鉅大LARGE | 點擊量：488次 | 2022年10月24日
我國燃料動力電池汽車緣何起大早趕晚集
氫能作為一種綠色、高效的二次能源，應用廣泛、前景廣闊。也因此，氫燃料電池汽車成為我國新能源汽車產業發展的重要選項。但客觀而言，我國氫燃料電池汽車目前尚處于起步階段，產業規模較小，相關技術和日本、韓國等還存在一定差距。然而，從另一個層面看，我國是全球最大的新車市場，發展新能源汽車已上升至國家戰略，這是我國發展氫燃料電池汽車的獨特優勢。
我們正式啟動“中國氫燃料電池汽車產業大調查”專欄，從產業起步背景、技術路線、技術瓶頸、未來趨勢等各個環節，逐級系統解構我國氫燃料電池汽車發展脈絡。
3月15日，國務院新聞辦舉行了吹風會，在今年政府工作報告的83處修訂中，有一條引起了業內的極大關注——“推動充電、加氫等設施建設”。氫能首次出現在政府工作報告中，這也讓業界對氫燃料電池汽車產業今后的發展充滿信心。
“我國在氫燃料電池汽車領域起步很早，尤其是在北京奧運會和上海世博會期間，可謂站在全球第一陣營。”同濟大學校長助理、智能型新能源汽車協同創新中心主任余卓平在接受《中國汽車報》記者采訪時坦言，“雖然前幾年行業整體減少了這一領域的研發和投入，走了一段時間的‘下坡路’，但我們依然‘咬緊’國際先進水平。背靠較為成熟和完善的新能源汽車產業基礎，只要氫能作為能源的戰略確定，我們會‘跑’得比任何國家都快。”余卓平表示。
起步向“電化學時代”邁出第一步
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燃料電池是一種不經過燃燒，直接以電化學反應的方式，將燃料如氫氣、天然氣等和氧化劑中的化學能轉化為電能的高效發電裝置。最早可追溯至1838年，德國化學家尚班提出了燃料電池的原理，并刊登在當時著名的科學雜志上。
在20世紀50年代以前，燃料電池一直處于理論與應用基礎的研究階段，燃料電池的理論和類型不斷豐富；到20世紀60年代，燃料電池引起了一些國家與特種部門的高度重視，美國聯合技術公司的UTCPower通過引進培根專利，成功研制了Apollo登月飛船的主電源——Bacon型中溫氫氧燃料電池；到了20世紀70～80年代，能源危機大大推動了燃料電池的發展，以美國為代表的發達國家開始大力支持民用燃料電池的開發，各種小功率燃料電池開始在宇航、特種、交通等各個領域中應用。
“最早成型的燃料電池汽車來自奔馳。”據余卓平回憶，1994年，這家發明了汽車的企業展出了一種不需要電池的新型廂式電動車，其發動機能量來自燃料電池中氫與氧結合發生的化學反應，直接產生電流。時任戴姆勒-奔馳集團技術研究主任的赫默特·韋樂自豪地提出：“我們處在一個新紀元的最前頭，(這)可以與戴姆勒和卡爾·本茨制造的第一輛以內燃發動機為動力的車輛的時代相比。”
同一年，一輛由德國工業煤氣公司MesserGriesheim和比利時發動機制造商Vcst氫公司聯合開發的公共汽車在比利時投入使用，這款被命名為“綠色”的公交車是歐共體為降低城市汽車礦物燃料排放所投資的520萬美元計劃中的第一大成果，歐共體聯合研究中心高級工程師、該氫能公共汽車項目負責人格里茲作出了“氫驅動的汽車最終將走向社會”的預言：“點火燃燒時代”將轉向“電化學時代”。
燃料電池汽車很快在全球范圍內引起了關注。1995年，一種由磷酸燃料電池為動力、可將大氣氧和甲醇衍生的氫氣轉化成電和水的新型公共汽車被投放到了美國市場，與此同時，加拿大不列顛哥倫比亞省北溫哥華市Ballard公司制造的以燃料電池為動力的公共汽車開始進行路試。
“我們最終能看到燃料電池的商業化，這一進程從去年就已經開始，燃料電池具有巨大的潛力。”時任美國加州電動研究所燃料電池項目經理愛德華·杰里斯如是說。
進階從“Necar2”到“超越一號”
“最初，燃料電池汽車產品大多為商用車，原因之一是燃料電池系統太大，普通乘用車空間有限。”余卓平告訴記者，但隨著技術的快速進步，燃料電池乘用車很快就問世了。
1996年，奔馳在柏林市波茨坦廣場展示了一款名為“Necar2”的概念電動車。盡管因為變速器和傳感器還不太可靠，汽車在演示中數度拋錨，但汽車的發動機運轉卻相當平穩，奔馳公司聲稱，“Necar2”是世界上首輛由燃料電池驅動的電動轎車。
這一時期，世界各大汽車公司都投入大量的人力、財力競相研制和開發燃料電池汽車：如日本豐田打算開發以甲醇為原料，通過氫和氧的化學反應產生電能的燃料電動汽車；奔馳公司與歐寶公司則宣布其燃料電池汽車最遲將于2004年投放市場；大眾集團也表示正在加緊研制開發以氫為燃料的電池汽車，并打算在兩年內推出第一輛原型車，成為了繼奔馳和歐寶之后，第三個正式宣布要發展以氫為燃料的汽車企業。
我國燃料電池研究始于1958年，曾在20世紀70年代發展航天事業的推動下，燃料電池研究第一次快速發展，“九五”期間，科技部與中科院將燃料電池技術列入“科技攻關”計劃，電動汽車也被列入國家重大科技產業工程中。“十五”期間，在“科技攻關”、“863”、“973”等國家計劃中，都安排了有關燃料電池技術的計劃和項目。
具體到燃料電池汽車領域，正如余卓平所言，我國起步并不晚。早在“九五”期間，東風汽車集團有限公司就聯合中科院大連化學物理研究所開發出了國內首臺30kW的燃料電池中巴客車；2003年，由我國自主開發的燃料電池動力汽車平臺“超越一號”，順利通過了科技部驗收。
在此平臺上開發的我國第一輛燃料電池轎車樣車采用的是“電-電”混合方案，即以燃料電池發動機為主要動力源，配以高功率的鋰離子電池，最大的好處是能回收汽車下坡和制動的能量。在制氫方面，與通用、奔馳等國外燃料電池轎車利用汽油或甲醇在車上重整制氫以及液氫等供氫方式不同，“超越一號”直接采用了壓縮氫的車載供氫方式，并提出利用上海鋼鐵、化工工業副產氣體制氫的思路。事實證明，這些技術路線后來逐步為國外汽車公司所采用。
2004年6月11日，“超越二號”駛出了實驗室，其全部采用“863”項目承擔單位自主研發的關鍵零部件；同年10月，“超越二號”參加了在上海舉辦的第六屆必比登清潔能源汽車挑戰賽；2006年6月11日，在法國巴黎舉行的第八屆必比登清潔能源汽車挑戰賽上，我國自主研發的燃料電池轎車“超越三號”順利通過全部比賽項目，取得4個“A”的好成績，在燃料電池汽車組拔得頭籌。
“在國家‘863’計劃中，我國新能源汽車的發展重點為：燃料電池汽車居首，第二為混合動力電動汽車，兼顧發展純電動汽車。”一位不愿具名的業內人士透露。
發展大規模示范運營拉開序幕
2005年，在北京國際馬拉松賽上，由燃料電池發動機供應商上海神力科技和清華大學聯合開發的最新一代燃料電池大巴擔當后勤保障車，途經天安門、阜成路、知春路、八達嶺高速路，最后到達國家奧林匹克體育中心，圓滿完成任務，用實踐檢驗了燃料電池大巴的實用性和可靠性。
2006年6月，3輛梅賽德斯-奔馳Citaro氫燃料電池公共汽車參與的中國燃料電池公共汽車商業化示范項目正式啟動，共歷時470余天，沒有出現安全事故，并獲得了大量有價值的運行數據。余卓平表示，雖然參與示范運營的車輛并非自主研發的產品，作為動力來源的氫氣也需要從山東運輸至北京，但當時讓北京市民第一次近距離接觸并了解了燃料電池汽車，為接下來的普及和推廣奠定了基礎。
值得一提的是，就在國內外大力發展燃料電池之際，一份由26位專家共同撰寫、于2007年3月遞交給國務院的題為《開發車用動力技術、盡快減輕交通能源壓力的建議》在2008年初曝光，認為現階段追求氫能源汽車跨越式發展存在巨大風險，應開發高效燃油動力技術，來盡快減少對進口石油的依賴，一時間引起了業內熱議。
事實上，在北京奧運會和上海世博會期間，我國自主研發的燃料電池汽車，已經稱得上全球最高水平。余卓平指出，雖然當時燃料電池汽車的研發力度已經開始有所減少，但稱之為“站在世界第一陣營”毫不為過。
據中國工程院院士、中國科學院大連化學物理研究所衣寶廉介紹，我國自主研發的燃料電池汽車先后參與或服務過2007年的上海必比登挑戰賽、2008年北京奧運會、2009年美國加州的示范運營項目、2010年新加坡世青賽以及2010年的上海世博會。在2010年的上海世博會期間，共有196輛燃料電池汽車為會議提供服務，包括6輛客車、100輛觀光車以及90輛轎車，平均單車運行里程為4500～5000公里，最長的單車運行累計里程達到10191公里。“示范運營的規模不斷擴大，燃料電池汽車的技術也有了明顯進步。”在衣寶廉看來，經過前期開展的一系列示范運營后，我國車用燃料電池與國際一流水平在性能上相對接近，但在成本和耐久性方面還有待提高。
沉寂受歐美技術戰略影響
2009年，我國新能源汽車“十城千輛”示范推廣工程正式啟動；2010年，《私人購買新能源汽車試點財政補助資金管理暫行辦法》公布，雖然國家始終全面推行“三縱三橫”的新能源汽車發展技術路線，但此后純電動汽車異軍突起，燃料電池汽車逐漸趨于“沉寂”。
“用‘沉寂’來形容不恰當。”余卓平透露，受到歐美等跨國車企技術戰略調整的影響，我國也逐漸轉變研發重點，減少了對燃料電池汽車的研發投入，但多年來，在工信部和科技部等部門的支持下，我國燃料電池汽車的研發工作始終沒有間斷，無論是在乘用車領域，還是商用車，燃料電池汽車的技術水平都在逐年提升。
雖然彼時歐美和中國對燃料電池汽車的推進節奏有所減緩，但日本和韓國卻“一條道走到黑”，搶占了先機。韓國方面，2013年2月，世界上第一輛量產版氫燃料電池汽車——現代ix35FCV在韓國下線；2014年4月，現代ix35氫燃料汽車在韓國本土開售，當時售價為1.5億韓元(當時約合人民幣85.5萬元)；在2018年的CES(國際消費類電子產品展覽會)上，現代汽車集團發布了旗下的最新一代氫燃料電池汽車——NEXO。
日本方面，2014年12月，迄今為止全球銷量最高的氫燃料電池車豐田Mirai上市，從2015年秋季開始，銷售范圍擴大至美國和歐洲，豐田Mirai的年產量從2015年的700輛左右，增長至2016年的2000輛，再增加到2017年的約3000輛。相較之下，雖然本田早就在2007年洛杉磯車展上發布了燃料電池車FCXClarity，并于2008年在美國面向個人用戶租賃，但Clarity直到2016年才正式面向市場銷售，新車售價為766萬日元起(當時約合人民幣43.8萬元)。
近兩年，由于能源和環境問題凸顯，美國、加拿大和德國等國均再次將燃料電池汽車的推廣提上了重要日程。據日本新能源產業技術綜合開發機構(NEDO)氫能部統括研究員EijiOhira介紹，日本道路上行駛的氫燃料電池汽車總量約為2700輛，2017年的總加氫量達到了150噸，加氫站數量超過120座；韓國氫能促進局局長JeahangShin分享的數據顯示，截止到2018年8月，韓國燃料電池汽車推廣數量已經超過400輛，加氫站超過30座，此外還建有47個燃料電池發電站；在美國，雖然加氫站數量不及日本，大約為100座左右，但美國能源部燃料電池辦公室主任SunitaSatyapal指出，在美國道路上運營的氫燃料電池汽車數量已經達到了5600輛，遠超其他國家。
與此同時，國內車企也開始加大在燃料電池汽車領域的布局和投資。2017年可稱為我國燃料電池汽車發展的元年，國內以商用車為主的燃料電池汽車市場規模首次突破了千輛，全年共計銷售1098輛。據中國汽車工業協會統計，2018年我國燃料電池汽車的銷量為1527輛，同比增長四成。
在發展氫燃料電池汽車方面，我國具備一定的先天優勢和基礎，同時已經積累了豐富新能源汽車研發和推廣經驗，還具有“集中力量辦大事”的體制優勢，余卓平表示，只要在氫能作為能源的戰略指引下，隨著制氫、儲氫、輸氫工業的快速發展，我國燃料電池汽車行業有望以最快的速度，重回全球汽車工業第一陣營。
全球首位燃料電池轎車個人用戶
2005年6月29日，本田汽車向全球首個燃料電池汽車的個人用戶交付了一輛燃料電池轎車——FCX，這位用戶是居住在加利福尼亞州麗浪多海岸的Spallino，與本田簽訂了兩年的租賃合同，FCX主要供Spallino上下班、接送孩子上下學以及購物等日常使用。
全球最早的燃料電池汽車示范運營
1993年，加拿大巴拉德動力系統公司研制出全球第一輛質子交換膜燃料電池大客車，車長9.7米，功率92千瓦，可乘坐20人，在洛杉磯機場進行展示性運行。其后，巴拉德動力系統公司與美國芝加哥市公交局合作研制了3輛12米長的燃料電池巴士，該車首先進行了1500公里無乘客運行試驗，整車系統的性能、安全性和可靠性通過考驗。
我國第一輛燃料電池汽車
1999年，清華大學研制出我國第一輛燃料電池汽車——一輛靠一組5千瓦的燃料電池系統提供動力的高爾夫球車，電池由北京富源世紀燃料電池能源提供。1999年，研究團隊又展示了電動轎車。2001年，北京綠能公司與清華大學和北京理工大學合作，研制出以燃料電池為動力的出租車、客車和12個座位的公共汽車。
世界首座燃料電池汽車加氫站
2003年4月24日，世界首座燃料電池汽車加氫站在冰島首都雷克雅未克(Reykjavik)正式對外開放，主要面向試驗用車。這個項目為歐共體投資項目，之所以選擇在冰島，是由于該國有充足的再生能源資源，全國90%的電力來自地熱和水力發電。
我國第一座示范運營加氫站
2006年11月，我國第一座示范運營加氫站——北京永豐加氫站正式投入運營，占地面積4000平方米，包括多種制氫、供氫裝置，以及為內燃機汽車提供氫和壓縮天然氣混合燃料的裝置。這座加氫站由BP公司投資350萬美元，由北京清能華通科技發展有限公司提供土地，雙方合作建成，該加氫站在2008年負責為北京奧運會燃料電池示范運營提供加氫保障服務。
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