2015年5月，國務院印發的《中國製造 2025》明確提出燃料電池汽車發展規劃，將氫燃料電池納入重點領域技術。2016 年 10 月，中國汽車工程學會發布的《節能與新能源汽車技術路線圖》對我國氫燃料電池汽車的發展願景與目標、技術路線進行了規劃。2020年4月，財政部、工業和信息化部、科技部、發展改革委發佈《關於完善新能源汽車推廣應用財政補貼政策的通知》（財建〔2020〕86號），明確提出將原有的中央財政對燃料電池購置補貼調整為對示範城市的獎勵，本着“以獎代補、擇優支持”的原則，重點支持符合要求的地區氫燃料電池汽車技術攻關和產業化應用示範。
雖然我國氫燃料電池方面規劃起步較早，但燃料電池汽車目前還處於產業化初期，產品相關性能與傳統車有差距。近年來，戴姆勒等國際氫燃料汽車先行者，打算暫時放棄氫燃料在乘用車上的發展，轉向以氫燃料電池替代大馬力柴油機的商用車領域。優先發展商用車的原因在於：一方面，公共領域平均成本低，能夠起到良好社會推廣效果，形成規模後可以帶動燃料電池成本和氫氣成本下降；另一方面，商用車行駛在固定線路上且車輛集中，建設配套加氫站可行性強。當加氫站數量增加、氫氣和燃料電池成本降低時，又能支撐更多燃料電池汽車應用。目前各地已先後在公交、城市物流車、城市管理服務用車等區域性應用場景進行示範運營。
一、氫燃料電池商用車的特點
1.加註時間短、續駛里程長。
以12米公交車實際運行的數據為例，加註/充電時間和續航性能對比如表1所示。
為了加大續航里程，純電動汽車需要攜帶更多的鋰電池，導致汽車的成本、自重上升。此外，汽車運行過程中容易出現電量驟降等現象，嚴重影響續航里程。氫燃料電池汽車增加續航里程只需增加氫氣的攜帶量，汽車的自重影響很小，續航里程能夠得到保證。
2.無污染、零排放。
氫燃料電池的基本原理就是通過電解水的逆反應，把氫原子和氧原子分別釋放給電池的正極和負極，氫原子負極與電解質發生反應後，放出電子抵達正極，與氧原子重新結合，產生水。就其基本原理來看，氫燃料電池就是一個發電裝置，它發電時除了產生熱量與水，沒有其他廢棄物和污染物。
3.環境適應性強
氫燃料電池車與純電動車的環境適應性對比如表2所示。
二、氫燃料電池車的應用場景分析
氫燃料電池車相對純電動車具有加註時間短、續駛里程長、低温環境適應性強等特點，但受制於當前儲氫、加氫基礎設施及燃料電池發動機水平不足以支持長途、大功率需求場景。綜合分析適用於當前氫燃料電池車型的應用場景，主要有以下六個應用場景。
1.城市客車、城郊及旅遊客車應用場景：城市客車主要以市內各支、幹線公交應用場景為主。其線路固定，路況較好，一般市內公交車單程運行距離約20km左右，一天總運行里程在200km以下，而行駛速度，高峯時約10km/h,平峯15～20km/h,自由流狀態下25～30km/h；城郊客車應用場景主要以城市主城區與城市郊區及短途城際線路為主。相比城市客車，城郊客車運營距離更長，路況更加複雜。旅遊客車相較城郊客車，其運營距離更長，對道路、氣候環境的適應性要求更高，要求其既可以在高速路面行駛，也可以在偏遠地區和鄉村道路上運行。針對上述城市、城郊及旅遊客車應用場景特點，燃料電池城市客車匹配50～120kW燃料電池發動機即可滿足運行需求。
2.市政環衞應用場景：從功能上主要分為運輸型和作業型兩類，其中運輸型車以壓縮式垃圾車/車廂可卸式垃圾車等為主，現有純電動產品可滿足運輸型車輛絕大部分使用需求，而作業型車以洗掃、濕掃、高壓清洗、低壓清洗、抑塵等應用場景為主。日運營里程短，但載重大，作業車速低於10km/h,作業時間較長，上裝功率需求30～40kW，需要持續大功率輸出，氫燃料環衞車可滿足需要。
3.城市物流應用場景：主要以快遞快運、日用百貨、傢俱配送、搬家、五金建材、果蔬肉奶、酒水飲料等應用場景為主，其中快遞快運、日用百貨、傢俱配送等計劃性物流用户每日運距150～200km以內，一般載重2噸左右，現有的純電動輕卡產品可滿足用户絕大部分使用需求。而搬家、五金建材為代表的非計劃性物流、酒水飲料為代表的重載運輸、果蔬肉奶為代表的冷藏運輸，用户日運距需求大於200km，一般載重3～4噸及以上，適合於氫燃料電池輕卡產品。
4.城際物流應用場景：主要集中在京津冀/長三角/珠三角/成渝等城市羣，客户典型工況特點：主要運行於高速公路和國道、省道上，具有單邊運距長、時效性高等特點，以快遞快運、大件運輸、綠通運輸、工業原材料運輸為主，常用載質量9～14噸、日均運營里程300～500km，氫燃料中重卡可較好滿足。
5.城市渣土自卸車應用場景:主要運輸城市基建、房地產開槽、河道修建、道路修建所需原料及產生的廢料，運輸品以渣土、建築垃圾、砂石料為主。渣土運輸場景線路相對固定，載質量25～35噸，日運營里程為200～300km，平均運行車速30～50km/h。針對上述特點，氫燃料電池自卸車搭載100kW及以上的燃料電池發動機即可滿足整車功率需求，日加氫一次可滿足車輛全天運營需求。
6.倒短牽引車應用場景：車輛主要運輸商品車成品及半成品、煤炭、鋼材、生活必需品、建築材料等大宗貨物，載質量約25～35噸，短距離往返於物流園和大型企業之間及火車站、碼頭等，日均運營里程100～200km，平均車速30～60km/h。運行路線相對固定方便加氫，根據應用場景特點，氫燃料電池牽引車搭載100kW及以上的燃料電池發動機即可滿足整車功率需求。
總之，相比純電動車型，氫燃料電池車克服了能源補充時間長、低温環境適應性的問題，提高了營運效率，與純電動車型應用場景形成互補；氫燃料電池車型更適用於路線相對固定、加氫便利等區域性應用場景。
按照“氫電互補、宜氫則氫、宜電則電”的原則，同時結合各場景的應用潛力，依據是否有應用車型，同時確定投資意願的主體，以北京市為例，建議將氫燃料電池車輛推廣應用分為兩個個階段：
第一階段：公共領域示範階段（2022年前）
首先以公交專線、環衞等公共領域及園區物流、企業班車等場景率先進行示範，以2022年北京冬奧會為關鍵時間節點，實現需求驅動和科技驅動的雙引領，實現氫能產業的躍升式發展。氫燃料電池車輛產品推廣8～12米公交車、11米旅遊車、城市物流、8噸/12噸/18噸環衞車等；在此基礎上，圍繞冬奧場景開展9米/9.5米/12米系列旅遊客車規模應用。同步開展圍繞城市場景的重型燃料電池渣土車、牽引車等開發及應用示範工作。例如，北京384路公交已投入運營5輛12米氫燃料電池城市客車，有比較成熟的運營經驗，未來該線路車輛可全部替換，打造成為為氫燃料電池客車專線。
第二階段：商業化領域推廣階段（2023-2025年）
隨着典型領域示範階段的培育，不斷提高產品技術水平，車輛購置及燃料成本進一步下降，在政府給予一定支持的基礎上，基本具備規模化推廣的可行性。在第一階段的基礎上，以京津冀協同發展為引領，結合公共領域的車輛更新週期進度，實現規模化推廣。加大城建渣土車、牽引車等重型商用車市場進行氫燃料電池汽車示範運營。應用於城市物流、冷鏈配送、城市內砂石骨料、渣土運輸及混凝土攪拌等場景。到2025年底，初步形成氫燃料電池車輛關鍵零部件和裝備製造產業集羣。
車輛推廣應用離不開產業鏈的支撐，需要通過打造氫燃料商用車商業化運營平台，把制氫、儲氫、運氫、加氫和整車生產企業和運營企業聯合起來，實現商業化運營。在這方面，北京市具備良好的產業基礎。座落在北京的燕山石化的工業副產氫產能未來將達到15萬噸/年，能夠滿足2～3萬輛氫燃料商用車的使用需求；北京天海公司正在加快推進IV型瓶的研發驗證和生產準備工作；億華通已經推出100kW的氫燃料電池發動機產品。
三、國內氫燃料電池汽車產業存在問題及建議
當前我國已進入氫燃料商用車商業化初期，氫燃料電池車產業發展和市場推廣應用目前存在四個發展瓶頸：一是質優價廉的氫能供應和加氫基礎設施建設不足；二是商業化推廣模式尚未建立；三是部分關鍵零部件尚未自主；四是標準體系尚未形成。建議從以下五個方面促進氫燃料電池汽車產業的發展。
1.做好頂層設計，完善政策體系
立足現有產業基礎，制定併發布氫能及氫燃料電池產業發展規劃，明確發展方向及目標，為各相關企業產業落地發展樹立信心、提供支持。建立健全氫燃料電池相關政策法規體系，從產業規劃出發，制定涵蓋氫氣制、儲、運、加、燃料電池汽車推廣扶持、車輛年檢等全產業鏈，全生命週期的相關標準及管理辦法，保障產業健康規範成長。
2.加快產學研融合，促進全產業鏈發展
通過匯聚優勢研發資源，針對產業發展存在的關鍵共性問題，開展集中資源整合與技術創新攻關，全面提升氫能相關產業的技術能力及產業化水平，促進氫燃料電池商用車的健康發展。通過氫燃料電池汽車產業集聚，可以促進氫能燃料電池全產業鏈的快速發展，有效降低成本。
3.商用車規模應用帶動加氫站建設，降低氫氣與燃料電池成本
我國燃料電池汽車發展路徑基本明確，即通過商用車發展，規模化降低燃料電池和氫氣成本；結合區域能源結構特點，發揮資源優勢，挖掘本地區氫能保障潛力，前期以能源保障為主，灰氫、藍氫、綠氫均可利用，隨着可再生能源成本降低及碳捕捉技術的完善，逐步向藍氫、綠氫轉化；氫燃料電池商用車的規模應用帶動加氫站配套設施建設。
規模化是提質降本的關鍵。國際氫能委員會2017年發佈的報告預測，到2030年氫燃料電池形成規模化生產後，燃料電池發動機成本有望降到40美元/kW（按額定功率計算約70-80美元/kW）。美國能源部也預測，當產量擴大十倍，整車成本還可下降 23%; 疊加系統成本的降幅，綜合成本下降幅度將超過45%。根據國內相關機構和企業的研究分析，按照每輛車使用60kW（額定功率）的氫燃料電池發動機測算，當產量從1000套升至1萬套時，氫燃料電池發動機將從9000元/kW降至 2200元/kW，降幅達75.6%,；提升至10萬套時，氫燃料電池發動機成本將進一步降至600元/kW。
4.加強研發投入，確保核心技術自主可控
政府引導加大氫燃料電池基礎科研投入，突破核心材料和關鍵部件的技術瓶頸，促進產品國產化。提高工業副產氣制氫、電解水制氫、化石燃料制氫、可再生能源制氫等制氫技術，降低氫氣製備成本；創新高壓氣態及低温液態儲、運氫方式，研發性能更加優異的儲氫材料，提出更加完善的車載氫系統安全及檢測標準；創新氫氣拖車運輸、管道運輸及液氫運輸方式和技術，不斷提升氫氣儲運效率、降低儲運成本；在整車平台產品方面，開展整車能量管理、能耗優化、動態響應、熱平衡、故障診斷與容錯控制等關鍵集成技術；在燃料電池發動機方面開展長壽命燃料電池發動機及其關鍵核心零部件、低成本燃料電池熱電聯供系統、電控系統、輔助系統等研究與開發，最終實現氫燃料電池整車及燃料電池系統在技術先進性、可靠性、成本優勢、產品平台化等方面與國際先進水平同步；結合整車運營情況制定加氫站規劃、建設意見，研發提升加氫站氫氣壓縮機、高壓儲氫罐及氫氣加註機等核心設備技術，創新加氫站站控系統，提升氫氣加註安全。
5.加快標準制定，促進技術進步與產業發展
2020年4月10日，國家能源局發佈的《中華人民共和國能源法（徵求意見稿）》中首次將氫能列為能源範疇。在氫氣運輸、儲存、使用、管理等環節，應儘快提出可操作性的方案措施。國家法規需加強對氫氣的存儲與運輸提出的監管要求，在執行層面明確責任主體、完善管理體系；減少標準體系建立的阻礙，儘快制定20MPa以上高壓氣氫、液氫、管道運輸等相關標準和法律法規。同時，優化加氫站建設審批程序。
隨着氫能源保障體系健全、基礎設施逐步到位，規模化應用牽引技術創新和產業升級，氫燃料電池商用車將從以圍繞城市場景為主題的應用市場，向長途幹線物流、跨區域的貨運和客運市場延伸，是替代中重型柴油車的較好選擇。
（北汽集團總經理 張夕勇）