陜西省燃料電池汽車發(fā)展現(xiàn)狀與對策研究

付 佩，郝 卓，蘭子劍，蔡 旭，馬 菁，陳軼嵩

（長安大學(xué) 汽車學(xué)院，陜西 西安 710064）

目前我國在能源安全方面的問題十分迫切，僅在2021年，我國的石油對外依存度為72%。同時，我國計劃在2030年達(dá)到碳峰值，2060年實(shí)現(xiàn)碳中和以應(yīng)對全球變暖問題。為了解決這兩大問題，采用效率高、氫能來源廣泛以及污染排放低的氫燃料電池汽車的方案是非常合理的[1]。

近年來，我國高度重視并積極推動氫能和燃料電池汽車的技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展，出臺了多項(xiàng)有力推動性政策，在推動氫能領(lǐng)域關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)和全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)創(chuàng)新、推動氫能多場景高效利用、引導(dǎo)燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展等方面加大部署力度，取得了階段性進(jìn)展[2]。對于陜西而言，加強(qiáng)燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)規(guī)模擴(kuò)大，特別是發(fā)展氫能技術(shù)對取得未來競爭新優(yōu)勢、進(jìn)行汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型、應(yīng)對能源問題和環(huán)境污染問題以及發(fā)展經(jīng)濟(jì)尤為重要[3]。

1 陜西省燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及問題

近年來，陜西省全力推進(jìn)全省氫能及燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)布局，先后出臺《陜西省“十三五”戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》《關(guān)于加快陜西省氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展布局的建議》等驅(qū)動政策，規(guī)劃了陜西省燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)以及清潔能源的發(fā)展方向，推動了燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)在陜西省的發(fā)展[4]。

1.1 發(fā)展現(xiàn)狀

1.1.1 燃料電池電堆

陜西省高校西安交通大學(xué)研究氫燃料電池已經(jīng)有近20年的歷史，是國內(nèi)最早研究燃料電池中多場耦合傳遞過程的課題組之一。其堅持燃料電池基礎(chǔ)研究和工程應(yīng)用相結(jié)合，積累了15年的燃料電池仿真、實(shí)驗(yàn)、設(shè)計和開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，初步掌握了氫燃料電池電堆等方面的核心技術(shù)，在質(zhì)子交換膜、催化劑、雙極板等燃料電池電堆關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域持續(xù)攻關(guān)，達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。同時與國內(nèi)燃料電池企業(yè)包括上海汽車集團(tuán)股份有限公司、東方電氣集團(tuán)、上海神力公司、北京億華通公司、東莞眾創(chuàng)新源等開展了全面的產(chǎn)學(xué)研合作研究，在轎車30 kW級電池堆設(shè)計、無人機(jī)千瓦級風(fēng)冷燃料電池優(yōu)化設(shè)計等方面積累了豐富的工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。

1.1.2 燃料電池汽車整車及關(guān)鍵電氣零部件

近年來陜西省內(nèi)部分整車企業(yè)進(jìn)行了大量的探索，憑借在整車集成、動力傳動、底盤、車身以及整車級控制等方面的技術(shù)優(yōu)勢，主持參與多項(xiàng)國家 863計劃和科技支撐計劃項(xiàng)目，取得多項(xiàng)專利技術(shù)和科技成果。陜汽已完成30 kW燃料電池商用車集成技術(shù)預(yù)研，2017年開發(fā)出國內(nèi)首輛德龍 L3000燃料電池環(huán)衛(wèi)車。寶雞吉利在氫燃料電池汽車研發(fā)和應(yīng)用方面處于行業(yè)前列；陜西秦星加大投入氫能及氫燃料電池汽車研發(fā)，2020年年初開始組裝生產(chǎn)“秦星G10F”氫燃料電池客車。清泰科在高速空氣壓縮機(jī)、氫氣循環(huán)泵、發(fā)動機(jī)輸出直流變換器等零部件方面正在加快技術(shù)研發(fā)，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)化落地。

1.1.3 制氫、儲氫、運(yùn)氫、加氫

陜西省是我國重要的煤炭工業(yè)基地之一，陜西省榆林市原煤產(chǎn)能占全球的 40%、化工副產(chǎn)氫20萬噸以上，神木市正在進(jìn)行氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，率先發(fā)展技術(shù)較為成熟的蘭炭尾氣制氫產(chǎn)業(yè)。我國首個軍民融合氫能工程技術(shù)研發(fā)中心2018年在西安組建成立，對高效低成本制氫儲氫技術(shù)以及氫能裝備檢測與安全應(yīng)用等關(guān)鍵技術(shù)展開深入研究。同時西安交通大學(xué)團(tuán)隊的“煤炭超臨界水氣化制氫發(fā)電多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)”研究項(xiàng)目已進(jìn)入中試階段。

1.2 存在問題

陜西省雖在燃料電池基礎(chǔ)研究方面有一定積累，但在氫燃料電池汽車整車及零部件制造、示范推廣和應(yīng)用方面存在以下問題。

1.2.1 核心技術(shù)尚未成熟

燃料電池技術(shù)門檻高，涉及多技術(shù)領(lǐng)域深度交叉，要適應(yīng)汽車運(yùn)行中頻繁變動的工況更為復(fù)雜。雖然以西安交通大學(xué)陶文銓院士團(tuán)隊為代表的科研機(jī)構(gòu)圍繞氫燃料電池相關(guān)技術(shù)已開展深入研究，但陜西省尚未具有從關(guān)鍵零部件到整車集成技術(shù)的成熟研發(fā)團(tuán)隊，關(guān)鍵技術(shù)還不夠成熟。陜汽組裝的燃料電池商用車、秦星組裝的燃料客車均是購買省外技術(shù)進(jìn)行簡單拼裝，燃料電池電堆成組、電驅(qū)動系統(tǒng)、整車集成與控制系統(tǒng)等關(guān)鍵核心技術(shù)仍未掌握。目前陜西省燃料電池汽車進(jìn)入到大規(guī)模推廣應(yīng)用階段的技術(shù)條件還不成熟。

1.2.2 產(chǎn)業(yè)鏈條尚不完整

陜西的燃料電池先進(jìn)技術(shù)研究尚處在基礎(chǔ)研發(fā)和初步應(yīng)用階段，高校和研究機(jī)構(gòu)雖然掌握大量其核心技術(shù)，但這些單位不足以將燃料電池汽車進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。特別是在汽車這樣復(fù)雜且涉及面廣的產(chǎn)品應(yīng)用上，從基礎(chǔ)研發(fā)到推廣應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)鏈尚未完全打通[5]。核心組件如質(zhì)子交換膜、催化劑、碳紙、碳布、膜電極、雙極板的產(chǎn)業(yè)鏈，氫氣儲運(yùn)、加注、檢測等相關(guān)的加氫站加氫系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈也不夠完整。

1.2.3 缺乏行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)

燃料電池汽車綜合了材料學(xué)、化學(xué)、電子、機(jī)械等領(lǐng)域高精尖技術(shù)，這導(dǎo)致其所需技術(shù)的成本較高。燃料電池電堆的成組、系統(tǒng)的集成與控制等都必須適應(yīng)汽車運(yùn)行中頻繁變動的工況，需要企業(yè)大量的工程試驗(yàn)、系統(tǒng)集成和測試，從科技成果到產(chǎn)業(yè)化需要產(chǎn)業(yè)鏈上游生產(chǎn)制備、中游組裝集成、下游基礎(chǔ)應(yīng)用的大量掌握核心技術(shù)的企業(yè)協(xié)同攻關(guān)。陜西目前缺乏像億華通、國鴻氫能、重塑科技、東方電氣這樣完全掌握燃料電池核心零部件關(guān)鍵技術(shù)的領(lǐng)軍企業(yè)。

1.2.4 配套政策有待完善

燃料電池汽車從研發(fā)試制到示范運(yùn)營、商業(yè)推廣過程需要根據(jù)《新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品準(zhǔn)入管理規(guī)定》申請生產(chǎn)準(zhǔn)入資質(zhì)，進(jìn)入《道路機(jī)動車輛生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品公告》，短期內(nèi)要批量生產(chǎn)進(jìn)入示范運(yùn)營難度較大。此外，目前國家對加氫站的政策也不明朗，還沒有建設(shè)加氫站的各種條款和規(guī)定，考慮到安全性因素，審批、管理非常嚴(yán)格。

2 陜西省燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略

陜西省應(yīng)將氫能技術(shù)、燃料電池電堆技術(shù)以及相關(guān)整車技術(shù)作為燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)的主攻方向，充分利用高校與企業(yè)的協(xié)同研發(fā)優(yōu)勢，突破氫能及燃料電池汽車整車關(guān)鍵技術(shù)，鞏固和提升氫能和燃料電池汽車的研究成果和產(chǎn)品的成熟度，高質(zhì)量推動陜西省燃料電池汽車技術(shù)發(fā)展。

2.1 發(fā)展目標(biāo)

（1）建設(shè)形成氫能與燃料電池汽車的政策環(huán)境體系。在現(xiàn)有氫能、戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策的基礎(chǔ)之上，繼續(xù)出臺有關(guān)促進(jìn)燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展政策。力爭在2025年，建設(shè)形成氫能與燃料電池汽車的政策環(huán)境體系。

（2）氫燃料電池關(guān)鍵技術(shù)及電堆的研發(fā)和生產(chǎn)。加大氫燃料電池關(guān)鍵技術(shù)及電堆的技術(shù)攻關(guān)力度，如開展太陽能光催化制氫、碳纖維纏繞復(fù)合儲氫瓶材料技術(shù)、低鉑或非鉑催化劑、燃料電池高性能擴(kuò)散層、燃料電池膜電極以及電堆等關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)和生產(chǎn)[6]。

（3）加快氫能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)打造完整氫能源產(chǎn)業(yè)鏈。在良好的政策環(huán)境下，加快推進(jìn)陜西省各市（區(qū)、縣）的加氫站建設(shè)，優(yōu)化加氫站項(xiàng)目審批流程，盡快建成加氫站并投入使用[7]。同時，重視氫氣供應(yīng)能力、氫氣儲運(yùn)能力、氫氣加注能力以及氫能安全管理，著力打造完整氫能源產(chǎn)業(yè)鏈條。

（4）開展燃料電池汽車整車技術(shù)的研究和樣車開發(fā)。通過對燃料電池堆核心技術(shù)、車輛本身關(guān)鍵技術(shù)的持續(xù)科研攻關(guān)，較全面掌握和積累燃料電池汽車的整車研制技術(shù)，并對燃料電池汽車進(jìn)行樣車開發(fā)[8]。對燃料電池汽車樣車進(jìn)行實(shí)際環(huán)境下的試驗(yàn)并逐步提高其成熟度，提前做好小批量進(jìn)入市場前的準(zhǔn)備工作。

（5）加快研發(fā)燃料電池物流車、重型灑水車等車型。重視燃料電池物流車、垃圾清運(yùn)車、重型灑水車等車型的研制開發(fā)，為燃料電池汽車的示范應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。一方面可進(jìn)一步提高燃料電池專用車研發(fā)能力和產(chǎn)品性能，另一方面也可增強(qiáng)燃料電池微型車和重型車等車型的市場競爭力。

（6）加大各型燃料電池汽車的示范和推廣利用力度[9]。積極推進(jìn)“榆林—延安—西安”以及“西安—渭南—韓城”兩條氫能城際物流廊道的示范運(yùn)營，加快建設(shè)氫能及燃料電池示范城市群，不斷推進(jìn)燃料電池汽車在不同領(lǐng)域的示范作用。

2.2 重點(diǎn)任務(wù)

（1）加大燃料電池關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)力度，實(shí)現(xiàn)燃料電池汽車關(guān)鍵零配件的生產(chǎn)。依托省內(nèi)高等院校（西交大、西工大、長安大學(xué)等）和科研院所（中科院西安光機(jī)所等），一方面開展質(zhì)子交換膜電解池（PEMEC）、固體氧化物電解池（SOEC）、光催化制氫等關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，另一方面也要針對擴(kuò)散層、催化劑以及膜電極等的核心零部件以及材料展開研發(fā)工作。

（2）加快氫能“制、儲、運(yùn)、加”完整產(chǎn)業(yè)鏈和氫能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，大力推進(jìn)制氫-加氫一體化和分布式制氫與應(yīng)用一體化兩大項(xiàng)目的示范應(yīng)用。依托陜西省內(nèi)的氫能資源基礎(chǔ)優(yōu)勢，重點(diǎn)圍繞榆林“短倒運(yùn)輸”示范線建設(shè)若干座加氫站、依托現(xiàn)服務(wù)區(qū)建設(shè)若干座加氫站、圍繞城市公交、物流配送、市政作業(yè)等需求建設(shè)若干座加氫站。

（3）加強(qiáng)燃料電池混合動力能量管理系統(tǒng)、燃料電池系統(tǒng)水熱管理等關(guān)鍵核心技術(shù)的掌握，以及燃料電池物流車、垃圾清掃車、重型灑水車等燃料電池專用車整車技術(shù)研發(fā)和樣車開發(fā)技術(shù)的掌握，同時要提高燃料電池汽車核心部件研發(fā)水平，促進(jìn)陜西省燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)整體技術(shù)水平提升。

（4）加快西咸新區(qū)、榆林、渭南氫能示范園區(qū)的建設(shè)，推動燃料電池物流車、垃圾清掃車、重型灑水車等多類型燃料電池汽車的示范應(yīng)用。具體而言，建設(shè)以榆林、渭南為氫能供應(yīng)中心的氫能示范城市群，以西安、寶雞為核心的氫能和燃料電池汽車應(yīng)用示范城市群，推動燃料電池汽車在城際物流、公共交通、城市服務(wù)等領(lǐng)域的綜合示范。

（5）申報燃料電池汽車國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。首先整合陜西省重點(diǎn)汽車企業(yè)（比亞迪、陜汽、西安清泰科）和重點(diǎn)高校（西交大、西工大、西電、長安大學(xué)、中科院西安光機(jī)所）的科研資源；下一步，在陜西省新能源汽車重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)之上，積極申報國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，力爭在科研方面得到國家的大力支持。

3 陜西省燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的措施建議

3.1 實(shí)施措施

（1）引進(jìn)國內(nèi)外有實(shí)力的燃料電池汽車相關(guān)領(lǐng)域企業(yè)，或鼓勵其與陜西科研單位開展合作。同時注重陜西省內(nèi)燃料電池汽車相關(guān)企業(yè)的培育，完善氫能與燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈條。

（2）盡快出臺氫能與燃料電池汽車的相關(guān)政策，逐步建設(shè)形成氫能與燃料電池汽車的政策環(huán)境體系，著手解決燃料電池汽車資質(zhì)、加氫站建設(shè)審批等有關(guān)問題。

（3）燃料電池電堆是氫燃料電池汽車技術(shù)和價值的核心。在完善產(chǎn)業(yè)鏈的過程中，目前應(yīng)以氫燃料電池車企的產(chǎn)業(yè)需求為牽引，側(cè)重開展燃料電池電堆相關(guān)核心技術(shù)攻關(guān)、企業(yè)孵化培育和有競爭力產(chǎn)品的開發(fā)。

（4）發(fā)揮陜西省能化資源優(yōu)勢，發(fā)展制、儲、運(yùn)及加氫技術(shù)和產(chǎn)業(yè)，提前搶占?xì)淙剂想姵睾蜌淠荛_發(fā)技術(shù)高地和市場，從上游和中游帶動整車制造、推廣的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

3.2 政策建議

（1）加強(qiáng)組織領(lǐng)導(dǎo)。首先要建立陜西省燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展協(xié)調(diào)專班，專班統(tǒng)籌規(guī)劃全省燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展和應(yīng)用推廣。而各個市、縣、區(qū)需要在當(dāng)?shù)貙?shí)際環(huán)境的基礎(chǔ)上，建立相應(yīng)的氫能與燃料電池汽車發(fā)展的領(lǐng)導(dǎo)小組，切實(shí)抓好組織實(shí)施，確保取得實(shí)效。

（2）加大研發(fā)投入。統(tǒng)籌各級科技研發(fā)資金，加大對氫能和燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的科研攻關(guān)支持力度。特別要重視在燃料電池電堆、大功率燃料電池發(fā)動機(jī)、燃料電池混合動力能量管理系統(tǒng)、燃料電池系統(tǒng)水熱管理、車載儲氫等方面的技術(shù)攻關(guān)。

（3）支持示范應(yīng)用。大力推動制氫—加氫一體化項(xiàng)目、分布式制氫與應(yīng)用一體化項(xiàng)目的示范應(yīng)用，大力推動燃料電池物流車、垃圾清掃車、重型灑水車等車型的研制開發(fā)，大力推動燃料電池汽車在城際物流、公共交通、城市服務(wù)等領(lǐng)域的綜合示范。

（4）力爭國家支持。省級有關(guān)部門要積極組織申報國家燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新工程，及時完成項(xiàng)目前期準(zhǔn)備工作，為我省燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?fàn)幦耶a(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新工程等專項(xiàng)資金及支持。