中国燃料电池汽车产业实践:政策、技术、建议及展望
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绪论 谱写中国燃料电池汽车产业新篇章

能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础,每一次人类文明的重大进步都离不开对先进能源技术的开发和利用。从20世纪50年代起,世界逐渐建立了以石油、天然气、煤炭为主导的不可再生能源体系,这对推动世界经济的发展起到了至关重要的作用。但1973年、1979年和1990年,全球先后经历了三次石油危机,石油危机的爆发对全球经济发展造成了严重冲击,也让人们开始逐渐意识到,能源的供给和价格都是极其不稳定的,如果无法有效解决相关问题,未来世界还将面临一次又一次的能源危机,这对世界经济和社会的正常发展都将带来不利影响。因此,能源安全早已成为全球各国高度关注的热点问题,如何确保能源安全不仅仅是经济问题,更是关系到国计民生,涉及政治、社会和军事的重大国家安全问题。为保障能源安全,世界各国不得不重新审视自身的能源战略,纷纷开始采取各项措施,通过完善能源供给体系、促进能源进口多元化、高效开发页岩气、建立石油战略储备、发展替代能源等方式应对能源安全风险,以降低本国对传统能源的依赖。

当前,世界正在经历百年未有之大变局,全球能源格局也正在发生深度调整和变革。同时,伴随着能源问题的日益凸显,全球气候变暖、环境污染等问题也日趋严峻,为实现人类社会的可持续发展,加快推动能源向低碳化转型、降低化石能源依赖、减少温室气体排放和积极应对气候变化已经成为全球共识。为保障能源安全和实现能源转型,以及应对全球变暖和日益严重的环境问题,以美国、日本、韩国、欧洲等为代表的国家或地区正在加快推进以可再生能源为基础的能源独立战略,以加快摆脱石油依赖,实现能源结构转型和能源独立。总体来看,发展更加低碳、清洁的可再生能源已经成为全球大势所趋。

汽车产业是世界主要工业国家的支柱产业,也是衡量一个国家综合实力、发达程度、制造业发展水平的重要标志,具有高投入、高产出、规模效益递增、产业关联度大、产业链长、科技含量高、经济带动力强等特点,是典型的资本、技术、劳动密集型行业,在促进经济发展、带动产业结构调整、推动制造业转型升级等方面发挥了重要作用。但汽车产业作为横跨工业、交通、能源等主要终端能耗部门的产业,目前还主要依赖于石油、天然气等传统能源。随着全世界汽车保有量的日益增多,化石能源消耗过多、二氧化碳等污染物排放严重等问题愈发凸显,目前汽车已经成为城市二氧化碳等温室气体排放的主要来源,这对全球经济社会的可持续发展造成了潜在威胁。为实现汽车产业的转型升级和绿色发展,寻找和发展新的车用清洁能源已经成为各国关注的焦点,其中德国、法国、英国、荷兰、挪威等国家纷纷将停售燃油车提上议程,并大力支持企业发展新能源汽车。目前,全球新能源汽车产业已经进入市场化发展的快速通道,并被越来越多的私人消费者认可和接纳,已成为推动新一轮科技革命和产业变革的重要力量,将对全球汽车和能源产业格局,以及社会经济发展产生重大深远的影响。

而从世界能源体系变革历程来看,我们先后经历了从木材到煤炭、从煤炭到石油、从化石能源到可再生能源的重大变革,每一次的能源变革都伴随着脱碳加氢的过程,也伴随着能量密度的提升和能源效率的提高,并持续向更低碳、更清洁的能源方向转型发展,同时也催化和推动了一轮又一轮的工业革命。氢能是一种绿色、高效、可持续的二次能源,被视为21世纪最有发展潜力的清洁能源,其质量能量密度是石油的3倍,煤炭的4.5倍,具有零排放、热值高、来源多样、储量丰富、清洁无污染、储运方便、安全可靠、应用广泛等优势,能够实现可再生能源的大规模稳定存储、运输和利用,可以同时满足资源、环境和可持续发展的要求,是全球能源技术革命的重要方向和各国未来能源战略的重要组成部分,也是人类社会长远发展的重要战略能源。燃料电池汽车是新能源汽车的重要技术路线之一,也是氢能应用最为重要的领域之一,具有环保性能佳、转化效率高、加氢时间短、续驶里程长、载重性能好等优势,对于优化能源结构、保障能源安全、构建低碳交通体系等具有重要意义。燃料电池汽车以氢气为燃料,其反应产物仅为水,从根本上消除了二氧化碳等温室气体和二氧化硫、氮氧化物等大气污染物的排放,且由于燃料电池汽车自带空气滤芯,在正常运行使用过程中还将起到净化空气的作用,可以在一定程度上改善所在运行地区的空气质量,能够真正实现使用阶段零排放、全生命周期低排放,具备良好的社会环境效益。

目前,培育和发展氢能及燃料电池汽车技术已经成为全球能源与动力转型的重大战略方向,是人类应对能源短缺和环境污染的理想解决方案,是拓宽清洁能源消纳渠道、实现可再生能源规模化应用的重要举措,对推进能源革命,构建清洁低碳、安全高效的能源供应体系意义重大。但受限于氢能技术、成本等瓶颈,氢能产业的发展其实一直较为缓慢。近年来,伴随着世界能源加快向绿色、低碳、可持续方向转型,以及氢能技术成熟度不断提升,成本不断下降,氢能在能源转型过程中的价值也日益凸显,越来越受到各国政府、科技界、企业界和投资界的关注,产业发展的热度也开始持续提升。目前,全球主要发达经济体纷纷将发展氢能及燃料电池汽车提升到战略高度,把发展氢能及燃料电池汽车作为未来新能源技术创新的重大战略方向,发布了国家级的战略规划或者路线图,并出台了多项政策措施支持氢能及燃料电池汽车产业发展。目前全球氢能及燃料电池汽车产业已经进入加速发展的新阶段,丰田、本田、现代、奔驰、宝马等公司都已经发布了燃料电池量产车型,其中丰田、现代等企业的燃料电池汽车已经进入小规模推广应用阶段,处于全球领先地位。

2020年以来,新冠疫情蔓延全球,世界经济下行风险加剧,地缘政治形势也日趋复杂,不稳定、不确定因素显著增多,我国作为全球最大的能源消费国,以及全球最大的原油和天然气进口国,在能源安全供给保障方面仍然面临巨大挑战。尤其是在全球贸易摩擦越演越烈、中美关系不确定性增大,以及新冠疫情对全球能源贸易的影响下,我国能源安全的风险挑战开始进一步显现,因此,加快调整能源消费结构、降低交通部门的石油消耗量对维护我国能源安全来说变得至关重要。此外,在大气污染防治和环境保护等现实压力下,如何保障能源的有效供给,同时提高清洁能源比例、推动清洁能源使用,也已经成为我国能源安全的重要内容。

2020年9月22日,习近平主席在第七十五届联合国大会一般性辩论上发表重要讲话,提出“中国将提高国家自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和”。实现碳达峰、碳中和目标,是以习近平同志为核心的党中央统筹国内国际两个大局做出的重大战略决策,是着力解决资源环境约束突出问题、实现中华民族永续发展的必然选择,是构建人类命运共同体的庄严承诺。2021年3月15日,习近平总书记主持召开中央财经委员会第九次会议时再次强调,“实现碳达峰、碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革,要把碳达峰、碳中和纳入生态文明建设整体布局,拿出抓铁有痕的劲头,如期实现2030年前碳达峰、2060年前碳中和的目标”。为实现碳达峰、碳中和目标,我国必须要进行一场广泛而深刻的经济社会系统性变革,其中能源体系的“非碳化”和产业体系的“去碳化”将是实现“碳中和”目标的关键。因此,我国必须大幅降低对化石能源的依赖,提升可再生能源等低碳能源在终端能源消费中的占比,其中交通领域是我国二氧化碳第三大直接排放源,位于工业和电力之后,交通领域什么时间能够实现低碳发展目标,将直接关系到我国碳达峰、碳中和目标能否顺利实现。近年来,随着我国汽车保有量的不断增加,能源需求的缺口也在不断扩大,通过大力支持发展新能源汽车,使用风电、光电、水电、氢能等绿色清洁能源来替代煤炭、石油,将有利于优化我国能源结构、降低原油对外依存度,实现能源结构的多元化和清洁化,从而保障国家能源安全。

氢能作为一种清洁无碳、可再生、可储存的二次能源,是新一轮世界能源技术变革的重要方向,也是我国未来以清洁能源为主的多元化能源体系的重要组成部分。大力发展氢能与燃料电池汽车产业,事关我国能源战略发展、生态文明建设以及战略性新兴产业布局,既是顺应全球变革趋势,推动我国制造业转型升级、培育发展新动能和保持新能源汽车产业良好发展态势的必然选择,也是我国构建绿色低碳产业体系、实现绿色发展的重要途径,更是落实国家战略,应对气候变化、减少环境污染、保障能源安全,以及实现碳达峰、碳中和目标和可持续发展的重大战略举措,对保障我国能源供给、改善能源结构、发展低碳交通、推动节能减排、提升国际竞争力和科技创新实力等具有重要意义,对我国能源、环境、经济、科技、社会等方面都将产生积极影响,具备显著的经济和社会效益。

在2021年10月发布的《中共中央 国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》中,将发展氢能纳入我国绿色低碳循环发展的经济体系和清洁低碳安全高效的能源体系,明确提出要统筹推进氢能“制储输用”全链条发展,推动加氢站建设,推进再生能源制氢等低碳前沿技术攻关,加强氢能生产、储存、应用关键技术研发、示范和规模化应用。同月,国务院印发了《2030年前碳达峰行动方案》,进一步细化了氢能产业的具体行动方案,提出要探索开展氢冶金、二氧化碳捕集利用一体化等试点示范;积极扩大氢能等新能源、清洁能源在交通运输领域应用;推广电力、氢燃料、液化天然气动力重型货运车辆;有序推进加氢站等基础设施建设;鼓励高等学校加快氢能等学科建设和人才培养;开展低成本可再生能源制氢等技术创新;加快氢能技术研发和示范应用,探索氢能在工业、交通运输、建筑等领域的规模化应用;推动开展可再生能源、储能、氢能、二氧化碳捕集利用与封存等领域科研合作和技术交流;建立、健全氢制、储、输、用标准。国家碳达峰、碳中和顶层设计多次提到支持氢能及燃料电池汽车产业发展,从国家战略层面为我国未来氢能及燃料电池汽车产业发展指明了方向、绘制了蓝图。

近年来,在国家政策的大力支持下,我国氢能及燃料电池技术水平不断提升、成本持续下降、市场化步伐开始提速,氢能及燃料电池汽车产业发展已经由研发阶段进入到了示范运营阶段。和全球经济受疫情影响增速明显放缓形成鲜明对比的是,我国氢能及燃料电池汽车产业呈现出前所未有的蓬勃发展态势,各地方政府积极布局氢能及燃料电池汽车产业,行业的投资热度也在持续升温,越来越多的企业进入氢能及燃料电池汽车行业。2020年9月,为推动我国氢能及燃料电池汽车产业持续健康、科学有序发展,财政部、工业和信息化部、科技部、国家发展改革委、国家能源局联合发布了《关于开展燃料电池汽车示范应用的通知》,将对燃料电池汽车的购置补贴政策,调整为燃料电池汽车示范应用支持政策,对符合条件的城市群开展燃料电池汽车关键核心技术产业化攻关和示范应用给予奖励,推动形成布局合理、各有侧重、协同推进的燃料电池汽车发展新模式。燃料电池汽车示范政策是我国第一个专门针对燃料电池汽车的支持政策,该政策的实施发布将对我国氢能及燃料电池汽车产业发展产生积极深远影响,通过开展燃料电池汽车示范应用,将为我国燃料电池汽车未来的市场化、产业化、规模化发展奠定坚实基础。2021年8月和12月,财政部、工业和信息化部、科技部、国家发展改革委、国家能源局分别发布了《关于启动燃料电池汽车示范应用工作的通知》《关于启动新一批燃料电池汽车示范应用工作的通知》,其中8月批复了京津冀、上海、广东城市群启动示范,12月批复了郑州、河北城市群启动示范。目前,京津冀、上海、广东、郑州、河北城市群积极落实国家政策要求,加快推动燃料电池汽车示范工作有序开展,在燃料电池汽车推广应用、关键技术研发产业化、氢能供给、政策环境建设等方面均取得了明显进步。

2022年3月,国家发展改革委、国家能源局正式发布了《氢能产业发展中长期规划(2021—2035年)》,对我国氢能产业发展进行了顶层设计、统筹谋划和系统部署,明确了到2035年我国氢能产业发展的总体布局。氢能规划是我国首个针对氢能产业发展的中长期规划,也是我国实现碳达峰、碳中和目标的“1+N”政策体系“N”项配套政策之一,不仅给予了氢能及氢能产业极高的战略定位,即“氢能是未来国家能源体系的重要组成部分、氢能是用能终端实现绿色低碳转型的重要载体、氢能产业是战略性新兴产业和未来产业重点发展方向”,也将氢能从当前单一的燃料电池汽车场景,进一步拓展到了交通、储能、发电、工业等领域的多元化应用,为我们描绘了“大氢能”产业的宏伟蓝图,既稳定了行业发展预期,也坚定了企业发展信心,对未来我国氢能产业发展具有重要的指导意义。

不管是氢能规划,还是燃料电池汽车示范政策,都将在我国氢能及燃料电池汽车产业发展史上留下浓墨重彩的一笔,成为我国氢能及燃料电池汽车产业发展的重要里程碑事件,可以预见,未来氢能规划和燃料电池汽车示范政策将发挥积极的协同效应,共同推动我国氢能及燃料电池汽车产业发展,未来十年我国氢能及燃料电池汽车产业将迎来难得的黄金发展期。整体来看,目前我国氢能及燃料电池汽车产业发展已经步入了新的发展阶段,通过氢能和燃料电池汽车的多场景示范应用,既是我国落实氢能发展战略的第一步,也将是我国实现碳达峰、碳中和目标的关键一步。未来,氢能必将深刻改变人类社会的能源结构、交通系统、生产方式和生活方式,并重塑经济社会发展格局。而放眼当下,我们已经站在大时代变局的黎明前夜,即将迈入一个伟大变革的新时代。作为氢能及燃料电池汽车领域的第三方智库,我们何其有幸能够参与燃料电池汽车示范政策的研究、起草,以及负责具体的燃料电池汽车示范支撑工作,能够有机会和示范城市群、行业专家、企业朋友共同参与、见证和推动一个伟大时代的变革。