德勤：未來移動出行的動力源泉：氫能源及燃料電池交通解決方案（104頁）.pdf

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1、未來移動出行的動力源泉 氫能源及燃料電池交通解決方案 白皮書系列 系列一 中國      未來移動出行的動力源泉 | 執行摘要 1 執行摘要 本白皮書由與巴拉德動力系統有限公 司聯合撰寫并發表， 旨在介紹燃料電池汽 車的奇妙技術及其商業應用。 通過深入的 研究和分析， 本白皮書回答了行業高管和 外界人士最關心的問題燃料電池汽 車的商業可行性如何， 以及它們對環境的 影響如何? 氫是宇宙中最豐富的物質之一。 或許正因 為氫的大量存在， 我們有時會忘記了氫的 價值。 從最初作為初代內燃機的燃料， 到 現在氫氣已經可以為空中旅行提供動力， 并正在以燃料電池這一應用形式，

2、 又一次 成為全人類能源革命中的焦點。 我們將陸續推出3卷白皮書對氫能進行介 紹， 并將全面解析氫能在未來將如何驅動 移動出行領域的發展。 本卷為白皮書系列 的第一卷， 將主要對氫能及燃料電池進行 介紹， 并通過總擁有成本分析對燃料電池 車 （ “燃料電池車” ） 、 純電動車 （ “電動 車” ） 及燃油車 （ “燃油車” ） 進行深入對 比。 我們采取了自下而上的總擁有成本分 析法 （ “TCO” ） ， 對美國、 中國及歐洲的 氫能源車進行了跨度長達13年的深入分 析。 通過對燃料電池車的購買成本進行拆 分， 我們對燃料電池車的燃料電池系統、 電機等組件的價格均進行了測算； 此外我 們也

3、對燃料費用、 基礎設施成本、 維修費 用等運營成本也分別進行了測算。 我們相 信通過這種分析方法， 不僅對當前行業的 研究成果進行了補充， 也可以幫助我們的 讀者將這個TCO模型應用到各種類別的 燃料電池車輛運營TCO測算中。 事實上， 我們在搭建了基礎的TCO模型后， 將其應 用到了三個實際的燃料電池車輛運營使 用案例中： 上海的氫燃料物流車運營、 加 利福尼亞的氫燃料港口重卡運營及倫敦 的氫燃料公交車運營。 我們的TCO分析展示了燃料電池車的良好 發展前景。 即使不考慮氫能的非定量優勢 （如零污染性排放等） ， 僅就定量成本而 言， 在美國、 中國及歐洲三個地區及各個 實際應用案例中， 燃

4、料電池車的TCO均預 計會在2029年之前低于純電動車及燃油 車的TCO。 這一方面是由于技術進步及大 規模生產帶來的制造成本下降導致的， 另 一方面也受益于氫氣價格、 加氫站等運營 相關的成本持續下降。 因此各國政府開始 投入越來越多的精力發展氫能相關技術 及推動氫能的應用。 通過我們的TCO模型測算， 2019年燃料 電池車的每百公里總擁有成本約比純電 動車及燃料車分別高40%及90%左右。 從 購買成本看， 較高的燃料電池系統價格及 因為缺乏規模效應導致的零部件成本加 價是購買成本較高的主要原因； 從運營成 本來看， 較高的氫氣價格是當前運營成本 高昂的主要原因。 然而， 預計到2026

5、年， 燃料電池車的TCO 將會開始低于純電動車， 到2027年， 燃料 電池車TCO將會開始低于燃油車。 總體來 看， 我們預計未來10年內燃料電池車TCO 將會降低50%， 燃料電池系統及氫氣價格 下降是主要驅動因素。 其中燃料系統成本 預計到2029年將下降超過50%。 燃料電 池系統成本下降空間較大， 主要是因為當 前燃料電池系統價格高企是由于高技術 門檻和高制造成本導致的， 而不是由于原 材料成本較高導致的。 當前有很多觀點認 為燃料電池價格較高的原因是使用了鉑 金作為催化劑， 但實際上， 鉑金的成本在 燃料電池系統總體成本中占比不到1%。 與 之相反， 鋰電池的金屬材料成本如鋰和鈷

6、則在電池總體成本中占據了很大比例。 因 此， 技術進步及大規模生產可以驅動燃料 電池系統價格顯著下降。 運營成本方面， 其下降的主要驅動因素是氫氣價格， 受益 于更多的可再生能源將用于氫氣生產 （目 前由可再生能源生產的氫氣占比還不到 5%） 及相關運輸及存儲技術的提升， 預計 氫氣價格將在美國、 中國、 歐洲等國家和 地區均明顯下降。  未來移動出行的動力源泉 | 執行摘要 2 我們的TCO預測采取了非常保守的假 設。實際上歷史經驗表明，隨著新興技 術的出現，生產成本的下降往往會比預 測值要大的多；此外，我們也沒有將任 何政府補貼（車輛購買補貼、加氫站建 設補貼、加氫站運營補貼等）

7、或政府激 勵納入到TCO模型中。從上海、加利福 尼亞及倫敦的案例分析來看，由于政府 補貼或對燃油車的額外路稅將使得燃料 電池車的TCO更快地與純電動車及燃料 車的TCO實現交叉。此外，我們仍假設 燃油車成本變動較為穩定，但實際上， 燃油車成本可能由于油價上漲、更嚴格 的排放標準出臺、市區準入限制、燃油 車禁令等無法量化的原因而大幅上升。 因此，考慮到其他因素，燃料電池車的 TCO有可能會在2025年之前就低于電動 車及燃油車的TCO。 最后，本文還對燃料電池車的能量轉換 效率、氫氣生產、和溫室氣體排放等燃 料電池技術相關的環境影響進行了現狀 分析及未來展望。事實上這并不是本白 皮書的研究重點，

8、我們將會在第3卷 * 白皮書中進行更為詳細的討論，但是我 們相信在本白皮書中引入關于氫產業鏈 的基礎分析，將有助于我們的讀者更好 的理解氫能相關價值鏈及未來發展趨 勢。當前燃料電池車的能量轉換效率是 高于燃油車，但低于純電動車的，這主 要是由于氫氣生產過程的低效及能量損 失。而在未來，風力及光伏等可再生能 源將會在制氫過程中發揮更大作用，提 升燃料電池車的能量轉換效率。因為當 前可再生能源受到季節、高峰低谷使用 周期等因素的影響較大，產生了大量被 浪費的過剩電力?？稍偕茉吹倪呺H成 本接近于零，使得其定價低于其他當時 生產的電力，而因為過剩電力浪費情況 的存在，新能源電力在歐洲某些國家甚 至有

9、負電價情況出現。而氫能恰好可以 利用這些可再生能源，將過剩的電力以 氫氣的形式儲存起來。 從環境影響的角度來看，燃料電池車是 最清潔的，相較于的電動車及燃油車， 燃料電池車的全生命周期碳排放是最少 的。而隨著可再生能源更多的應用于氫 氣制取，及氫氣運輸技術的提升，預計 燃料電池車的碳排放還將繼續降低。同 時，相較于純電動車，燃料電池車在制 造過程中的碳排放也較低。因為電池生 產過程中使用了大量金屬材料如鋰和鈷 等，金屬材料的挖掘、生產加工等過程 均有大量能量消耗及碳排放。同時燃料 電池車回收在報廢階段也比電動車回收 更容易且更有經濟吸引力。 正如比爾蓋茨的名言：“我們總是高估 未來兩年將發生的

10、變化，低估未來十年 將發生的變化。不要讓自己陷入無所作 為的狀態?！蔽覀兿Ｍ景灼梢詫?我們的讀者理解氫能及氫能如何應用在 交通領域提供一些幫助，盡管我們的努 力可能微不足道，我們也希望竭盡所能 的為創造更加經濟合理的商業模式及更 加綠色的世界而做出一些微小貢獻。 注釋： *三卷白皮書系列包括： 1.交通出行中的氫燃料電池解決方案； 2.氫和燃料電池的應用現狀和未來； 3.氫供應鏈的演進與未來  3 目錄 3 燃料電池簡介 5 燃料電池車應用概述      22 總擁有成本分析 35 能源效率與環境影響的比較 67 總結與展望 89 參考文獻 91

11、聯系我們 101 目錄  4 未來移動出行的動力源泉 | 燃料電池簡介  5 未來移動出行的動力源泉 | 燃料電池簡介 燃料電池簡介  1.1 什么是燃料電池 廣義上來講，燃料電池是通過化學反 應，將燃料及氧化劑中蘊含的化學能轉 換為電能的裝置1。最近，燃料電池這個 詞幾乎被專門用來形容以氫作為燃料的 反應堆2。  氫氣作為汽車燃料已經有很長的歷史 了。在200年前，氫氣就被用在第一代 內燃機中作為燃料，與現在內燃機里汽 油等燃料工作原理類似 3。但是因為安 全性及能量密度較低，氫氣作為內燃機 燃料并沒有表現出優越性 7。然而，在如 今的燃料電池技術中，

12、氫氣并不直接燃 燒，而是和氧氣反應轉換為電能 4。 氫氣和氧氣的化學反應是非常簡單的， 可 以用如下公式表示： 2H2+O2=2H2O 5。 在 燃料電池中， 氫氣和氧氣分別進入到電池 的陽極和陰極 （圖1） 。 電池兩極之間通過 電解液隔離， 一方面可以阻止電池兩極的 反應物相互接觸， 一方面為陽極產生的離 子提供到達陰極的通道。 如圖1所示，燃料電池反應原理如下：氫 氣首先進入燃料電池的氫電極（稱為陽 極）（步驟1），然后氫氣與覆蓋在陽極 上的催化劑反應，釋放電子形成帶正電 荷的氫離子（步驟2），氫離子穿過電解 液到達陰極（步驟3）。然而，電子不能 通過電解液，相反，電子流入電路，形 成電

13、流，產生電能（步驟4）。在陰極， 催化劑使氫離子與空氣中的氧結合形成 水，水是燃料電池反應中的唯一副產品 （步驟5）6。 圖1：燃料電池反應堆工作原理 陽極 陰極 氫氣入口(H2) 水 (H2O) 電流 e 催化劑涂層  12 5 3 4 e 氧氣入口 (O2) 電解液 離子 離子 離子  6 未來移動出行的動力源泉 | 燃料電池簡介 燃料電池可以簡單的根據電解液的 不同分為幾種不同的類別，主要的 燃料電池類型包括：質子交換膜 燃料電池（“PEM”），堿性燃料 電池（“AFC”），磷酸燃料電池 （“PAFC”），固體氧化物燃料電池 （“SOFC”）以及熔融碳酸鹽燃料電 池（

14、“MCFC”）。圖2對不同燃料電 池進行了對比。PEM目前是處于商業 化最前沿的燃料電池，因為PEM可以在 50-100攝氏度下運行，啟動時間較短， 同時對氧化劑要求較低，空氣就可以作 為其氧化劑來源 8。這些特性使得PEM 成為汽車能源的理想解決方案，并且使 得PEM從20世紀90年代開始得到了快速 發展 10。 圖2：燃料電池的5種類型對比 9 燃料電池類型電解液運行溫度/C催化劑主要優勢主要劣勢應用領域 PEM質子交換膜50-100鉑金  啟動快   工作溫度較低   可以將空氣作為 氧化劑   對CO敏感   需要將反應物 加濕 &nb

15、sp; 汽車   便攜式電源 AFC堿性電解液90-100鎳/銀  啟動快   工作溫度較低   需要純氧作為催 化劑   航空航天   軍事 PAFC磷酸150-200鉑金  對CO2不敏感  對CO敏感   啟動較慢   分布式發電1 SOFC固體氧化物650-1,000LaMnO3/LaCoO3  可以將空氣作為 氧化劑   較高的能量效率2   運行溫度較高  大型分布式發電   便攜式電源 MCFC熔融碳酸鹽600-700鎳  

16、;可以將空氣作為 氧化劑   較高的能量效率2   運行溫度較高  大型分布式發電 注釋： 1.用多種小型， 連接電網的設備發電和儲能； 2. 包含熱和電的轉換效率可以達到85%， 純電轉換效率約為60%  7 未來移動出行的動力源泉 | 燃料電池簡介 種類主要應用示例 交通 乘用車 卡車 叉車 公交 物流車 航空器 船只 電動自行車 固定電源 熱電聯產系統 （ “CHP” ） 不間斷供電系統 （ “UPS” ） 1 分布式發電 其他應用  便攜式電源 無人機 （ “UAVs” ）  圖 3：氫燃料電池的主要應用及示例 氫燃料電池可以

17、被廣泛的應用于各個場景中，主要的應用可以被分為3類：交通、固定電源及其他（圖3）11  注釋： 1. 不間斷供電系統可以在主輸入電源故障時對外供電  8 未來移動出行的動力源泉 | 燃料電池簡介 1.2 燃料電池及燃料電池車發展歷史 燃料電池并不是一個新產物， 最早的燃料 電池可以追溯到1839年， 是由威爾士科 學家威廉格羅夫發明出的原型12。 然而燃 料電池車首次成為焦點是在20世紀70年 代石油危機推動了氫燃料電池在汽 車上的應用14。 在接下來的幾十年， 不同 國家和地區的科學家為了推動燃料電池 車的發展做了不懈的努力14。 在多年的研 發投入下， 豐田在2014年

18、推出了全球第一 輛商業化的燃料電池車。 在此之后， 燃料 電池車在公眾眼中不再是一個只存在于 實驗室中的車型， 而是驅動未來汽車變化 的主要技術之一。 從2014年開始至今， 中國、美國、 日本及歐洲的一些國家開始 著力于推動氫燃料電池技術的發展14。 圖 4列舉了關于燃料電池及燃料電池車的發 展簡史 。 通過政府政策鼓勵、 技術進步 及產業參與度提升等多方面的投入， 燃料 電池的應用已經進入了一個黃金時代。  9 未來移動出行的動力源泉 | 燃料電池簡介 20世紀70年代的石 油危機促使全球發 展替代能源，如燃 料電池等 14 威廉格羅夫發明了 第一個燃料電池14 PAFC是20世

19、紀70年代至90年代的 主流燃料電池技術，主要用于分布 式發電14 20世紀60年代，美國宇航局首次 使用堿性燃料電池為雙子座和阿波 羅號宇宙飛船發電 14 20世紀90年代， 在巴拉德等電池 生產商的領導下， 質子交換膜燃料 電池取得了重大技術突破， 使得燃 料電池可以被應用于汽車領域 19 1966年，通用汽車公司開 發了世界上第一輛燃料電池 車 15 20世紀90年代，固定式燃料電 池被應用于商業和工業生產 16 2003年，美國能源部資助了一項12億美元 的計劃，旨在促進氫和燃料電池技術在交 通運輸中的應用 22 1993年，巴拉德研制出 世界上第一輛使用質子 交換膜燃料電池的9.7米

20、 公交巴士 15 2013年，幾家汽車 制造商成立了聯盟 （H2USA）以促進燃 料電池車商業化和及氫 氣相關基礎設施開發； 合作伙伴包括福特、日 產、戴姆勒、通用和 本田17 2002年， 豐田在美國 和日本推出了世界上 第一個燃料電池混合 動力汽車 （FCHV） 的 租賃 15 2018年， 德國試運 行了由法國阿爾斯 通公司制造的世界 上第一列氫燃料 火車 20 1994年，戴姆勒推出了第一代現代燃料電 池車-NECAR 1，此車型由巴拉德提供燃料 電池堆 12  2014年，豐田推出了Mirai，這是第一 款商用燃料電池車，2015年，現代緊 隨其后推出了商用燃料電池車 15

21、 2003年，歐盟25個 國家啟動了歐洲研究 區項目（“ERA“） ，其中包括建立歐洲 氫燃料電池技術研發 平臺 13 2011年以來，中 國政府先后出臺 了鼓勵和引導氫燃 料電池技術研發的 計劃 21 2014年，日本通過了 第四個戰略能源計劃， 該計劃明確指出要使用 氫作為能源，并為氫氣 的生產、儲存、運輸 和應用制定了戰略路 線圖 18 政府政策 技術及相關企業的 發展  18391960s1980s1970s1990s201020002020  圖4：燃料電池及燃料電池車的發展簡史   10 未來移動出行的動力源泉 | 燃料電池簡介 1.3 不同國家及地區

22、的氫燃料及燃料電 池發展情況 與大多數先進技術一樣，燃料電池技術 在初始研發時對政府的政策依賴較高。 中國、美國、歐州、日本等國家政府出 于不同的原因，都不同程度出臺了相關 政策及鼓勵措施，促進了燃料電池產業 的發展，并在燃料電池核心技術研究上 進行了大量投資。上述國家對燃料電池 的發展制定了補貼政策和中長期戰略規 劃，通過對各國政府政策及產業發展的 分析，可以獲得各國氫燃料及燃料電池 的政策端啟示。圖5對每個國家的氫燃 料相關政策重點進行了概括，我們將在 后續的文章中進一步詳細討論。  圖5：主要國家的氫燃料相關政策概覽1 美國中國歐洲日本 國家戰略   早在1990年，

23、美國 政府就頒布了氫能 研究、發展及示范法 案，制定了氫能研 發5年計劃 13   通過在氫能方面的長 時間持續投入， 美國 已經形成了一套系統 的促進氫能發展的法 律、 政策和科研方案 30   盡管與其他國家相比， 中國 的氫能發展相對較晚， 但中 國目前正在大力發展氫能   2016年， 氫能被列為 能暈 技術革命創新行動計劃 中 的15個關鍵領域之一 25   2019年兩會期間， 氫能首次 寫入政府工作報告 26   2003年， 歐盟25個國家 啟動了歐洲研究區項目 （ “ERA” ） ， 其中包括建 立歐洲氫燃料電池技術研 發平臺

24、 13   2019年，燃料電池和氫 能聯合會（FCHJU）發布 了歐洲氫能路線圖， 提出了到2030年及2050 年氫能發展的路線圖 34   氫能被列為日本的 “國家能 源” ， 日本政府致力于使日本 成為氫能社會 30 31 32   2014年， 日本通過了第四個戰 略能源計劃， 并公布了氫氣及 燃料電池戰略路線圖， 為氫氣 的生產、 儲存、 運輸和應用指出 了發展路徑 33 氧氣生產及運輸  2019年美國能源 部發布公告， 將為 H2Scale2概念提 供最多3100萬美元 的資助， 這筆資金 將用于氫氣生產方 式創新試驗， 以及 一個綜合的

25、氫氣生 產、 存儲及加氣試 點系統 35   全國范圍內沒有明確的 氫氣生產及加氣的補貼 政策 27   氫氣目前被列為危險化工 品， 是氫能發展的主要阻 力之一 27   對氫氣的清潔生產較 為重視   歐洲氫能路線圖指出要 在2030年以極低的碳 排放實現約三分之一的 氫氣生產 34   氫氣及燃料電池戰略路線 圖：   到2020年中期建立一個 以商業為基礎的氫氣高 效分配系統 24  到2040年實現零碳排 放氫氣的制造、 運輸和 儲存 24 注釋： 1. 哈維球表示了不同國家及地區政策的重要程度及完成度， 只是代表

26、相對次序， 并不表示實際進度； 2. H2Scale是一個為了在美國多個行業實現價格合理， 可靠的大規 模氫氣生產， 運輸， 儲存和應用的概念， 同時， 還整合了各種價值數十億美元的國內產業、 提高了國內競爭力， 并創造了就業機會  11 未來移動出行的動力源泉 | 燃料電池簡介 美國中國歐洲日本 氫氣基礎設施  DOE啟動了H2USA-一 個和燃料電池車整車 廠商合作的PPP項目， 來推動氫氣基礎設施 建設 36   加利福尼亞燃料電池 聯盟 （ “CaFCP” ） 提出要在2030年達到 1,000個加氫站 37   沒有明確的全國范圍內的 氫基礎設

27、施補貼政策27   佛山、中山等多個市級 政府正在制定地方補貼 政策 25   然而，加氫站建設的審批 程序仍不清楚27   2009年， 德國成立了 H2 Mobility， 投資建 設了世界上第一個全 國性的加氫站網絡 39   歐洲氫路線圖指出預 計到2030年將建設 3,700個加氫站 34   2016-2018， 日本經濟產 業部已經向加氫站的研 發投入了約8,800萬美 元， 向加氫站建設投入 了約5.39億美元的建設 補貼 23 乘用車支持政策  2014年， 美國政府在  作為經濟可持續增長 路徑的全面能源

28、戰略 明確了氫能在交通運 輸轉型中的主導作用 13   加利福尼亞燃料電池 聯盟提出要在2030年 達到1,000,000輛氫燃 料電池車 37   2018年， 加利福尼 亞空氣資源委員會 （ “CARB” ） 已經為 “ 海岸到倉庫” 項目撥款 4,100萬美元， 以測試 10輛8級氫燃料重卡在 港口的應用情況 38   面向燃料電池車購買者的 補貼將至少持續到2025 年 28   與純電動車類似， 政府將 首先推動燃料電池車在商 用車領域的應用， 因為商 用車更易監管及實現大規 模應用 28； 在商用車領域 率先實行并沒有寫入政策 中， 主要在執

29、行階段， 會 先從商用車入手 28   歐洲氫路線圖指出， 預計到2030年， 燃料 電池乘用車保有量達 370萬輛 34   在以豐田為首的整車廠 商研發投入下 40， 日本的 氫燃料電池車以乘用車 為主 29   根據 2017氫能戰 略 ， 2030年目標達到 800,000氫燃料乘用 車 23 商用車支持政策  歐洲氫路線圖指出， 預計到2030年， 燃 料電池輕型商用車達 50萬輛、 燃料電池卡 車及公交車保有量達 4.5萬輛 34   根據 2017氫能戰 略 ， 2030年計劃達到 1,200輛氫燃料公交車 和10,000輛叉車的

30、保 有量 23 注釋： 1. 哈維球表示了不同國家及地區政策的重要程度及完成度， 只是代表相對次序， 并不表示實際進度  12 未來移動出行的動力源泉 | 燃料電池簡介 美國是第一個將氫能及燃料電池技術作 為其國家戰略的國家 31。由于石油危機 的發生，美國政府從20世紀70年代開 始對氫能研究進行了大量資助 41。早在 1990年，美國政府就頒布了氫能研 究、發展及示范法案，制定了氫能研 發5年計劃 13。 2002年，美國能源部發 布了國家氫能發展路線圖，為公共 部門及私人部門如何協調長期發展氫能 提供了藍圖 13。在2012年，美國國會重 寫了氫能燃料電池政策，將加氫站相關 資

31、產的稅收優惠從30%提升至50%，并 建立了分級稅收獎賞制度，加大了對高 效燃料電池（如利用熱電聯產的燃料電 池）的獎賞力度 51。在2014年，美國政 府頒布了作為經濟可持續增長路徑的 全面能源戰略，在其中明確了氫能在 交通運輸轉型中的主導作用13。 10月8 日被燃料電池及氫能協會選為全國氫能 及燃料電池日，同年這一日期得到了參 議院第217號決議的指定，標志著氫能 及燃料電池的地位日益重要 49。如圖6 所示，通過美國各式氫能組織的不懈努 力，美國氫能相關政策幾乎已經覆蓋了 氫能全產業鏈。  美國氫能和燃料電池的研發主要由能源 部牽頭， 建立了以能源部國家實驗室為主 導， 高校

32、、 科研機構、 企業為補充的研發 體系， 關鍵技術的研發將獲得資金撥款 支持 31。 通過在氫能方面的長時間持續 投入， 美國已經形成了一套系統的促進 氫能發展的法律、 政策和科研方案 30。 圖6標注了主要的政府政策及舉措時間 表。 2019年3月， 美國能源部發布公告， 將 為H2scale1提供最多3100萬美元的資 助， 用于實現美國多行業中氫氣生產、 運 輸、 存儲及利用的規?；?34。 為了進一步推進燃料電池的廣泛應用及 解決氫氣基礎設施的問題， 美國能源部啟 動了H2USA一個和燃料電池車整車 廠商合作的PPP項目， 來推動氫氣基礎設 施建設， 以支持美國消費者選擇氫能源驅 動的

33、交通工具 36。 美國在氫能源多年來 的投資在實踐中取得了明顯成效。 在燃料 電池車的商業應用方面， 美國擁有全球最 多的氫燃料乘用車。 截至2019年8月， 美 國的氫燃料乘用車銷量及租用數量已經 達到7,271輛 44。 除此之外， 截至2019年4 月， 美國已經有了超過30,000輛氫燃料叉 車 335， 這些叉車主要應用于沃爾瑪及亞 馬遜等美國企業 50。 由于州政府及公眾對可再生能源的大力 支持， 加利福尼亞是美國氫燃料電池車商 業化程度最高的州 46。 截至2019年6月， 加州有6,830輛燃料電池車在運營， 數量 遠超其他州 37。 自2010年6月， 加州能源 委員會發放了

34、第一筆撥款， 加州已經開了 35個零售加氫站， 另有29個加氫站正在 建設中 45。 加州空氣資源委員會和加州燃 料電池聯盟在推進氫燃料電池車商業化 進程方面發揮了重要作用 47。 加州已經 發展出了一套完整的 “規劃-補助-評估” 系統， 成為美國最活躍及最具示范性的 氫燃料電池應用范例 48。 展望未來， 加州 燃料電池聯盟提出了到2030年建設1,000 座加氫站及達到100萬輛燃料電池車的 目標 37。 注釋： 1. H2Scale是一個為了在美國多個行業實現價格合理， 可靠的大規模氫氣生產， 運輸， 儲存和應用的概念， 同時， 還整合了各種價值數十億美元的國內產業、 提高了國內競 爭

35、力， 并創造了就業機會 美國  13 未來移動出行的動力源泉 | 燃料電池簡介 圖6：相關政策/倡議覆蓋范圍及時間表 氫氣生產 及運輸 加氫站乘用車支持商用車支持 1974 1990 1996 2002 2003 2006 2012 2013 2014 2019   邁阿密大學舉辦 “邁阿密氫能源經濟” 會議 （THEME）   美國能源部- 國家氫能源發展路線圖 53   美國國會- 美國燃料電池和氫基礎設施法案 51   美國能源部- 氫能研究、 發展及示范法案 54   美國能源部- 氫燃料發展倡議 56   美國能源

36、部啟動了H2USA-一個和燃料電池車整 車廠商合作的PPP項目， 來推動氫氣基礎設施建 設以推動燃料電池車的大規模應用 36   美國能源部- 1996年氫未來法案 55   美國能源部和美國交通部- 氫能源計劃 57   美國總統辦公廳- 全面能源戰略 52   美國能源部宣布了高達3,100萬美元的氫能源資 助計劃 34   加州燃料電池聯盟提出了到2030年建設1,000座 加氫站及達到100萬輛燃料電池車的目標 37  14 未來移動出行的動力源泉 | 燃料電池簡介 中國的第一輛燃料電池車是在1999年研 發的 60。中國是全

37、世界最大的氫氣生產 及消費市場，并擁有全世界最大的氫氣 生產能力，目前工業用氫氣產能達到了 2,500萬噸/年 31。在消費端，自2017- 2019年，中國已經賣出了3,000輛氫燃 料電池車 （均為商用車），使得中國成 為燃料電池車的主要市場之一 64。 中國巨大的氫燃料市場規模受益于多年 來相關的政策支持及激勵措施。自2011 年以來，中央政府已經接連發布了鼓勵 氫能及燃料電池技術發展的頂層方針及 指導方案。如“十三五”國家戰略性 新興產業發展規劃、能源技術革命 創新行動計劃（2016-2030年）、 節能與新能源汽車產業發展規劃（2012- 2020年） 及中國制造2025 21。 此

38、外，為了促進新能源汽車的發展，政 府對乘用車生產采取了一種“雙信用管 理制度”，即對新能源車的生產給予正 積分而對傳統內燃機車的生產給予負積 分 188。該系統將來也可能應用于商用車  189。2016年，氫能被列為能源技術革 命創新行動計劃中的15個關鍵領域之 一 25。隨著中國正在全國范圍內努力向 可再生能源過渡，氫能將在這一過程中 發揮越來越重要的作用 63。氫能的應用 有助于緩解中國能源體系中存在的許多 突出問題，例如能源安全及可持續性問 題 65。 2019年兩會期間，氫能首次寫入 政府工作報告，表明中央政府越來越重 視氫能的發展26。 在燃料電池車方面，自2014年以來，

39、中 國在氫燃料電池車產業上作出了重大努 力，推動燃料電池技術成熟，降低氫氣 成本，以推動氫能在各個領域的應用。 值得注意的是，氫能并不是中國唯一被 關注的可再生能源，燃料電池車的發展 是與電動車的推動同步進行的 28。與電 動車的發展歷程類似，中國首先關注的 是燃料電池車在商用車領域的應用，因 為商用車較易監管也更容易進行大規模 應用。 中央政府及地方政府的補貼是燃料電池 車產業發展的關鍵驅動因素之一，補貼 主要包括如下三個方面：   對購買燃料電池車的消費者進行補 貼。盡管對純電動車的補貼正在退 坡，但預計對燃料電池車的補貼將會 持續到2025年。根據專家訪談，隨著 燃料電池車的應

40、用規模逐漸擴大，燃 料電池車的補貼將也會逐漸退坡，并 對購買車型所應用的技術及性能逐漸 提出更高的要求 28   對加氫站建設進行補貼。目前對于加 氫站的補貼沒有一個全國范圍的清晰 指引，但一些地方政府如佛山、中山 等已經設立了地方政府補貼政策 25。佛 山市是中國氫能源發展位于前列的城 市之一 ，佛山市為每個新建加氫站提 供最高800萬人民幣的補貼 62。   對氫氣進行補貼。根據專家訪談，對 氫氣的補貼主要是為了降低消費者使 用燃料電池車的燃料成本，使得使用 氫燃料的汽車每百公里燃料費用與普 通柴油車及汽油車持平或更低，但對 氫氣的補貼具體是給終端消費者還是 加氫站仍然

41、處于討論中 28。 中國  15 未來移動出行的動力源泉 | 燃料電池簡介   將氫氣從危險化學品類別中剔除   明確加氫站審批流程 對燃料電池的關鍵部件實現國產替代及 批量生產以降低燃料電池車的生產成本 2019年6月， 發改委1關于 促進汽車循 環經濟發展實施方案 獲得了相關部門的 批準， 主要舉措包括： 取消地方政府對新 圖7：促進汽車循環經濟發展實施方案對汽車市場的影響 注釋： 1. 中華人民共和國國家發展和改革委員會 實施的可能性及對氫能源行業的 潛在效益  關于新能源車的主要舉措 取消購買限制 提升農村地區銷量 取消皮卡限制 優化基礎設施建設

42、 報廢老舊車輛 鼓勵汽車租賃及汽車 金融發展 促進公共服務車輛電 動化 （客車及貨車）   繼續將新能源汽車排除在地方政府的限購范圍之外   新能源汽車牌照限制將取消 （如北京）   鼓勵農村居民置換舊車， 對購買新能源汽車給予補貼   目前， 皮卡車在中國被歸為輕型卡車， 適用于對卡車的所有限制   對皮卡相關限制的取消， 將釋放地級市以下城市的皮卡需求   推進充電設施及加氫設施建設， 及授予更高的通行權政策 （如允許 新能源汽車使用公交專用道） ， 有利于新能源汽車的使用   對使用10年以下乘用車更換新能源汽車給予獎

43、勵和補貼   鼓勵長期和短期租賃， 促進新能源汽車租賃   推動公交、 環衛、 郵政、 城市物流等公共服務車輛向新能源汽 車升級 盡管氫能源發展得到了政府支持及相關 政策推動，但中國的氫能源相關產業仍 有較大的進步空間，例如在相關政策和 配套設施方面還有改進的空間。根據專 家訪談，對行業影響較大的相關改進措 施包括 27：   對加氫站及氫氣生產運輸的相關政策 能源車限購及車牌限制， 中央政府將繼續 對新能源車提供補貼， 及加速取消對皮卡 進入城區的限制 66。 預計發改委的方案 將在短期內刺激新能源車 （包括燃料電池 車） 的銷量提升 （圖7） 。  

44、對行業的潛在影響：小 大 1 3 6 2 5 4 7  16 未來移動出行的動力源泉 | 燃料電池簡介 歐盟將氫能源視做能源安全及能源轉型 的重要方向 31。 2003年， 歐盟25個國家啟 動了歐洲研究區項目 （ “ERA” ） ， 這個項目 中包括要建立歐洲氫燃料電池技術研發平 臺， 用于攻克氫能行業及燃料電池中的關 鍵技術問題 13。 2008年， 歐盟成立了燃 料電池及氫能聯合會 （ “FCHJU” ） ， 這 是一個PPP項目， 在歐洲發展及推廣燃料 電池技術的過程中中發揮了重要作用 67。 2019年2月， FCHJU發布了 歐洲氫能路 線圖： 歐洲能源轉型的可持續路徑

45、， 提 出了到2030年和2050年氫能發展的路線 圖， 為氫能和燃料電池在歐洲的大規模推 廣指出了路徑 34。   這份路線圖對氫能產業相關的利益方 提出了重要建議：  監管者及產業方應該聯合起來共同為 各行各業減少碳排放制定清晰、 可實 現的長期路徑  歐洲產業方應該大力投入氫能及燃料 電池技術的研發， 以保持在氫能產業 中的競爭力， 抓住行業中的新機遇 34。   這份路線圖為氫能在以下領域的發展 提出了具體的關鍵節點目標（圖8）：   在交通領域， 預計到2030年達到370 萬輛氫燃料乘用車， 50萬輛氫燃料輕 型商用車， 及4.5萬

46、輛氫燃料重卡和公 交車的氫燃料汽車保有量。 同時， 到 2030年， 預計將有570輛氫燃料火車 替代現有的火車 34。  在加氫站方面， 預計2030年將有 3,700個大型加氫站  在制暖方面，預計2030年氫氣可以 取代約7%的天然氣（以量計算）為 250萬戶家庭供暖，到2040年，可以 取代32%的天然氣為1,100萬戶家庭 供暖 34。  在氫氣生產方面， 預計在2030年以極 低的碳排放實現約三分之一的氫氣生 產， 這些氫氣可以被用于各行各業如 用于石油煉制中的加氫反應， 及生產 合成氨等 34。  在發電方面， 預計到2030年氫氣發電 廠

47、也可以得到大規模的概念驗證。 由 于有大量未被利用的新能源電力 （如 棄風棄光等） ， 這些新能源由于沒有合 適的儲電設備， 發出的電會被浪費， 預 計到2030年， 這些被浪費的電力可以 用于生產氫氣， 而這些由可再生能源 生產的氫氣也可以用于發電， 最大程 度的避免新能源的浪費 34。 歐洲  17 未來移動出行的動力源泉 | 燃料電池簡介 歐洲氫能路線圖2030年目標  氫氣生產及運輸預計在2030年以極低的碳 排放實現約三分之一的氫 氣生產， 這些氫氣可以被 用于各行各業如用于石油 煉制中的加氫反應， 及生 產合成氨等  大量未被利用的新能源可用于制氫 建

48、設氫氣發電示范工廠 建設可再生氫氣制取的工廠 加氫站3,700個大型加氫站 乘用車支持氫燃料乘用車保有量達到370萬輛 商用車支持50萬輛氫燃料 輕型商用車 4.5萬輛氫燃 料重卡和公 交車 570輛氫燃料火車 圖8：歐洲2030年氫能發展路線圖 34 德國是歐洲氫能及燃料電池技術的領先國 家。為了推廣氫能及燃料電池，德國成立 了國家氫能及燃料電池組織（“NOW” ），這個組織負責管理及協調國家氫能 及燃料電池創新項目（“NIP”），及德 國聯邦國土交通省下的電動車部署項目 （“BMVI”） 68。2006年德國聯邦政府 聯合研究機構代表及各個產業方共同發起 了NIP項目，旨在提升氫能在德國能

49、源體 系中的地位 69。2006-2016年期間，NIP 資助了約14億歐元用于氫能相關的研 究、開發及示范項目 70。2009年，德國 政府與法國液化空氣集團、林德集團、殼 牌、道達爾及其他公司共同發起了“H2 Mobility initiative”，計劃投資3.5億歐元 在德國建立一個全國性的氫燃料補給網絡 系統 39 。 截至2018年末，歐洲已經有了 152座加氫站，其中41%都位于德國 71。 盡管英國是最早發現氫氣及制造氫燃料 電池車的國家， 但相較于歐洲其他國家如 德國等， 英國政府對氫能及燃料電池的政 策支持缺乏整體性， 直到2016年英國才 出臺了第一個氫能發展整體戰略 7

50、2。 2014 年， E4tech及元素能源發布了氫能及燃 料電池路線圖， 其中包括了氫氣供應鏈路 線圖 （如氫氣的生產及運輸） 、 終端消費 路線圖 （如運輸工具） 等11個子路線圖。 這份路線圖， 作為零排放戰略的一部分， 旨在加快氫能及燃料電池的發展速度 72 。 2017年1月， 歐盟的JIVE項目資助了歐 洲5個國家部署139輛零排放燃料電池客 車， 其中56輛在英國 73。 H2  18 未來移動出行的動力源泉 | 燃料電池簡介 在我們所研究的國家中， 日本或許是最致 力于建設氫能源社會的國家。 由于地理位 置及環境限制， 可再生能源在日本非常受 重視 30。 最初日本希

51、望依靠核能實現可再 生能源戰略， 但福島核電站事故迫使政府 重新審視其能源戰略 30。 現在， 氫能源被 確立為 “國家能源” ， 日本政府已經承諾 要將日本建設為氫能社會 30 31 32。 在2014年， 日本通過了第四個戰略能源 計劃。 這個計劃明確指出要加強氫能源的 利用， 并公布了氫氣及燃料電池戰略路線 圖， 明確了氫氣的生產、 儲存、 運輸和應用 的發展路徑 33。 在2015年， NEDO*發布了 一份關于氫能源的白皮書， 將氫能源定位 為國家發電的第三個支柱能源 32。 在2017 年， 日本政府發布 氫能源基礎戰略 ， 指 出要在2030年實現氫能源發電的商用化  

52、30。 METI* 在2018年為氫能及燃料電池 產業投入了2.6億美元的研發費用 75。 日本的燃料電池商業化應用處于世界前 沿，這些應用包括民用固定熱電聯產式 燃料電池發電系統，工業用燃料電池， 及燃料電池交通工具等。民用固定熱電 聯產式燃料電池發電系統在2009年首 次實現了商用化，使日本成為第一個將 燃料電池引入民用領域并為住宅提供電 力及熱水的國家 33。 截至目前，日本已 經在商業建筑及居民住宅引入了超過了 20,000個固定熱電聯產式燃料電池發電 系統 78。 燃料電池車是日本的又一焦點。日本汽 車制造商-豐田、本田和日產從20世紀 90年代起就一直致力于燃料電池車的研 發。2014年，豐田推出了首款商用化的 燃料電池車-Mirai，成為燃料電池車發展 歷史上的重要里程碑，隨后本田也推出 了商用化燃料電池車-Clarity 4