2015年世界燃料电池汽车行业发展现状回顾分析

    一、世界燃料电池汽车技术发展状况

    产业信息网发布的《2015-2020年中国新能源汽车市场运行态势与投资前景评估报告》显示，随着环境问题和能源问题的日益突出，新能源汽车成为了世界各大汽车厂商及研发机构的研究热点，而在其中，燃料电池汽车（fuel-cell vehicle，FCV） 以其高效率和近零排放被普遍认为具有广阔的发展前景。美国、欧盟、日本和韩国都投入了大量资金和人力进行燃料电池车辆的研究，通用、福特、克莱斯勒、丰田、本田、奔驰等大公司都已经开发出燃料电池车型并已经在公路上运行，普遍状况良好。

    美国和加拿大是燃料电池研发和示范的主要区域，在美国能源部（DOE）、交通部（DOT）和环保局（EPA）等政府部门的支持下，燃料电池技术取得了很大的进步，通用汽车、福特汽车、丰田、戴姆勒奔驰、日产、现代等整车企业均在美国加州参加燃料电池汽车的技术示范运行，并培育了美国的UTC（联合技术公司）、加拿大的巴拉德（Ballad）等国际知名的燃料电池研发和制造企业美国通用汽车公司2007 年秋季启动的Project Driveway 计划，将100 辆雪佛兰Equinox 燃料电池汽车投放到消费者手中，2009 年总行驶里程达到了160万km。同年，通用汽车宣布开发全新的一代氢燃料电池系统，新系统与雪佛兰Equinox 燃料电池车上的燃料电池系统相比，新一代氢燃料电池体积缩小了一半，质量减轻了100 kg，铂金用量仅为原来的1/3。通用汽车新一代燃料电池汽车的铂金用量已经下降到30 g，按照目前国际市场价格，铂金为300~400 元/g，100 kW燃料电池的铂金成本约为1 万元人民币，燃料电池的成本大幅度下降。预计到2017 年，100 kW燃料电池发动机的铂金用量将下降到10~15 g，达到传统汽油机三效催化器的铂金用量水平。

    欧洲的燃料电池客车示范计划，完成了第6 框架计划（Framework Program，2002—2006）和第7 框架计划（2007—2012），目的是突破燃料电池和氢能发展的一些关键性技术难点，在CUTE （Clean Urban Transport for Europe, 欧洲清洁都市交通）及欧盟其他相关项目支持下，各个城市开展燃料电池公共汽车示范运行，新的计划 CHIC（ Clean Hydrogen in European Cities, 欧洲清洁都市交通）开始实施，包括阿姆斯特丹、巴塞罗那、汉堡、伦敦、卢森堡、 马德里、波尔图、斯德哥尔摩、斯图加特、冰岛以及澳大利亚珀斯， 即澳大利亚STEP 项目（Sustainable Transport Energy Program，可持续交通能源计划）等，欧洲在燃料电池汽车的可靠性和成本控制等方面取得了长足的进步。

    在德国，2012 年6 月，主要的汽车和能源公司与政府一起承诺，建立广泛的全国氢燃料加注网络，支持发展激励计划，即到2015 年，全国建成50 个加氢站，为全国5000 辆燃料电池汽车提供加氢服务。戴姆勒奔驰于2011 年开展燃料电池汽车的全球巡回展示，验证了燃料电池轿车性能已经达到了传统轿车的性能，具备了产业化推广的能力。戴姆勒集团参与“ Hy FLEET：CUTE（2003-2009）”项目。36 辆梅赛德斯－奔驰Citaro 燃料电池客车已由20 个交通运营商进行运营使用，运营时间超过14 万h、行驶里程超过220 万km。但是第一代纯燃料电池的客车，寿命只有2 000 h，经济性较差。戴姆勒集团与2009 年开始推出第二代轮边电机驱动的燃料电池客车，主要性能达到了国际先进水平，其经济性大幅度改善，燃料电池耐久性达到1. 2 万h。

    德国西门子公司研发的燃料电池，已经成功地应用于德国的214 型潜艇上（氢氧型）。2007 年德国戴姆勒奔驰公司，美国福特汽车公司和加拿大Ballard公司合作， 成立AFCC 公司（Automotive Fuel Cell Cooperation，车用燃料电池公司），以研发和推广车用燃料电池。2013 年年初，宝马公司决定与燃料电池技术排名第一的企业——丰田汽车公司合作，由丰田公司向宝马公司提供燃料电池技术。

    从全球范围看，日本和韩国的燃料电池研发水平处于全球领先，尤其是丰田、日产和现代汽车公司，在燃料电池汽车的耐久性，寿命和成本方面逐步超越了美国和欧洲。丰田公司的2008 版FCHV-Adv 在实际测试中，实现了在－37 ℃顺利启动，一次加氢行驶里程达到了830km，单位里程耗氢量0.7 kg/（100 km），相当于汽油3L/（100 km）。2013 年11 月，丰田在“第43 届东京车展2013”上，展出了计划在2015 年投放市场的燃料电池概念车，作为技术核心的燃料电池组目前实现了当时公开的全球最高的3 kW/L 功率密度。该燃料电池组去掉了加湿模块，不但降低了成本、车质量和体积，还减少了燃料电池的热容量，有利于燃料电池在低温条件下迅速冷启动。

    目前丰田汽车公司在扩大混合动力汽车的同时，重点针对燃料电池汽车的产业化进行准备，拟在2015年投放新一代燃料电池轿车，进行批量生产；2016 年生产（与日野合作）新一代燃料电池客车。和丰田汽车公司类似，日产汽车也投入巨资开展燃料电池电堆和轿车的研发，2011 年日产的燃料电池电堆，功率90 kW，质量仅43 kg，2012 年，日产汽车公司研发的电堆功率密度达到了2.5 kW/L，这在当时是国际最高水平。另外，本田公司新开发的FCX Clarity燃料电池汽车，能够在－ 30℃顺利启动，续驶里程达到620 km，2014 年，本田宣布的新一代燃料电池堆功率密度也达到3 kW/L。韩国现代从2002 开始研发燃料电池汽车，2005 年采用巴拉德的电堆组装了32 辆运动型多功能车（sports utility vehicle，SUV），2006 年推出了自主研发的第一代电堆，组装了30 台SUV，4 辆大客车，并进行了示范运行；2009—2012 年间，开发了第2 代电堆，装配100 台SUV，开始在国内进行示范和测试，并对电堆性能进行改进；2012 年，推出了第3 代燃料电池SUV 和客车，开始全球示范；2013 年，韩国现代宣布将提前2年开展千辆级别的燃料电池SUV（现代ix35）生产，在全球率先进入燃料电池千辆级别的小规模生产阶段。该SUV 采用了100 kW燃料电池，24 kW锂离子电池，100 kW电机，70 MPa 的氢瓶可以储存5.6 kg 氢气，新欧洲行驶循环（New European Drive Cycle，NEDC） 循环工况续驶里程588 km，最高车速160 km/h。

    二、日本大力发展燃料电池汽车产业

    日本政府将加大在日本国内推广燃料电池汽车（FCV）的力度，并将为该类新能源车型增设基础设施。

    日本三大汽车制造商丰田、本田和日产，以及10家氢能源供应商近期同日本经济部门签署了一项协议。根据该协议，汽车制造商们将于2015年开始大量生产燃料电池汽车。

    据报道，日本政府将于能源公司共同合作，在2015年之前在日本东京、大阪、名古屋和福冈是个主要城市为燃料电池汽车建立100家氢能源补给站。

    日本汽车制造商们希望未来的燃料电池汽车在价格上能有所下降。

    据悉，燃料电池汽车搭载的电池中主要含有氢，氢与大气中的氧发生化学反应，从而产生出电能启动电机以驱动汽车。

    三、燃料电池汽车制造商发展预期

    发达国家都将大型燃料电池的开发作为重点研究项目，企业界也纷纷斥以巨 资，从事燃料电池技术的研究与开发，现在已取得了许多重要成果，使得燃料电 池即将取代传统发电机及内燃机而广泛应用于发电及汽车上。对于燃料电池汽车的发展前景，德日汽车制造商表示非常乐观。

    德国、日本的汽车制造商们多次表示，对氢燃料电池汽车取代燃油汽车的前景表示乐观。

    燃料电池汽车制造商表示，关键的问题在于要确保有足够的氢燃料“加氢站”，并且确保加氢站能够为足够多的汽车提供氢燃料。据悉，目前部分加氢站仅能为6辆汽车提供氢燃料，而如果汽车数量超过这一数据加氢站便需要补充燃料。不过有些加氢站能够提供更多燃料，这些加氢站在需要补充燃料之前能够为100辆汽车提供氢燃料。

    另外，为推动氢燃料电池汽车的发展，汽车制造商们业还需要大大降低技术成本。电动汽车是一种“利基”产品，其消费对象主要为那些进行短期旅行的城市驾驶者。而燃料电池车却是最好的长期解决方案，只要具备了足够多的基础设施。

    目前，德国、韩国等多个国家都在积极开展燃料电池车及基础设施方面的工作。巴拉德动力系统公司 当前在全球拥有非常多数量的燃料电池公交车。另外，丰田汽车公司也计划未来向市场推出一款新的燃料电池汽车。丰田表示如果为一辆燃料电池车配置一个混合系统，那么这种燃料电池车的燃油经济性将比一辆标准的燃料电池车好。

    四、美国氢燃料电池车政策分析

    氢动力汽车正迅速成为汽车行业的一个主要方向。世界上大多数汽车制造商正打算或已经开发了氢动力汽车。一些汽车制造商已经决定采用氢燃料电池，以符合世界各国的排放标准。这些计划的实现离不开各国对燃料电池标准法规的不断完善和有力的政策支持。美国一直是领导世界燃料电池发展的主要国家。

    自2007年开始，为支持燃料电池的发展，美国南加州对氢燃料电池的生产和研究的设备实行税收全免政策；Ohio州为250kW以下的燃料电池系统实行税收全免政策，但对250kW以上的系统要征收替代税。

    2008年美国在网上发布了加氢站许可指南,尝试使过程简单化。

    2010早期，SAE（美国汽车工程师协会）燃料电池标准委员会发布了SAE技术信息报告J2601——轻型车高压气态氢气加注协议——首个全行业内的道路乘用车（其工作压力为35MPa或70MP）气态氢气加注协议。

    2010年5月，美国加州宣布为零排放、轻量型汽车提供15750元的回扣激励措施。此外，政府还宣布加州自给自足激励计划项目（Self Generation Incentive Program，简称为SGIP）延长至2014年底。该项目每年为加州CHP，风能、废热循环利用和储能项目提供5亿2290万元的资金支持。

    2010年12月，应广大利益相关者的急切要求，ASTM（美国材料试验协会）气态燃料委员会通过了两项氢燃料工业标准。为氢燃料中悬浮颗粒物质的抽样检测提供标准检测方法。第一项标准编号为ASTMD7650，是高压氢气（作为气态燃料使用）中悬浮颗粒物质的标准取样方法，使用内流（In-Stream）过滤器取样。第二项标准编号为ASTMD7651，是氢燃料中颗粒物质浓度的标准重力测量方法。

    2011年7月，奥巴马与福特、通用、克莱斯勒、宝马、本田、现代、陆虎、起亚、马自达、三菱、尼桑、丰田和沃尔沃等13家汽车制造商（美国90%以上的汽车来自这些公司）达成协议，进行下一阶段（2017-2025）国家汽车项目，并宣布轿车和轻型卡车的新燃料效率标准提高为54.5 mpg。这一协议意味着消费者在该标准下到2025年为止可以节省1.7万亿美元，每辆车节约8000美元，具有历史性意义。为实现这一目标，美国必须要加强技术创新，可提供很多技术前沿的工作岗位，刺激经济快速增长。此外，项目还将大幅减少美国的原油需求量，预计可节约120亿桶原油，到2025年每天平均节省220万桶原油，占美国每天进口原油量的一半。在环境方面，新标准可以减少60亿公吨温室气体的排放。为实现上述新燃料效率标准，汽车制造商将发展先进汽车技术（电动车、插入式混合动力车和燃料电池汽车）和碳捕集技术，并考虑出台一些相应的刺激项目，确保技术的成功研发和早期市场的引入。

    2012年2月，美国总统奥巴马向国会提交了总额达3.8万亿美元的2013财年政府预算案，在新能源投资方面奥巴马政府计划继续支持氢能、太阳能以及风能等可再生能源领域。根据预算法案，美联邦政府将向美国能源部（DOE）拨款63亿美元，用于燃料电池、氢能、车用替代燃料等清洁能源的研究、开发、示范和部署等活动。在此项国情咨文中，奥巴马在继续为燃料电池公司、新能源公司提供资金支持的同时还承诺在可再生能源项目上进行一系列的能源营业税改革，包括可再生能源发电的永久税抵免以及氢燃料电池汽车、纯电动汽车、混合插电式汽车等新能源产业的税务补贴。

    2012年7月，美国能源部（DOE）宣布将投资240万美元用于收集和分析加氢站氢气加注部件的数据。该计划通过分析加氢站、加注部件和创新技术的实际运行数据，帮助制造商提高相关部件的设计和制造水平，促进氢气加注技术的进步。

    2012年8月，美国国会在新一期的能源修订会议上重新修订了氢燃料电池政策方案。新法案重新修订了新能源投资税抵免政策（简称ITC），以奖励在生物新能源、HFCV以及热电联产系统中（CHP）运用固定式燃料电池高效发电的企业。经美国国会和美国能源部综合各个州政府的意见后，该法案在Fuel Cell能源公司的支持下重新修订。

    2014年为了加快燃料电池车的普及进程以及相关补给设施的建设，美国SAE燃料电池标准工作组（Fuel Cell Standards Task Force）制定了两项新的技术标准：SAE J2601—轻型气态氢汽车的燃料协议、SAE-J2799—氢燃料汽车补给站软件及硬件标准。

    这两项标准的诞生使得全球两种氢燃料罐气压规格（35兆帕和70兆帕）得以协调。

    根据SAE描述，J2601标准定义了氢燃料汽车和燃料补给站的一些规格参数，使其与传统燃料规格一样有一套完整的标准。在这项新标准下，采用最高压力70兆帕氢罐的轻型燃料电池车能够在3-5分钟内将气态氢燃料充满。充满后可支持的行驶里程为480公里或更多。

    基于J2601标准下，诞生了J2601标准燃料加注（J2601 standard fueling）方案。目前研究者已经将一些车企的燃料电池车储氢罐在极端条件下进行测试，以供进一步完善标准。

    氢燃料的加注速率取决加注系统的冷却性能（抵消加注过程中热压缩产生热能的能力）。目前，H70-T40型燃料加注系统能够为燃料电池车提供-40℃的气态氢燃料。