中國(guó)氫燃料電池汽車技術(shù)路線選擇與實(shí)踐進(jìn)展

王賀武，歐陽(yáng)明高，李建秋，楊福源

（汽車安全與節(jié)能國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（清華大學(xué)），清華大學(xué)碳中和研究院,北京 100084，中國(guó)）

國(guó)家從科技、能源、汽車、環(huán)保等多方面制定了支持氫能發(fā)展的政策，多角度推動(dòng)氫能發(fā)展。2021年 《中共中央 國(guó)務(wù)院關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見(jiàn)》[1]要求，統(tǒng)籌推進(jìn)氫能“制儲(chǔ)輸用”全鏈條發(fā)展，推動(dòng)加氫站建設(shè)，推進(jìn)可再生能源制氫等低碳前沿技術(shù)攻關(guān)，加強(qiáng)氫能生產(chǎn)、儲(chǔ)存、應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、示范和規(guī)?；瘧?yīng)用。在《國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)2030 年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案的通知》[2]中明確，加快氫能技術(shù)研發(fā)和示范應(yīng)用，探索在工業(yè)、交通運(yùn)輸、建筑等領(lǐng)域規(guī)模化應(yīng)用。《國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035 年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》[4]指出，在氫能與儲(chǔ)能等前沿科技和產(chǎn)業(yè)變革領(lǐng)域，組織實(shí)施未來(lái)產(chǎn)業(yè)孵化與加速計(jì)劃，謀劃布局一批未來(lái)產(chǎn)業(yè)。國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局2022 年發(fā)布了《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃（2021 — 2035 年）》[5]，規(guī)劃明確了氫的能源屬性，確認(rèn)氫是未來(lái)國(guó)家能源體系的組成部分，要充分發(fā)揮氫能清潔低碳特點(diǎn)，推動(dòng)交通、工業(yè)等用能終端和高耗能、高排放行業(yè)向綠色低碳轉(zhuǎn)型；提出了氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展各階段目標(biāo)：到2025 年，基本掌握核心技術(shù)和制造工藝，燃料電池車輛保有量約5 萬(wàn)輛，部署建設(shè)一批加氫站，可再生能源制氫量達(dá)到10 萬(wàn)～20 萬(wàn)噸/年，實(shí)現(xiàn)二氧化碳減排100 萬(wàn)～200 萬(wàn)噸/年；到2030年，形成較為完備的氫能產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新體系、清潔能源制氫及供應(yīng)體系，有力支撐碳達(dá)峰目標(biāo)實(shí)現(xiàn)；到2035 年，形成氫能多元應(yīng)用生態(tài)，可再生能源制氫在終端能源消費(fèi)中的比例明顯提升。

中國(guó)初步形成較完整的氫能產(chǎn)業(yè)鏈。自科技部“十五”電動(dòng)汽車重大專項(xiàng)啟動(dòng)燃料電池汽車技術(shù)研發(fā)以來(lái)，經(jīng)過(guò)20 年的科技投入，以燃料電池汽車為氫能應(yīng)用的先導(dǎo)，已經(jīng)初步掌握氫燃料電池及其關(guān)鍵零部件、動(dòng)力系統(tǒng)、整車集成和氫能基礎(chǔ)設(shè)施等核心技術(shù)，基本形成氫氣制備、儲(chǔ)運(yùn)、加注、燃料電池應(yīng)用等完整產(chǎn)業(yè)鏈。傳統(tǒng)能源企業(yè)如中石化、中石油高調(diào)進(jìn)入制氫環(huán)節(jié)，以中船718 所為代表的制氫裝備業(yè)在全球占有重要地位；涌現(xiàn)了如天海工業(yè)、中材科技、沈陽(yáng)斯林達(dá)等儲(chǔ)氫瓶裝備制造企業(yè)和中集安瑞科、魯西化工、浙江藍(lán)能等長(zhǎng)管拖車生產(chǎn)企業(yè)；國(guó)富氫能、上海舜華、派瑞華等加氫站設(shè)備提供商也基本能夠滿足國(guó)內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)需求。在燃料電池系統(tǒng)方面，有億華通、上海重塑、清能股份等系統(tǒng)集成商，以及上海神力、新源動(dòng)力、未勢(shì)能源等電堆生產(chǎn)企業(yè)。在基礎(chǔ)材料方面也有生產(chǎn)催化劑的濟(jì)平新能源、生產(chǎn)質(zhì)子交換膜的東岳未來(lái)氫能。

與中國(guó)氫燃料電池汽車發(fā)展同期，國(guó)際上氫能燃料電池汽車推廣也在取得顯著的進(jìn)步，一些國(guó)家也在不斷更新各自的氫能燃料電池汽車發(fā)展戰(zhàn)略，以及時(shí)跟蹤國(guó)際發(fā)展態(tài)勢(shì)和趨勢(shì)，總結(jié)發(fā)展成就，堅(jiān)定發(fā)展信心。

本文首先梳理了全球氫燃料電池汽車發(fā)展的現(xiàn)狀與特點(diǎn)，介紹了美國(guó)發(fā)展燃料電池汽車的戰(zhàn)略與技術(shù)市場(chǎng)趨勢(shì); 分析了中國(guó)氫燃料電池汽車路線圖2.0 的主要內(nèi)容，給出了今后15 年分階段的里程碑關(guān)鍵指標(biāo)，總結(jié)了中國(guó)氫燃料電池汽車推廣、核心技術(shù)研發(fā)的成果，對(duì)標(biāo)了2021 年的關(guān)鍵指標(biāo)與路線圖里程碑指標(biāo)的差異性，判斷了路線圖的完成程度；最后，總結(jié)了氫燃料電池汽車在以張家口為代表的區(qū)域推廣應(yīng)用成功經(jīng)驗(yàn)，匯總了2022 冬奧期間氫燃料電池汽車的運(yùn)行實(shí)踐。

1 主要國(guó)家氫燃料電池汽車技術(shù)路線圖與最新進(jìn)展

1.1 全球氫燃料電池汽車發(fā)展現(xiàn)狀與特點(diǎn)

全球發(fā)布?xì)淠芎腿剂想姵貞?zhàn)略的國(guó)家眾多，表 1為部分國(guó)家或區(qū)域氫能燃料電池汽車（包括非道路移動(dòng)工具）計(jì)劃目標(biāo)及最新進(jìn)展。由表可以看出，從總的燃料電池移動(dòng)裝備的推廣量上看，美國(guó)最多，總數(shù)超過(guò)6萬(wàn)臺(tái)套。截至2022 年4 月推廣13 000 萬(wàn)輛燃料電池乘用車和70 輛燃料電池客車以及4 輛燃料電池卡車，同時(shí)建設(shè)了50 座為燃料電池汽車提供氫能加注的加氫站，在倉(cāng)儲(chǔ)物流領(lǐng)域推廣了5 萬(wàn)輛以上的燃料電池叉車[6]；在推廣目標(biāo)上，美國(guó)僅加州就設(shè)定了在2030 年推廣運(yùn)行100 萬(wàn)輛氫燃料電池汽車和1 000 座加氫站的階段性目標(biāo)[]，但是其他州并無(wú)類似的目標(biāo)提出。

韓國(guó)是目前單純以道路運(yùn)行氫燃料電池汽車保有量最高的國(guó)家，截至2022 年4 月，其數(shù)量已達(dá)到1.9萬(wàn)輛以上，并且與美國(guó)一樣以乘用車為主，燃料電池客車保有量?jī)H有129 輛[8]。與該國(guó)制定的2030 年推廣6.9萬(wàn)輛目標(biāo)相比，完成度較低，僅有28%，不足1/3；其170 座加氫站的數(shù)量也與310 座的目標(biāo)相去較遠(yuǎn)[9]。從表中還可以看出，韓國(guó)發(fā)布的2040 年目標(biāo)為282 萬(wàn)輛氫燃料電池汽車上路運(yùn)行，加氫站數(shù)量1 200 座，由此可以判斷絕大部分仍是乘用車，這一目標(biāo)也是可見(jiàn)的國(guó)家發(fā)展目標(biāo)中最宏大的，數(shù)量是中國(guó)、日本與美國(guó)加州3 個(gè)區(qū)域目標(biāo)的總和。

表 1 主要國(guó)家（地區(qū)）燃料電池汽車及加氫站路線圖與進(jìn)展

日本是全球開(kāi)展氫燃料電池汽車規(guī)?；a(chǎn)的國(guó)家，主要包括豐田公司和本田公司，其燃料電池乘用車在日本、美國(guó)、歐洲均有批量銷售。在日本本土，截至2022 年4 月，共計(jì)推廣燃料電池乘用車7 100 多輛，燃料電池客車120 輛，加氫站157 座，另有近400 輛燃料電池叉車[10]。從規(guī)劃的實(shí)現(xiàn)程度上看[11]，燃料電池客車數(shù)量超過(guò)計(jì)劃2030 年100 輛的目標(biāo)，但乘用車推廣量?jī)H為計(jì)劃推廣量4 萬(wàn)輛的18%，加氫站數(shù)量也僅為目標(biāo)500 座的30%。 日本發(fā)布的2040 年推廣目標(biāo)為80 萬(wàn)輛氫燃料電池汽車和1 000 座加氫站，與韓國(guó)和加州的情況類似。從車站比來(lái)判斷，主要仍是乘用車，其120 輛燃料電池客車的目標(biāo)目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。

中國(guó)是除美日韓外第4 大氫燃料電池汽車活躍的國(guó)家。截至2021 年年底，推廣燃料電池汽車超過(guò)8 600 輛，建設(shè)加氫站200 多座。與其他國(guó)家相比，中國(guó)具有顯著的特點(diǎn)：特點(diǎn)1 是推廣的車型均為商用車，包括客車和貨車，乘用車數(shù)量少；特點(diǎn)2 是加氫站數(shù)量多，單站服務(wù)的車的數(shù)量少，這與商用車的用氫量大相關(guān)；最后一點(diǎn)也是最重要的是中國(guó)如期實(shí)現(xiàn)了2020 年的規(guī)劃目標(biāo)，原計(jì)劃5 000 輛燃料電池汽車和100 座加氫站的階段性目標(biāo)均已實(shí)現(xiàn)。

在歐洲，燃料電池汽車主要在德國(guó)和英國(guó)有較大規(guī)模的推廣，但與中美日韓相比，規(guī)模有限。德國(guó)推廣1 600 多輛車，建設(shè)加氫站100 多座，另有100 多輛燃料電池叉車的保有量[12]。德國(guó)推廣的汽車中，除1 500輛乘用車外，還有70 輛的客車和20 輛的貨車。英國(guó)則推廣了300 多輛乘用車、58 輛的客車和36 輛的貨車，建設(shè)加氫站26 座[13]。從德國(guó)和英國(guó)的情況初步判斷，包括客車和貨車在內(nèi)的燃料電池商用車占比也較高，雖然低于中國(guó)，但遠(yuǎn)高于美日韓，這透露出歐洲在推廣燃料電池汽車方面的優(yōu)先領(lǐng)域也許是商用車。

1.2 美國(guó)發(fā)展燃料電池汽車的戰(zhàn)略與技術(shù)市場(chǎng)趨勢(shì)

美國(guó)能源部從2001 年開(kāi)始陸續(xù)發(fā)布了關(guān)于美國(guó)氫能的戰(zhàn)略文件。2001 年發(fā)布《氫經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型國(guó)家愿景》[14]、并于次年發(fā)布《氫能國(guó)家路線圖》[15]，2006 年推出《氫研發(fā)示范計(jì)劃》[16], 2011 年推出《氫與燃料電池技術(shù)項(xiàng)目計(jì)劃》[17]，2020 年推出《氫項(xiàng)目計(jì)劃》[18]。在此過(guò)程中，能源部的氫能與燃料電池技術(shù)辦公室、化石燃料辦公室、基礎(chǔ)科學(xué)辦公室、核能辦公室結(jié)合各自的職責(zé)范圍分別發(fā)布了研究計(jì)劃，包括2003 年首次發(fā)布并歷經(jīng)2005、2012、2015、2017 年多次修訂的《多年研發(fā)示范計(jì)劃 MYRD&D》[19]、2003 年科學(xué)辦公室發(fā)布的《氫經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)研究需求》[20]、 2020 年化石燃料辦公室發(fā)布的《實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)的氫能戰(zhàn)略》[21]、2020 年科學(xué)與技術(shù)信息辦公室發(fā)布的《集成能源系統(tǒng)2020 路線圖》[22]，以及2013 年和2017 年汽車技術(shù)辦公室發(fā)布的《美國(guó)驅(qū)動(dòng)燃料電池技術(shù)團(tuán)隊(duì)路線圖》[23]。

能源部在歷年的年度業(yè)績(jī)報(bào)告（Annual Merit Review，AMR）中都會(huì)對(duì)氫能燃料電池汽車的進(jìn)展進(jìn)行回顧和評(píng)述[24]。從2021 年的報(bào)告來(lái)看，目前在美國(guó)銷售和行駛的燃料電池乘用車并非美國(guó)本土企業(yè)生產(chǎn)，1.3萬(wàn)多輛乘用車中，有日本豐田公司Mirai 車型、韓國(guó)現(xiàn)代公司Tucson 和Nexo 車型、日本本田公司的Clarity車型，其中Mirai 車數(shù)量最多，超過(guò)1 萬(wàn)輛，這與20年前混合動(dòng)力汽車在美國(guó)的推廣極其相似[25]，當(dāng)年混合動(dòng)力汽車市場(chǎng)豐田的Prius 等日本汽車企業(yè)的產(chǎn)品占據(jù)70%以上的份額。

2020 年左右，美國(guó)氫燃料電池汽車的推廣重點(diǎn)有向重型卡車方向發(fā)展的趨勢(shì)。2019 年，美國(guó)能源部的氫燃料技術(shù)辦公室和汽車技術(shù)辦公室聯(lián)合發(fā)布了氫燃料電池長(zhǎng)途拖載卡車的技術(shù)指標(biāo)[26]，如表 2 所示，其主要指標(biāo)從2020 年到2030 年和2050 年的變化趨勢(shì)為燃料電池系統(tǒng)功率逐步減小，從2020 年的300 kW 降低到2030年的270 kW 和2050 年的240 kW；燃料電池系統(tǒng)的壽命進(jìn)一步上升，從現(xiàn)在的8 000 h 大幅度提高到2030 年和2050 年的25 000 h 和30 000 h；燃料電池系統(tǒng)的成本需要大幅度降低，從目前的185 $/kW 降低到2030 年的80 $/kW 和2050 年60 $/kW，要下降到目前的1/3；燃料經(jīng)濟(jì)性繼續(xù)提升，百千米氫氣消耗從目前的6.6 kg降低到2030 年的4.5～5.6 kg，并進(jìn)一步降低到2050 年的3.7～5.0 kg；相應(yīng)的燃料電池系統(tǒng)最高效率從目前的43%～46%，提高到2030 年的68% 和 2050 年的72%。

表 2 卡車用燃料電池技術(shù)現(xiàn)狀與目標(biāo)

在2020 年，美國(guó)能源部組建了由洛斯阿拉姆斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、羅倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、阿崗國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、可再生能源國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室等5 個(gè)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室牽頭的“百萬(wàn)英里燃料電池卡車聯(lián)盟”（Million Mile Fuel Cell Truck, M2FCT），與企業(yè)合作解決質(zhì)子交換膜燃料電池用于重型長(zhǎng)途拖載卡車的耐久性和效率問(wèn)題[28], 能源部提供5 年5 000 萬(wàn)美元的經(jīng)費(fèi)支持。其主要考慮因素是燃料電池乘用車的生命周期里程僅為15 萬(wàn)英里（1 英里約為1.609 千米），而卡車的里程為100 萬(wàn)英里。究其原因，美國(guó)重點(diǎn)開(kāi)發(fā)氫能重卡的原因來(lái)自于三方面的考慮，一是重載長(zhǎng)途拖載卡車的銷量與其他輕中載卡車的銷量相當(dāng)且覆蓋了70%美國(guó)卡車出行里程。二是燃料電池重卡的燃料效率具有滿足超級(jí)重卡指標(biāo)的能力和顯著降低碳排放的效果[29]。美國(guó)交通部交通研究所2022 年的研究報(bào)告表明在全生命周期內(nèi)，現(xiàn)階段燃料電池重卡CO2排放比柴油重卡低44.6%，也比純電動(dòng)重卡低14.6%；甚至到2050 年分別使用可再生柴油和使用光伏高溫制氫，氫燃料電池重卡的CO2排放也僅為內(nèi)燃機(jī)重卡的1/4。三是氫燃料的高質(zhì)量比能量與快速加注優(yōu)勢(shì)，有利于提高重載車輛的有效裝載量和長(zhǎng)的續(xù)駛里程。

聯(lián)盟成員2021 年在Nature Energy上發(fā)表論文進(jìn)一步明確了氫燃料電池重卡推廣應(yīng)用需要面對(duì)的重要挑戰(zhàn)和技術(shù)發(fā)展方向[30]。在燃料電池系統(tǒng)層面，將工況調(diào)整到高單片電池電壓的工作點(diǎn)以改善能量轉(zhuǎn)換效率，同步可解決高溫環(huán)境下散熱困難問(wèn)題。如圖 1 所示，隨著運(yùn)行工況點(diǎn)向高電壓方向移動(dòng)，燃料電池系統(tǒng)的熱效率大幅度提高，散熱量相應(yīng)同步減少，散熱系統(tǒng)挑戰(zhàn)降低，這對(duì)于高功率的重載車輛尤其重要。目前乘用車運(yùn)行常用的0.675 V 工作點(diǎn)下的熱效率為43%～46%，需要提高燃料電池的運(yùn)行溫度在90 ℃以上；當(dāng)運(yùn)行工況點(diǎn)提高到0.750 V 時(shí)，熱效率超過(guò)50%，甚至達(dá)到54%，運(yùn)行溫度可以降低到83 ℃；熱效率的提高和運(yùn)行溫度的降低，對(duì)于目前的燃料電池材料和系統(tǒng)管理具有好處，低溫有利于材料壽命的提高，高熱效率意味著散熱量減少，冷卻系統(tǒng)負(fù)擔(dān)減弱，這對(duì)于重載車輛的大功率燃料電池系統(tǒng)尤其重要，可以緩解目前大功率燃料電池系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性。從燃料電池系統(tǒng)熱效率進(jìn)一步提高的方向上，在更高的溫度點(diǎn)工作才有更高的熱效率，因此在材料體系的研發(fā)上應(yīng)該開(kāi)發(fā)耐更高溫度的質(zhì)子交換膜，美國(guó)能源部的目標(biāo)是將燃料電池系統(tǒng)的工作溫度提高到120 ℃，以實(shí)現(xiàn)72%以上的理想熱效率。

圖1 燃料電池系統(tǒng)不同工作溫度與單體電壓工況點(diǎn)的最高效率[31]

2 中國(guó)氫能燃料電池汽車技術(shù)路線圖

2.1 氫能燃料電池汽車三階段發(fā)展里程碑

中國(guó)指定了明確的發(fā)展氫能燃料電池汽車愿景和目標(biāo)。在2016 年發(fā)布的 《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》[32]中明確提出，中國(guó)氫能燃料電池汽車的發(fā)展愿景為“到2030 年實(shí)現(xiàn)百萬(wàn)輛的氫能燃料電池汽車上路行駛，到2050 年與純電技術(shù)共同實(shí)現(xiàn)汽車零排放”。氫能燃料電池汽車要與純電動(dòng)汽車協(xié)調(diào)發(fā)展，共同通過(guò)能源的低碳清潔化和動(dòng)力的高效電動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)汽車產(chǎn)業(yè)從大到強(qiáng)的轉(zhuǎn)變；以車用能源來(lái)源的多元化保障中國(guó)能源安全，以能源利用階段的零排放實(shí)現(xiàn)環(huán)境空氣質(zhì)量改善，以風(fēng)電光伏等零碳分布式能源的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和。在堅(jiān)持上述愿景不變的前提下，在2020 年的修訂版路線圖《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖2.0》[33]中對(duì)實(shí)現(xiàn)百萬(wàn)輛氫能燃料電池汽車的總目標(biāo)進(jìn)行了里程碑節(jié)點(diǎn)的規(guī)劃，具體包括3 個(gè)階段，如圖2 所示。

圖2 中國(guó)氫能燃料電池汽車?yán)锍瘫?guī)劃

第1 階段：2020—2025 年，初步實(shí)現(xiàn)氫能燃料電池汽車的商業(yè)化應(yīng)用。氫能燃料電池汽車的商業(yè)化應(yīng)用規(guī)模達(dá)到8 000 ～10 000 輛，投入運(yùn)營(yíng)加氫站100座以上。在北京、上海、鄭州、武漢、成都、張家口、佛山、如皋、濰坊、大同等全國(guó)10 余個(gè)大中小不同級(jí)別城市，以公共交通、倉(cāng)儲(chǔ)物流為主要業(yè)務(wù)開(kāi)展商業(yè)化示范運(yùn)營(yíng)，累積運(yùn)營(yíng)里程超過(guò)1 億km。

第2 階段：2025—2030 年，加快實(shí)現(xiàn)氫能及燃料電池汽車的推廣應(yīng)用。以大型SUV、公共服務(wù)用車的批量應(yīng)用為主，基于現(xiàn)有儲(chǔ)運(yùn)加注技術(shù)，基于150 km的輻射距離，因地制宜地推廣氫能與燃料電池技術(shù)，優(yōu)化燃料電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，加速關(guān)鍵部件產(chǎn)業(yè)化，大幅降低燃料電池系統(tǒng)成本。燃料電池汽車保有量達(dá)到5萬(wàn)～10 萬(wàn)臺(tái)規(guī)模，加氫站數(shù)量不少于1 000 座。

第3 階段：2030—2035 年，實(shí)現(xiàn)氫能及燃料電池汽車的大規(guī)模推廣應(yīng)用。大規(guī)模氫的制取、存儲(chǔ)、運(yùn)輸、應(yīng)用一體化，加氫站現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)氫、制氫模式的標(biāo)準(zhǔn)化和推廣應(yīng)用；完全掌握燃料電池核心關(guān)鍵技術(shù)，建立完備的燃料電池材料、部件、系統(tǒng)的制備與生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)鏈。燃料電池汽車保有量80 萬(wàn)～100 萬(wàn)輛，加氫站超過(guò)5 000 座，50%以上的氫氣為可再生能源制取的綠氫。

2.2 氫燃料電池商用車發(fā)展路線圖

如圖3 所示，燃料電池商用車發(fā)展技術(shù)路線圖在2020 年完成第1 階段目標(biāo)后，在2025 年設(shè)定了里程碑，并在2030 與2035 年設(shè)定了一個(gè)跨時(shí)間段的里程碑。

圖3 氫能燃料電池商用車技術(shù)路線圖與里程碑

2025 年為燃料電池商用車動(dòng)力系統(tǒng)性能持續(xù)提升、整車成本持續(xù)下降、實(shí)現(xiàn)大規(guī)模推廣應(yīng)用的節(jié)點(diǎn)。在這一階段，通過(guò)提升燃料電池系統(tǒng)額定功率、優(yōu)化動(dòng)力系統(tǒng)能量管理策略，逐步提升燃料電池系統(tǒng)及整車性能，動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、耐久性、環(huán)境適應(yīng)性及成本均逐步改善，整車與傳統(tǒng)車壽命相當(dāng)。燃料經(jīng)濟(jì)性方面，中國(guó)城市客車行駛工況下氫氣消耗率小于5.5 kg/ (100 km)。實(shí)際線路續(xù)駛里程達(dá)到500 km，整車?yán)鋯?dòng)溫度低于 - 30 ℃，壽命達(dá)到40萬(wàn)km，同時(shí)整車成本小于100萬(wàn)元。

2030—2035 年為燃料電池商用車實(shí)現(xiàn)全面產(chǎn)業(yè)化要求的關(guān)鍵階段，燃料電池公路客車和卡車應(yīng)用占據(jù)較大市場(chǎng)份額。在這一階段，通過(guò)180 kW 級(jí)以上高功率密度燃料電池系統(tǒng)的應(yīng)用, 實(shí)現(xiàn)大功率燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)的重型卡車規(guī)?；瘧?yīng)用。通過(guò)量產(chǎn)燃料電池商用車，提升整車性能，降低成本。以49 t 重卡為例，燃料經(jīng)濟(jì)性方面，在中國(guó)半掛牽引車列車行駛工況下氫氣消耗率小于10 kg/（100 km）。實(shí)際線路續(xù)航里程超過(guò)800 km，整車?yán)鋯?dòng)溫度達(dá)到 - 40℃，壽命提高至100萬(wàn)km，達(dá)到全面產(chǎn)業(yè)化指標(biāo)要求，同時(shí)進(jìn)一步控制整車成本在50 萬(wàn)元以內(nèi)。

2.3 商用車燃料電池系統(tǒng)及電堆路線圖與里程碑

商用車燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)的目標(biāo)是在2035 年達(dá)到與內(nèi)燃機(jī)同等技術(shù)水平，產(chǎn)業(yè)鏈基本完善，具備成熟的規(guī)模化生產(chǎn)能力，燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)品具備和內(nèi)燃機(jī)充分競(jìng)爭(zhēng)的能力?；韭窂綀?jiān)持燃料電池與大容量動(dòng)力電池混合動(dòng)力的發(fā)展路線，逐步提升商用車燃料電池系統(tǒng)功率，使燃料電池系統(tǒng)在功率密度、效率、環(huán)境適應(yīng)性、壽命及成本等方面的關(guān)鍵指標(biāo)達(dá)到產(chǎn)業(yè)化要求，逐步從低速、低載重商用車應(yīng)用向長(zhǎng)距離重載商用車應(yīng)用轉(zhuǎn)變，滿足燃料電池商用車發(fā)展需求。

如圖4 所示，商用車燃料電池系統(tǒng)發(fā)展技術(shù)路線圖在2020 年完成第1 階段目標(biāo)后，在2025 年設(shè)定了里程碑，并在2030 與2035 年設(shè)定了一個(gè)跨時(shí)間段的里程碑。到2025 年，燃料電池系統(tǒng)功率高于120 kW，質(zhì)量比功率大于350 W/kg，系統(tǒng)能量效率超高55%， 40 ℃冷啟動(dòng)不超過(guò)5 min，壽命超過(guò)15 000 h，材料成本低于2 000 元/kW。到2030—2035 年，燃料電池系統(tǒng)功率高于180 kW，質(zhì)量比功率大于450 W/kg，系統(tǒng)能量效率超高60%， -40 ℃冷啟動(dòng)不超過(guò)2 min，壽命超過(guò)30 000 h，材料成本低于600 元/kW。

圖4 商用車燃料電池系統(tǒng)路線圖2.0 和里程碑指標(biāo)

如圖5 所示，商用車燃料電池堆發(fā)展技術(shù)路線圖在2020 年完成第1 階段目標(biāo)后，在2025 年設(shè)定了里程碑，并在2030 與2035 年設(shè)定了一個(gè)跨時(shí)間段的里程碑。面向2025 年的應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)現(xiàn)有材料體系進(jìn)行改進(jìn)與提升。燃料電池堆功率超過(guò)70 kW，體積功率密度大于2.5 kW/L，壽命超過(guò)1.65萬(wàn) h，成本降低到1 200元/kW 以內(nèi)，催化劑、膜、膜電極、雙極板等材料量產(chǎn)滿足10 萬(wàn)輛車需求；面向2030 和2035 年的規(guī)模化推廣場(chǎng)景，在提升現(xiàn)有材料體系的同時(shí)開(kāi)發(fā)創(chuàng)新性材料體系。催化劑、膜、膜電極、雙極板等材料量產(chǎn)國(guó)滿足100 萬(wàn)輛車需求。燃料電池堆功率超過(guò)100 kW，體積功率密度大于3 kW/L，壽命超過(guò)3 萬(wàn) h，成本降低到400 元/kW 以內(nèi)。

圖5 商用車燃料電池堆路線圖和里程碑指標(biāo)

2.4 氫能基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展路線圖與里程碑

高昂的用氫成本導(dǎo)致氫燃料電池商用車的總擁有成本居高不下是氫燃料電池商用車推廣的瓶頸之一，終端用氫價(jià)格的降低將大幅度提升氫燃料電池商用車的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力[34]。因此，車用氫能基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展目標(biāo)是：形成完善的氫能基礎(chǔ)設(shè)施區(qū)域網(wǎng)絡(luò)，滿足氫能消費(fèi)的需求，結(jié)合碳交易體系，實(shí)現(xiàn)氫能零排放交通的規(guī)?；苿?dòng)氫能社會(huì)的可持續(xù)化發(fā)展。

如圖6 所示 ，2025 年實(shí)現(xiàn)氫能基礎(chǔ)設(shè)施及燃料電池汽車的推廣應(yīng)用；鼓勵(lì)發(fā)展可再生能源制氫，基本滿足燃料電池車輛用氫量需求；實(shí)現(xiàn)液氫技術(shù)在能源領(lǐng)域的商業(yè)化應(yīng)用，推動(dòng)區(qū)域性輸氫管網(wǎng)的商業(yè)化示范；具備70 MPa 壓力的III 型和IV 型瓶的批量生產(chǎn)能力；加氫站數(shù)量超過(guò)1 000 座。2030—2035 年實(shí)現(xiàn)氫能基礎(chǔ)設(shè)施及燃料電池汽車的大規(guī)模推廣應(yīng)用；加氫站數(shù)量超過(guò)5 000 座。

圖6 氫能基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)路線圖

鼓勵(lì)發(fā)展以光伏、風(fēng)電、水電等為代表的可再生能源制氫路線，實(shí)現(xiàn)未來(lái)氫能源的綠色發(fā)展[34]。從量上講，可再生能源制氫量是可以滿足燃料電池車輛使用,以2025 年燃料電池汽車5 萬(wàn)～10 萬(wàn)輛所需的20 萬(wàn)～40 萬(wàn)t 氫氣為目標(biāo)，依照國(guó)家規(guī)劃，可再生能源制氫量達(dá)到10 萬(wàn)～20 萬(wàn)t / a，具有至少滿足50%供氫的能力；從品質(zhì)上講，可再生電力電解水制氫純度很高，能夠滿足燃料電池對(duì)氫純度的高要求，可以完全避免加氫站、儲(chǔ)氫瓶和燃料電池受腐蝕或中毒等問(wèn)題。氫氣儲(chǔ)輸近期以成熟的高壓氣氫技術(shù)體系為主，中長(zhǎng)期為高壓、液氫、管道等多種形式并存。站內(nèi)儲(chǔ)氫方式近期以成熟的高壓氣氫為主，中長(zhǎng)期為氣氫、液氫并存。氫燃料成本指加氫槍出口的氫燃料成本，2020 年補(bǔ)貼后為40元/kg，2025 年以后不考慮補(bǔ)貼。

3 中國(guó)氫能燃料電池汽車發(fā)展進(jìn)展

3.1 燃料電池汽車市場(chǎng)快速起步，商業(yè)化進(jìn)程符合預(yù)期，走出了中國(guó)特色的發(fā)展路徑

自2016 年路線圖1.0 發(fā)布以來(lái)，截至2021 年，中國(guó)累積生產(chǎn)燃料電池汽車1 萬(wàn)輛，超過(guò)路線圖1.0 預(yù)設(shè)的2020 年5 000 輛的目標(biāo)，也達(dá)到了路線圖2.0 修訂的2020 年第1 階段8 000 輛到1 萬(wàn)輛的目標(biāo)。商業(yè)化進(jìn)程符合預(yù)期，從圖7 2010—2021 年全球以及2017—2021 年中國(guó)氫燃料電池汽車5 年累計(jì)投入運(yùn)行數(shù)量及車型分布情況可以看出，中國(guó)累計(jì)投入運(yùn)行車輛從2017 年的1 000 輛增加到2021 年的8 600 輛，5 年增長(zhǎng)8 倍以上，中國(guó)氫能燃料電池汽車數(shù)量占全球總銷量5萬(wàn)輛的17%，與韓國(guó)、美國(guó)、日本成為全球氫能燃料電池汽車推廣應(yīng)用的核心國(guó)家。市場(chǎng)發(fā)展與路線圖研判相符，燃料電池汽車市場(chǎng)化的主要車型為商用車，包括客車和卡車，截至2021 年推廣的車輛中，客車和貨車分別為4 119 輛和4 391 輛，乘用車不足100 輛。

圖7 全球及中國(guó)氫燃料電池汽車?yán)塾?jì)投入運(yùn)行數(shù)量及車型分布情況

3.2 氫燃料電池汽車技術(shù)指標(biāo)提前逼近2025 年目標(biāo)，但是成本仍偏高，需要規(guī)模化降低成本

中國(guó)氫燃料電池汽車的主要技術(shù)指標(biāo)如圖8所示[35]，以燃料電池城市客車為代表，2021 年投運(yùn)的車輛，其續(xù)駛里程實(shí)現(xiàn)了500 km，達(dá)到了2025 年的規(guī)劃目標(biāo)值；100 km 氫氣消耗降低到5.38 kg，優(yōu)于2025 年的指標(biāo)；實(shí)現(xiàn)了 - 30 ℃啟動(dòng)的2025 年冷啟動(dòng)指標(biāo)要求；車輛預(yù)測(cè)壽命在2020 年20 萬(wàn)km 的基礎(chǔ)上增加1 倍，達(dá)到了2025 年的40 萬(wàn)km 的指標(biāo)。然而在成本方面，仍然偏高，不僅高于路線圖設(shè)定的第2 階段2025 年100 萬(wàn)元的目標(biāo)，并且仍高于第1 階段2020 年150 萬(wàn)元預(yù)期。這與目前燃料電池系統(tǒng)或者燃料電池堆仍未實(shí)現(xiàn)萬(wàn)臺(tái)規(guī)?；a(chǎn)有關(guān)，也受制于車載氫氣儲(chǔ)存系統(tǒng)成本降低幅度不如預(yù)期，均導(dǎo)致整車成本居高不下。

圖8 氫燃料電池客車（12 m）當(dāng)前主要參數(shù)與路線圖指標(biāo)的比較

在燃料電池汽車供氫基礎(chǔ)設(shè)施方面，截至到2020年年底，中國(guó)已經(jīng)建成加氫站118 座，2021 年達(dá)到230座，達(dá)到路線圖2020 年100 座的目標(biāo)。

從表3 燃料電池系統(tǒng)實(shí)際指標(biāo)與路線圖比較的燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)可以看出，商用車燃料電池系統(tǒng)功率達(dá)到100 kW 以上，質(zhì)量比功率達(dá)到500 W/kg 以上，系統(tǒng)最高效率達(dá)到60%以上，冷啟動(dòng)溫度滿足 - 30 ℃條件，壽命達(dá)到1 萬(wàn) h 以上。燃料電池系統(tǒng)額定功率、質(zhì)量比功率、最高效率已經(jīng)達(dá)到或超過(guò)2025 年的目標(biāo)；系統(tǒng)成本已經(jīng)達(dá)到2020 年目標(biāo)要求,與2025 年目標(biāo)還有一定差距；耐久性還需進(jìn)一步驗(yàn)證。

表3 燃料電池系統(tǒng)實(shí)際指標(biāo)與路線圖比較

億華通G120 燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品采取輕量化設(shè)計(jì)（自主化電堆采用超薄柔性石墨雙極板和先進(jìn)的框架式電堆封裝技術(shù)，提高系統(tǒng)集成度；開(kāi)發(fā)高性能引射器，實(shí)現(xiàn)對(duì)氫氣循環(huán)泵的替代，同時(shí)將引射器與端板集成）、減少零部件（對(duì)零部件布置優(yōu)化，減少管路接口）等手段，大大提升了系統(tǒng)質(zhì)量功率密度。上海捷氫自主研發(fā)的車規(guī)級(jí)大功率燃料電池系統(tǒng)，基于系統(tǒng)架構(gòu)和零部件升級(jí)優(yōu)化，降低輔助系統(tǒng)功耗并提高系統(tǒng)功率；多維度集成優(yōu)化，減少系統(tǒng)零部件數(shù)量和提高比質(zhì)量及比體積；通過(guò)電堆濕度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和系統(tǒng)智能化控制算法，使系統(tǒng)具備快速響應(yīng)、高環(huán)境適應(yīng)性和高控制精度的功能等，滿足了大功率、長(zhǎng)壽命（＞1 萬(wàn) h)的要求。

中國(guó)國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)化的燃料電池堆額定功率、體積功率密度已經(jīng)達(dá)到或超過(guò)2025 年的目標(biāo)，低溫啟動(dòng)指標(biāo)達(dá)到2020 年目標(biāo)要求，具體指標(biāo)如表4 燃料電池堆實(shí)際指標(biāo)與路線圖的比較所示。其中電池的耐久性還需要實(shí)際驗(yàn)證，電堆成本已經(jīng)達(dá)到2020 年目標(biāo)要求, 與2025 年目標(biāo)還有一定差距。國(guó)內(nèi)膜材料產(chǎn)業(yè)化方面，山東東岳公司走在前列，其生產(chǎn)的厚度為15μm 的DMR系列復(fù)合增強(qiáng)全氟質(zhì)子膜具有優(yōu)異的性能和壽命，化學(xué)耐久性O(shè)CV 循環(huán)測(cè)試超過(guò)1 000 h，短堆循環(huán)壽命測(cè)試超過(guò)6 000 h，通過(guò)了奔馳公司的技術(shù)考核；機(jī)械耐久性上，干濕循環(huán)測(cè)試的循環(huán)次數(shù)超過(guò)2 萬(wàn)次。

表4 燃料電池堆實(shí)際指標(biāo)與路線圖的比較

3.3 在全國(guó)范圍內(nèi)啟動(dòng)區(qū)域性氫能燃料電池汽車示范應(yīng)用

截至2022 年，中國(guó)在全國(guó)范圍內(nèi)布局了6 個(gè)氫能及氫燃料電池汽車示范區(qū)域，如圖9 所示，計(jì)劃示范車輛總規(guī)模超過(guò)4 萬(wàn)輛，接近路線圖2025 年的推廣目標(biāo)。首先，燃料電池汽車示范應(yīng)用城市群初步形成 “3+2”格局。2021 年9 月財(cái)政部、工業(yè)和信息化部、科技部、國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局等5 部委批復(fù)了北京城市群、上海城市群、廣東省佛山城市群；2022 年2 月批復(fù)了河南省鄭州城市群、河北省張家口城市群。上述京滬粵冀豫5 個(gè)城市群目前已公布各自在示范期內(nèi)推廣燃料電池汽車數(shù)量的目標(biāo)，分別為5 300、5 000、10 000、7 710、10 000 輛，總量超過(guò)37 000 輛。

圖9 中國(guó)氫能及氫燃料電池汽車示范區(qū)域

其次，啟動(dòng)了氫進(jìn)萬(wàn)家示范工程，2021 年4 月科技部主導(dǎo)的氫進(jìn)萬(wàn)家科技示范工程在山東省啟動(dòng)，其目標(biāo)是到2025 年推廣燃料電池整車6 000 輛，日供綠氫150 t，還將開(kāi)展1.2 萬(wàn)戶的燃料電池?zé)犭娐?lián)供系統(tǒng)的示范，這是目前唯一啟動(dòng)的氫能科技示范區(qū)。

4 氫燃料電池汽車在張家口與2022 冬奧的實(shí)踐

4.1 張家口市氫能制儲(chǔ)加進(jìn)展

張家口位于中國(guó)可再生能源富集區(qū)和經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的連接處，是連接北方資源和京津冀地區(qū)的中心節(jié)點(diǎn)，具有產(chǎn)業(yè)樞紐作用。 張家口是唯一的國(guó)家可再生能源示范區(qū)，匯集了眾多的可再生能源技術(shù)，是綜合性示范基地，有先行先試的政策優(yōu)勢(shì)。張家口市是中國(guó)較早出臺(tái)氫能規(guī)劃的城市之一，目前已從產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、行動(dòng)計(jì)劃、扶持政策、項(xiàng)目核準(zhǔn)備案、加氫站布局和安全監(jiān)管辦法等方面初步形成了較為完善的氫能政策保障體系。張家口市積極推進(jìn)制加儲(chǔ)氫設(shè)備及燃料電池、氫能整車制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展，通過(guò)加強(qiáng)招商引資和重大項(xiàng)目招引，在氫能產(chǎn)業(yè)鏈上實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)布局從0 到1 的重大突破，目前集聚效應(yīng)逐步顯現(xiàn)，氫能產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)企業(yè)正加速建設(shè)落地。

張家口市為燃料電池汽車的應(yīng)用建設(shè)了完備的氫氣制取、運(yùn)輸和加注基礎(chǔ)設(shè)施。建成水電解制氫項(xiàng)目5 個(gè)，制氫產(chǎn)能17 t/d，包括海珀?duì)? 期（4 t/d）、河北建投沽源1 期 （1.7 t/d）、河北建投沽源2 期（2.6 t/d）、河北建投崇禮1 期（0.85 t/d）、交投殼牌制氫（8 t/d）。2021 年，海珀?duì)栔茪鋸S累計(jì)制氫400 t。已建成創(chuàng)壩站、東望山站、緯三路站、西山產(chǎn)業(yè)園站、崇禮北站、崇禮南站及崇禮南撬裝站、太子城站及太子城撬裝站共9 座加氫站，合計(jì)加氫能力達(dá)到7.7 t/ (12 h)。自2018 年10 月起至2021 年年底，燃料電池客車?yán)塾?jì)加氫1 527 t，其中2021 年加氫量達(dá)到550 t。自投運(yùn)以來(lái)，月均加氫量隨車輛數(shù)增加不斷提升，2020 年初達(dá)到58 t，12 月月加氫量達(dá)到歷史最高的77 t，到2021 年年末加氫量逐步穩(wěn)定在50 t 左右。

4.2 張家口市氫燃料電池客車運(yùn)營(yíng)情況

張家口市依托豐富的可再生能源優(yōu)勢(shì)，借助籌辦北京2022 年冬奧會(huì)的歷史機(jī)遇，全力推進(jìn)氫燃料電池公交車應(yīng)用。截至2022 年3 月，已分6 批共投運(yùn)氫燃料電池客車444 輛，覆蓋城區(qū)10 條公交線路；冬奧會(huì)期間大部分車輛投入冬奧保障。截至2022 年3月15日，全部車輛累計(jì)運(yùn)行里程2 100 萬(wàn)km，累計(jì)完成載客量超6 500 萬(wàn)人次，單車最高運(yùn)營(yíng)里程超過(guò)18 萬(wàn)km。是全國(guó)燃料電池公交車運(yùn)行數(shù)量最多、最穩(wěn)定的城市之一。

北京冬奧會(huì)使用氫燃料電池汽車作為接駁嘉賓、運(yùn)動(dòng)員、媒體記者、各國(guó)政要最主要的交通工具，其中張家口賽區(qū)710 輛，是目前世界最大規(guī)模的氫燃料電池汽車示范應(yīng)用。

河北省燃料電池汽車示范應(yīng)用城市群的組建，依據(jù)財(cái)政部等五部委的2022 年2 月批復(fù)的《關(guān)于開(kāi)展燃料電池汽車示范應(yīng)用的通知》，組建模式為“1 + 8 + N”模式，如圖10 所示。由張家口市人民政府牽頭，8 個(gè)車輛示范城市包括河北省唐山市、保定市、邯鄲市、秦皇島市、定州市、辛集市、雄安新區(qū)等7 個(gè)市區(qū)，以及內(nèi)蒙古烏海市。 “N”個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈城市包括上海市奉賢區(qū)提供燃料電池電堆、鄭州市提供燃料電池汽車，以及供零部件所在城市，如淄博市、聊城市、廈門市。示范期將累計(jì)投放運(yùn)營(yíng)各類燃料電池汽車7 710 輛。覆蓋港口、礦山、廠區(qū)、市政為主的貨運(yùn)場(chǎng)景，以城市公交為主、通勤客運(yùn)為輔的客運(yùn)場(chǎng)景，開(kāi)展燃料電池網(wǎng)約車和公務(wù)用車示范，同時(shí)在張家口、烏海等地開(kāi)展高寒低溫環(huán)境下的燃料電池汽車示范應(yīng)用。在氫能供應(yīng)方面，氫氣供應(yīng)量5萬(wàn)t/a，可再生能源電解制氫成本下降至14 元/kg，示范期內(nèi)的城市群計(jì)劃建設(shè)加氫站86 座。

圖10 河北省燃料電池汽車示范應(yīng)用城市群

4.3 氫能出行冬奧示范和京張包氫能產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新走廊

4.3.1 氫能出行冬奧示范

冬奧賽事期間的奧林匹克專用車道上，時(shí)常看到一輛輛綠色的大巴車開(kāi)過(guò)，向著冬殘奧場(chǎng)館的方向駛?cè)?。這些大巴車正是 “‘氫能出行’關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用示范”項(xiàng)目的成果。 “氫能出行”是由清華大學(xué)牽頭的科技部“科技冬奧”項(xiàng)目，該項(xiàng)目致力于突破制、儲(chǔ)、運(yùn)、加、用全產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵技術(shù)。冬奧會(huì)期間，項(xiàng)目組研制260輛氫燃料電池客車，在張家口賽區(qū)以及延慶賽區(qū)，為運(yùn)動(dòng)員及隨隊(duì)官員、技術(shù)官員、媒體、轉(zhuǎn)播商、工作人員等各類注冊(cè)人群提供班車運(yùn)輸服務(wù)。與夏季奧運(yùn)會(huì)有明顯不同的是，冬季北京地區(qū)的氣溫低值可達(dá) - 30～ - 40 ℃，場(chǎng)館又分布在北京、延慶、張家口3 個(gè)賽區(qū)，彼此間的距離跨度近200 km，低溫環(huán)境下的車輛啟動(dòng)、續(xù)航、山地路況都對(duì)綠色交通提出了“苛刻”要求。

該項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的氫能客車采用70 MPa 氫燃料系統(tǒng)、大功率燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)、雙電機(jī)耦合無(wú)動(dòng)力中斷驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了70 MPa 快速加注、 -35 ℃低溫冷啟動(dòng)和 - 40 ℃極寒低溫停放保護(hù)，燃料電池系統(tǒng)效率達(dá)60%，續(xù)駛里程400 km 以上。在冬奧賽事期間，在極寒、陡坡、急彎地理環(huán)境下的低溫適應(yīng)性、安全性、可靠性均經(jīng)受住了考驗(yàn)，順利完成了冬奧會(huì)張家口和延慶賽區(qū)的運(yùn)輸任務(wù)，也實(shí)現(xiàn)了車輛運(yùn)營(yíng)端真正意義上的零排放，減碳環(huán)保效果明顯。據(jù)統(tǒng)計(jì)，260 輛車共運(yùn)行線路29 條，累計(jì)運(yùn)行約2 萬(wàn)車次、載客17萬(wàn)余人次，氫燃料電池汽車?yán)塾?jì)行駛40 萬(wàn)km 里程，累計(jì)行駛時(shí)長(zhǎng)2.5萬(wàn)h。

與此同時(shí)，“氫能出行”項(xiàng)目為冬奧賽事所用車輛配套建設(shè)5 座加氫站，累計(jì)加注能力達(dá)到4.8 t/d（每天10～12 h），同時(shí)具備35 MPa 和70 MPa 加注能力。在冬奧會(huì)和冬殘奧會(huì)賽事期間，五座站加氫量106.11 t，共計(jì)完成7 969 次的車輛加注服務(wù)。成功助力保障了冬奧賽事期間的燃料電池車用氫需求。

為實(shí)現(xiàn)全鏈監(jiān)控與調(diào)度，通過(guò)設(shè)立在張家口氫能與可再生能源研究院的全鏈大數(shù)據(jù)監(jiān)控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控氫氣制取與管車輸運(yùn)、加氫站運(yùn)行與安全防護(hù)、車輛運(yùn)行和實(shí)時(shí)調(diào)度。氫能與燃料電池信息監(jiān)控平臺(tái)應(yīng)用Hadoop、流處理等技術(shù)，解決了氫能及燃料電池全鏈信息監(jiān)控、故障診斷預(yù)警及性能分析問(wèn)題。實(shí)現(xiàn)了“制—儲(chǔ)—運(yùn)—加—用”氫能全鏈數(shù)據(jù)高并發(fā)、海量存儲(chǔ)、實(shí)時(shí)分析的數(shù)據(jù)可視化信息平臺(tái)的構(gòu)建。同時(shí)，借助5G 網(wǎng)絡(luò)的全覆蓋，大數(shù)據(jù)平臺(tái)可對(duì)氫能全鏈數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘與應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)氫能車輛的低溫冷啟動(dòng)、燃料電池衰減等性能指標(biāo)分析，氫能供需鏈的智慧調(diào)度以及氫能應(yīng)用綜合評(píng)價(jià)，并完成了氫能全產(chǎn)業(yè)鏈過(guò)程的能源利用效率與二氧化碳減排量的核算。17 天冬奧會(huì)期間，張家口賽區(qū)累計(jì)加注氫氣94.3 t，減少碳排放1 414.5 t。

氫氣運(yùn)輸是冬奧保障的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，冬奧會(huì)期間氫氣用量高于5 t/d。長(zhǎng)管拖車作為冬奧會(huì)期間制氫廠和加氫站氫氣運(yùn)輸?shù)奈ㄒ贿\(yùn)輸設(shè)備，是保障冬奧期間氫氣穩(wěn)定供應(yīng)的核心裝備?！皻淠艹鲂小表?xiàng)目針對(duì)儲(chǔ)氫長(zhǎng)管拖車運(yùn)行過(guò)程泄漏、壓力、溫度等動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)獲取的需求，中國(guó)國(guó)內(nèi)首次研發(fā)了集氫氣泄漏、壓力、溫度等關(guān)鍵數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)了高靈敏度氫氣泄漏探測(cè)、壓力、溫度、實(shí)時(shí)定位等功能，用戶可借助該設(shè)備實(shí)現(xiàn)24 h 自動(dòng)值守和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。該系統(tǒng)為運(yùn)氫長(zhǎng)管拖車高壓系統(tǒng)“穿”上了個(gè)性化的“智能手環(huán)”，讓車輛運(yùn)行安全狀態(tài)更直觀透明。

氫系統(tǒng)中管閥濾最易引發(fā)泄漏風(fēng)險(xiǎn)，重點(diǎn)解決管閥濾失效引起的泄漏風(fēng)險(xiǎn)（包括泄漏初期的射流和末期的擴(kuò)散形貌）對(duì)解決氫系統(tǒng)安全隱患具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。為實(shí)現(xiàn)冬奧主火炬臺(tái)供氫系統(tǒng)的泄漏監(jiān)測(cè)，“氫能出行”項(xiàng)目建立了基于主動(dòng)安全理念的氫泄漏安全監(jiān)測(cè)體系，自主研發(fā)了近場(chǎng)氫泄漏檢測(cè)裝置，提出了高靈敏度低成本近場(chǎng)氫泄漏檢測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)了10-6（ppm）級(jí)極微量氫氣泄漏故障的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。近場(chǎng)氫泄漏檢測(cè)裝置成功應(yīng)用于冬奧開(kāi)閉幕式主火炬臺(tái)氫系統(tǒng)當(dāng)中。

4.3.2 京張包氫能產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新走廊

基于北京示范群、河北張家口示范群氫能燃料電池汽車示范基礎(chǔ)，在地域空間和應(yīng)用范圍上做一定的擴(kuò)展，覆蓋到更氫能產(chǎn)業(yè)的全產(chǎn)業(yè)鏈?？梢钥紤]在北京—河北張家口—內(nèi)蒙古包頭建設(shè)“京張包氫能產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)新走廊”。以可再生能源的綠氫為依托，進(jìn)行技術(shù)研發(fā)中試、綜合探索示范、商業(yè)應(yīng)用示范。

河北省張家口市開(kāi)展氫能綜合示范。內(nèi)容包括5 GW 風(fēng)光發(fā)電、1.8 GW 綠氫制備、80 t 氫儲(chǔ)能、50 MW 氫燃料電池發(fā)電、200 MW 氫燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電、35萬(wàn)t/a 綠氨合成、400 t 氨儲(chǔ)能、200 MW氨燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電、支撐1 000 輛燃料電池汽車、部分氫和氨可供京津冀地區(qū)。

北京氫能國(guó)際合作和技術(shù)研發(fā)中試。依托國(guó)際氫能中心開(kāi)展交流與合作，包括國(guó)際研究、會(huì)議和展覽等。依托北京未來(lái)氫谷中試研發(fā)平臺(tái)，建設(shè)氫能技術(shù)中試規(guī)模的裝備試制、集成測(cè)試、氫能產(chǎn)品測(cè)試評(píng)價(jià)以及產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)智能分析的一站式平臺(tái)。

包頭氫能重卡示范驗(yàn)證和推廣。包頭是全球少數(shù)同時(shí)具備可再生能源制氫成本優(yōu)勢(shì)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)工業(yè)基礎(chǔ)的地區(qū)，是國(guó)家能源局批復(fù)建設(shè)的可再生能源綜合應(yīng)用示范區(qū)，具有豐富的一級(jí)風(fēng)場(chǎng)資源、鐵礦和稀土在內(nèi)的聚集性礦產(chǎn)資源以及包頭鋼鐵與北方奔馳等重工業(yè)制造業(yè)，具有開(kāi)展基于可再生能源的綠氫產(chǎn)業(yè)鏈的資源優(yōu)勢(shì)、經(jīng)濟(jì)條件和減碳訴求。具體內(nèi)容包括：5 GW 可再生能源互聯(lián)網(wǎng)示范、30 萬(wàn)t/a 氫的大規(guī)模電解水制氫和液氫示范、110 t 直接還原鐵的綠色冶金、120 t 綠氨/年的綠色化工，以及大規(guī)模的49 t 以上的氫能重卡示范。

4 結(jié) 語(yǔ)

國(guó)際上氫燃料電池汽車的發(fā)展仍處于推廣的初期，集中在美國(guó)、日本、韓國(guó)、中國(guó)等4 個(gè)區(qū)域，作為各國(guó)發(fā)展戰(zhàn)略的具體體現(xiàn)，各自的路線圖和里程碑仍在不斷更新過(guò)程中，美國(guó)將重點(diǎn)推廣領(lǐng)域從特殊領(lǐng)域的氫燃料電池叉車開(kāi)始轉(zhuǎn)向重型長(zhǎng)途卡車。氫燃料電池汽車技術(shù)路線圖的制定促進(jìn)了中國(guó)氫燃料電池汽車技術(shù)進(jìn)步和推廣應(yīng)用規(guī)模的擴(kuò)大。中國(guó)氫燃料電池汽車技術(shù)指標(biāo)提前逼近2025 年目標(biāo)，但是成本仍偏高，需要規(guī)模化降成本。氫燃料電池客車在張家口與2022 北京冬奧的大規(guī)模應(yīng)用是成功的，可以進(jìn)一步拓展到重載卡車的推廣應(yīng)用。