我国氢能及燃料电池汽车产业如何实现高质量发展?

[《汽车与配件》2024年第5期], 国研网 发布于 2024/4/25


随着“双碳”战略目标加速落地和新型能源体系加快建设,氢能和燃料电池技术成为全球能源转型和动力转型的重大战略方向。氢能具有低碳高效、可长期存储、应用场景丰富等特点,可广泛在交通、工业、建筑和储能等领域应用,氢燃料电池汽车则是新能源汽车发展的重要技术路线之一,是氢能应用的先行领域和产业发展突破口。我国已将氢能及燃料电池产业作为战略性新兴产业和未来产业的重点发展方向,产业发展呈现全面提速的良好态势。

随着“双碳”战略目标加速落地和新型能源体系加快建设,氢能和燃料电池技术成为全球能源转型和动力转型的重大战略方向。氢能具有低碳高效、可长期存储、应用场景丰富等特点,可广泛在交通、工业、建筑和储能等领域应用,氢燃料电池汽车则是新能源汽车发展的重要技术路线之一,是氢能应用的先行领域和产业发展突破口。我国已将氢能及燃料电池产业作为战略性新兴产业和未来产业的重点发展方向,产业发展呈现全面提速的良好态势。

氢能及燃料电池汽车产业发展国际形势

氢能产业链条长,涉及氢气制取、储运、加注、燃料电池系统及应用、相关装备制造及研发检测等环节。主要发达国家和地区均将氢能视为加快能源转型、保障能源安全、培育经济新增长点的重要战略选择,氢能成为国际竞争的重要领域,全球已有40多个国家和地区陆续发布相关规划,氢能在各国国家战略布局中的地位日益凸显。近日,中国科学院院士、中国科技大学校长包信和在“亚布力中国企业家论坛年会”上指出,到2050年、2060年,电气化只能达到约70%的比例,还有30%需要通过氢来解决;预计到2050年,氢能在整个社会能源结构中会占到15%18%

欧洲是最积极推进氢能发展的地区,利用自身优势加快推进氢能商业化,20207月发布《欧洲气候中性的氢能战略》,将绿氢视为交通、运输、化工、冶炼等行业低碳转型的终极方案,大力推进可再生能源制氢,支持氢能基础设施建设。德国、法国、英国、西班牙和意大利等国也相继发布国家氢能战略。

美国是最早启动氢能研究和应用的国家之一,20236月发布《美国国家清洁氢能战略和路线图》,提出加速清洁氢的生产、处理、交付、存储和应用,着力降低制氢成本、扩大用氢需求。

日本积极探索构筑氢能社会,20236月颁布修订后的《氢能基本战略》,明确了加快实现氢能社会的具体发展规划和目标,推动氢能广泛应用和构建大规模供应链,增强氢能产业的国际竞争力。

韩国着力打造经济发展新引擎,将氢能作为未来发展的三大战略投资领域之一,202112月发布《氢经济发展基本规划》,明确到2050年,全国氢能将占终端能源消耗的33%

我国氢能及燃料电池汽车产业发展现状

一是政策标准体系持续完善。我国氢能产业发展顶层设计规划已出台,国家层面氢能标准体系发布,氢能“1+N”政策体系持续构建完善。根据中国氢能联盟统计,截至2023年年底,我国累计发布国家级氢能政策10余项、地方政策超过438项,涵盖发展规划、财政支持、项目支持、管理办法、氢能安全、标准体系等领域,政策措施不断丰富,覆盖领域持续扩大;尤其是各地方密集出台相关规划意见或支持措施,为产业发展提供了有力的政策保障。20209月,财政部等发布《关于开展燃料电池汽车示范应用的通知》,重点推动燃料电池汽车产业化应用和核心技术攻关。20223月,国家发改委、能源局联合印发《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》,正式明确氢能产业定位。20238月,国家标准委等联合印发《氢能产业标准体系建设指南(2023)》,旨在到2025年基本建立支撑氢能全链条发展的标准体系,制修订30项以上氢能国家和行业标准。

二是产业发展规模不断壮大。我国氢能产业快速发展,各类氢能企业数量超过3000家,集中分布在京津冀、长三角、珠三角等区域。制氢方面,我国是世界最大的制氢国和氢气消费国,氢气年产量超过3600t。绿氢制备产能布局加快,根据中国氢能联盟统计,截至2023年年底,全国建成可再生能源制氢累计装机超650 MW,氢能产业向绿氨、绿色甲醇等“泛氢”能源的方向发展;20237月,中国石化新疆库车绿氢示范项目作为我国规模最大的光伏发电制氢项目顺利产氢,规模达每年2t。氢能多元化、低成本储运持续突破,中集安瑞科首台30 MPa碳纤维缠绕管束集装箱下线,中国石化“西氢东送”输氢管道示范工程全长400km,中国石油研发用现有天然气管道长距离输氢、掺氢比例逐步达到24%,液氢储运装备、固态储氢、有机液态等加速布局。氢能应用领域多元化拓展,绿氢化工、氢冶金领域加快规模化示范,重卡、轨道交通、船舶等重型交通领域突破显著,氢储能、氢电耦合体系等稳步推进,燃料电池热电联供产品和示范应用项目持续发力。

三是燃料电池汽车推广应用明显提升。2021年我国先后批复启动五个燃料电池汽车示范城市群,2023年再次提出推进“氢能高速”网络建设,构建“氢能走廊”,打造联通全国的氢能及燃料电池汽车产业生态体系。随着示范城市群政策推进以及燃料电池技术水平快速提升,产业发展取得长足进步。根据有关上险数据,2023年全年燃料电池汽车销量超过7500辆,同比增长50%;尤其是燃料电池汽车重型化趋势明显,全年燃料电池重卡累计销售3643辆,同比增长47.8%,占整体销量的近一半份额。截至2023年年底,我国氢燃料电池汽车累计推广超过2万辆,仅次于韩国成为全球第二大燃料电池汽车市场,其中,商用车推广规模全球领先,覆盖城市、物流、运输、工程、港口、园区等多场景,整车氢耗、纯氢续驶里程、低温冷启动等关键性能指标持续优化。同时,加氢基础设施建设不断提速,根据中国氢能联盟统计,全国已建成加氢站数量达428座,覆盖全国30个省市自治区,其中在营加氢站274座,加氢站总数、在营加氢站数量、新增加氢站数量均位居全球第一,制氢加氢一体站、油氢合建站等新模式不断突破。

四是关键核心技术加速突破。我国已基本掌握氢气制备及储运、燃料电池和系统集成等主要技术和工艺,部分关键技术指标接近国际先进水平。氢气制储运装备方面,电解水制氢装备出货量大幅增长,根据统计,2023年国内电解槽出货量达到1.2 GW,同比增长61%,其中,派瑞氢能、隆基氢能、考克利尔竞立位居前三,电解槽持续向大标方、低能耗、快速响应方向发展,PEM电解槽创新及产业化加速;液氢产业化进程提速,航天六院101所、中科富海、国富氢能等逐步掌握氢液化装备技术并实现产业化,首台国产“5 t/天氢液化系统冷箱”成功下线,中集安瑞科、国富氢能均实现液氢罐箱下线应用;车载储氢技术不断突破,未势能源、中材科技等都已投入70 MPa IV型瓶商业化的生产研发,35 MPa加氢机、加氢枪等逐步国产化。燃料电池方面,我国燃料电池系统集成、大功率燃料电堆及膜电极、双极板、质子交换膜等关键零部件和材料取得重大突破,电堆及系统一级零部件已基本实现国产化,空压机、膜电极、双极板等国产化率均超过80%电池系统功率突破200 kW,成本降低至2500/kW左右,比2020年下降80%以上。

我国氢能及燃料电池汽车产业发展面临的主要问题

总体来看,我国氢能及燃料电池产业仍处于发展初期,仍存在产业顶层设计不清晰、创新能力不强、应用成本较高、技术装备水平不高、应用领域较单一、地方同质化严重等问题,产业发展路径尚需进一步探索。

一是氢能顶层设计滞后,政策标准体系尚不健全。与发达国家将氢能纳入国家能源体系相比,我国氢能战略定位需加强,氢仍被当作危化品管理,氢气制备必须在化工园区内进行,氢能发展政策体系与实施路径需进一步探索。当前氢能产业发展整体呈现自下而上态势,更多由地方和企业主导,涉及氢能项目、安全、标准等相关的管理政策制度有待完善。加氢站建设成本较高,建设审批运营的主管部门及流程尚不明确,处于各地自我探索阶段。

二是氢能应用领域较为单一,基础配套面临不足。当前我国氢能推广应用主要集中在氢燃料电池汽车领域,且私人乘用车以及船舶等非道路交通方面尚未应用,“绿氢”在工业化工应用、氢电协同耦合等方面尚处于试验探索阶段,产业整体成熟度偏低、规模不大。我国虽是氢气产销大国,但主要是企业自产自用作为工业气体,且主要是高碳排放的化石能源制氢;由于我国可再生能源区域分布不均,“绿氢”在制氢与用氢端存在较大错位,氢气储存和输运网络尚未建立,如佛山等广东地区一度面临着严重的氢能短缺问题。

三是关键核心技术有待突破,全产业链成本较高。我国氢能技术创新仍不足,高效低成本电解水制氢、高压氢气储运及加注装备、液氢相关设备等与国际先进水平差距明显;高端管阀件、精密检测设备以及部分燃料电池核心材料仍有待突破,2023年质子交换膜国产化约15%、催化剂国产化约30%,气体扩散层刚开始国产化应用。氢能全产业链成本较高,终端用户加氢价格通常在60/kg以上,其中储运环节占据较大成本;燃料电池汽车购置售价一般为同类型传统燃油车的34倍,燃料电池汽车运营经济性欠佳。

四是产业发展面临一定同质化,地方保护严重。当前各地发展氢能及燃料电池产业的积极性较高,由于国家政策引导偏重氢燃料电池汽车,地方和企业发展规划同质化严重,甚至出现低水平重复建设。我国开展燃料电池汽车示范城市群建设的初衷是推动产业集聚高质量发展,但地方为招商引资、推动本地产业发展,将企业落地注册公司作为获取示范奖励资金的前提,支持整车搭载本地电堆及关键零部件,导致众多燃料电池企业在各地布局、产能资源分散。

对我国氢能及燃料电池汽车产业高质量发展建议

面对新形势、新机遇、新挑战,坚持战略引领,加强顶层设计和统筹谋划,持续提升氢能产业创新能力,不断拓展市场应用新空间,完善政策标准等支撑体系,推动产业实现安全有序、绿色低碳高质量发展。

一是完善顶层设计,统筹产业链各环节发展。以氢能中长期规划为指引,发挥氢能发展部际协调机制作用,制定产业发展目标及路线图,完善氢能“1+N”支持政策体系,破除制约产业发展的制度障碍和政策瓶颈,大力开发氢能的商业价值、挖掘经济价值;根据国家氢能产业标准体系建设指南,建立完善氢能全产业链相关标准,推进氢能产品检测认证公共服务平台建设;统筹各地氢能发展布局,指导各地综合考虑本地基础条件,合理布局氢能产业项目;支持在现有燃料电池汽车示范城市群基础上,扩大示范推广地区,完善示范应用扶持政策,以市场化方式优化产业资源配置。

二是加强技术研发创新,提升产业自主可控。发挥新型举国体制优势,全面提升氢能基础研究、共性技术和前沿技术。依托氢能骨干企业,联合产业链上下游企业、科研院所,开展协同技术攻关、示范应用和规模推广,提升从关键原材料到电堆系统方面的可靠性、耐久性,降低氢燃料电池汽车应用成本,推动氢能基础设施关键技术及装备实现国产化;聚焦氢能重点领域和关键环节,布局产业创新中心、工程研究中心、技术创新中心、制造业创新中心等平台,支持企业“专精特新”发展。

三是拓展氢能多元应用,深挖产业发展潜力。持续扩大交通领域应用规模,鼓励氢燃料电池中重卡、矿卡、港口牵引车等推广应用,支持氢能高速网络建设,扩大在船舶、飞机以及轨道列车等场景的应用;拓展氢能其它应用领域,围绕氢冶金、“绿氢”化工、储能发电、热电联供等领域,探索氢能商业化发展路径,扩大“绿氢”应用规模,助推高碳排放行业绿色转型;积极打造氢电协同发展体系,探索培育“风光发电+氢储能”一体化应用新模式,通过氢能与电力系统的深度耦合,促进可再生能源规模化高效开发利用,支撑构建以可再生能源为主的新型电力系统。

四是坚持安全为先,统筹推进基础设施建设。将安全作为氢能产业发展的核心要求,建立健全氢能监管制度体系和标准规范,加强氢安全相关技术研发创新,建立完善安全评价和检验检测认证体系;鼓励风光等可再生能源丰富的地区,优先发展可再生能源电解水制氢产业,从源头保障氢气供给的绿色低碳;支持开展多元化储运技术推广,前瞻布局液氢储运、管道输氢、天然气掺氢等大规模、低成本储运氢技术和装备,推进加氢站建设和商业模式创新,逐步构建低成本、多元化的氢能产业发展和保障体系。

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