中国燃料电池汽车发展路线图.pdf

1 中国燃料电池汽车发展路线图 中国汽车技术研究中心 2017年 7月 14日 2 目 录 1 引言 . 4 2 中国燃料电池汽车发展路线图研究 . 4 3 国外燃料电池汽车发展 概况 . 8 3.1 国外政策发展 . 8 3.2 国外燃料电池发展现状 . 10 4 国内燃料电池汽车发展概况 . 12 4.1 国内政策发展 . 12 4.2 国内燃料电池发展现状 . 13 4.3 国内燃料电池与氢能的建设成绩 . 16 5 国内外燃料电池汽车技术水平现状与差距对比 . 21 5.1 燃料电池轿车 . 21 5.2 燃料电池客车 . 22 5.3 关键材料 . 22 5.4 燃料电池附件系统对标 . 23 5.5 国内燃料电池汽车存在问题 . 24 6 燃料电池汽车及产业化发展趋势 . 26 6.1 燃料电池汽车发展趋势 . 26 6.2 产业化发展趋势 . 27 6.3 燃料电池产业链发展 . 30 7 产业发展方向的改进措施和建议 . 43 7.1 政策 . 43 3 7.2 氢能基础设施 . 44 7.3 制氢储氢技术 . 45 7.4 核心专利 . 46 7.5 燃料电池电堆技术 . 47 7.6 燃料电池技术领域 -关键材料 . 48 7.7 燃料电池系统附件 . 49 7.8 燃料电池动力总成 . 50 7.9 燃料电池汽车 . 51 7.10 产业 . 52 4 1 引言 燃料电池是一种以电化学反应方式将 氢气与空气 （氧气） 的化学能转变为电能的能量转换装置。由于 不经过高温 燃烧过程， 唯一的排放产物是 水， 没有 污染物 排放 ； 同时 只要能保障 氢气的 供给，燃料电池将会持续 输出电能 。 氢能燃料电池 汽车 是指 以 车载 氢气为 能量 源 、 经燃料电池将 氢气 的化学能量转化为 电能 ， 以 电机驱动车辆实现运输功能的 汽车。不 包括 以石化燃料为加注燃料、以 车载装置 所制氢气作为能量源的汽车。 燃料电池汽车涉及的内容主要 包括 三 部分： 燃料电池汽车、燃料电池系统、及氢能系统。 燃料电池汽车部分包括 整车与燃料电池系统，燃料电池系统部分包括燃料电池电堆、关键材料与核心部件，氢能系统部分包括 氢气 的 生产储存与 加注 、以及车载 氢储存 系统 。 2 中国燃料电池汽车发展路线图研究 2016年 10月 26日，在中国 汽车 工程学会年会上，国家强国战略咨询委员会、清华大学教授欧阳明高作为代表发布了备受关注的节能与新能源 汽车 技术路线图。 氢燃料电池汽车具有零排放、续驶里程长、燃料加注快的典型特点，是未来汽车行业发展的重要趋势之一。同时，发展氢燃料电池汽车， 对改善能源结构，发展低碳交通，具有非常显著的意义。 国外 上，欧、美、日等地区和国家已基本完成性能开发验证， 逐5 步进入氢能及燃料电池产业化阶段。我国经过多年研究， 取得了不小进步， 但在系统比 功率、寿命及成本控制等方面，相较 国外 先进水平仍有一定差距。 随着车用燃料电池技术发展方向逐渐明确， 除了燃料电池材料、电池堆、系统、整车动力系统以及氢能基础等各产业链技术的进一步成熟、性能进一步提升外，主要趋势表现为燃料电池的模块化和系列化、氢燃料电池汽车动力系统混合化、车载能源载体氢气化和来源多样化、氢燃料电池汽车运行规模化等。 节能与新能源 汽车 技术路线图 其中燃料电池的规划如下： 6 氢燃料电池汽车首先实现在特定地区的公共服务用车领域 5000辆规模示范应用； 逐步推广至城市私人用车、公共服务用车等领域的大批量应用，达到 50000辆规模；最终，在私人乘用车、大型商用车领域实现百万辆规模的商业推广。在此过程中， 进一步提高氢燃料电池汽车低温启动、可靠耐久、使用寿命等性能并降低整车成本，逐步扩大燃料电池系统产能，完善氢气供应、运输及加注基础设施建设， 支撑氢燃料电池汽车的产业化发展。 总体 技术路线分析 7 氢燃料电池汽车总体发展路径，通过三个五年的技术研发、示范考核和领域推广， 开展燃料电池关 键材料技术、电池堆技术、系统集成与控制技术、动力系统开发技术以及制氢、储氢、运氢等基础技术研究，掌握氢燃料电池汽车的设计与集成技术，完善包括燃料电池堆及关键材料、燃料电池系统及核心部件、氢燃料电池汽车及关键零部件、氢能供应基础设施在内的完整的技术链与产业链，实现构建面向未来的清洁、低碳、高效氢燃料电池汽车研发和应用体系的整体发展目标。 氢燃料电池汽车技术路线以实现氢燃料电池汽车产业化为目标，开展燃料电池系统、燃料电池堆及材料 、车 载 储 氢 与 加 氢 站 等 关 键 产业环节技术与产品攻关，突破核心技术，提高性能并进一步降低成本， 建立并完善燃料电池关键技术及产业链， 使得 燃料电池乘用车与商用车具有较强市场竞争力并实现全面产业化。 8 3 国外燃料电池汽车发展概况 从 国外 燃料电池电动汽车发展现状看，全球主要汽车公司 基本 完成了燃料电池电动汽车的性能研发 ，整车性能 已 达到传统汽车水平，示范中发现的核心 技术问题 也已经得到解决 。 今后的 研究重点集中到降低燃料电池系统成本 、 规模建设加氢基础设施 和 推广商业化示范 等方面。 3.1 国外政策发展 为了加快 氢能源的开发和利用，各 国家 和地区纷纷推出 氢能 与燃料电池产业发展 政策 和规划，从基础科学研究、产品补贴、 基础 设施建设、战略联盟等 各个 方面对行业的发展进行推动。 表 1世界 各国氢能源 发展 政策情况 国家 /地区 政策名称 政策 内容 美国 H2USA 计划 .2013年 5月 由美国能源部提出，涉及了多个公共和私营部门及氢能和 FC 企业，计划共投资 25亿美元，其中国家拨款 15亿美元，三大汽车公司投资 10亿美元，致力于推进美国氢能基础设施的建设 。 能源 政策法 .2005年 将发展氢能和燃料电池技术的有关项目及其财政经费授权额度明确写入； 2012 年 9月再次修订，对清能和燃料电池的补贴仍然持续有效。在发展的第一 /二 /三阶段， 5000/4000/3000 美元 /kwh 的燃料电池系统，分别实现超过 70%/60%/30%的效率转换，即可分别享受 50%/40%/30%的税收抵免 。 氢态势计划：综合研究、开发和示范计划 .2004年 制定 美国氢能发展路线 图 ， 明确 提出 于 2040年 前进入氢经济社会。 欧洲 英国 H2 Mobility 计划 到 2015/25/30 年之前，分别在国内建设 65/330/1150 个 加氢站，并配备建设相应氢气输送管道，基本实现全国覆盖 。 德国 H2 Mobility 计划 到 2023年将目前在德国的 15个加氢站扩大到约 400个，确保高速公路沿线每 90km有一个、每个大城市至少有 10个加氢站 。 EU 第七框架计划 (FP7) 2008-2013 年，欧盟将从 EU 第七框架计划 (FP7)中花费相当37.13 亿的人民币支持氢燃料电池技术的研发和示范 。 荷兰、瑞典、法国、丹麦、德国与英国六国达成有关共同开发并推9 广氢能源汽车的协议，共同建设一个欧洲氢气设施网络，并负责协调能源传输； 2013年欧盟新增 14亿欧元继续推广 FCH JU项目，同时开展 En-Field项目，推广家用热电联产燃料电池产品 CHP。 氢能和燃料电池 我们未来的前景 .2003年 6月 阐述了欧洲面临的能源挑战及发展氢能的原因，明确提出欧洲将于 2050年过渡到氢经济，制定了欧洲实现向氢经济过渡的近期 (2000 2010年 )、中期 (2010 2020年 )和长期 (2020 2050年 )3个阶段及其主要的研发和示范行动计划路线图，并提出了相关对策建议 。 日本 氢能源白皮书 .2014年7月 30日 介绍了氢作为能源利用的意义、建设氢社会的政策动向、制造、运输、储存、利用等的技术发展以及现在的课题和今后的方向等。 氢燃料电池车普及促进策略 .2014年 将氢燃料、氢燃料电池车相关的 国外 技术标准引入日本国内，并将其作为国内行业标准，从而使日本制造的氢燃料电池车更易于出口海外。 新成长战略 .2014年修订 在新成长战略中， 日本政府提出以下目标：包括氢燃料电池车在内的下一代环保车市场份额，将从 2013年的约 23%提升至 2030年的 50% 70%。同时，为氢燃料电池车提供补贴， 2025年使其售价与混动车持平，统一标准与 国外 接轨以促进其海外销售等举措被列为重点实施项目。 实现氢社会政策建言 .2014年 提出了具体的氢燃料电池车普及目标和政策支持措施。例如：每座加氢站最高补贴 2亿日元； 2017年前免费供应氢燃料；2017年前氢燃料电池车免费在高速公路上行驶；到 2020年，使氢燃料电池车年销量达到 4万辆；到 2030年，使氢燃料 电池车年销量达到 40万辆，累计销售 200万辆；到 2025年，使氢燃料电池车售价与目前的混合动力车持平（即 200万日元）； 2025年前，购买一辆氢燃料电池车补贴 200万日元等。 燃料电池汽车和加氢站2015年商业化路线图 .2009年 明确指出 2011年 -2015年开展燃料电池汽车技术验证和市场示范，随后进入商业化示范推广前期。 韩国 实施“绿色氢城市示范”项目 .2012 计划在 2012年到 2018年间投入总额达到 877亿韩元（中央政府出资 520 亿韩元，地方政府 185亿韩元，私人投资 172亿韩元）建设绿色氢城市。主要投资内容为氢气的生产和管理，燃料电池的生产等。 绿色新政 .2012 韩国还公布了一项斥资 380亿美元的“绿色新政”项目，其中许多计划都与燃料电池和氢能项目相关。目的在于，到2012年在绿色产业部门增加 600万人的就业机会并且获得全球绿色技术市场 7%的份额，到 2030年要上升至 13%。 首尔计划推广氢燃料电池 .2009 力争到 2020年使氢燃料电池的使用量占首尔市全部替代能 源使用量的 30%。 低碳绿色增长战略 .2008 其中氢能燃料电池研发项目投资 16亿 3800万 RMB。 印度 “第十二期 RD&D” 计划 主要为继续支持氢气生产、内燃发动机中氢气的存储和应用和燃料电池项目；支持质子交换膜燃料电池和固体氧化物燃料电池开发项目；支持固定式氢气发电站示范和氢燃料汽车；10 支持氢燃料汽车的示范项目 。 冰岛 生态经济 主要内容为：（ 1）零排放车辆没有税；（ 2）环境友好型燃料没有燃料税 ， 只有增值税；（ 3）燃 料 卖 家 销 售 燃 料 ， 2014环境友好型燃料需要占比 3%， 2016年需要占比 5%。 加拿大 氢公路计划 .2004 在 2010年前，在温哥华到 2010年冬奥会主办城市威斯勒的 120公里公路上建立 5个燃料电池车的加氢站，并生产出必要数量的燃料电池车，由氢燃料电池车承担 2010年冬奥会期间机场与主办城市之间的人员运输任务。 氢能早期采用者计划 .2007 加政府投入 2.15亿加元进行“氢能早期采用者计划”，用于开发创新，包括氢能高速公路的建设 。 3.2 国外燃料 电池发展现状 1.1.1 燃料电池汽车 整车性能基本 满足商业化示范需要 燃料电池商用车的可靠性、经济性和便利性满足商业示范运行需要。在北美多个城市开展的公交客车示范表明，燃料电池客车整车、动力系统和燃料电池系统的可靠性都达到了商业化推广需求 (燃料电池系统平均故障间隔里程超过 5万公里 )，燃料电池叉车、物流车等领域的示范和应用跟踪数据也表明燃料电池系统的耐久性超过 1万小时。 燃料电池乘用车的性能接近用户接受的水平。丰田公司的 Mirai燃料电池汽车，完成单次氢燃料补给仅需约 3分钟，续驶里程达到650公里，完全能够满足平常的行车需求。 2015年在全球量产车用最佳发动机评选中首次出现了燃 料电池发动机，标志着这一新技术商业化的开始。 1.1.2 燃料电池电堆技术基本满足车用要求 燃料电池功率密度不断提高 ，能够满足车辆动力性要求 。 丰田、本田、现代推出了量产版的燃料电池汽车， 国外 主流汽车厂持续关注