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我國氫能燃料電池汽車產業發展概況

發布時間:2020年05月18日 11:18 來源:重塑科技

  氫能是當前全球能源革命的重要方向,也是各國能源戰略的重要組成。近年來,隨著相關(guan) 技術加快成熟,日、美、德、法、澳等國相繼發布國家氫能路線圖或行動計劃,韓國甚至將氫能產(chan) 業(ye) 定為(wei) 三大戰略投資領域之一,並於(yu) 2019年1月發布《氫能經濟路線圖》。氫能經濟開始全麵進入產(chan) 業(ye) 化導入期,成為(wei) 全球經濟新的重要增長點。

  中國加大重視氫能和燃料電池汽車產(chan) 業(ye) 的發展。2019年的《政府工作報告》首次提出“推動充電、加氫等設施建設”。10月,國家能源委員會(hui) 召開了第四次全體(ti) 會(hui) 議,要求加快探索氫能商業(ye) 化路徑。2020年4月,國家能源局發布了關(guan) 於(yu) 《中華人民共和國能源法(征求意見稿)》,氫能首次納入能源定義(yi) 。

  中國多個(ge) 地方政府將氫能和燃料電池汽車作為(wei) 當地重大戰略。截至2020年一季度,中國10個(ge) 省份、4個(ge) 直轄市、30多個(ge) 地級市先後出台促進氫能產(chan) 業(ye) 發展的補貼辦法、規劃或意見,積極搶抓燃料電池汽車戰略性新興(xing) 產(chan) 業(ye) 培育和發展的機遇,以實現跨越式發展和產(chan) 業(ye) 引領。從(cong) 幾年前的寥寥數輛試製、試運行,到多個(ge) 地方大規模示範運行,中國氫能及燃料電池汽車產(chan) 業(ye) 發展正在邁上一個(ge) 新台階。

  一、燃料電池汽車推廣進展

  2019年全球燃料電池汽車市場發展趨勢整體(ti) 向上。據中國汽車動力電池產(chan) 業(ye) 創新聯盟統計,2019年全球燃料電池汽車市場總保有量10600輛,較2018年全年總量5523輛增長91.9%。韓國市場增長較快,從(cong) 2018年銷量700多輛,增長至4194輛,超過美國和日本,位居世界首位。2019年中國燃料電池汽車產(chan) 銷完成3022輛,較2018年增長86.7%,占全球市場總量28.5%。

  從(cong) 細分市場來看,全球燃料電池汽車發展方向差異明顯。從(cong) 國際上看,燃料電池汽車主要發力在乘用車市場。近兩(liang) 年,外國也開始推動燃料電池商用車的應用。基於(yu) 燃料電池在中長途載重運輸領域的優(you) 勢,中重型商用車應用加大。從(cong) 2019年開始,現代汽車將在未來五年,向H2 Energy公司提供1000台氫燃料電池重卡,車型包括冷藏車及一般箱體(ti) 車;美國初創公司尼古拉汽車公司收到800輛燃料電池重卡的租賃訂單,計劃在2020年啟動量產(chan) ;豐(feng) 田原計劃在2020年東(dong) 京奧運會(hui) 期間推出550輛燃料電池巴士服務觀眾(zhong) 和大會(hui) 人員,在2022年北京冬奧會(hui) 上增加至2000輛。

  中國則以客車、貨車等商用車型為(wei) 先導,30多個(ge) 城市出台了氫能規劃及燃料電池汽車示範推廣方案,總量超過了3000輛。同時,中國也成為(wei) 了全球商用車最大的市場。2019年燃料電池貨車產(chan) 量呈較快增長,1~12月總產(chan) 量達到1682輛,較2018年增長85%,占總量的55.7%,反映出燃料電池貨車在中長途、重載領域的優(you) 勢日益凸顯,隨著城市貨運、冷鏈物流、港口碼頭等應用領域的需求增加,燃料電池貨車前景廣闊。

  二、氫能供應體(ti) 係建設情況

  據國際能源署的報告,2019年,全球製氫年產(chan) 量突破7000萬(wan) 噸,中國每年產(chan) 氫約2500萬(wan) 噸,占世界氫產(chan) 量的三分之一,是世界第一產(chan) 氫大國。其中,煤製氫、工業(ye) 副產(chan) 氫是我國主要的產(chan) 氫方式,當前中國工業(ye) 副產(chan) 氫主要集中在華東(dong) 和中部化工大省。

  1)製氫:目前,用化工原料大規模製取氫氣主要以煤炭、天然氣為(wei) 代表的化石能源重整製氫;商業(ye) 化外供氫製取方式主要有甲醇製氫、天然氣製氫、焦爐煤氣、氯堿尾氣提純、電解水製氫等幾種形式。沼氣製氫開始應用,生物製氫和太陽能光催化分解水製氫等技術仍處於(yu) 實驗和開發階段,產(chan) 收率較差,尚未達到工業(ye) 化規模製氫要求。其中,以煤、天然氣為(wei) 原料重整是目前最主要的製氫方法,全球占比約95%。中國主要以煤製氫為(wei) 主,技術路線成熟高效,可大規模製備,是最經濟的製氫方式(6~10元/千克),年供氫能力在千萬(wan) 噸級至億(yi) 噸級。外國以天然氣製氫為(wei) 主,天然氣原料占製氫成本的比重達70%以上。考慮到中國“富煤、缺油、少氣”的資源稟賦,天然氣製氫僅(jin) 適合少數地區探索開展。綜合考慮經濟性、技術成熟度、產(chan) 業(ye) 體(ti) 製機製等因素,按照目前發展趨勢,中國近期將以工業(ye) 副產(chan) 氫為(wei) 主,中長期以可再生能源電力製氫為(wei) 發展方向。

  2)儲(chu) 運:外國高壓氣態和低溫液態儲(chu) 運已成功應用。中國高壓氣態儲(chu) 運已得到廣泛應用。分析氫氣運輸的多種方法發現,管道運輸和液氫運輸的規模效益明顯,而高壓運輸靈活性較強。未來大規模的氫氣應用場景下,氫氣管道、液氫儲(chu) 運、高壓儲(chu) 運等相互支撐與(yu) 互補,形成多元化的配送使用方式。液態儲(chu) 氫具有儲(chu) 氫密度高等優(you) 勢,是未來極具競爭(zheng) 力的儲(chu) 運方式。但接下來很長時間,高壓氣態和液態儲(chu) 氫形式並存。

  3)加氫站:根據H2stations統計,2019年全球加氫站累計432座,相比2018年新增83座,其中,有330座加氫站對外開放,其餘(yu) 的站點則為(wei) 封閉用戶群提供服務,比如公共汽車或車隊用戶。其中,歐洲加氫站已占到全球的41%,亞(ya) 洲追趕速度加快,占比與(yu) 歐洲持平。從(cong) 國家來看,日本、德國和美國位居前三位,中國排名第四。中國近兩(liang) 年來,加氫站建設明顯提速,建設加氫站50多座,已經投入運營的有41座,2019年增加20座,有6個(ge) 省份的加氫站首次投入運營。隨著國家政策的指向及地方的加大投入,我國建設加氫站會(hui) 提速。預計2020年超過100座,2025年超過300座,2030年超過1000座。

  三、技術、模式與(yu) 產(chan) 業(ye) 化進程

  1)技術:日、韓、德氫能和燃料電池技術全球領先,中國近兩(liang) 年技術進步加快。乘用車方麵,中國與(yu) 外國整車的技術路線不同。外國以“大電堆加小電池的電電混合技術路線”為(wei) 主,德國與(yu) 中國以“中等功率電堆加較大電池技術路線”為(wei) 主,主要體(ti) 現在燃料電池功率、車輛冷啟動溫度、係統耐久性三個(ge) 指標。據統計,外國燃料電池乘用車所搭載的燃料電池電堆功率分布在85~114千瓦之間,中國大多集中在36~55千瓦之間。

  車輛冷啟動溫度方麵,外國普遍達到-30℃,中國目前為(wei) -15~-20℃;車輛耐久性/質保指標上,外國燃料電池乘用車型在16萬(wan) 公裏以上,中國大多為(wei) 9萬(wan) 公裏,差距較大。

  國際上燃料電池商用車技術路線對比與(yu) 乘用車類似。外國車型所搭載的燃料電池係統功率等級集中在100千瓦以上,中國集中在30~60千瓦;外國車型的冷啟動溫度集中在-30℃,中國集中在-15℃;外國車輛耐久性/質保最高18000小時,中國最高12000小時。

  從(cong) 燃料電池發動機領域來看,中國車用燃料電池發動機與(yu) 外國相比,在輸出功率方麵差距明顯。目前,中國功率等級集中在30~60千瓦,外國自2014年開始就基本達到了60千瓦以上;電堆功率密度、最低啟動溫度等方麵也有不小的差距。總體(ti) 而言,部分關(guan) 鍵技術與(yu) 國外相比,存在了5~10年的差距,高端產(chan) 品依賴外國。

  2)模式:除政策驅動以外,實現燃料電池汽車規模化推廣,離不開商業(ye) 運營模式的突破。目前,國際上,多通過銷售、租賃、政府采購等多種模式相結合,開拓燃料電池汽車的市場。

  中國燃料電池汽車集中應用在公交、物流領域,其中,燃料電池公交車一般由政府集中采購,具有示範效應,佛山、張家口、鄭州、北京、濟南、大同、成都、蘇州、雲(yun) 浮、上海等城市有不同規模的燃料電池公交車投入運營。燃料電池貨車主要應用於(yu) 物流領域,適合發揮燃料電池長續航的特征,京東(dong) 物流、申通物流等物流公司近幾年加快了采購運營燃料電池物流車的步伐。電商平台的青睞催生了更多betway在线官网企業(ye) 和汽車企業(ye) 在氫能物流上的投入與(yu) 重視。

  3)產(chan) 業(ye) 化:近三年來,中國超過100家企業(ye) 加入到該產(chan) 業(ye) 中,技術快速進步,產(chan) 業(ye) 鏈逐漸完善。從(cong) 整體(ti) 來看,2019年我國燃料電池係統功率的國產(chan) 化和批量應用規模明顯提升,目前,國內(nei) 還有企業(ye) 已開發出功率在60~100千瓦之間的燃料電池係統樣品。核心部件方麵,中國自主開發的空壓機、DC/DC基本實現量產(chan) ,逐漸取代進口;增濕器和氫循環泵批量供應仍依賴國外。以地域分布來看,中國燃料電池係統及核心部件企業(ye) 現已形成京津冀、長三角、珠三角產(chan) 業(ye) 集聚區。其中,京津冀地區約14家企業(ye) ,長三角地區約40家企業(ye) ,珠三角地區約23家企業(ye) 。

  中國燃料電池係統的核心企業(ye) 包括致力於(yu) 推動氫能在交通出行領域應用和燃料電池係統產(chan) 業(ye) 化的新型專(zhuan) 業(ye) 化企業(ye) 、傳(chuan) 統汽車與(yu) 發動機製造企業(ye) 和電氣裝備企業(ye) 等,汽車核心配套部件企業(ye) 也在2019年開始加大對氫燃料電池的投入,預計未來將有更多領域的企業(ye) 和資本以轉型升級、跨界等形式,進入燃料電池係統及核心部件產(chan) 業(ye) ,是車用燃料電池係統自主可控、可持續發展的基礎。

  四、中國氫能的發展建議與(yu) 展望

  中國燃料電池汽車進入產(chan) 業(ye) 化導入期,未來3~5年將是產(chan) 業(ye) 培育壯大的重要窗口期。在全球不斷提速、競爭(zheng) 日益加劇的形勢下,建議從(cong) 國家層麵,建立完善燃料電池汽車產(chan) 業(ye) 相關(guan) 的頂層設計、穩定或加強財政支持、製定符合產(chan) 業(ye) 發展需求的推廣政策、逐步完善相關(guan) 標準法規,通過產(chan) 業(ye) 協同、政策引領、標準規範助推燃料電池汽車產(chan) 業(ye) 的發展與(yu) 壯大。

  1.確立氫能發展頂層設計,建立統籌協調發展機製

  建議加快研究製定《中國氫能發展戰略》,確立“以汽車應用為(wei) 先導、基礎設施為(wei) 支撐”的發展路線。建立由中國國務院領導牽頭的工作小組,製定統籌協調機製,加強對戰略落地和部門協同的組織領導。分領域製定專(zhuan) 項規劃和政策,進一步明確國家戰略導向,指導各地政府開展具體(ti) 行動,給予氫能源產(chan) 業(ye) 發展穩定的政策預期。

  2.堅持“以穩為(wei) 主”完善燃料電池汽車補貼政策

  柴油發動機的開發周期是6年以上,生命周期可以持續幾十年。而中國燃料電池發動機研發至少需要2年以上,但生命周期隨著補貼政策的調整可能大大縮短,影響企業(ye) 和產(chan) 業(ye) 發展的連續性。建議2025年前補貼政策“以穩為(wei) 主、微調退坡”,支持企業(ye) 保持研發強度,加快完善開發驗證體(ti) 係,提升全產(chan) 業(ye) 鏈成熟度。待完成2~3代產(chan) 品迭代升級、形成平台化開發能力後,再遵循2年一個(ge) 周期的研發規律,適度加快退坡節奏,倒逼企業(ye) 持續加強研發,形成國際競爭(zheng) 力。

  3.以公共領域為(wei) 重點,推動擴大示範應用

  目前,普通大眾(zhong) 對氫能不夠了解,還有一些顧慮甚至是懼怕,有“談氫色變”之說。為(wei) 消除認知差異,進而推動氫能產(chan) 業(ye) 商業(ye) 化運行,推動擴大示範應用項目必不可少。燃料電池公交車和物流車技術門檻比較低,且在推廣應用宣傳(chuan) 方麵更有優(you) 勢,是燃料電池車的突破口。

  中國自2003年起開始燃料電池汽車示範運行,截至目前已完成了兩(liang) 期燃料電池示範運行項目,第三期正在進行中。下一步應繼續擴大示範區域,引入更加多元化示範車型,開創發展新的商業(ye) 模式。

  4.積極扶持技術研發和自主創新

  麵對氫能產(chan) 業(ye) 技術不成熟、產(chan) 業(ye) 發展不經濟等突出問題,中國應統籌規劃,強化車用氫能技術研發,加快車用氫能製氫、儲(chu) 存、運輸、加注及安全方麵技術研發。不斷完善氫能產(chan) 業(ye) 體(ti) 係,對產(chan) 業(ye) 薄弱環節加強政策支持和引導,鼓勵自主創新,加大對企業(ye) 氫能研究相關(guan) 投入的補助,激發企業(ye) 主體(ti) 作用。

  通過技術合作、人才引進、設立產(chan) 業(ye) 基金等多途徑,大力支持燃料電池基礎材料、核心技術和關(guan) 鍵部件的技術攻關(guan) ,重點突破膜電極(包括膜、碳紙和催化劑)、氫循環泵、膜增濕器、空壓機、DC/DC的產(chan) 業(ye) 化,提升核心競爭(zheng) 力,降低成本。

  5.健全行業(ye) 監管體(ti) 係和標準體(ti) 係

  結合行業(ye) 發展形勢,從(cong) 國家層麵明確行業(ye) 主管部門和協作部門。研究製定整個(ge) 商用液氫供應鏈的標準和法規,解決(jue) 運氫成本偏高問題;規範加氫站申請批準程序,促進氫能基礎設施建設,規範加氫站對公眾(zhong) 開放的標準;構建符合中國氫能技術發展趨勢的氫能技術標準體(ti) 係,加強對氫能源利用管理規範技術要求和產(chan) 品認證等綜合標準研究。

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