国内氢燃料电池的发展现状（氢燃料电池应用与发展）

氢是一种可以通过可再生能源生产的能源载体，并且与电力一样，它可以用来为电池（由燃料电池组成）“充电”。与化石燃料一样，氢具有爆炸性，燃烧时会产生热量。它可以从碳氢化合物中提取，保存在罐中，通过管道运输并长期储存，它可以在气态和液态之间转换，还能转化为衍生物。

氢具有以下特性：

1作为低碳能源载体，资源丰富 但生产成本高；

2可燃，但表现与天然气不同；

3重量轻，但能量密度低是一个问题 ；

4液态氢及其衍生物克服了限制， 但转化效率低 ；

5潜力巨大，但挑战也很大 ；

这些特性使氢在能源转型中有着光明的前景，但也在安全、基础设施、生产、应用案例和商业可行性方面对氢的使用设置了障碍。

氢气作为燃料，主要还是通过氢燃料电池，将氢能转化为电能。燃料电池可以使富氢燃料氧化，转化为有用的能量而不会在明火中燃烧，与传统技术相比，燃料电池可以在瞬态循环中实现最高效率。 与将化学能转化为电能的其他单阶段过程(例如燃气轮机)相比，燃料电池的电效率更高。

燃料电池是一种非燃烧过程的能量转换装置，通过电化学反应将燃料和氧气的化学能转化为电能，氢是燃料电池的最佳燃料。氢燃料电池的能量转化效率高，在 40%-60%范围内，热电联供应用情景下可达 80%；反应产物仅为水，从根本上消除了温室气体的排放。

燃料电池车上的燃料电池系统也称为燃料电池发动机，主要由氢气循环子系统、空气供应子系统、水热管理子系统、燃料电池电堆和控制子系统组成。

车载氢气供给系统是氢燃料电池车的关键组成部分，主要功能有两点，一是储存氢气，二是车辆行驶过程中向电堆（即化学能转化为电能部件）提供满足压力、流量需求的氢气。

氢气属于易燃易爆且小分子易泄漏气体，因而在整个调压输送过程密封是很重要的环节。同时，电堆对于氢气流量的稳定输送以及快速响应流量需求变化有较高要求，而且供给系统中循环换系统的设计可以有效改善氢燃料利用效率，因而氢气供给系统的设计对燃料电池具有重要意义。

燃料电池技术的不断成熟带动了以燃料电池为核心的氢燃料电池汽车、叉车、船舶、轨道交通，热电联供、分布式发电、移动电源、辅助电源的应用。

目前成熟的制氢技术为氯碱副产氢，但水电解制氢路线将贯穿氢能发展全过程；压缩和液化是我国可以商业化运作的氢能储存方式，并采用管束车、槽车等交通运输工具的方式实现运输；质子交换膜燃料电池 (PEMF)是燃料电池汽车(FCEV)最合适的选择。

质子交换膜燃料电池具有低温运行、快速启动、能量密度高的特性，是目前燃料电池技术发展的主流趋势。根据电解质和燃料的不同，氢燃料电池分为质子交换膜燃料电池 （PEMFC)、碱性燃料电池（AFC)、直接甲醇燃料电池（DMFC）、磷酸燃料电池（PAFC)、 熔融碳酸盐燃料电池（MCFC)和固体氧化物燃料电池（SOFC)。

根据 E4tech 统计，2020 年全球燃料电池装机量及装机功率分别为 82400 台套、1318.7MW，质子交换膜燃料电池装机量及装机功率分别为 56300 台套、1029.7MW，分别占比 65.5%、78.08%，位列第一，2014年-2020 年 PEMFC 装机功率 CAGR 为 55.55%。

交通运输领域是目前燃料电池的主要应用场景，燃料电池车系统装机功率绝对领先。

根据 E4tech 统计，2014-2020 年，在装机数量上，以微型热电联产为主的固定式发电占主导地位，2020 年日本的 Ene-Farm 超过 47000 台套、德国的 KfW433 计划超过 5000 台套、泛欧的 PACE 项目增加约 1000 台套。

2020 年便携式燃料电池出货量约 4000 台套，包括娱乐性电池延长器、远程监控和远程电源装置。

交通运输领域燃料电池装机功率从 2014 年 37.3MW提升至 2020 年 933.5MW,占比由 20% 提升至 75.3%，从 2016 年开始，交通运输领域装机功率超过便携式发电领域逐步占据领先地位。

2020 年，全球燃料电池车装机功率约 859MW，约占所有应用领域出货容量的三分之二。

与全球相比，我国绝对数量和人均加氢站均偏少， 截至2018年底，全国仅有加氢站23座。通过《2019政府工作报告》的落实， 正逐步改善现有情况。

前期建设加氢站费用较高 ，中小型加氢站或加氢子站需要投入约1,500万元- 2,000万元，而大型的加氢母站则可能需要4,000万元的巨额资金进行建设。

全球来看，欧美日韩等发达国家和地区在燃料电池领域不断布局，并以交通领域作为突破口。例如，美国在2019年11月发布的《美国氢能经济路线图》中提出， 氢燃料电池汽车将在 2025~2030 年与传统内燃机汽车的总拥有成本（TCO）持平。

中国氢燃料电池汽车的发展也正在过渡到国家引导、 地方因地制宜的发展模式中，市场规模迅速增长。2019年1~11月燃料电池汽车产销分别完成1426辆和1337辆，同比分别增长 398.6%和 375.8%。

从氢燃料电池车型来看，国外以乘用车车型为主，氢燃料电池乘用车的销量已突破万辆，主要以丰田、本田和现代等车企为主导。国内，受政策导向影响，目前以客车、物流车等商用车为主，氢燃料电池乘用车仍然处于研制阶段。

氢能一直以来都是全球能源界关注的重点，燃料电池汽车则是氢能应用与发展道路上的重要领域之一。作为具有战略意义的清洁能源，全球多个国家已经将其纳入国家战略规划中，并加快推进燃料电池汽车商业化示范和应用，如日本、 韩国及欧洲部分国家，中国也明确将氢能写入《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和 2035 年远景目标纲要》中。

自2017年以来，中国氢能与燃料电池汽车发展极为迅速。截至2022年6月底，国内燃料电池汽车保有量已超10000辆，累计销量9487辆；2022年上半年，国内燃料电池汽车销量为1033 辆，同比2021上半年的637辆大幅提升，增幅达 62%。

氢燃料电池将以车用领域为核心应用，短期以客车及中轻型物流车为切入，中长期以氢燃料重卡为主体。

早在2014年，丰田首款量产氢燃料电池车——丰田MIRAI就正式上市，目前全球销量已超过2万台。第二代MIRAI于2020年底全球上市，它搭载的氢燃料电池技术在效率和性能上均进一步革新，一次添加氢气约3分钟，即可实现近800公里的长续航行驶，完美解决了新能源出行的痛点。

中国版现代氢燃料电池车NEXO已经正式获得国内新能源汽车牌照，该车将归类于非纯电新能源车，优先使用字母F为牌照第一位标识。这也就意味着现代NEXO是国内首款可以合法上路的氢能源汽车。此外，现代集团首个海外氢燃料电池系统生产销售基地“HTWO广州”将在下半年正式竣工并投入生产。

9月28日，永安行氢能自行车宣布上市。该车瞄准民用消费市场，采用低压储氢和换氢技术，零碳环保安全可靠。其特殊之处就是由氢气发电机直接给电机供电，变速功能是由骑行者的脚踏来控制，其动力来自于氢气通过车辆内置氢气发电机的电化学反应而产生的动力。这有别于电动自行车锂电池供电，因此氢能自行车不需要充电，采用固态储氢技术既安全又环保。