燃料电池客车发展情况及技术发展趋势

燃料电池客车发展情况及技术发展趋势一、燃料电池汽车政策分析《关于2016-2020年新能源汽车推广应用财政支持政策方的通知》（财建(2015)134号）中明确：“2017-2020年，除燃料电池汽车外，其他车型补助标准适当退坡”，明确了国家对燃料电池汽车产业发展的支持态度。而《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》中提出，要系统推进燃料电池汽车研发与产业化，到2020年，实现燃料电池汽车批量生产和规模化示范应用。在财政补贴层面，国家也给予了大力支持，包括整车补贴、加氢站补贴、免征购置税以及运营补贴等。其中，整车补贴额度从20万到50万每辆不等，一个加氢站则补贴400万元，运营补贴中，燃料电池客车补贴为6万元/辆/年。二、氢燃料电池产业链概述氢燃料电池汽车产业链包括制氢、储氢、运氢、加氢、应用（燃料电池汽车/有轨电车）等环节。氢气制造一般是通过将化石原料、化工原料、工业尾气、可再生能源以及水等经过处理来获取，每种获取途径其成本和环保属性都不同。中国目前主要通过工业尾气处理以及电解水来制氢。魏长河认为，对于燃料电池来说，现在配套基础设施还有待进一步完善，需要政府以及行业机构以及专家尽快推进立法和相应的技术标准予以规范。魏长河表示，制氢的方法和方案比较多，而目前燃料电池汽车使用最大瓶颈和最大的障碍是缺乏加氢站。据其统计，截止到2013年底，全球加氢站只有228座，对于我国来说，我国真正投入商业化、用于燃料电池的加氢站只有两座，仅仅限于国内比较大的城市，就是北京和上海，处于示范运营阶段，与国外说的氢高速公路，也就是一条高速公路有多个加氢站相比，差距比较大。在整个氢燃料电池产业链中，氢燃料电池发动机处于绝对的核心地位，氢燃料经过发动机转化为电能应用到终端。魏长河表示，目前制约中国燃料电池汽车发展的瓶颈，就是氢燃料电池发动机。虽然国内有不少高校和相应科研机构以及企业，在就燃料电池发动机技术展开相应研究和示范性运营应用，但是氢燃料电池发动机核心技术，这两年通过评估，能够达到产业化或者达到工业化应用的，核心技术仍然掌握在国外企业手中。三、燃料电池产业发展瓶颈目前，燃料电池产业发展面临几大瓶颈，主要体现在成本控制、人才和技术水平等方面。（1）燃料电池系统成本高氢作为主要燃料，实现快速的加注，同时单位质量的氢能够实现比汽油更长的里程。但缺点在于制造和使用成本都过高（质子交换膜、铂催化剂、高纯氢存储），而且装备复杂庞大。（2）人才与技术限制燃料电池的技术差距与国外非常大，电堆与电池堆控制技术尚不完善，且存在电池寿命过短问题。（3）专利水平较低2005年以来，燃料电池技术一直是全球清洁能源技术知识产权最热门的发展领域。在国内，只有极少数企业在燃料电池汽车领域的研发水平非常强劲，很多专利都是集中在国外的几个大公司。魏长河认为，国外企业虽然没有对我们专利提出相应保护，但随着燃料电池汽车的大规模发展，国外企业将以专利问题对中国燃料电池发展进行制约。魏长河表示，氢燃料电池系统的成本一直处于下降过程中，目前应着力提高控制水平、解决寿命短板，从长远来看，燃料电池汽车大有可为。四、氢燃料客车发展行业背景（1）发展历程魏长河认为，燃料电池客车的发展到目前可分为三个阶段。一是从2001年到2005年，主要是整车采用的示范运营的阶段，在这一阶段，燃料电池处在自由探索阶段，主要特点包括：动力系统的构型不确定；零部件不够成熟、系统稳定性比较差；电池、电机包括燃料电池系统故障率比较多。第二个阶段为2006年到2010年，是一个参数优化的阶段，主要是动力系统构型基本确定，零部件参数也在不断优化，从功率型发展到能量混合型，而且电机和零部件的水平在逐步提高。在这一阶段，奥运会和在2010年上海世博会都有产品在示范运行，产生了小批量的产业化运行。第三个阶段是2011年到2015年，这一阶段，第三代是燃料电池客车已经推出，燃料电池系统构型基本不变，整车成本尤其是燃料电池系统和发动机的成本，在逐步下降，可靠性性能明显提高，开始向整车企业推广应用。（2）行业背景首先是加氢站运营和规划建设数量在不断增加，其范围已经开始向全国各地扩展。其次，随着产业不断发展，国内已经形成了京津冀、华东、华南（佛山-云浮）、华中（武汉）四个氢燃料电池产业集群，并围绕当地研发情况及工业基础形成了各自的产业配套及商业应用模式。其中，京津冀地区依托于国家对2022年冬奥会相应的推广应用，发展速度最快。第三，上中下游产业链不断完善，截至2017年9月，我国大约215家注册企业直接从事氢燃料电池相关业务，国内相关企业快速布局氢燃料电池产业在不断加快。最后，氢能小镇概念。目前，重点打造的氢能小镇有三个，批准有浙江台州、江苏的如皋、广东的云城等，氢能小镇既能加速产业的转型升级，也能推动新能源产业发展，是推广燃料电池发展的新思路。（3）燃料电池产业发展目标、技术路径及重点魏长河认为，2020年到2030年，燃料电池汽车将逐步从示范运营向大规模推广应用进行转变。根据相关预测，2020年，氢燃料电池车将有5000辆，魏长河认为，到2030年，整个市场将突破百万级。2020年，石墨板燃料电池的堆比功率将达到2.0kW/kg，到2025年，这一指标将达到2.5kW/kg；在电池寿命方面，目前燃料电池堆寿命基本上在3000小时左右，魏长河预测在2020年应该有希望达到5000小时，在2030年，可以达到8000小时，一辆燃料电池客车可以实现十年之内的正常使用，而不用换电堆。（4）燃料电池汽车技术路线总体思路近期（5年内），以中等功率燃料电池与大容量动力电池的深度混合动力构型为技术特征，实现燃料电池汽车在特定地区的公共服务用车领域大规模示范应用；中期（10年内），以大功率燃料电池与中等容量动力电池的电电混合为特征，实现燃料电池汽车的较大规模批量化商业应用；远期（15年内），以全功率燃料电池为动力特征，在乘用车、大型商用车领域实现百万辆规模的商业推广，以可再生能源为主的氢能供应体系建设与规模扩大支撑燃料电池汽车规模化发展。五、北汽福田氢燃料电池汽车布局（1）福田汽车氢燃料电池客车发展概述北汽福田是国内最早从事燃料电池客车研发，并获得第一款公告。现有产品覆盖8~12米城市/城间客车，并率先在国内实现了商业化运营。2006年，福田汽车与清华大学联合承接了国家“863计划”节能与新能源汽车重点项目中氢燃料电池电动客车的研发。2008年，福田汽车获得第一款燃料电池客车公告，并有3辆燃料电池汽车在北京奥运会期间示范运营。2018年，福田汽车与清华大学、北京理工大学共同承接了北京市科委“面向冬奥环境高速燃料电池大客车”科技研发项目，并有49台10.5米燃料电池城市客车批量交付张家口公交。截至目前，福田汽车已经研发了三代燃料电池客车产品，并有159辆客车交付使用。第三代燃料电池客车采用全球领先的干膜技术氢燃料电池发动机，可实现-30℃低温启动、-46℃低温存放和停机自动保护，加注氢气15分钟，续航里程可达300公里以上。（2）福田汽车氢燃料电池客车技术路线福田欧辉汽车燃料电池汽车的两种技术路线包括全功率型燃料电池汽车、氢电混合式燃料电池汽车两种。其中全功率型燃料电池汽车是纯使用氢燃料发动机提供动力，成本高，技术壁垒较高，不适合国内，且在匀速行驶阶段燃料电池发动机的功率未完全释放，对燃料电池的寿命要求苛刻。氢电混合式燃料电池汽车，采用氢-电混合的动力策略，在匀速行驶阶段，燃料电池发动机提供功率；在加速或爬坡行驶阶段，燃料电池发动机和动力电池共同提供功率。集合了全功率燃料电池汽车（FCV）与纯动力电池汽车（EV）的优点，既控制了成本又保障了续航里程。（3）福田汽车氢燃料电池客车产品福田欧辉氢燃料电池客车现有车型已经涵盖8.5米、10.5米、12米，广泛应用于城市、旅游团体、定制班车等多种类型用途。正在规划开发10.8米、12米高速长续驶里程城间车型以及18米大容量城市干线公交车型。福田汽车目前正在重点研发面向冬奥坏境的高速燃料电池大客车项目，该项目由北京市科委批准立项，北汽福田牵头设计开发。目前满足-20度环境的燃料电池客车已经在张家口地区小批量示范运行，适用于的-30度冬奥低温环境的自加热燃料电池发动机正在开发中，预计2018年9月完成样机开发，2018年12月完成产品平台集成设计与性能样车开发与优化，2019年初在冬奥环境下进行道路试验。