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    國內燃料電池汽車發展概況

    發布日期: 2018-04-09
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    1 國內政策發展
     我國新能源汽車產業發展規劃中明確提出發展包括純電動汽車、插電式混合動力汽車及燃料電池汽車在內的新能源汽車,但從國內情況來看,目前新能源汽車的發展更加偏重于純電動汽車和插電式混合動力汽車,而氫燃料電池車基本處于配角地位。自2014 年以來,我國密集頒布了一系列政策措施,彰顯出國家發展氫能與燃料電池產業的決心,總體來看,政策扶持產業發展的趨勢愈加明顯。

                           表1國內氫能源政策情況

    序號政策名稱涉及氫能源的內容
    1《中國制造2025》.2015繼續支持電動汽車、燃料電池汽車發展,掌握汽車低碳化、信息化、智能化核心技術,提升動力電池、驅動電機、內燃機、先進變速器、輕量化材料、智能控制等核心技術的工程化和產業化能力,形成從關鍵零部件到整車的完整工業體系和創新體系,推動自主品牌節能與新能源汽車同*水平接軌。
    2《2016-2020 年新能源汽車推廣應用財政支持政策方案》.2015燃料電池汽車補貼不實行退坡:乘用車20 萬/輛,輕型客車貨車30 萬/輛,大中型客車和中重型貨車50 萬/輛。
    3《國家重點研發計劃新能源汽車重點專項實施方案》征求意見稿.2015燃料電池汽車技術取得突破,達到產業化要求,實現千輛級市場規模。
    4《關于加快推進新能源汽車在交通運輸行業推廣應用的實施意見的通知》.2015積極推廣應用燃料電池汽車。
    5《能源發展戰略行動計劃(2014-2020 年)》.2014“氫能與燃料電池”作為能源科技創新戰略方向。
    6《關于新能源汽車充電設施建設獎勵的通知》.2014對符合國家技術標準且日加氫能力不少于200 公斤的新建燃料電池汽車加氫站每個站獎勵400 萬元。
    7《產業結構調整目錄(2014版)》儲氫材料被列入鼓勵類。
    8《節能與新能源汽車產業發展規劃》.2012• 新能源汽車主要包括純電動汽車、插電式混合動力汽車及燃料電池汽車。                                              • 燃料電池汽車、車用氫能源產業與國外同步發展。             • 開展燃料電池電堆、發動機及其關鍵材料核心技術研究。    • 重點開展純電動乘用車、插電式混合動力乘用車、混合動力商用車、燃料電池汽車等關鍵核心技術研發。                 • 繼續開展燃料電池汽車運行示范,提高燃料電池系統的可靠性和耐久性,帶動氫的制備、儲運和加注技術發展。
    9《當前優先發展的高技術產業化重點領域指南(2011 年度)》.2011氫開發與利用。天然氣制氫、化工、冶金副產煤氣制氫,低能耗電解水制氫,生物質制氫、微生物制氫技術,高壓容器貯氫、金屬貯氫、化合物貯氫技術,氫加注設備和加氫站技術,超高純度氫的制備技術,氫燃料發動機與發電系統技術。
    10《關于加快培育和發展戰略性新興產業的決定》.2010開展燃料電池汽車相關前沿技術研發,大力推進高能效、低排放節能汽車發展。
    11《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006-2020年)》.2006氫能及燃料電池技術:重點研究低成本的化石能源和可再生能源制氫技術,經濟氫儲存和輸配技術,燃料電池基礎關鍵部件制備和電堆集成技術,燃料電池發電及車用動力系統集成技術,形成氫能和燃料電池技術規范與標準。
      

     2 國內燃料電池發展現狀 

     2.1 氫能研發起步早,體系不完善
    我國對氫能的研究與開發可追溯到20 世紀60 年代。2000 年科技部啟動973 基礎研究項目,內容為氫能的規模制備、儲運和燃料電池的相關研究,該項目針對氫能領域的若干科學命題和核心技術開展基礎性研究。2001-2005 年,國家科技部863 電動汽車重大專項設立課題,以期在燃料電池、燃料電池發動機以及整車系統方面形成一套擁有自主知識產權的核心技術,zui終開發成功燃料電池公交車和燃料電池轎車。

    目前我國已經形成從基礎研究到示范演示的格局,初步形成一支由高等院校、科研院所、石油化工及汽車工業等部門為主的從事氫能研究、開發和應用的專業隊伍。我國燃料電池汽車產業鏈的研
    發體系以大學為主,清華大學、同濟大學以及大連化學物理研究所承擔大量的研發工作,而燃料電池汽車的生產體系建設較為緩慢,只有上汽集團參與相關建設工作。2012 年,清華大學、同濟大學、中科院大連物理化學研究所、上汽、一汽等發起成立中國燃料電池汽車技術創新戰略聯盟。國內燃料電池研發與生產體系仍需要不斷的完善,才能更好的推動我國氫能源產業快速發展。

     2.2 技術突破,但關鍵技術落后
    經過多年努力,我國在氫能和燃料電池技術領域取得了較大進展。在氫制備、儲運等技術領域,我國的制氫工業以引進技術為主,技術相對成熟,與發達國家的差距不大;在燃料電池技術領域,我國已經掌握了諸如電催化劑、質子交換膜、雙極板材料等關鍵技術,與*水平保持同步,但在關鍵零部件規模生產和電堆批量組裝及相關性能指標,我國還落后于*國家。

     2.3 產業整體處于研發示范階段
    目前我國已經自行設計、制造、實驗了多種不同型號的燃料電池樣車。研制的燃料電池發動機和汽車亦在2008 年北京奧運會和2010年上海世博會進行示范運行,均取得圓滿成功。上汽也于2013 年舉辦實現燃料電池汽車中*里行活動,充分驗證了燃料電池汽車的環境適應性。

    但與美歐日等西方發達國家相比,我國在氫能與燃料電池產業化和商業化進程方面滯后。國外燃料電池產業鏈各環節均已實現產業化,但國內的產業化程度還很低,且研發主體基本多為高校、可研機構和中小企業,商業化產品??傮w來看,我國與國外水平差距明顯,基本停留在技術示范階段。

     2.4 核心少,創新能力不足
    在氫能與燃料電池技術上,我國與美日德存在較大差距。從優先權申請來看,燃料電池汽車技術主要集中在日本、韓國、美國和德國。其中,日本優先權數量達到10454 個族,占 71%,各大關鍵技術均處于地位。此后依次是韓國(1225)、美國(1089)與德國(949),差別不大,中國(317)以2%*五。我國氫燃料電池技術和產業基礎薄弱,資金和技術力量投入不足,參與機構數量較少,導致我國氫燃料電池技術創新能力不足。“十二五”期間,科技部預算計劃投入2 億多元用于燃料電池汽車研發,但與發達國家數億美元的投入相比略顯不足。

     2.5 加氫站技術成熟但建設滯后
    加氫站建設方面,我國的35MPa 加氫站技術已趨于成熟,加氫站的設計、建設以及三大關鍵設備如45MPa 大容積儲氫罐、35MPa 加氫機和45MPa 隔膜式壓縮機均已實現國產化。目前,我國已經開始主攻70MPa 加氫站技術。截止2016 年7 月,我國運行的加氫站共有5 座,分別位于北京、上海、佛山、大連和鄭州,加氫站建設較為滯后。

     3 國內燃料電池與氫能的建設成績
    近年來,我國在燃料電池方面的投入也不斷加大,經過三個“五年規劃”及“863”等科技項目攻關,基本建立起具有自主知識產權的燃料電池轎車與燃料電池城市客車動力系統技術平臺,也初步形成了燃料電池發動機、動力電池、DC/DC 變換器、驅動電機、供氫系統等關鍵零部件的配套研發體系。我國燃料電池汽車正處于商業化示范運行考核與應用的階段,已在北京奧運燃料電池汽車規模示范、上海世博燃料電池汽車規模示范、UNDP 燃料電池城市客車示范以及“十城千輛”、廣州亞運會、深圳大運會等示范應用中取得了相對良好的社會效益。

     3.1 燃料電池汽車
    基于燃料電池轎車和客車動力系統技術平臺,目前已開發出3 款燃料電池客車、5 款燃料電池轎車,已具備開發百輛級燃料電池汽車動力系統平臺與整車生產能力以及進入國外市場的競爭力。成功在北京奧運會、上海世博會、環境基金與聯合發展計劃署(GEF/UNDP)共同支持的燃料電池城市客車商業化示范區、新加坡青奧會、美國加州等活動和區域進行了示范運行。

    燃料電池轎車zui高車速達150km/h,0~100km/h 的加速時間14 秒,一次加氫續駛里程300km,氫氣消耗0.912kg/100km。動力系統平臺應用于“上海牌”、“帕薩特”、“奔騰”、“志翔”、“東方之子”等車型,先后完成了2008 年北京奧運會、2009 年美國加州、2010 年上海世博會和廣州亞運會等示范和運行。

             表2 燃料電池轎車指標完成情況

    指標類型 預期指標指標完成情況(平臺)
    動力性zui高車速150153
    加速時間1712.5
    zui大爬坡度2020
    經濟性氫燃料消耗率(kg/100km)≤1.31.164
    續駛里程(km)>400323
    環境適應性,℃-10∼45-10℃冷啟動
    噪聲/加速行駛車外噪聲7069.5dB
    可靠性/主要部件平均故障間隔里程≥4000≥4086km

    所開發的燃料電池客車動力系統平臺應用在福田、蘇州金龍,上汽申沃等客車上,先后參加了2008 年北京奧運會、2010 年上海世博會、2010 年新加坡首屆青年奧運會等示范,還成功參加了北京公交
    為期一年的道路載客運行,驗證了燃料電池客車的動力性、經濟性和可靠性,車輛百公里氫氣消耗率為8.5kg。 

               表3 燃料電池轎車指標完成情況

    指標類型 預期指標指標完成情況(平臺)
    動力性zui高車速≥8092
    加速時間≤25(0-50km/h)15
    zui大爬坡度≥1818
    經濟性氫燃料消耗率(kg/100km)<8.57.98
    續駛里程(km)>300313
    環境適應性,℃-10∼45滿足要求
    噪聲/加速行駛車外噪聲 75.2
    可靠性/主要部件平均故障間隔里程≥25003331.7

    2016 年9 月,*條氫能源城市公交車示范線路正式開通,由上海重塑能源科技和佛山飛馳客車共同研制的12 臺燃料電池大巴車正式投入運營。

     3.2 燃料電池車用動力總成
    我國已經攻克了車用燃料電池動力系統集成、控制和適配等關鍵難點,形成了燃料電池系統、動力電池、DC/DC 變換器、驅動電機、儲氫與供氫系統等關鍵零部件配套研發體系,實現了綜合技術的跨越,總體技術接近*水平。 

    以同濟大學新能源汽車工程中心為主的燃料電池轎車動力系統研發團隊和以清華大學汽車安全與節能國家重點實驗室為主的燃料電池客車動力系統研發團隊在車用燃料電池動力系統平臺技術方面取得重要進展。轎車動力系統技術平臺采用燃料電池-動力電池混合驅動的構型方案,形成了千套級燃料電池轎車動力系統平臺的集成能力。燃料電池客車形成的燃料電池-動力電池動力系統技術平臺,攻克了制動能量回收、蓄電池系統熱電管理技術、雙燃料電池堆獨立運行等瓶頸技術,建立了碰撞-氫-電等多因素構成的新的汽車安全技術體系,完成了國內*例客車用氫-電系統的整車碰撞試驗。

     

      圖 1 上海世博燃料電池客車與燃料電池轎車

     3.3 燃料電池系統

    我國在車用燃料電池系統技術方面,初步掌握了燃料電池的材料、部件及電堆的關鍵技術,基本建立了具有自主知識產權的車用燃料電池技術平臺。我國車用燃料電池電堆的功率密度已達2.0kW/L,掌握了-20oC 低溫啟動技術,燃料電池轎車道路工況運行壽命超過3000h。

    國內從事車用燃料電池技術研究的機構包括大連化學物理研究所、武漢理工大學、清華大學、上海交通大學、同濟大學、中南大學等諸多高校和科研院所,經過國家科技計劃的支持,在車用燃料電池關鍵材料、部件及電堆研究等方面都取得了明顯的進展,從發表的研究結果來看,在催化劑、炭紙、膜電極和雙極板的關鍵技術指標接近*水平。

    國內從事車用燃料電池系統產品開發的單位主要有新源動力股份有限公司、上海神力科技有限公司、武漢理工新能源有限公司。質子交換膜、催化劑、炭紙、膜電極和雙極板的關鍵技術指標接近國外
    先進水平,但是從這些技術和材料在燃料電池汽車開發中的應用效果來看,存在著技術開發不充分、產品實現方面能力不足、缺乏批量生產能力等問題。在產業層面上,我國還不具備完整的燃料電池電堆產業鏈,燃料電池關鍵材料主要依賴進口,從事燃料電池電堆相關業務的企業數量少、投入小,技術開發和制造能力與*水平差距比較明顯。

     3.4 氫氣基礎設施
    我國已具備設計建設70MPa 加氫站的能力(包括固定站和移動站),關鍵設備國產化取得重大進展,相關標準法規也在逐步完善中。目前國內運行的加氫站有5 座,分別位于北京,上海、佛山.大連和
    鄭州。北京加氫站具備站外供氫、站內天然氣重整制氫和站內電解水制氫三種供氫方式,加注壓力為35MPa;上海加氫站采用外供氫方式,以上海地區的工業副產氫氣為氣源,加注壓力70MPa。

    從氫能的來源方面,目前我國存在的焦爐氣和工業副產氣中含有大量的氫,同時可再生能源,如棄風棄電棄水,也可以作為制取氫氣的來源。

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