氢能观察 | 曾在“第一阵营”，我国燃料电池汽车缘何起大早赶晚集 | 中国汽车报
编前：氢能作为一种绿色、高效的二次能源，应用广泛、前景广阔。也因此，氢燃料电池汽车成为我国新能源汽车产业发展的重要选项。但客观而言，我国氢燃料电池汽车目前尚处于起步阶段，产业规模较小，相关技术和日本、韩国等还存在一定差距。然而，从另一个层面看，我国是全球最大的新车市场，发展新能源汽车已上升至国家战略，这是我国发展氢燃料电池汽车的独特优势。
我们正式启动“中国氢燃料电池汽车产业大调查”专栏，从产业起步背景、技术路线、技术瓶颈、未来趋势等各个环节，逐级系统解构我国氢燃料电池汽车发展脉络。
3月15日，国务院新闻办举行了吹风会，在今年政府工作报告的83处修订中，有一条引起了业内的极大关注——“推动充电、加氢等设施建设”。氢能首次出现在政府工作报告中，这也让业界对氢燃料电池汽车产业今后的发展充满信心。
“我国在氢燃料电池汽车领域起步很早，尤其是在北京奥运会和上海世博会期间，可谓站在全球第一阵营。”同济大学校长助理、智能型新能源汽车协同创新中心主任余卓平在接受《中国汽车报》记者采访时坦言，“虽然前几年行业整体减少了这一领域的研发和投入，走了一段时间的‘下坡路’，但我们依然‘咬紧’国际先进水平。背靠较为成熟和完善的新能源汽车产业基础，只要氢能作为能源的战略确定，我们会‘跑’得比任何国家都快。”余卓平表示。
起步 向“电化学时代”迈出第一步
燃料电池是一种不经过燃烧，直接以电化学反应的方式，将燃料如氢气、天然气等和氧化剂中的化学能转化为电能的高效发电装置。最早可追溯至1838年，德国化学家尚班提出了燃料电池的原理，并刊登在当时著名的科学杂志上。
在20世纪50年代以前，燃料电池一直处于理论与应用基础的研究阶段，燃料电池的理论和类型不断丰富；到20世纪60年代，燃料电池引起了一些国家与军工部门的高度重视，美国联合技术公司的UTC Power通过引进培根专利，成功研制了Apollo登月飞船的主电源——Bacon型中温氢氧燃料电池；到了20世纪70～80年代，能源危机大大推动了燃料电池的发展，以美国为代表的发达国家开始大力支持民用燃料电池的开发，各种小功率燃料电池开始在宇航、军事、交通等各个领域中应用。
“最早成型的燃料电池汽车来自奔驰。”据余卓平回忆，1994年，这家发明了汽车的企业展出了一种不需要电池的新型厢式电动车，其发动机能量来自燃料电池中氢与氧结合发生的化学反应，直接产生电流。时任戴姆勒-奔驰集团技术研究主任的赫默特·韦乐自豪地提出：“我们处在一个新纪元的最前头，（这）可以与戴姆勒和卡尔·本茨制造的第一辆以内燃发动机为动力的车辆的时代相比。”
同一年，一辆由德国工业煤气公司Messer Griesheim和比利时发动机制造商Vcst氢公司联合开发的公共汽车在比利时投入使用，这款被命名为“绿色”的公交车是欧共体为降低城市汽车矿物燃料排放所投资的520万美元计划中的第一大成果，欧共体联合研究中心高级工程师、该氢能公共汽车项目负责人格里兹作出了“氢驱动的汽车最终将走向社会”的预言：“点火燃烧时代”将转向“电化学时代”。
燃料电池汽车很快在全球范围内引起了关注。1995年，一种由磷酸燃料电池为动力、可将大气氧和甲醇衍生的氢气转化成电和水的新型公共汽车被投放到了美国市场，与此同时，加拿大不列颠哥伦比亚省北温哥华市Ballard公司制造的以燃料电池为动力的公共汽车开始进行路试。
“我们最终能看到燃料电池的商业化，这一进程从去年就已经开始，燃料电池具有巨大的潜力。”时任美国加州电动研究所燃料电池项目经理爱德华·杰里斯如是说。
进阶 从“Necar 2”到“超越一号”
“最初，燃料电池汽车产品大多为商用车，原因之一是燃料电池系统太大，普通乘用车空间有限。”余卓平告诉记者，但随着技术的快速进步，燃料电池乘用车很快就问世了。
1996年，奔驰在柏林市波茨坦广场展示了一款名为“Necar 2”的概念电动车。尽管因为变速器和传感器还不太可靠，汽车在演示中数度抛锚，但汽车的发动机运转却相当平稳，奔驰公司声称，“Necar 2”是世界上首辆由燃料电池驱动的电动轿车。
这一时期，世界各大汽车公司都投入大量的人力、财力竞相研制和开发燃料电池汽车：如日本丰田打算开发以甲醇为原料，通过氢和氧的化学反应产生电能的燃料电动汽车；奔驰公司与欧宝公司则宣布其燃料电池汽车最迟将于2004年投放市场；大众集团也表示正在加紧研制开发以氢为燃料的电池汽车，并打算在两年内推出第一辆原型车，成为了继奔驰和欧宝之后，第三个正式宣布要发展以氢为燃料的汽车企业。
我国燃料电池研究始于1958年，曾在20世纪70年代发展航天事业的推动下，燃料电池研究第一次快速发展，“九五”期间，科技部与中科院将燃料电池技术列入“科技攻关”计划，电动汽车也被列入国家重大科技产业工程中。“十五”期间，在“科技攻关”、“863”、“973”等国家计划中，都安排了有关燃料电池技术的计划和项目。
具体到燃料电池汽车领域，正如余卓平所言，我国起步并不晚。早在“九五”期间，东风汽车集团有限公司就联合中科院大连化学物理研究所开发出了国内首台30kW的燃料电池中巴客车；2003年，由我国自主开发的燃料电池动力汽车平台“超越一号”，顺利通过了科技部验收。
在此平台上开发的我国第一辆燃料电池轿车样车采用的是“电-电”混合方案，即以燃料电池发动机为主要动力源，配以高功率的锂离子电池，最大的好处是能回收汽车下坡和制动的能量。在制氢方面，与通用、奔驰等国外燃料电池轿车利用汽油或甲醇在车上重整制氢以及液氢等供氢方式不同，“超越一号”直接采用了压缩氢的车载供氢方式，并提出利用上海钢铁、化工工业副产气体制氢的思路。事实证明，这些技术路线后来逐步为国外汽车公司所采用。
2004年6月11日，“超越二号”驶出了实验室，其全部采用“863”项目承担单位自主研发的关键零部件；同年10月，“超越二号”参加了在上海举办的第六届必比登清洁能源汽车挑战赛；2006年6月11日，在法国巴黎举行的第八届必比登清洁能源汽车挑战赛上，我国自主研发的燃料电池轿车“超越三号”顺利通过全部比赛项目，取得4个“A”的好成绩，在燃料电池汽车组拔得头筹。
“在国家‘863’计划中，我国新能源汽车的发展重点为：燃料电池汽车居首，第二为混合动力电动汽车，兼顾发展纯电动汽车。”一位不愿具名的业内人士透露。
发展 大规模示范运营拉开序幕
2005年，在北京国际马拉松赛上，由燃料电池发动机供应商上海神力科技和清华大学联合开发的最新一代燃料电池大巴担当后勤保障车，途经天安门、阜成路、知春路、八达岭高速路，最后到达国家奥林匹克体育中心，圆满完成任务，用实践检验了燃料电池大巴的实用性和可靠性。
2006年6月，3辆梅赛德斯-奔驰Citaro氢燃料电池公共汽车参与的中国燃料电池公共汽车商业化示范项目正式启动，共历时470余天，没有出现安全事故，并获得了大量有价值的运行数据。余卓平表示，虽然参与示范运营的车辆并非自主研发的产品，作为动力来源的氢气也需要从山东运输至北京，但当时让北京市民第一次近距离接触并了解了燃料电池汽车，为接下来的普及和推广奠定了基础。
值得一提的是，就在国内外大力发展燃料电池之际，一份由26位专家共同撰写、于2007年3月递交给国务院的题为《开发车用动力技术、尽快减轻交通能源压力的建议》在2008年初曝光，认为现阶段追求氢能源汽车跨越式发展存在巨大风险，应开发高效燃油动力技术，来尽快减少对进口石油的依赖，一时间引起了业内热议。
事实上，在北京奥运会和上海世博会期间，我国自主研发的燃料电池汽车，已经称得上全球最高水平。余卓平指出，虽然当时燃料电池汽车的研发力度已经开始有所减少，但称之为“站在世界第一阵营”毫不为过。
据中国工程院院士、中国科学院大连化学物理研究所衣宝廉介绍，我国自主研发的燃料电池汽车先后参与或服务过2007年的上海必比登挑战赛、2008年北京奥运会、2009年美国加州的示范运营项目、2010年新加坡世青赛以及2010年的上海世博会。在2010年的上海世博会期间，共有196辆燃料电池汽车为会议提供服务，包括6辆客车、100辆观光车以及90辆轿车，平均单车运行里程为4500～5000公里，最长的单车运行累计里程达到10191公里。“示范运营的规模不断扩大，燃料电池汽车的技术也有了明显进步。”在衣宝廉看来，经过前期开展的一系列示范运营后，我国车用燃料电池与国际一流水平在性能上相对接近，但在成本和耐久性方面还有待提高。
沉寂 受欧美技术战略影响
2009年，我国新能源汽车“十城千辆”示范推广工程正式启动；2010年，《私人购买新能源汽车试点财政补助资金管理暂行办法》公布，虽然国家始终全面推行“三纵三横”的新能源汽车发展技术路线，但此后纯电动汽车异军突起，燃料电池汽车逐渐趋于“沉寂”。
“用‘沉寂’来形容不恰当。”余卓平透露，受到欧美等跨国车企技术战略调整的影响，我国也逐渐转变研发重点，减少了对燃料电池汽车的研发投入，但多年来，在工信部和科技部等部门的支持下，我国燃料电池汽车的研发工作始终没有间断，无论是在乘用车领域，还是商用车，燃料电池汽车的技术水平都在逐年提升。
虽然彼时欧美和中国对燃料电池汽车的推进节奏有所减缓，但日本和韩国却“一条道走到黑”，抢占了先机。韩国方面，2013年2月，世界上第一辆量产版氢燃料电池汽车——现代ix35 FCV在韩国下线；2014年4月，现代ix35氢燃料汽车在韩国本土开售，当时售价为1.5亿韩元（当时约合人民币85.5万元）；在2018年的CES(国际消费类电子产品展览会)上，现代汽车集团发布了旗下的最新一代氢燃料电池汽车——NEXO。
日本方面，2014年12月，迄今为止全球销量最高的氢燃料电池车丰田Mirai上市，从2015年秋季开始，销售范围扩大至美国和欧洲，丰田Mirai的年产量从2015年的700辆左右，增长至2016年的2000辆，再增加到2017年的约3000辆。相较之下，虽然本田早就在2007年洛杉矶车展上发布了燃料电池车FCX Clarity，并于2008年在美国面向个人用户租赁，但Clarity直到2016年才正式面向市场销售，新车售价为766万日元起（当时约合人民币43.8万元）。
近两年，由于能源和环境问题凸显，美国、加拿大和德国等国均再次将燃料电池汽车的推广提上了重要日程。据日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）氢能部统括研究员Eiji Ohira介绍，日本道路上行驶的氢燃料电池汽车总量约为2700辆，2017年的总加氢量达到了150吨，加氢站数量超过120座；韩国氢能促进局局长Jeahang Shin分享的数据显示，截止到2018年8月，韩国燃料电池汽车推广数量已经超过400辆，加氢站超过30座，此外还建有47个燃料电池发电站；在美国，虽然加氢站数量不及日本，大约为100座左右，但美国能源部燃料电池办公室主任Sunita Satyapal指出，在美国道路上运营的氢燃料电池汽车数量已经达到了5600辆，远超其他国家。
与此同时，国内车企也开始加大在燃料电池汽车领域的布局和投资。2017年可称为我国燃料电池汽车发展的元年，国内以商用车为主的燃料电池汽车市场规模首次突破了千辆，全年共计销售1098辆。据中国汽车工业协会统计，2018年我国燃料电池汽车的销量为1527辆，同比增长四成。
在发展氢燃料电池汽车方面，我国具备一定的先天优势和基础，同时已经积累了丰富新能源汽车研发和推广经验，还具有“集中力量办大事”的体制优势，余卓平表示，只要在氢能作为能源的战略指引下，随着制氢、储氢、输氢工业的快速发展，我国燃料电池汽车行业有望以最快的速度，重回全球汽车工业第一阵营。
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全球首位燃料电池轿车个人用户
2005年6月29日，本田汽车向全球首个燃料电池汽车的个人用户交付了一辆燃料电池轿车——FCX，这位用户是居住在加利福尼亚州丽浪多海岸的Spallino，与本田签订了两年的租赁合同，FCX主要供Spallino上下班、接送孩子上下学以及购物等日常使用。
全球最早的燃料电池汽车示范运营
1993年，加拿大巴拉德动力系统公司研制出全球第一辆质子交换膜燃料电池大客车，车长9.7米，功率92千瓦，可乘坐20人，在洛杉矶机场进行展示性运行。其后，巴拉德动力系统公司与美国芝加哥市公交局合作研制了3辆12米长的燃料电池巴士，该车首先进行了1500公里无乘客运行试验，整车系统的性能、安全性和可靠性通过考验。
我国第一辆燃料电池汽车
1999年，清华大学研制出我国第一辆燃料电池汽车——一辆靠一组5千瓦的燃料电池系统提供动力的高尔夫球车，电池由北京富源世纪燃料电池能源提供。1999年，研究团队又展示了电动轿车。2001年，北京绿能公司与清华大学和北京理工大学合作，研制出以燃料电池为动力的出租车、客车和12个座位的公共汽车。
世界首座燃料电池汽车加氢站
2003年4月24日，世界首座燃料电池汽车加氢站在冰岛首都雷克雅未克（Reykjavik）正式对外开放，主要面向试验用车。这个项目为欧共体投资项目，之所以选择在冰岛，是由于该国有充足的再生能源资源，全国90％的电力来自地热和水力发电。
我国第一座示范运营加氢站
2006年11月，我国第一座示范运营加氢站——北京永丰加氢站正式投入运营，占地面积4000平方米，包括多种制氢、供氢装置，以及为内燃机汽车提供氢和压缩天然气混合燃料的装置。这座加氢站由BP公司投资350万美元，由北京清能华通科技发展有限公司提供土地，双方合作建成，该加氢站在2008年负责为北京奥运会燃料电池示范运营提供加氢保障服务。
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文：施芸芸 编辑：陈伟 版式：刘晓烨
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