蒙巴顿酒庄干红葡萄酒:燃料电池汽车商业化进程的分析和判断 - MOE的日志 - 网易博客

燃料电池汽车商业化进程的分析和判断

默认分类 2009-09-08 11:31:18 阅读85 评论0   字号：大中小 订阅

[简介] 内容摘要：燃料电池汽车是节能环保汽车的发展方向。主要汽车国家从解决能源环境问题、提升国家竞争力的高度来看待和发展燃料电池汽车，制定明确的战略和规划，组织部署研究开发，并形成了美、欧、日三强目标一致、竞相追逐的全球科技大攻关态势。另外，燃料电池商业化模式也得以创新，大大降低了商业化初期经济上和基础设施上的障碍。上述因素将加快燃料电池汽车的商业化进程，综合判断，未来十年燃料电池汽车将进入高强度的研究开发阶段，2015年左右将初步进入商业化运营阶段，2050年前后氢能将成为道路交通的主力能源之一。

一、 燃料电池汽车的应用前景、发展现状及商业化障碍？？

（一）燃料电池汽车的应用前景？？

国际汽车界和能源界普遍认为，燃料电池汽车是节能环保汽车的最终解决方案。该判断基于以下几个方面：？？

一是氢燃料电池汽车可以摆脱道路交通对石油的依赖。氢作为二次能源，来源广泛，既可以从煤炭、石油、天然气等化石能源中提取，也可以从可再生的生物质中制取，还可以利用可再生能源如风能、水能以及核能电解水得到。氢的使用可以减少对石油的依赖，有利于保障能源安全。？？

二是氢燃料电池汽车能源利用效率高，二氧化碳和污染物排放少。氢燃料电池汽车是真正清洁环保的汽车，就汽车使用环节（Tank to Wheel）来说，燃料电池汽车的能源利用效率比传统内燃机高一倍，不排放二氧化碳和空气污染物。从全部使用环节（Well to Wheel）来分析，氢燃料电池的能源消耗和二氧化碳排放也明显低于内燃机。如果通过可再生能源如风能、水能以及核能电解水制取，全部使用环节（Well to Wheel）二氧化碳排放也几乎为零。

三是氢经济是未来的发展方向。作为二次能源，储氢比储电具有更高的储存效率和能力，在交通、发电和便携式储能器如手机电池等领域有着极为广阔的应用前景。欧盟《氢能和燃料电池——我们未来的前景》认为到2050年氢能和电能的使用比例能够达到1：1。氢经济的发展将在多个方面带动和促进燃料电池汽车的发展，包括燃料电池研究开发、基础设施供给、提高氢使用的公众接受度等。？？

（二）燃料电池汽车的发展现状？？

自1993年加拿大巴拉德公司推出燃料电池汽车后，全球进入一个燃料电池汽车研究开发的热潮。Fuel Cell Today统计表明，到2006年底全球共有620-640辆燃料电池汽车在进行试验和测试，见图1。主要汽车厂家都投入到燃料电池汽车研究开发中，并取得了长足进步。燃料电池的功率由90年代30KW左右逐渐提高到90KW，续航里程由90年代的100公里左右分别提高到500公里左右（甲醇和液氢作燃料）和300公里（压缩氢燃料），最大行使速度达到了150公里/小时。燃料电池汽车的动力性能逐渐接近驾驶者对汽车动力性能的要求。我国在燃料电池汽车开发研究上也取得了重大进展，同济大学开发的“超越”系列燃料电池汽车在世界燃料电池汽车大赛中表现优异。？？

在燃料电池汽车厂商大规模进行研发的同时，大量由政府支持的示范工程投入运行，2006年全球共有140个采用不同技术方案的加氢站为示范工程提供燃料。示范运行的开展不仅获得大量的测试数据，仅戴克公司旗下的燃料电池汽车的行使里程就超过200万公里，其中60辆梅赛德斯-奔驰A级F-Cell轿车到目前为止已经运行了21600小时，累计行程达到了705000公里。大量的示范运行还显示了氢燃料电池汽车的舒适性、氢使用的安全性，提高了公众对氢燃料电池的关注和认可。？？

（三）燃料电池汽车大规模商业化应用的障碍？？

燃料电池汽车具有广阔的应用前景，但目前燃料电池汽车的发展总体上仍处于研究开发和示范运行阶段，要实现燃料电池汽车大规模商业化运行，必须克服以下几个关键的障碍：

一是燃料电池汽车成本高。从国际上看，目前单辆燃料电池汽车的价格在100万-200万美元，是传统内燃汽车成本的100倍，即使考虑量产带来的规模经济效应，燃料电池汽车的成本仍是传统汽车的10倍。普遍估计当燃料电池汽车的成本在50美元/千瓦的时候，燃料电池汽车才和传统内燃汽车具有经济上的可比性。？？

二是燃料电池寿命短。作汽车用动力，燃料电池的使用寿命应该达到5000小时，行驶里程应该达到15万英里。目前车用燃料电池的实验室使用寿命为2000小时，离实用要求尚有很大的距离。？？

三是基础设施缺乏。汽车的大规模使用需要完善的燃料加注网络与之配套。目前，氢的加注网络尚不存在，这是燃料电池汽车大规模商业化运行的又一大障碍。？？

除此之外，氢的制备、储存、运输、加注技术的成熟度、安全性、公众接受度以及氢的价格都是影响燃料电池汽车大规模商业化进程的重要因素。？？

二、 推动燃料电池商业化进程的主要因素？？

（一）能源安全及环境保护因素的推动？？

一是石油安全问题。全球范围内新一轮能源安全问题日益突显，目前，欧盟、日本的石油对外依存度都超过90%，美国石油进口占石油消耗的比重也达到了60%。汽车生产国普遍认为随着中国和印度等新兴经济体的崛起，未来全球石油供应更加紧张，尤其是2030年石油增产能力下降以后，必须开发出新的汽车技术，以确保石油安全和经济增长。？？

二是温室气体排放问题。全球变暖已成为共识，近年来气候异常带来的灾难和负面影响更是让世界感受到减少温室气体的紧迫性。2007年6月八国峰会已就减少温室气体排放达成共识，欧盟、日本、加拿大提出到2050年温室气体减半的目标。汽车是发达国家二氧化碳主要排放源之一，并且作为移动排放源，汽车排放的二氧化碳难以捕捉封存。全球气候变暖将成为燃料电池汽车发展的另一个重大战略性推动因素。？？

三是环境保护问题。汽车是城市大气污染物的主要排放源，随着发达国家民众对环境质量的要求不断提高，各国逐渐提高汽车排放标准。欧盟在2005年实施欧4标准以后，又公布要在2009年和2014年逐步实施欧5和欧6标准。排放标准的提高以及二氧化碳减排的要求将改变燃料电池汽车与传统汽车在经济上的优劣态势，如图2所示。燃料电池汽车作为一个新兴的技术，随着技术的进步和规模的扩大，其费用将逐渐降低，甚至快速降低。内燃机汽车作为传统技术，再进一步提高其性能，其空间非常有限，并且需要付出更大的边际成本，比如先进柴油车要达到欧5排放标准，必须加装颗粒捕捉器，显著增加柴油车成本。上述此消彼长的变化将成为推动燃料电池汽车快速发展的内在激励。？？

？ィǘ？）全球燃料电池汽车科技大攻关的推动？？

目前，美国、欧盟、日本等主要汽车国家从保障能源安全、解决环境问题以及提高国家竞争力的角度来看待燃料电池汽车的发展，把发展燃料电池汽车上升为国家战略，投入巨资，组织和部署燃料电池汽车的研究和示范运行，并在全球范围内形成了美、欧、日竞相追逐的技术大攻关态势。？？

在战略规划方面，美国在1990年就通过了氢能研究与发展、示范法案，美国能源部启动了一系列氢能研究项目。2001年5月17日，布什总统执政后不久出台的《国家能源政策》，提出了发展氢能、在未来彻底摆脱对进口能源依赖的构想。2003年1月28日布什总统国情咨文讲话中正式提出实施《国家氢燃料研究计划》。 2004年2月，美国能源部出台了《氢能技术研究、开发与示范行动计划》。该计划阐述了美国能源安全所面临的挑战及发展氢经济的必要性和紧迫性，制定了美国发展氢经济的路线图，确定了在发展氢经济初始阶段技术研究、开发与示范的具体内容和目标，以及相关的后续行动等。？？

欧盟将氢能作为其优先研究和发展领域，2002年欧洲委员会专门成立了“氢和燃料电池技术高级工作组”，指导加强氢和燃料电池技术的研发与应用。2003年6月欧洲委员会发布了该工作组的研究报告《氢能和燃料电池——我们未来的前景》，阐述了欧洲面临的能源挑战及发展氢能的战略意义，明确提出欧洲将于2050年过渡到氢经济的目标。2005年7月，欧盟委员会又发布了《战略总览》、《战略研究进程》、《推广战略及进展报告》三个规划文件，明确和细化了氢经济的战略目标、支撑技术、研发投入及组织模式。？？

日本在1993年制定的“新阳光计划”中，计划到2020年投资30亿美元用于氢能关键技术的研发。2003年6月，日本经济产业省公布了《日本实现燃料电池和氢技术商业化的途径》，提出日本发展氢和燃料电池技术考虑因素和发展目标。？？

在研究开发方面，全球形成了新一轮的研究开发高潮。全球第一轮燃料电池汽车研发高潮在2000年左右，新一轮的燃料电池汽车研究与开发肇始于近年，预计在2010年前后达到高潮，新一轮的燃料电池研究和开发有以下几个明显的特点：？？

一是燃料电池汽车不再是少数领导汽车厂商的个体行为，国家形成了明确的目标和战略，协调利益相关者，包括汽车厂商、能源公司、储氢设备制造运营商形成更为宽广强大的燃料电池产业联盟，朝共同目标努力，形成国家大攻关的态势。？？

二是更加注重燃料电池的基础研究。各国及主要厂商已清楚地看到燃料电池使用寿命、材料以及储氢等基础研究能否得到突破是影响燃料电池汽车商业化的关键因素。美、欧、日普遍制定了燃料电池基础研究的时间表，并投入巨资，2005年日本燃料电池研究开发政府预算为320亿日元，美国联邦投入为2.8亿美元，另外还有大量的州政府投入，欧盟计划以后将每年政府的投入增加到2.5欧元。

三是形成良好的公-私关系，并展开联合技术攻关。欧盟在汽车示范运行工程中，政府、汽车厂商、能源公司共同投入，组成管理委员会进行运行示范。新机制下，政府的投入不仅可以撬动汽车厂商和能源供应商更大的投入，而且由于公司参与，资金使用效率更高。？？

四是形成美、欧、日竞相追逐的局面。欧盟在2005年《战略总览》明确提出，为增强欧盟的竞争力，欧盟在燃料电池研究开发投入不能落后于美国和日本，并且希望在奔向氢能社会的路上走在前面。目前，美、欧、日都形成明确的燃料电池汽车发展战略，并且都把商业化的时间定格在2015年前后（详见下文），欧、美、日三个强大经济科技体目标、步伐一致的竞争将极大推动燃料电池汽车的发展。？？

（三）商业化模式的创新？？

初期投入是影响燃料电池商业化进程的关键因素。传统观点认为，燃料电池汽车价格昂贵、缺乏加氢设施，燃料电池汽车的商业化需要巨大的投入，无论政府、消费者都很难承担，巨大的初期投入将成为燃料电池汽车商业化过程中几乎无法逾越的障碍。欧盟在其《2005年推广战略和进展报告》中提出一种新的商业化模式，该模式将燃料电池汽车的商业化分为技术驱动、成本驱动和市场驱动三个阶段。在不同的阶段，车辆、基础设施、燃料供应和财政支持的策略不同，见图3。一是从车辆上看，车辆逐渐从少量示范汽车发展为小的商用车队，逐渐扩展到更大的商用车队和少量的乘用车，直至最后生产完全商业化的乘用车。二是从基础设施上看，先从现有的示范运行项目的加氢站开始，逐步扩大示范运行项目，逐渐形成区域性的加氢站集群，进而开始建设加氢站走廊，形成加氢网络，最后覆盖所有区域。三是从氢的供应上，从以天然气为原料、在加氢站制取氢开始，逐步过渡到以煤炭为原料，以大规模生产和汽车运输的生产供应方式，最后通过可再生能源电解水制备氢气，通过管道网络运输供应氢气。四是从商业运行模式上看，技术驱动阶段主要靠政府和产业界共担研发费用，成本驱动阶段要靠财税政策激励，市场驱动阶段主要靠技术创新的高额利润驱动。新兴商业模式的核心可归结为两方面，一是通过集中使用、先在局部地区建设加氢站集群的策略，降低燃料电池汽车商业化初期的成本，二是政府、产业界和消费者共担成本。上述两方面的努力能够有效降低燃料电池商业化初期在经济上和基础设施上的障碍，加快燃料电池商业化的进程。？？

三、主要汽车生产国及生产商对燃料电池汽车商业化进程的规划？？

（一）主要汽车生产国的战略规划？？

美国《氢能技术研究、开发与示范行动计划》制定了发展氢经济的步骤和向氢经济过渡的时间表，提出向氢经济过渡四个相互重叠、关联的阶段：一是技术研究、开发与示范阶段（2000至2015年），该阶段主要任务和目标是进行满足用户需要的氢能技术及产品的研发，并进行商业化示范。二是向商业化初步过渡阶段（2010至2025年），该阶段初步实现由氢能技术和产品的开发、示范向商业化、市场化的过渡。三是市场扩大与基础设施建设阶段（2015至2035年），在该阶段氢能技术与产品的商业化已基本实现，与氢能相关的基础设施如加氢站、氢能运输系统等基础开始兴建。四是实现向氢经济的转化阶段（2025至2040年），在该阶段氢能的生产、储存、运输和应用产品全面实现商业化，并在全国范围建立起与之相应的基础设施网，以氢能为基础的能源体系基本建立。

欧盟委员会发布在《欧盟氢和燃料电池技术平台：战略总览》中指出，通过未来10年高强度支持燃料电池的研究、开发和示范运行，到2010年便携式燃料电池进入早期商业化阶段，2015年固定式燃料电池实现商业化，2020年车用燃料电池进入大规模的商业化运行。到2050年，氢将成为的主要的交通燃料，氢还将广泛用于可再生能源发电领域。文件将燃料电池汽车商业化过程划分为四个阶段：第一阶段（-2010）开展大规模、综合性的示范运行；第二阶段（2010-2012年）：扩展示范项目的燃料供应点；第三阶段（2012-2015年）：为燃料电池汽车进入欧洲主要汽车市场做准备；第四阶段（2015-2020年）：逐步开始大规模进入市场。？？

日本在发布的2001年《燃料电池和氢能使用发展策略》对燃料电池商业化业进行了规划。第一阶段（2000-2005年）是基础工作和汽车技术示范阶段，这一阶段形成和实施燃料电池技术发展战略，并且开始实施示范工程和标准化工作。第二阶段（2005-2010年）是商业化导入阶段，要改善燃料电池的性能，降低成本，开始燃料供应站。到2010年，燃料电池汽车保有辆达到5万辆，燃料电池电站装机达到2.1GW。第三阶段（2010年以后）进入技术扩散阶段。这一阶段通过进一步地降低成本，燃料电池市场自发成长，建成燃料供应系统。到2020年，燃料电池汽车的保有辆达到500万辆，燃料电池电站装机达到10GW。从目前实施状况来看，到2010年燃料电池汽车保有辆达到5万辆，燃料电池电站装机达到2.1GW的目标难以实现，但日本并没有放弃或调整战略，继续进行大规模的研发和示范工程投入，2006年日本政府预算内给予燃料电池及相关技术199亿日元的支持。？？

（二）主要汽车厂商对燃料电池汽车商业化进程的规划？？

根据Fuel Cell Today2006年的调查，主要汽车厂商普遍判断2015年燃料电池汽车开始大规模进入市场，2020年燃料电池汽车可以实现完全商业化。戴-克公司计划2012年销售1万辆燃料电池汽车，2015年燃料电池汽车大规模进入市场。通用公司认为2010-2015年可以看到商业化的曙光，2025年开始出现大规模的市场。丰田计划在2015年将燃料电池汽车的成本降低到5万美元。福特认为2015年可以看出商业化是否能够成功。本田计划在2010年开始生产燃料电池汽车，并在美国市场销售12000辆燃料电池汽车，2020在美国销售50000辆燃料电池汽车。？？

四、基本结论和判断？？

1.燃料电池汽车能源效率高、温室气体和污染物排放少，可以促进可再生能源发展，是未来汽车的发展方向。上世纪90年代以来燃料电池汽车技术取得长足的进步，燃料电池汽车的动力性能逐渐接近驾驶者对汽车动力性能的要求。然而，要实现商业化，还需要克服燃料电池寿命短、价格昂贵、基础设施匮乏等诸多问题。？？

2.在保障能源安全、减少温室气体排放和环境污染等因素推动下，主要汽车生产国从解决能源环境为题、提升国家竞争力的高度来看待燃料电池汽车的发展，把发展燃料电池汽车上升为国家战略，投入巨资，组织和部署燃料电池汽车的研究和示范运行，在全球范围内形成了美、欧、日三强目标一致、竞相追逐的技术大攻关态势。另外，燃料电池汽车商业模式也得以创新，新的商业化模式通过集中使用，先在局部地区建设加氢站集群，建立政府、企业和消费者共担成本的机制，有利于降低燃料电池汽车商业化的障碍。？？

3.考虑到主要汽车国家和厂商对燃料电池汽车商业化的规划，综合上述因素判断，未来十年，将是燃料电池汽车高强度的研究开发阶段，2015年左右将初步进入商业化运营阶段，2050年前后，氢能将成为道路交通的主力能源之一。？？

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