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燃料電池技術(shù)并不是一項(xiàng)新興技術(shù),在1839年即被英國的Willam Grove發(fā)明。20世紀(jì)60年代,NASA(美國國家航空航天局)將燃料電池應(yīng)用于雙子星航天飛船,開啟了燃料電池的現(xiàn)代發(fā)展史。20世紀(jì)70年代,石油危機(jī)引起了能源恐慌,氫能作為一種新興清潔能源開始受到各國政府的關(guān)注。
20世紀(jì)90年代,包括奔馳、福特在內(nèi)的國際知名車企紛紛推出燃料電池概念車型。進(jìn)入21世紀(jì)后,氫能與燃料電池技術(shù)發(fā)展逐漸成熟,日本豐田汽車于2014年12月推出Mirai燃料電池汽車,續(xù)航里程達(dá)到502公里,成為燃料電池領(lǐng)域內(nèi)的里程碑事件。此后,全球燃料電池產(chǎn)業(yè)開始快速發(fā)展。
(1)全球燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況
在全球變暖、化石能源枯竭的大背景下,世界主要發(fā)達(dá)國家從資源和環(huán)保角度出發(fā),為構(gòu)建替代化石能源的可持續(xù)發(fā)展經(jīng)濟(jì),積極推進(jìn)氫能和燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展。其中,氫燃料電池汽車的研發(fā)與商業(yè)化應(yīng)用在日本、美國、韓國、歐洲等國家迅速發(fā)展,各國均制定了燃料電池行業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃并投入巨額補(bǔ)貼,日本等甚至將發(fā)展氫能和燃料電池技術(shù)提升到了國家戰(zhàn)略層面。
日本是全球發(fā)展燃料電池尤其是燃料電池汽車最積極的國家,由于國土資源的限制等,90%以上的能源消費(fèi)依賴進(jìn)口化石能源,能源自給率較低致使氫能被視為日本保障能源安全的重要抓手。
日本政府早在2014年提出建設(shè)“氫能社會(huì)”的戰(zhàn)略并發(fā)布《氫能/燃料電池戰(zhàn)略發(fā)展路線路》,于2017年發(fā)布了“氫能源基本戰(zhàn)略”,并為氫能發(fā)展提供了巨額資金支持用于研發(fā)補(bǔ)貼和購車補(bǔ)貼,極大地推動(dòng)了氫能和燃料電池領(lǐng)域的技術(shù)突破和產(chǎn)業(yè)化。以豐田汽車、本田汽車為代表的日本領(lǐng)先車企早在上世紀(jì)90年代就開始研發(fā)燃料電池汽車,并從2014年開始陸續(xù)向市場投放豐田Mirai、本田Clarity等技術(shù)水平較為先進(jìn)的燃料電池汽車。
政府的大力支持和長期的技術(shù)積累保證了日本氫能及燃料電池的技術(shù)水平與市場推廣情況均位于世界領(lǐng)先水平。截至2019年末,日本在運(yùn)營的氫燃料電池乘用車超過3,500輛,建成加氫站約130座。近年來,全球主要發(fā)達(dá)國家陸續(xù)發(fā)布燃料電池汽車發(fā)展規(guī)劃,對(duì)國家未來中長期燃料電池汽車保有量設(shè)定了目標(biāo),具體如下:單位:輛
燃料電池整體應(yīng)用領(lǐng)域由以清潔電站、輔助電源為應(yīng)用場景的固定式電源向以交通運(yùn)輸為應(yīng)用場景的車用電源轉(zhuǎn)變,具體如下:
數(shù)據(jù)來源:E4Tech - 《The Fuel Cell Industry Review 2020》
(2)我國燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況
氫燃料電池汽車早在“十五”期間即被確立為新能源汽車發(fā)展的主要技術(shù)路徑之一。在《國家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略綱要》、《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃(2016-2030年)》、《中國制造2025》、《汽車產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》中均明確了氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略地位,其根本目標(biāo)是降低我國能源對(duì)外依存度、減少城市大氣污染,推動(dòng)我國汽車產(chǎn)業(yè)跨越式發(fā)展。
回顧我國燃料電池汽車發(fā)展歷史,過去十余年間在國家科技計(jì)劃和技術(shù)創(chuàng)新工程的支持下,我國系統(tǒng)開展了氫燃料電池汽車的研究、開發(fā)、示范和運(yùn)營工作,初步形成了從燃料電池電堆到整車的研發(fā)體系和制造能力,并開展了系統(tǒng)的示范運(yùn)營。
自北京奧運(yùn)會(huì)有20多輛燃料電池轎車和2輛客車在運(yùn)行,到上海世博會(huì)將近200輛各類燃料電池汽車示范運(yùn)行,到目前在新能源汽車推廣財(cái)政補(bǔ)貼政策和科技部、聯(lián)合國開發(fā)計(jì)劃署的支持引領(lǐng)下,以客車、物流車等商用車型為先導(dǎo)陸續(xù)在全國范圍內(nèi)啟動(dòng)了商業(yè)化示范推廣。
受益于此,我國燃料電池汽車銷量于2016年開始快速起步,最近4年燃料電池汽車銷量年復(fù)合增長率達(dá)到63.26%,2019年度燃料電池汽車銷量達(dá)到2,737輛,較2018年度同比增長79%,表明我國燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)已經(jīng)從政府主導(dǎo)的技術(shù)探索、示范運(yùn)營階段發(fā)展至商業(yè)化初期階段。2020年,受疫情及《示范應(yīng)用》出臺(tái)時(shí)間不及預(yù)期等因素影響,我國燃料汽車銷量同比出現(xiàn)一定程度下滑。
數(shù)據(jù)來源:中國汽車工業(yè)協(xié)會(huì)、深圳市高工產(chǎn)業(yè)研究有限公司。
我國燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)還存在一些關(guān)鍵問題,技術(shù)水平較國際領(lǐng)先水平仍有所滯后;關(guān)鍵材料和部件供應(yīng)鏈基礎(chǔ)薄弱;制氫、供氫和加氫系統(tǒng)建設(shè)進(jìn)度落后;技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和檢測體系滯后等。
根據(jù)中國《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)技術(shù)路線圖2.0》,到2025年氫燃料電池汽車保有量達(dá)到10萬輛左右,到2035年氫燃料電池汽車保有量達(dá)到100萬輛左右,同時(shí)從電堆基礎(chǔ)材料、控制技術(shù)、儲(chǔ)氫技術(shù)等方面實(shí)現(xiàn)根本的技術(shù)突破。