1 氫能與燃料電池的戰(zhàn)略意義
由于能源需求的日益增長(zhǎng)， 化石燃料的消耗與 CO2 排放總量快速上升，“清潔、低碳、安全、高效”的能源變革已是大勢(shì)所趨?？稍偕茉矗ㄈ缣?yáng)能、風(fēng)能、水電等）作為替代能源大規(guī)模使用卻受限于其固有的間歇性、波動(dòng)性與隨機(jī)性；而氫是一種潔凈的二次能源載體，能方便地轉(zhuǎn)換成電和熱，轉(zhuǎn)化效率較高，有多種來源途徑。采用可再生能源實(shí)現(xiàn)大規(guī)模制氫，通過氫氣的橋接作用，既可為燃料電池提供氫源，也可綠色轉(zhuǎn)化為液體燃料，從而有可能實(shí)現(xiàn)由化石能源順利過渡到可再生能源的可持續(xù)循環(huán)，催生可持續(xù)發(fā)展的氫能經(jīng)濟(jì)。氫能作為連接可再生能源與傳統(tǒng)化石能源的橋梁，可以為實(shí)現(xiàn)“氫經(jīng)濟(jì)”與現(xiàn)在或“后化石能源時(shí)代”能源系統(tǒng)起到橋接作用。因此，氫能作為潔凈能源利用是未來能源變革的重要組成部分。
氫燃料電池具有燃料能量轉(zhuǎn)化率高、噪音低以及零排放等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于汽車、飛機(jī)、列車等交通工具以及固定電站等方面。從燃料電池在載人航天、水下潛艇、分布式電站獲得應(yīng)用以來，燃料電池一直受到各國(guó)政府和企業(yè)的關(guān)注，其研發(fā)、示范和商業(yè)化應(yīng)用的資金投入不斷增加。在未來煤電占比相對(duì)較低的情況下，由于風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源技術(shù)規(guī)模的增大，整個(gè)上游的電源結(jié)構(gòu)會(huì)越來越清潔。在這種結(jié)構(gòu)下，新能源汽車特別是純電動(dòng)汽車、基于電解水制氫的燃料電池汽車，排放強(qiáng)度會(huì)明顯下降。而燃料電池汽車不同于純電動(dòng)汽車的是，它實(shí)現(xiàn)了上游發(fā)電和終端用電在時(shí)間上的“分離”，進(jìn)而使得氫能相比于波動(dòng)性較大的風(fēng)能和太陽(yáng)能（純電動(dòng)車技術(shù)路線）的互補(bǔ)能力更強(qiáng)。因此，發(fā)展氫能和氫燃料電池具有巨大的能源戰(zhàn)略意義。
2 國(guó)外氫能與燃料電池發(fā)展現(xiàn)狀及分析
全球范圍來看，世界主要發(fā)達(dá)國(guó)家從資源、環(huán)保等角度出發(fā)，都十分看重氫能的發(fā)展，目前氫能和燃料電池已在一些細(xì)分領(lǐng)域初步實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化。2017 年全球燃料電池的裝機(jī)量達(dá)到 670 兆瓦，移動(dòng)類裝機(jī)量 455.7 兆瓦，固定式裝機(jī)量 213.5 兆瓦。截至 2017 年 12 月，全球燃料電池乘用車銷售累計(jì)接近 6 000 輛。豐田 Mirai 共計(jì)銷售 5 300 輛，其中美國(guó) 2 900 輛，日本 2 100 輛，歐洲 200 輛，占全球燃料電池乘用車總銷量的九成以上。截至 2017 年年底，全球共有 328 座加氫站，歐洲擁有 139 座正在運(yùn)行的加氫站，亞洲擁有 118 座，北美擁有 68 座。目前氫燃料電池及氫燃料電池汽車的研發(fā)與商業(yè)化應(yīng)用在日本、美國(guó)、歐洲迅速發(fā)展，在制氫、儲(chǔ)氫、加氫等環(huán)節(jié)持續(xù)創(chuàng)新。
2.1 美國(guó)氫能與燃料電池發(fā)展現(xiàn)狀
美國(guó)氫能的生產(chǎn)和儲(chǔ)運(yùn)有 Air Products、Praxair 等世界先進(jìn)的氣體公司，并且有技術(shù)領(lǐng)先的質(zhì)子膜純水電解制氫公司，同時(shí)還掌握著液氫儲(chǔ)氣罐、儲(chǔ)氫罐等核心技術(shù)。液氫方面，美國(guó)在液氫生產(chǎn)規(guī)模、液氫產(chǎn)量、價(jià)格方面都具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。美國(guó)燃料電池乘用車和叉車保有量領(lǐng)先全球：豐田 Mirai 在美國(guó)銷售了超過 2 900 輛燃料電池汽車。美國(guó)擁有世界最大的燃料電池叉車企業(yè) Plug Power，目前已有超過 2 萬輛燃料電池叉車，進(jìn)行了超過 600 萬次加氫操作。加氫站建設(shè)方面，目前北美分布的 68 座加氫站僅 1 座位于加拿大，其余全部分布在美國(guó)，其加州地區(qū)集中度最高。美國(guó)燃料電池汽車液氫使用量非常高，全年液氫市場(chǎng)需求量的 14% 都被用于燃料電池車.
2.2 日本氫能與燃料電池發(fā)展現(xiàn)狀
日本由于資源短缺，政府對(duì)氫能和燃料電池的推廣力度在世界范圍內(nèi)都是最大的。目前，日本在家庭用燃料電池?zé)犭娐?lián)供固定電站和燃料電池汽車商業(yè)化運(yùn)作方面都是最成功的。早在 2014 年 4 月制定的“第四次能源基本計(jì)劃”，日本政府就明確提出了加速建設(shè)和發(fā)展“氫能社會(huì)”的戰(zhàn)略方向。所謂“氫能社會(huì)”是指將氫能廣泛應(yīng)用于社會(huì)日常生活和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)活動(dòng)之中，與電力、熱力共同構(gòu)成二次能源的三大支柱。據(jù)此，2014 年 6 月，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省制定了“氫能與燃料電池戰(zhàn)略路線圖”，提出了實(shí)現(xiàn)“氫能社會(huì)”目標(biāo)分三步走的發(fā)展路線圖：到 2025 年要加速推廣和普及氫能利用的市場(chǎng)；到 2030 年要建立大規(guī)模氫能供給體系并實(shí)現(xiàn)氫燃料發(fā)電；到 2040 年要完成零碳?xì)淙剂瞎┙o體系建設(shè)。截至 2018 年 1 月，日本燃料電池乘用車保有量約 2 000 臺(tái)，燃料電池大巴預(yù)計(jì) 2020 年增加到 100 臺(tái)。從目前的燃料電池汽車價(jià)格、保有量和加注站數(shù)量來看，日本尚處于燃料電池汽車社會(huì)的搖籃期，預(yù)計(jì) 2050 年將是日本燃油汽車全面向燃料電池汽車過渡之年。
2.3 歐洲氫能與燃料電池發(fā)展現(xiàn)狀
近期，歐洲燃料電池和氫能事業(yè)聯(lián)合組織（FCHJU）發(fā)布了“歐洲氫能路線圖”（圖 1）。該路線圖提出了歐洲氫能未來 30 年的發(fā)展規(guī)劃，并得到歐洲 17 家氫能公司和組織的支持。該報(bào)告認(rèn)為，氫是歐洲能源轉(zhuǎn)型的重要元素，到 2050 年可占最終能源需求的 24% 并提供 540 萬個(gè)工作崗位。為了實(shí)現(xiàn)歐洲二氧化碳減排目標(biāo)，必須發(fā)展氫能。對(duì)于諸如天然氣網(wǎng)、運(yùn)輸（特別是重型車輛）關(guān)鍵部分的規(guī)模脫碳、高級(jí)燃料和化學(xué)原料需要大量使用氫氣。此外，氫氣可以解決大規(guī)模整合可再生能源以及實(shí)現(xiàn)低成本季節(jié)性儲(chǔ)能和跨區(qū)域有效清潔能源運(yùn)輸中的技術(shù)難題。報(bào)告認(rèn)為，到 2050 年，氫能將在各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，并為了實(shí)現(xiàn)歐洲 2050 年氫能產(chǎn)業(yè)目標(biāo)，設(shè)置了短期和中期目標(biāo)。報(bào)告預(yù)測(cè)，到 2050 年，歐洲 10%—18% 建筑的供暖和供電可以由氫能提供；工業(yè)中 23% 的高級(jí)熱能可由氫能提供。報(bào)告指出，氫能的使用將帶來巨大的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。到 2030 年，氫能的預(yù)計(jì)部署將為歐盟公司的燃料和相關(guān)設(shè)備創(chuàng)造約 1 300 億歐元的產(chǎn)業(yè)；到 2050 年達(dá)到 8 200 億歐元。氫能將為歐盟工業(yè)創(chuàng)造一個(gè)本地市場(chǎng)，作為在全球氫能經(jīng)濟(jì)中競(jìng)爭(zhēng)的跳板。2030 年的出口潛力估計(jì)將達(dá)到 700 億歐元，凈出口額將達(dá)到 500 億歐元。
2.4 韓國(guó)氫能與燃料電池發(fā)展現(xiàn)狀
韓國(guó)在氫能和燃料電池領(lǐng)域也有較強(qiáng)的規(guī)劃布局，但是其相關(guān)技術(shù)實(shí)力較歐、美、日略遜一籌。以現(xiàn)代等汽車企業(yè)為依托，韓國(guó)政府未來 5 年內(nèi)用于氫燃料電池以及加氫站的補(bǔ)貼將達(dá)到 20 億歐元。目標(biāo)是到 2022 年為 15 000 輛燃料電池汽車和 1 000 輛氫氣公交車提供資金。其中資助計(jì)劃包括 310 個(gè)新的氫氣加氣站，政府還將制定使用法規(guī)[8]。韓國(guó)政府于 2019 年 1 月發(fā)布“氫能經(jīng)濟(jì)發(fā)展路線圖”，旨在大力發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)，以引領(lǐng)全球氫燃料電池汽車和燃料電池市場(chǎng)發(fā)展。根據(jù)該路線圖，韓國(guó)政府計(jì)劃到 2040 年氫燃料電池汽車?yán)塾?jì)產(chǎn)量由 2018 年的 2 000 余輛增至 620 萬輛，氫燃料電池汽車充電站從現(xiàn)有的 14 個(gè)增至 1 200 個(gè)。韓國(guó)政府表示將開始為燃料電池出租車和卡車提供補(bǔ)貼，到 2022 年燃料電池公交車數(shù)量將增加到 2 000 輛，并預(yù)計(jì)在 2021 年開始用燃料電池車取代燃油警車。在固定式燃料電池方面，韓國(guó)目前的發(fā)展重點(diǎn)在于大型燃料電池發(fā)電站。韓國(guó)斗山集團(tuán)是推動(dòng)該項(xiàng)目建設(shè)的主體。2017 年 6 月，該集團(tuán)完成了韓國(guó)最大的氫能燃料電池發(fā)電站的建設(shè)，而該發(fā)電站的建設(shè)成本大約有 3 600 萬美元。據(jù)報(bào)道，該發(fā)電站每年可生產(chǎn) 144 臺(tái) 440 千瓦的燃料電池系統(tǒng)，可以滿足市場(chǎng)的需求。
3 國(guó)內(nèi)氫能與燃料電池發(fā)展現(xiàn)狀及分析
3.1 國(guó)內(nèi)氫能產(chǎn)業(yè)鏈的結(jié)構(gòu)分析
氫能產(chǎn)業(yè)鏈主要包括：氫的制取、儲(chǔ)存、運(yùn)輸和應(yīng)用等環(huán)節(jié)。氫既可廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)領(lǐng)域，又可應(yīng)用于新興的氫能車輛（包括乘用車、商用車、物流車、叉車、軌道車等）以及氫能發(fā)電（包括熱電聯(lián)供分布式發(fā)電、發(fā)電儲(chǔ)能、備用電源等）。為加快發(fā)展中國(guó)的氫能產(chǎn)業(yè)，依據(jù)目前的資源條件和能源產(chǎn)業(yè)狀況，應(yīng)在加強(qiáng)氫安全的基礎(chǔ)上，積極推行氫源多元化及氫能多元化和規(guī)?；瘧?yīng)用。我國(guó)近年來每年純度 99% 以上氫氣的使用量約 700 億立方米（約 600 萬噸），年產(chǎn)值 1 200 億元人民幣以上。目前國(guó)內(nèi)發(fā)展氫能的生產(chǎn)方式，主要有煤制氫、天然氣制氫和工業(yè)副產(chǎn)氫，其中工業(yè)副產(chǎn)氫追溯其上游一次能源主要還是煤和天然氣。因此，目前國(guó)內(nèi)氫能生產(chǎn)主要還是依靠化石能源，而電解水制氫僅占比 2%—4%，占比較為有限。對(duì)于氫能的消費(fèi)，國(guó)內(nèi)大約 90% 或更多純度 99%左右的氫氣都用于煉化產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的加氫，以及合成氨、合成甲醇、石油煉化等化工領(lǐng)域，僅有 2%—4% 的氫氣作為工業(yè)氣體用于冶金、鋼鐵、電子、建材、精細(xì)化工等行業(yè)的還原氣、保護(hù)氣、反應(yīng)氣等，而在燃料電池汽車領(lǐng)域氫能的利用更少。總體看，目前我國(guó)具備一定的氫工業(yè)基礎(chǔ)，但是仍然還是以工業(yè)原料為主。氫作為能源消費(fèi)的市場(chǎng)規(guī)模依然較小。
在氫能和燃料電池發(fā)展方面，我國(guó)也一直不落后。2016 年 10 月，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化研究院資源與環(huán)境分院和中國(guó)電器工業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布的《中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展藍(lán)皮書（2016）》首次提出了我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展路線圖（表 1）。對(duì)我國(guó)中長(zhǎng)期加氫站和燃料電池車輛發(fā)展目標(biāo)進(jìn)行了規(guī)劃。《中國(guó)制造 2025》明確提出燃料電池汽車發(fā)展規(guī)劃，更是將發(fā)展氫燃料電池提升到了戰(zhàn)略高度。目前不論是國(guó)內(nèi)的氫能技術(shù)，還是氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，雖然都具有一定的戰(zhàn)略規(guī)模，但是與國(guó)際最先進(jìn)水平還有一定的差距。
3.2 我國(guó)燃料電池產(chǎn)業(yè)和技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
3.2.1 國(guó)內(nèi)燃料電池產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀及問題
在我國(guó)中東部沿海經(jīng)濟(jì)、技術(shù)實(shí)力較強(qiáng)的珠三角、長(zhǎng)三角和北京等地區(qū)，聚集了我國(guó)燃料電池發(fā)展的主要企業(yè)。并且，近 2 年燃料電池投資熱度升溫，由幾年前的數(shù)家發(fā)展到現(xiàn)在的近千家燃料電池企業(yè)。與國(guó)外豐田、現(xiàn)代等燃料電池生產(chǎn)企業(yè)發(fā)展路線不同，中國(guó)氫燃料電池汽車企業(yè)主要分布在商用車領(lǐng)域——?dú)淙剂想姵厣逃密囈褜?shí)現(xiàn)量產(chǎn)。氫燃料電池乘用車還處于示范運(yùn)行階段，其中上汽集團(tuán)對(duì)燃料電池乘用車投入力度最大，2017 年發(fā)布國(guó)內(nèi)第一款商業(yè)化燃料電池輕型客車——大通 V80。燃料電池叉車方面，我國(guó)已有東莞氫宇等企業(yè)布局，隨著氫能市場(chǎng)不斷成熟，我國(guó)叉車市場(chǎng)會(huì)是燃料電池另一個(gè)巨大的應(yīng)用場(chǎng)景。
加氫站方面，目前我國(guó)已形成了一批從加氫站設(shè)計(jì)到運(yùn)營(yíng)的企業(yè)，這些企業(yè)主要集中在北上廣地區(qū)。目前我國(guó)制氫、儲(chǔ)氫、加氫等環(huán)節(jié)的關(guān)鍵核心設(shè)備，還不能全部“國(guó)產(chǎn)化”，成本難降。我國(guó)建成可運(yùn)行加氫站 12 個(gè)，在建 19 個(gè)，典型代表北京永豐加氫站和上海安亭加氫站均從國(guó)外引進(jìn)核心設(shè)備和技術(shù)咨詢服務(wù)。我國(guó)示范性加氫站及燃料電池客車車載供氫系統(tǒng)尚處于 35 兆帕壓力技術(shù)水平。為與客車配套，現(xiàn)有加氫站采用 45 兆帕隔膜式壓縮機(jī)、45 兆帕儲(chǔ)氫罐和 35 兆帕氫氣加注機(jī)等設(shè)備，壓力標(biāo)準(zhǔn)提升還有待未來 70 兆帕燃料電池汽車普及。
3.2.2 國(guó)內(nèi)燃料電池技術(shù)現(xiàn)狀及問題
在系統(tǒng)方面，國(guó)內(nèi)燃料電池開發(fā)以車用質(zhì)子交換膜燃料電池為主，已經(jīng)具有系統(tǒng)自主開發(fā)能力且生產(chǎn)能力較強(qiáng)。以新源動(dòng)力、億華通、氟爾賽、重塑科技和國(guó)鴻重塑為代表的企業(yè)，具備年產(chǎn)萬臺(tái)燃料電池系統(tǒng)的批量生產(chǎn)能力。然而在燃料電池系統(tǒng)關(guān)鍵零部件方面，中國(guó)與國(guó)際先進(jìn)水平差距較大，基本沒有成熟產(chǎn)品。在電堆方面，國(guó)內(nèi)燃料電池電堆正在逐漸起步，
電堆及產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)數(shù)量逐漸增長(zhǎng)，產(chǎn)能量級(jí)提升，到 2018 年國(guó)內(nèi)電堆產(chǎn)能超過 40 萬千瓦。目前，國(guó)內(nèi)電堆廠商主要有兩類：① 自主研發(fā)，以新源動(dòng)力、神力科技和明天氫能為代表；② 引進(jìn)國(guó)外成熟電堆技術(shù)，以廣東國(guó)鴻為代表，其余企業(yè)有濰柴動(dòng)力、南通百應(yīng)等。
在雙極板方面，由于機(jī)加工石墨板成本高，復(fù)合材料雙極板近年來開始走向應(yīng)用，如石墨/樹脂復(fù)合材料、膨脹石墨/樹脂復(fù)合材料、不銹鋼/石墨復(fù)合材料等。國(guó)內(nèi)新源動(dòng)力開發(fā)的不銹鋼/石墨復(fù)合雙極板電堆已經(jīng)應(yīng)用于上汽大通 V80 輕型客車上。廣東國(guó)鴻引進(jìn)加拿大 Ballard 公司膨脹石墨/樹脂復(fù)合雙極板生產(chǎn)技術(shù)，生產(chǎn)電堆已經(jīng)裝備數(shù)百輛燃料電池車。乘用車燃料電池具有高能量密度需求，金屬雙極板相較于石墨及復(fù)合雙極板具有明顯優(yōu)勢(shì)。金屬雙極板的設(shè)計(jì)及加工技術(shù)主要掌握在國(guó)外企業(yè)，國(guó)內(nèi)企業(yè)尚處于小規(guī)模開發(fā)階段，但是明天氫能科技公司正在建設(shè)年產(chǎn)萬臺(tái)級(jí)自動(dòng)化生產(chǎn)線。
在膜電極方面，以新源動(dòng)力、武漢理工新能源為代表，初步具備了不同程度的生產(chǎn)線，年產(chǎn)能在數(shù)千平方米到萬平方米，但還需要開發(fā)以狹縫涂布為代表的大批量生產(chǎn)技術(shù)。市場(chǎng)上主要生產(chǎn)全氟磺酸膜的企業(yè)主要來自于美國(guó)、日本、加拿大及中國(guó)。我國(guó)已具備質(zhì)子交換膜國(guó)產(chǎn)化能力，山東東岳集團(tuán)質(zhì)子交換膜性能出色，具備規(guī)?；a(chǎn)能力。目前，東岳 DF260 膜厚度可做到 15 μm，在 OCV 情況下耐久性大于 600 小時(shí)。
在催化劑方面，海外企業(yè)領(lǐng)先，國(guó)內(nèi)正起步。國(guó)內(nèi)尚處于研究階段的單位有兩類：① 國(guó)內(nèi)企業(yè)，如貴研鉑業(yè)。貴研鉑業(yè)主營(yíng)汽車尾氣鉑催化劑，和上汽共同研發(fā)燃料電池催化劑。② 研究機(jī)構(gòu)，如中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所、上海交通大學(xué)、清華大學(xué)等。例如，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所制備的 Pt3Pd/C合金催化劑，已應(yīng)用于新源動(dòng)力生產(chǎn)的燃料電池發(fā)機(jī)。
在碳紙產(chǎn)品方面，主要由日本 Toray 公司等幾個(gè)國(guó)際大生產(chǎn)商壟斷，國(guó)內(nèi)碳紙產(chǎn)品尚處于研發(fā)及小規(guī)模生產(chǎn)階段。
在系統(tǒng)部件方面，氫氣循環(huán)泵主要依賴進(jìn)口，空壓機(jī)還沒有能夠大批量生產(chǎn)，缺少低功耗高速無油空壓機(jī)產(chǎn)品。
總而言之，我國(guó)在整車、系統(tǒng)和電堆方面均已有所布局，但零部件方面的相關(guān)企業(yè)仍較少，特別是最基本的關(guān)鍵材料和部件，如質(zhì)子交換膜、碳紙、催化劑、空壓機(jī)、氫氣循環(huán)泵等；國(guó)內(nèi)雖有相關(guān)企業(yè)開始介入，但與國(guó)際先進(jìn)產(chǎn)品相比，可靠性和耐久性仍存在較大差距，大部分關(guān)鍵零部件及關(guān)鍵材料仍依賴進(jìn)口。
4 國(guó)內(nèi)氫能燃料電池存在的問題及對(duì)策
4.1 關(guān)鍵材料與核心部件缺少批量生產(chǎn)技術(shù)
近年來，我國(guó)氫能燃料電池技術(shù)整體上取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，但關(guān)鍵材料、核心部件的批量生產(chǎn)技術(shù)尚未形成，催化劑、隔膜、碳紙、空壓機(jī)、氫氣循環(huán)泵等仍主要依靠進(jìn)口，這嚴(yán)重制約了我國(guó)氫能燃料電池產(chǎn)業(yè)的自主可控發(fā)展。應(yīng)當(dāng)看到，我國(guó)在高活性催化劑、高強(qiáng)度高質(zhì)子電導(dǎo)率復(fù)合膜、碳紙、低鉑電極、高功率密度雙極板等方面的技術(shù)水平目前已經(jīng)達(dá)到甚至超過了國(guó)外的商業(yè)化產(chǎn)品，但多停留于實(shí)驗(yàn)室和樣品階段，還沒有形成大批量生產(chǎn)技術(shù)。因此，亟待加強(qiáng)上述關(guān)鍵材料核心部件的技術(shù)轉(zhuǎn)化，加快形成具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的批量制備技術(shù)和建立產(chǎn)品生產(chǎn)線，全面實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵材料核心部件的國(guó)產(chǎn)化與批量生產(chǎn)。同時(shí)，進(jìn)一步提高電堆比功率，降低電堆鉑用量，才能大幅降低燃料電池產(chǎn)品的成本。
4.2 電堆和系統(tǒng)可靠性與耐久性有待提高
目前，我國(guó)燃料電池堆和系統(tǒng)可靠性與耐久性等與國(guó)際先進(jìn)水平仍存在差距，在全工況下的可靠性與耐久性有待提高。燃料電池系統(tǒng)可靠性與壽命不完全由電堆決定，還依賴于系統(tǒng)配套，包括燃料供給、氧化劑供給、水熱管理和電控等。因此，需加強(qiáng)燃料電池系統(tǒng)整體的過程機(jī)理及控制策略研究。這方面我國(guó)已取得一定的成果，如中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所采用“電-電”混合的基礎(chǔ)上，還采用限電位控制、膜電極在線水監(jiān)測(cè)、氫側(cè)循環(huán)等控制策略和技術(shù)方法，有效提升了燃料電池系統(tǒng)的壽命和耐久性。因此，應(yīng)在已有基礎(chǔ)上，進(jìn)一步加強(qiáng)車載工況、低溫、雜質(zhì)等實(shí)際運(yùn)行環(huán)境下的衰減機(jī)理與環(huán)境適應(yīng)性研究，大幅提升燃料電池產(chǎn)品的可靠性與耐久性。
4.3 加氫站建設(shè)成本高、加氫費(fèi)用高
目前，加氫站建設(shè)成本高，氫氣運(yùn)輸成本較高，造成加氫費(fèi)用高，同時(shí)加氫站等基礎(chǔ)設(shè)施不完善，直接制約了氫燃料電池汽車的發(fā)展、商業(yè)化示范運(yùn)行和大規(guī)模應(yīng)用。加快加氫站建設(shè)，建立其建設(shè)審批程序和運(yùn)營(yíng)監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)成為當(dāng)務(wù)之急。通過加強(qiáng)加氫站關(guān)鍵材料、核心部件及技術(shù)國(guó)產(chǎn)化，進(jìn)一步降低加氫站建設(shè)成本。通過發(fā)展氫儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)，如液氫儲(chǔ)運(yùn)、氫的管道運(yùn)輸以及新型儲(chǔ)氫材料如有機(jī)液體儲(chǔ)氫等，降低氫氣儲(chǔ)運(yùn)成本。在此基礎(chǔ)上，通過選擇有廉價(jià)氫源的地區(qū)先行開展氫燃料電池汽車的商業(yè)化運(yùn)營(yíng)，將有效地促進(jìn)加氫站技術(shù)的提升和逐步降低氫氣使用成本，進(jìn)而通過技術(shù)提升、市場(chǎng)輻射，帶動(dòng)我國(guó)氫能燃料電池產(chǎn)業(yè)的整體技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。此外，對(duì)于暫時(shí)無加氫站或邊遠(yuǎn)地區(qū)不宜建加氫站的情況，車載甲醇制氫的燃料電池車具有一定優(yōu)勢(shì)，可以進(jìn)行示范。同時(shí)，也應(yīng)布點(diǎn)發(fā)展汽柴油車載制氫技術(shù)，為發(fā)展特種應(yīng)用的燃料電池車奠定基礎(chǔ)。
4.4 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、檢測(cè)體系不健全、不完善
目前氫能燃料電池方面的標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)不能滿足產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的需求，表現(xiàn)在支撐行業(yè)發(fā)展的氫制備、儲(chǔ)運(yùn)、加注及實(shí)際工況下氫燃料電池從部件到系統(tǒng)的評(píng)價(jià)檢測(cè)體系等仍不健全，使得產(chǎn)業(yè)全鏈條下的產(chǎn)品推廣受到嚴(yán)重的制約和限制。亟待完善氫能燃料電池技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，建立完整的材料、部件、系統(tǒng)的有效檢測(cè)體系，為氫能燃料電池的技術(shù)發(fā)展、產(chǎn)品應(yīng)用提供基礎(chǔ)保障。
5 我國(guó)氫能與燃料電池發(fā)展展望
5.1 國(guó)內(nèi)氫能與燃料電池發(fā)展趨勢(shì)
（1）商用車帶動(dòng)加氫站建設(shè)，降低氫氣與燃料電池成本。我國(guó)燃料電池汽車發(fā)展路徑明確：通過商用車發(fā)展，規(guī)模化降低燃料電池和氫氣成本，同時(shí)帶動(dòng)加氫站配套設(shè)施建設(shè)，后續(xù)拓展到乘用車領(lǐng)域。優(yōu)先發(fā)展商用車的原因在于：一方面，公共交通平均成本低，而且能夠起到良好社會(huì)推廣效果，待形成規(guī)模后帶動(dòng)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(shè)配套加氫站比較容易。當(dāng)加氫站數(shù)量增加、氫氣和燃料電池成本降低時(shí)，又會(huì)支撐更多燃料電池汽車。
（2）發(fā)展氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)集群，促進(jìn)全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。燃料電池關(guān)鍵零部件、電堆、系統(tǒng)、制氫儲(chǔ)氫、檢測(cè)及整車開發(fā)企業(yè)，以“產(chǎn)業(yè)集群”的形式，目前已在上海、廣州、江蘇等地快速發(fā)展。通過氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)集群，可以促進(jìn)氫能燃料電池全產(chǎn)業(yè)鏈的快速發(fā)展，有效降低成本。
5.2 保障措施與政策需求建議
（1）加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)，全面規(guī)劃氫能燃料電池發(fā)展途徑。包括圍繞產(chǎn)業(yè)發(fā)展重點(diǎn)、產(chǎn)業(yè)布局優(yōu)化、加氫站總體布局、政策措施制定等，從國(guó)家層面研究制定氫能燃料電池總體規(guī)劃和發(fā)展路線圖，從而引導(dǎo)我國(guó)氫能燃料電池技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)的快速與健康發(fā)展。
（2）加強(qiáng)研發(fā)投入，確保核心技術(shù)自主可控。聚焦氫能燃料電池全產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵核心技術(shù)，通過設(shè)立氫能燃料電池專項(xiàng)等促進(jìn)從基礎(chǔ)研究、關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)、應(yīng)用示范到產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化的創(chuàng)新能力提升，保障我國(guó)氫能燃料電池核心技術(shù)全面、自主的持續(xù)發(fā)展。
（3）統(tǒng)籌產(chǎn)業(yè)布局，引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)調(diào)發(fā)展。瞄準(zhǔn)氫能燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈缺失環(huán)節(jié)和關(guān)鍵環(huán)節(jié)，鼓勵(lì)有產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)的重點(diǎn)地區(qū)建設(shè)氫能燃料電池產(chǎn)業(yè)園區(qū)，加快產(chǎn)業(yè)集群建設(shè)。在氫能基礎(chǔ)設(shè)施方面，可通過加大加氫站的國(guó)家和地方補(bǔ)貼力度、鼓勵(lì)國(guó)有和社會(huì)資本共同參與建設(shè)、支持加油（氣）站與加氫站合建等措施加速加氫站的建設(shè)。在此基礎(chǔ)上，通過重點(diǎn)地區(qū)的商業(yè)化示范運(yùn)營(yíng)，帶動(dòng)全產(chǎn)業(yè)鏈的成熟和完善，從而促進(jìn)我國(guó)氫能燃料電池產(chǎn)業(yè)的全面均衡發(fā)展。
（4）加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)制定，支撐技術(shù)進(jìn)步與產(chǎn)業(yè)發(fā)展。建設(shè)若干氫能燃料電池國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)新基地，完善氫能燃料電池全產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)和檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。例如，目前相關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)仍將氫氣按照危險(xiǎn)化學(xué)品管理，導(dǎo)致加氫站的審批、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)受到制約。如果明確車用氫氣的能源性質(zhì)，細(xì)化車用氫氣的制備、儲(chǔ)運(yùn)、加注相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，將對(duì)加速氫能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)起到極為重要的保障作用。
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