發(fā)展為引領(lǐng)，結(jié)合公共領(lǐng)域的車輛更新周期進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；茝V。加大城建渣土車、牽引車等重型商用車市場(chǎng)進(jìn)行氫燃料電池汽車示范運(yùn)營(yíng)。應(yīng)用于城市物流、冷鏈配送、城市內(nèi)砂石骨料、渣土運(yùn)輸及混凝土攪拌等場(chǎng)景。到2025年底，初步形成氫燃料電池車輛關(guān)鍵零部件和裝備制造產(chǎn)業(yè)集群。

車輛推廣應(yīng)用離不開產(chǎn)業(yè)鏈的支撐，需要通過打造氫燃料商用車商業(yè)化運(yùn)營(yíng)平臺(tái)，把制氫、儲(chǔ)氫、運(yùn)氫、加氫和整車生產(chǎn)企業(yè)和運(yùn)營(yíng)企業(yè)聯(lián)合起來，實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)營(yíng)。在這方面，北京市具備良好的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。座落在北京的燕山石化的工業(yè)副產(chǎn)氫產(chǎn)能未來將達(dá)到15萬噸/年，能夠滿足2～3萬輛氫燃料商用車的使用需求;北京天海公司正在加快推進(jìn)IV型瓶的研發(fā)驗(yàn)證和生產(chǎn)準(zhǔn)備工作;億華通已經(jīng)推出100kW的氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品。

三、國(guó)內(nèi)氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)存在問題及建議

當(dāng)前我國(guó)已進(jìn)入氫燃料商用車商業(yè)化初期，氫燃料電池車產(chǎn)業(yè)發(fā)展和市場(chǎng)推廣應(yīng)用目前存在四個(gè)發(fā)展瓶頸：一是質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的氫能供應(yīng)和加氫基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不足;二是商業(yè)化推廣模式尚未建立;三是部分關(guān)鍵零部件尚未自主;四是標(biāo)準(zhǔn)體系尚未形成。建議從以下五個(gè)方面促進(jìn)氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

1.做好頂層設(shè)計(jì)，完善政策體系

立足現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，制定并發(fā)布?xì)淠芗皻淙剂想姵禺a(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，明確發(fā)展方向及目標(biāo)，為各相關(guān)企業(yè)產(chǎn)業(yè)落地發(fā)展樹立信心、提供支持。建立健全氫燃料電池相關(guān)政策法規(guī)體系，從產(chǎn)業(yè)規(guī)劃出發(fā)，制定涵蓋氫氣制、儲(chǔ)、運(yùn)、加、燃料電池汽車推廣扶持、車輛年檢等全產(chǎn)業(yè)鏈，全生命周期的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及管理辦法，保障產(chǎn)業(yè)健康規(guī)范成長(zhǎng)。

2.加快產(chǎn)學(xué)研融合，促進(jìn)全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展

通過匯聚優(yōu)勢(shì)研發(fā)資源，針對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在的關(guān)鍵共性問題，開展集中資源整合與技術(shù)創(chuàng)新攻關(guān)，全面提升氫能相關(guān)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)能力及產(chǎn)業(yè)化水平，促進(jìn)氫燃料電池商用車的健康發(fā)展。通過氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)集聚，可以促進(jìn)氫能燃料電池全產(chǎn)業(yè)鏈的快速發(fā)展，有效降低成本。

3.商用車規(guī)模應(yīng)用帶動(dòng)加氫站建設(shè)，降低氫氣與燃料電池成本

我國(guó)燃料電池汽車發(fā)展路徑基本明確，即通過商用車發(fā)展，規(guī)?；档腿剂想姵睾蜌錃獬杀?結(jié)合區(qū)域能源結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，發(fā)揮資源優(yōu)勢(shì)，挖掘本地區(qū)氫能保障潛力，前期以能源保障為主，灰氫、藍(lán)氫、綠氫均可利用，隨著可再生能源成本降低及碳捕捉技術(shù)的完善，逐步向藍(lán)氫、綠氫轉(zhuǎn)化;氫燃料電池商用車的規(guī)模應(yīng)用帶動(dòng)加氫站配套設(shè)施建設(shè)。

規(guī)?；翘豳|(zhì)降本的關(guān)鍵。國(guó)際氫能委員會(huì)2017年發(fā)布的報(bào)告預(yù)測(cè)，到2030年氫燃料電池形成規(guī)?；a(chǎn)后，燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)成本有望降到40美元/kW(按額定功率計(jì)算約70-80美元/kW)。美國(guó)能源部也預(yù)測(cè)，當(dāng)產(chǎn)量擴(kuò)大十倍，整車成本還可下降 23%; 疊加系統(tǒng)成本的降幅，綜合成本下降幅度將超過45%。根據(jù)國(guó)內(nèi)相關(guān)機(jī)構(gòu)和企業(yè)的研究分析，按照每輛車使用60kW(額定功率)的氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)算，當(dāng)產(chǎn)量從1000套升至1萬套時(shí)，氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)將從9000元/kW降至 2200元/kW，降幅達(dá)75.6%,;提升至10萬套時(shí)，氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)成本將進(jìn)一步降至600元/kW。

4.加強(qiáng)研發(fā)投入，確保核心技術(shù)自主可控

政府引導(dǎo)加大氫燃料電池基礎(chǔ)科研投入，突破核心材料和關(guān)鍵部件的技術(shù)瓶頸，促進(jìn)產(chǎn)品國(guó)產(chǎn)化。提高工業(yè)副產(chǎn)氣制氫、電解水制氫、化石燃料制氫、可再生能源制氫等制氫技術(shù)，降低氫氣制備成本;創(chuàng)新高壓氣態(tài)及低溫液態(tài)儲(chǔ)、運(yùn)氫方式，研發(fā)性能更加優(yōu)異的儲(chǔ)氫材料，提出更加完善的車載氫系統(tǒng)安全及檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn);創(chuàng)新氫氣拖車運(yùn)輸、管道運(yùn)輸及液氫運(yùn)輸方式和技術(shù)，不斷提升氫氣儲(chǔ)運(yùn)效率、降低儲(chǔ)運(yùn)成本;在整車平臺(tái)產(chǎn)品方面，開展整車能量管理、能耗優(yōu)化、動(dòng)態(tài)響應(yīng)、熱平衡、故障診斷與容錯(cuò)控制等關(guān)鍵集成技術(shù);在燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)方面開展長(zhǎng)壽命燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)及其關(guān)鍵核心零部件、低成本燃料電池?zé)犭娐?lián)供系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)等研究與開發(fā)，最終實(shí)現(xiàn)氫燃料電池整車及燃料電池系統(tǒng)在技術(shù)先進(jìn)性、可靠性、成本優(yōu)勢(shì)、產(chǎn)品平臺(tái)化等方面與國(guó)際先進(jìn)水平同步;結(jié)合整車運(yùn)營(yíng)情況制定加氫站規(guī)劃、建設(shè)意見，研發(fā)提升加氫站氫氣壓縮機(jī)、高壓儲(chǔ)氫罐及氫氣加注機(jī)等核心設(shè)備技術(shù)，創(chuàng)新加氫站站控系統(tǒng)，提升氫氣加注安全。

5.加快標(biāo)準(zhǔn)制定，促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步與產(chǎn)業(yè)發(fā)展

2020年4月10日，國(guó)家能源局發(fā)布的《中華人民共和國(guó)能源法(征求意見稿)》中首次將氫能列為能源范疇。在氫氣運(yùn)輸、儲(chǔ)存、使用、管理等環(huán)節(jié)，應(yīng)盡快提出可操作性的方案措施。國(guó)家法規(guī)需加強(qiáng)對(duì)氫氣的存儲(chǔ)與運(yùn)輸提出的監(jiān)管要求，在執(zhí)行層面明確責(zé)任主體、完善管理體系;減少標(biāo)準(zhǔn)體系建立的阻礙，盡快制定20MPa以上高壓氣氫、液氫、管道運(yùn)輸?shù)认嚓P(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法律法規(guī)。同時(shí)，優(yōu)化加氫站建設(shè)審批程序。

隨著氫能源保障體系健全、基礎(chǔ)設(shè)施逐步到位，規(guī)?；瘧?yīng)用牽引技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級(jí)，氫燃料電池商用車將從以圍繞城市場(chǎng)景為主題的應(yīng)用市場(chǎng)，向長(zhǎng)途干線物流、跨區(qū)域的貨運(yùn)和客運(yùn)市場(chǎng)延伸，是替代中重型柴油車的較好選擇。

(北汽集團(tuán)總經(jīng)理 張夕勇)