前瞻科技
| 综述与述评 2024, 3(4): 58-68
中国氢能交通发展关键问题与对策建议
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作者信息
- 1.国家燃料电池技术创新中心，潍坊 261001
- 2.潍柴动力股份有限公司，潍坊 261001
- 3.中国工程院，北京 100120
- 4.上海交通大学，上海 200030
陈文淼，正高级工程师。国家燃料电池技术创新中心主任、首席科学家。国家科技创新领军人才。主要从事动力系统控制和新能源动力系统的研究和产业化工作。电子信箱：chenwm@weichai.com。
凌文，中国工程院院士。山东省科协主席。上海交通大学讲席教授。主要从事应用系统工程理论解决重大工程问题的研究工作。电子信箱：wen.ling@sjtu.edu.cn。
通信作者:
Key Issues and Countermeasures for Hydrogen Energy Development in Transportation Field of China
Affiliations
- 1. National Center of Technology Innovation for Fuel Cell, Weifang 261001, China
- 2. Weichai Power Co., Ltd, Weifang 261001, China
- 3. Chinese Academy of Engineering, Beijing 100120, China
- 4. Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200030, China
出版时间: 2024-12-20
doi: 10.3981/j.issn.2097-0781.2024.04.005
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摘要
收起
随着全球能源结构的转型和低碳经济的发展，氢能在交通领域的应用受到广泛关注。文章基于分析氢能交通国内外现状并分享中国在氢能领域的典型应用案例，探讨中国氢能交通发展的现状与未来，通过详细分析山东省“氢进万家”科技示范工程的实施情况，挖掘氢能在交通领域应用面临的问题，并预测未来发展趋势。
氢能
/
“氢进万家”
/
燃料电池
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交通
With the transformation of the global energy structure and the development of a low-carbon economy, the application of hydrogen energy in the field of transportation has been widely concerned. This paper analyzed the existing situation of hydrogen energy in the field of transportation both in China and abroad, shared the research ideas of China’s typical hydrogen energy application cases, and discussed the current situation and future development of hydrogen energy in the transportation field of China. By analyzing the implementation of the “Hydrogen into Ten Thousand Homes” science and technology demonstration project in Shandong Province, the problems faced by hydrogen energy applications in the field of transportation were explored, and the future development trend was predicted.
hydrogen energy
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“Hydrogen into Ten Thousand Homes”
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fuel cell
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transportation
陈文淼, 凌文.
中国氢能交通发展关键问题与对策建议.
前瞻科技,
2024
, 3
(4)
: 58
-68
.
DOI: 10.3981/j.issn.2097-0781.2024.04.005
Wenmiao CHEN, Wen LING.
Key Issues and Countermeasures for Hydrogen Energy Development in Transportation Field of China[J].
Science and Technology Foresight,
2024
, 3
(4)
: 58
-68
.
DOI: 10.3981/j.issn.2097-0781.2024.04.005
正文
收起
全球化石能源日益枯竭及其对环境的负面影响促使各国探索可再生能源及新能源技术等可持续、零排放的新型能源体系。氢能作为一种清洁、高效的能源形式，在交通领域的应用具有重要的战略意义。作为全球最大的能源消费国和汽车市场，中国在氢能交通领域的发展不仅能够优化国内能源结构，还将影响全球能源和交通的发展趋势[1]。
氢能产业的发展，离不开终端应用场景对氢的规模化消纳[2]。经过多年的探索及示范应用，氢能交通已具备较为稳固的发展基础，也是未来零碳交通的重要组成部分和关键技术路径之一，对于构建清洁、可持续发展的交通能源体系具有重要意义[3]。相比市场主流的燃油车和快速发展的新能源电动车，氢能车同时具有燃油车的便捷性和电动车的环保性。氢燃料电池汽车每使用1 kg氢气替代汽油、柴油，可减排10~15 kg二氧化碳，加氢时间远短于电动车充电时间，单次续驶里程比电动车更长，且同款车型载重量要高于电动车，同时还能满足重载、低温环境启动等苛刻条件的要求，在中长途运输方面更具有优势[4]。此外，氢能交通将作为氢能产业的先导性应用，打通氢能全产业链各环节，有效地推动整个氢能产业链的发展。
1 世界主要发达国家和地区氢能交通发展情况
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美国、欧盟、日本、韩国等发达国家和地区在氢能交通领域已取得显著进展，发布了一系列关于氢能的政策。这些国家普遍对氢能技术持乐观态度，强调其在能源转型和减少碳排放方面的潜力。
1.1 美国
美国是较早发展氢能产业的国家之一，在全球率先提出“氢经济”概念，也是世界上主要的氢气生产和消费国之一，其氢能技术全球领先，先后发布《全面能源战略》《美国国家清洁氢能战略和路线图》《氢能计划发展规划》等政策，确定了氢能在交通运输转型中的引领作用，并明确清洁氢能是能源结构的重要组成部分，在电力、工业、交通、建筑等多个领域深度脱碳中将发挥巨大作用。美国提出到2030年，其每年生产1 000万t清洁氢，2036年氢气规模化供应成本将为4美元/kg，2040年清洁氢产量达2 000万t，2050年达5 000万t[5]。
目前，美国拥有全球最完善的液氢产业链和全球最大规模的氢气运输管网，液氢产能约为9万t/a，氢气管道超2 700 km；美国Proton Onsite公司的质子交换膜（Proton Exchange Membrane, PEM）电解水设备市场占有率高达70%；杜邦公司的Nafion系列全氟磺酸质子膜是全球商业化应用数量最多的质子交换膜。截至2023年底，美国燃料电池汽车累计保有量达到18 000辆。美国《通胀削减法案》为购买电动重型卡车（简称重卡）企业提供最高4万美元的税收减免支持，并计划到2030年将零排放中型和重型车辆的销量提升至少30%，在2040年实现100%的销售目标。
1.2 欧盟
欧盟致力于绿氢的生产与推广，是目前积极推进氢能发展的地区之一，是电解制氢技术专利注册方面的领先者。欧盟发布《2030年气候和能源政策框架》《2050年低碳经济战略》《欧盟氢能战略》《气候中性的欧盟氢能战略》《可再生能源指令》《新电力市场设计指令和规范》《车辆重量和尺寸》等，提出将氢能作为能源系统的重要组成部分，将绿氢视为交通、运输、化工、冶炼等行业低碳转型的终极方案。
《欧盟氢能战略》提出，到2024年安装可再生能源制氢设备至少6 GW，每年清洁氢产量达到100万t；到2030年，安装至少40 GW的电解水制氢设备，每年清洁氢产量将达到1 000万t[6]。《气候中性的欧盟氢能战略》规划了未来30年的氢能发展路线，设定至2050年累计生产5 270万辆燃料电池汽车（Fuel Cell Vehicles, FCV）的宏伟目标。2024年3月，欧盟修订了《车辆重量和尺寸》指令，允许新能源重卡车重增加2 t（汽车列车增加4 t）。欧盟将风、光电解水制氢作为发展重点，是全球最大的绿氢生产地。欧盟氢气管网建设规模仅次于美国。目前，欧盟输氢管网规模约为1 600 km，其在氢能技术创新中占领先地位，申请的氢能专利数占全球总量的28%[7]。
1.3 日本
日本将氢能被视为实现碳中和及弥补能源缺口的重要手段之一，致力于构建“氢能社会”，以保障能源安全。日本发布的《氢能和燃料电池战略路线图》推行供需一体的策略，协同推进加氢站和燃料电池汽车规模化发展。氢能已成为实现碳中和目标、保障国家能源安全的重要战略选择。《第四次能源基本计划》《氢能源白皮书》《第五次能源基本计划》等，将氢能定位为与电能和热能并列的核心二次能源、核能与火电之后的发电第三支柱、解决电力和运输脱碳问题的“最佳组合”之一，提出2025年前燃料电池系统的造价折合人民币降至约250元/kW；到2030年左右提高氢能在能源结构中的占比，全面引进氢能发电，氢能供应成本降至16元/kg；2040年氢能供给量达到1 200万t；2050年氢能供给量达到2 000万t，实现家庭完全使用零碳氢气，氢能供应成本降至12元/kg[8]。
目前，日本氢源主要从海外进口，液态储氢和液氢储运技术相对发达，川崎重工业株式会社的全球首艘液氢运输船可以运输75 t的液化氢气，于2022年2月成功完成液化氢海上运输。日本的氢能专利数量占全球总量的40%，在质子交换膜电解槽技术、燃料电池汽车技术等领域，专利申请量处于主导地位，在关键材料、系统集成等方面成形成了强大的技术壁垒。注重乘用车和商用车在内的多种车型发展与加氢站建设，计划至2030年，累计生产80万辆FCV，确保FCV的普及应用。截至2023年底，日本燃料电池汽车保有量约8 900辆，以乘用车为主。
1.4 韩国
韩国政府制定了建设氢能基础设施的政策框架，包括资助研究项目，保证氢气的稳定供应，推动氢能技术发展。通过路线图规划和政策引导推动氢能交通领域的创新与商业化。规划至2040年FCV车辆累计达到620万辆[9]。截至2023年底，韩国燃料电池汽车累计保有量已超过34 200辆。
2 中国氢能交通发展现状
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2.1 中国氢能产业概况
中国将氢能技术列为清洁能源发展的重点领域之一，并出台了一系列政策措施以支持氢能技术的发展和应用。2019年3月，中国首次将氢能发展纳入政府工作报告。国家能源委员会会议提出，要加快能源开发利用关键技术和重大装备攻关，探索先进储能、氢能等商业化路径，依托互联网发展能源新产业、新业态、新模式。2021年9月《中共中央 国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》提出，要统筹推进氢能“制储输用”全链条发展，推进可再生能源制氢，加强氢能生产、储运、应用关键技术研发、示范和规模化应用。2022年3月，国家发展改革委、国家能源局印发《氢能产业发展中长期规划（2021—2035年）》，提出到2025年，基本掌握核心技术和制造工艺，氢燃料电池车辆保有量约5万辆，部署建设一批加氢站，可再生能源制氢量达到10万~20万t/a，实现二氧化碳减排100万~200万t/a。到2030年，形成较为完备的氢能产业技术创新体系、清洁能源制氢及供应体系，有力支撑“碳达峰”目标实现。到2035年，形成氢能多元应用生态，可再生能源制氢在终端能源消费中的比例明显提升。
在购置补贴方面，2020年9月16日，财政部、工业和信息化部、科技部、发展改革委、国家能源局联合印发《关于开展燃料电池汽车示范应用的通知》（财建〔2020〕394号），支持燃料电池汽车关键核心技术突破和产业化应用，推动形成布局合理、各有侧重、协同推进的燃料电池汽车发展格局。中央财政通过对新技术示范应用及关键核心技术产业化应用给予奖励，加快带动相关基础材料、关键零部件和整车核心技术研发创新。争取到2025年末，逐步实现关键核心技术突破，构建完整的燃料电池汽车产业链，为燃料电池汽车规模化产业化发展奠定坚实基础。
在通行费优惠方面，部分省份对安装全自动电子收费系统（Electronic Toll Collection, ETC）的新能源重卡实行高速公路通行费减免政策，如山东省从2024年3月起对氢能重卡试点两年免收通行费；四川省也出台文件计划对氢能重卡免收通行费，减免部分资金由省级财政负担；贵州省对新能源重卡通行费给予8.5折优惠；包头市对试点路段的新能源电动重卡通行费给予2折优惠；鄂尔多斯市对境内行驶通过收费站的氢能车辆返还全部通行费。各地通行费优惠政策切实促进了新能源重卡的推广应用。
中国作为全球氢能产业的重要参与者，近年来在氢能的生产、存储和应用技术方面取得了一系列进展。政府相继出台了一系列政策支持氢能产业发展，包括氢能产业园区建设、氢燃料电池车辆示范运营等。近年来氢能产业发展提速，产业链构建日益完善，技术装备自主化能力逐年提升，示范应用规模逐年扩大，初步形成了珠三角、长三角、环渤海三大氢能圈引领发展格局。然而，相较于传统能源产业，氢能产业仍处于起步阶段，面临成本、技术和市场等多方面的挑战。
2.1.1 装备水平逐步提升
中国氢能技术发展迅速，基本具备制氢、储运、加注、应用等各环节的装备制造能力，在技术创新方面取得重大进步，但创新水平仍需提升。中国碱性电解槽单机最大达到3 000 Nm3/h，直流电耗小于4 kWh/Nm3，处于世界领先水平。PEM制氢装备已实现国产化，设备可靠性和使用寿命与国外领先水平有一定差距。储运设备以20 MPa管束车为主，液氢技术刚刚起步，与国外差距较大。中国加氢站以35 MPa为主，相关设备基本实现国产化，但加氢枪、阀门、低温金属材料、高效冷绝缘材料等仍依赖进口，70 MPa加氢站、液氢加氢站设备仍处在研发试验阶段。中国燃料电池及整车生产制造能力全球领先，质子交换膜、氢气循环泵、储氢瓶等核心零部件相继取得突破，但这些产品的实际应用验证相对较少，全氟磺酸树脂、阀组等关键材料及部件被国外少数公司垄断，仍需加大创新力度，推动国产化进程，以实现全产业链技术自主化。此外，中国在海水原位制氢、固态储氢、固体氧化物电解槽/燃料电池等氢能产业未来技术方向具有大量技术积累。
2.1.2 基础设施有序建设
中国是全球最大的氢气生产与消费国。2023年氢气产量超3 300万t，有效支撑氢能产业发展，但受电价机制、运营模式等多方面限制，绿氢成本较高，年产量不足1%。在燃料电池汽车示范城市群和“氢进万家”等示范项目推动下，中国加氢基础设施迅速发展。至2023年底，全国建成加氢站428座，居全球首位。部分省市出台支持化工园区外电解水制氢项目建设的政策，制定加氢站建设审批和运营管理办法，推动了当地氢能基础设施建设，但氢能跨区、跨省供给网络建设存在一定阻碍。
2.1.3 示范应用稳步推进
在燃料电池汽车示范城市群、定向优惠政策的支持和带动下，中国在交通、钢铁、化工等领域均开展示范应用，其中京津冀、上海、广东、河北、河南5个国家燃料电池汽车示范城市群共推广1万余辆。河钢集团有限公司、中国宝武钢铁集团有限公司、中国钢研科技集团有限公司和日照钢铁控股集团有限公司等企业开展了高炉富氢和纯氢基直接还原的氢冶金示范工程。新疆和内蒙古分别出台《自治区支持氢能产业示范区建设的若干政策措施》《内蒙古自治区风光制氢一体化项目实施细则》，降低了电解水制氢项目电费成本。中国石化新疆库车绿氢示范项目、内蒙古鄂尔多斯市风光融合绿氢示范项目，探索了绿电制氢与炼化、化工产业的融合发展新模式。
2.2 氢能交通应用
在中国，氢能交通应用主要集中在公共交通、物流车和乘用车等领域[9]。目前已开始小规模商业化运营。截至2024年7月底，全国氢燃料电池汽车保有量近2.5万辆。其中，2024年1—7月燃料电池汽车累计销量为3 476辆，燃料电池汽车以牵引车和专用车为主。牵引车销量为1 592辆，市场份额超过45%，其中49 t牵引车占比近80%，体现了优先发展拥有固定路线的重型商用车作为氢能交通的模式的显著效果。专用车销量为946辆，同比增长9.4%，市场份额占比27.2%，其中冷藏车在细分市场的占比超80%，销量同比增长近120%。通过示范应用展示了氢能在减少城市空气污染和降低碳排放方面的潜力，但也暴露出其运行成本高、续航里程短等问题。
2.2.1 道路领域
氢燃料电池公交车、物流车、乘用车、重型卡车、环卫车等车辆在一些城市已经投入商业化运营，为城市提供了清洁、高效的选择。政府部门支持氢燃料电池汽车的推广，助力城市减少尾气排放和改善空气质量。中国的氢能商用车市场，特别是对于重型货运车辆，氢能技术被看作减少物流行业碳排放的关键。一些企业正在尝试将氢燃料电池技术应用于物流车队，以降低运营成本、提高运输效率。氢能乘用车市场仍处于起步阶段，但政府和汽车制造商对其未来发展充满信心。促进氢能乘用车推广的挑战包括氢气基础设施建设、成本降低以及用户接受度等方面。
公交车：自2016年起，中国首条商业化运营的28辆氢能公交线在佛山市投入使用。此后，多个城市，如潍坊、淄博、郑州、嘉兴、青岛等也陆续引入了氢燃料电池公交车，以减少尾气排放和改善空气质量。
物流车：顺丰、圆通、京东等大型快递公司从2018年开始使用搭载国鸿氢能系统的4.5 t厢式物流车。这些车辆具有长续航里程和快速加注的特点，适合快递和物流行业的需求。
重型卡车：氢燃料电池重型卡车因其动力强劲、续航长等特点，被用于大型物流、煤化工企业和钢铁公司的业务支持。例如，山西鹏飞集团有限公司、天津荣程联合钢铁集团有限公司、山东泰山钢铁集团有限公司、河钢集团有限公司、中国石化燕山石化公司、广东韶钢松山股份有限公司等企业已在山西、河北、北京、山东、广东、浙江等地投运氢能重型卡车。
环卫车：中联重科股份有限公司和福龙马集团有限公司联合开发的多款环卫车于2023年投入运营，这些车辆具备“零污染”和“零碳排放”的特点，适合全天候高强度的作业需求。
乘用车：中国的氢能乘用车市场尚处于起步阶段。上海汽车集团股份有限公司、广州汽车集团股份有限公司、中国第一汽车集团有限公司、重庆长安汽车股份有限公司等国内车企正在积极布局氢燃料电池乘用车市场。
2.2.2 非道路领域
氢燃料电池在轨道交通、船舶、工程机械、发电等领域也实现了应用，一些城市已经投入商业化运营，为城市提供了清洁、高效的选择。
地铁和有轨电车：氢能技术在地铁和有轨电车等轨道交通工具中的应用被视为未来的发展方向。佛山市已经开始在轨道交通系统中试点氢能技术，以验证其可行性和可靠性。使用氢燃料电池驱动的车辆可以减少对环境的影响，是未来城市轨道交通发展的重要方向。
船舶：在船舶领域，氢能技术被视为是降低港口作业船舶排放、减少海洋污染的有效途径。某些船舶已经开始探索采用氢燃料电池作为动力系统，以实现对环境友好的海上运输。上海港已经启动了氢燃料电池驱动的港口作业船舶示范项目，旨在降低港口作业船舶排放，减少海洋污染。青岛港集团有限公司投用了氢燃料电池拖船，这些船舶采用氢燃料电池作为动力系统，实现了对环境友好的海上运输。
飞机：氢燃料电池技术作为清洁能源形式，可在航空领域应用，减少航空业的碳排放。通过示范项目，可以推动氢能飞机技术及基础设施在中国的发展。中国商飞有限责任公司正在开展氢燃料电池技术在航空领域的应用研究，通过示范项目推动氢能飞机技术及基础设施在中国的发展，减少航空业的碳排放。
矿车：矿卡等重型运输车辆的氢能应用可以显著降低矿山运输的碳排放。通过示范项目，可以验证氢能技术在重型矿用车辆中的可行性和效益。神华集团有限责任公司在内蒙古某矿区开展了氢能矿卡的示范项目，显著降低了矿山运输的碳排放。中联重科等公司探索将氢燃料电池技术应用于矿山设备，如推土机、起重机等，以提高设备的效率并减少对环境的影响。
2.2.3 挑战与机遇
在氢能和燃料电池技术方面，目前氢燃料电池系统及关键零部件的可靠性和耐久性较低，关键技术尚未完全突破，氢能车辆续航里程仍然相对有限，氢能交通应用的运行成本相对传统车辆较高，需要进一步提升储氢技术及燃料电池工作效率以满足长途运行需求。氢能交通目前处于产业化窗口期，纵观全球氢能发展，行业挑战同时也带来了产业机遇。随着技术的不断进步和政策的支持，中国的氢能交通定会在清洁能源转型中做出更大贡献。
在氢能产业方面，中国氢能资源丰富，但地域间资源禀赋及环境差异较大，近几年氢能产业发展整体呈现出地域发展不均匀，产业同质化较严重，未立足各地区氢能供应能力、产业环境和市场空间等基础条件因地制宜制定氢能交通发展路线，在一定程度上阻碍了氢能产业的快速良性发展。随着各级支持政策和顶层设计指导持续完善，在丰富氢资源的加持下，中国氢能交通会快速迎来规模化发展。
3 “氢进万家”科技示范工程经验与启示
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3.1 科技示范工程进展
随着“碳达峰与碳中和”（简称“双碳”）目标愿景在全球逐渐达成共识，氢能成为能源转型的重要发展方向之一。2021年4月，科技部和山东省联合启动“氢进万家”科技示范工程，致力于打造可复制、可推广的氢能综合利用样板工程，挑战万吨级CO2减排目标，为“双碳”目标实现探索行之高效的解决方案。
示范工程聚焦氢能动力装备、多能互补、氢气制-储-输-注与氢安全等氢能产业共性技术突破，率先以氢能高速、港口和园区三大场景为切入点，开展适应多场景的氢能动力、供能系统的集成开发和运行模式创新，完善相关应急维保体系，实现氢能规模化应用。
3.1.1 动力品质升级驱动氢能交通发展
燃料电池技术迭代与系列化发动机产品研发，单机功率提升至300 kW，最高效率达60%以上，设计寿命超过30 000 h，成本低于3 000元/kW，应用于重型商用车初显经济效益。燃料电池发动机、动力电池、直流转直流电源（DC/DC）、储氢系统、驱动系统高效匹配，实现氢燃料电池在叉车、公交车、轻型卡车、重型卡车、港口牵引车等多场景的配套应用，取得良好示范效果。
50 kW燃料电池发动机配套10.5 m城市公交车，在潍坊公交实际运营，平均百公里氢耗低于4 kg；80 kW燃料电池发动机配套港口集卡，在青岛港实际运营，平均百公里氢耗低于9.5 kg；80 kW燃料电池发动机配套4.5 t/7.5 t轻卡物流车，提升后备功率，满足跨城际长途运输工况需求，提高能耗经济性；110 kW配套12 m客运大巴，满足长距离高速行驶的功率需求；200 kW燃料电池发动机配套49 t燃料电池牵引车，功率提升后更适应高速长距离载货运输工况，通过优化能量管理策略，实现燃料电池功率自适应跟随整车功率变化，整车能效提升10%以上。
截至2024年6月，山东省内累计推广氢燃料电池公交、客车、重型牵引、轻型卡车物流等车型2 000余辆，规模化应用初步形成，为建立典型应用场景下燃料电池商用车规模化运行经济性模型、形成“车-站-路-港”一体化运行商业模式奠定基础。
3.1.2 供需科学规划有效保障氢能高速示范
以济青高速北线作为升级样板建成全国首条氢能高速。首先，根据济青高速沿线各服务区年累车流量、氢能车辆渗透率、运氢经济性与时间等综合因素，建立加氢站选址定容模型，首批按载货车1%氢能渗透规模设计供氢需求，建成3座高速公路加氢站，据实车高速运行统计数据，日均氢能车辆通行30次以上、单站日均氢气加注服务超过10次；其次，围绕氢气供需平衡开展工作，收集高速沿线氢源的位置、气量、峰谷波动等信息，建立沿线氢能源负载数据库，为不同高速服务区匹配经济、适宜的氢源；最后，地方政府配以氢能车辆暂免高速公路通行费的政策支持，实现氢能车辆“路-站-车”的综合运营成本最优，促进氢能车辆规模化运行。其中，淄博南高速服务区加氢站自2022年初投入商业化运营，是全国首座高速加氢站，为后续高速加氢站的建设和运营提供了宝贵的经验参考。
山东高速集团有限公司、中国石油化工集团有限公司、青岛港集团有限公司、中国石化齐鲁石化公司等企业多方协同推进氢能基础设施建设，结合就近氢源、就近设站、就近用氢和属地示范原则，统筹车、站布局，为推广示范提供用氢保障。基于“场景/氢源优先、加氢站选址全局寻优”总体思路，构建稳定、高效、低成本的供氢网络。除在高速公路沿线新建3座35 MPa加氢站（济南东服务区南区、北区各1座，淄博服务区南区1座）外，新建2座35 MPa港口加氢站（青岛港1座、潍坊港1座），在主要交通位置新增4座35 MPa加氢站（中国石化章丘第39加氢加油站、淄博“微管网”加氢站、中国石化青岛第9加氢加油站、院士港交能科加氢站）。截至2024年6月，山东省内已累计建成加氢站38座，为千台级规模化氢能车辆区域化联动运行提供氢气供给保障。其中，淄博“微管网”加氢站为山东省首座管道输氢到站示范项目，中国石化管道供氢，相较于气氢长管拖车运氢到站方式运费降低约80%，为安全高效运氢输氢取得新突破。
济青高速高密服务区南区进行氢能升级，建成全国首座氢能零碳高速服务区。针对高速公路氢安全，完善高速公路场景下氢气输储用技术安全管理规范，建立了氢能高速及服务区维保、安全管理体系，并建成全国首座氢能车辆的高速应急维保站，支撑氢能车辆长距离通行；服务区内构建了可再生能源发电、现场制氢、氢燃料电池热电联供深度融合的供能新模式，创新了零碳服务区实施路径，形成“可复制、可推广”氢能高速和零碳氢能服务区新模式。
3.1.3 氢能动力赋能绿色低碳港口建设
以青岛港为氢能化升级样板，构建以周边氢源为主、外地氢源为辅的港口氢能供给体系，建成了全国首座全资质运营的1 000 kg港口加氢站，同时联合青岛炼化建设港外4 000 kg加氢子母站，保证港内作业及辐射周边氢车运营的氢气供应。港口氢安全方面，建立了港口加氢站监测分析一体化平台，实现智能化、实时化、动态化的安全运营管理，并针对加氢站“泄漏、火灾、爆炸”三大主要安全风险，大力推行“5+1”安全管理模式和HSSE（Health, Safety, Security and Environment，健康、安全、安保、环境）安全管理体系，建立了“三册三卡一清单”，形成了现场“五化”管理，实现加氢站技术、管理双保障安全运行。
港口氢能装备示范方面，首创串-并耦合的轨道吊分体式动力系统构型，建成全国首批4台氢能轨道吊，开发了基于多目标优化的轨道吊氢能动力系统实时功率分配控制策略，实现氢能轨道吊24 h不间断运行，提出了“四合一”轨道吊功率智能调度方法，尖峰功率降低19.2%，平均功率相比4台独立轨道吊运行平均总功率降低46.1%，打造港口固定式大型机械装备供能新模式。先期投入5辆氢能集卡开展600余天连续重载测试，形成典型港口氢能集卡运行工况谱，并针对港口工况特征开展了港口专用车型设计，量身定制港口氢能集卡专用车型，率先开展氢能集卡港口全工况测试评价，目前在港氢能集卡已超过50辆，为“中国氢港”的建设注入新动力。
3.1.4 园区低碳供能与氢动力搭配，助推绿氢产业规模化发展
以山东东岳办公园区为样板，综合副产氢纯化与光伏发电-电解制氢两条路线，开展氢气“制-储-输-加-用”全链条关键技术与装备集成，整体规划氢能园区升级。2 MW光伏电站、100 Nm3/h的PEM电解水制氢设备落地园区，进而完成500 kW氢能热电联供系统集成开发并投入示范运行，形成“光伏发电-电解制氢-氢储能-氢发电”多能互补的耦合能源微网，实现园区用电、用热的低碳化。园区同时具备接驳氢能补给车辆，氢能热电联供企业办公，实现氢能“制-储-输-加-用”综合示范。由点到面辐射展开，创建园区低碳供能新模式，与氢能动力相协同，拉动氢能上游产业发展，规模效应实现降本。
3.1.5 多场景深度融合及智慧管控，保障氢能高质量发展
“氢进万家”科技示范工程在交通领域之外进一步向城镇综合供能拓展氢能应用规模，并针对当前氢能产业多场景融合深度不足及“制-储-输-用”各环节智慧管控缺失导致的产业效率低、经济性差的问题，突破融合北斗时空信息的氢能全产业链智慧管控、安全保障、碳足迹核算等关键技术，攻克大功率低成本氢能发电产业化应用技术瓶颈，建设氢能大数据与智慧管控云平台，开展示范应用，实现多场景氢能“来源方式可控制”“过程减碳可核算”“终端应用可监测”，促进氢能多场景深度融合和高质量发展。
3.2 经验与启示
“氢进万家”科技示范工程作为全国首个氢能大规模应用工程，立足山东省的基础设施和氢资源优势，推动氢能在交通运输、港口、园区和社区等领域的综合利用，建立了典型应用场景下燃料电池商用车规模化运行经济型模型、形成“车-站-路-港”一体化运行商业模式；建成了全国首座高速服务区加氢站，建立了全国首座氢能车辆高速应急维保站，支撑氢能车辆长距离高速公路通行；建成了全国首座港口加氢站，保证港内作业及辐射周边氢燃料电池汽车运营的氢气供应。“氢进万家”示范工程的成果落地为促进氢能交通产业发展和能源供给侧结构性改革提供了山东经验，为实现“双碳”目标打造“氢能社会”山东示范样板。
政府的政策支持和战略规划对氢能交通的发展至关重要。借鉴山东省“氢进万家”氢能综合利用示范工程案例经验，深度总结氢能进万家、氢能进厂区、氢能进园区、氢能进小区、氢能进交通、氢能“上天入海”所面临的技术壁垒和商业化落地障碍，形成可执行、可落地、可考核的行动指导方案，从政策广度和深度两个维度制定长远的氢能交通发展战略，深入剖析中国不同地域间的氢能资源差异及地域特点，明确氢能交通发展目标和路线图，分时、分段、分地域稳步推进落实。建立健全法规标准体系和激励机制，鼓励非公有制企业的参与，加大研发投入，推动技术创新，解决行业“卡脖子”难题，加强国际合作，共同推动氢能交通技术的全球化发展。
4 关键问题分析与对策建议
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4.1 关键问题分析
4.1.1 制氢技术瓶颈
氢气生产是氢能交通发展的基础，目前主要依赖化石燃料转化和电解水两种方式。化石燃料转化虽成本低，但碳排放问题严重；电解水虽然清洁，但能效低下且成本高昂。此外，绿色氢气（通过可再生能源电解水产生）的生产规模尚不足以支持大规模商业化应用，技术突破和成本降低是亟待解决的问题。质子交换膜电解水制氢等绿氢技术的核心材料进口依赖度且设备成本高，国内外技术差距大，部分制氢技术的效率和稳定性尚不满足商业化需求。
4.1.2 储运技术难题
氢气的高效安全储存与运输是实现氢能广泛应用的关键。随着氢能车辆应用规模的扩大，涉及地域越来越广，目前常用的气态氢陆运方式无法支撑大规模、大范围及低成本应用需求，长距离管道输送从材料到工艺技术难度大，突破周期长，而且压缩氢气和液态氢气储存方式存在安全隐患大、储氢密度低的问题，固态储氢技术虽有潜力，但尚未成熟。此外，氢气运输方面，缺乏专业的氢气输送管网和规范的运输标准。
4.1.3 应用技术挑战
燃料电池是氢能交通的核心组件之一，对标传统动力应用特点，燃料电池的发电效率、可靠性、耐久性等性能直接关系到氢能动力车辆的市场竞争力。当前，燃料电池的高成本、耐久性不足和铂族金属依赖等问题制约了其商业化进程。提高燃料电池的能量转换效率、提高运行可靠性和降低成本是未来主要的技术攻关方向。
4.1.4 基础设施不足
氢能交通的普及需要完善的加氢网络作为支撑，加快基础设施建设和服务体系建设是推动氢能交通发展的必要条件。然而，中国目前的加氢站数量有限，且分布区域不均匀，多数基于示范项目需要建设，未形成商业化运营状态，已建成加氢站运营效率低，无法有效支撑当下氢能交通的良性发展。此外，加氢站等基础设施相关维护服务体系尚未形成，影响了氢能车辆的使用便利性和可靠性，阻碍了氢能交通的快速规模化落地。
4.2 对策建议
4.2.1 优化政策环境与激励机制
为促进氢能交通的良性发展，在全国一盘棋的基础上建议省市各级部门进一步细化政策环境，协同政策内容制定明确的行动指导方案、激励机制及氢能长期发展规划，增强产业从业者信心。加大对氢能技术研发和应用的财政支持和企业税收优惠，建立和完善相关的标准和法规体系，为氢能交通的商业化推进提供法律保障和政策引导。
4.2.2 加强核心技术攻关与创新
氢能产业链核心技术突破是推动氢能交通发展的关键。以氢能交通普及化应用为目标，建议政府和产业链企业加大氢气制取、储存、运输和燃料电池等核心技术的研发投入，强化“产学研”协同合作，加强从基础材料到工程化应用技术创新，加快技术成果转化。同时，应重视人才培养和技术积累，提升自主创新能力，为氢能产业可持续发展积累智力经验。
4.2.3 完善产业配套与协同发展
氢能交通的发展需要完整产业链的支撑。目前，氢能产业发展以企业自主业务主导为主，政府政策引导为辅，各级政策以支持为主，未实际干预；整个氢能产业链上下游发展不协同，存在环节“卡脖子”问题。建议开展顶层设计，产业链上下游同步发力，推动氢气制取、设备制造、基础设施建设等环节的协同发展。通过政策干预和市场调节机制，促进产业链各环节的有效对接和资源整合。
4.2.4 推动国际合作与交流
鉴于国内外政策环境与地域差异，国内外在“制-储-输-加-用”氢能产业环节发展成熟度有所不同，基于氢能交通技术的全球性特点，本着互利共赢的原则，建议中国积极参与国际合作与交流。通过引进国外先进技术和管理经验，加强与国际组织和外国企业的多维度合作，共同推动氢能技术的创新和应用。同时，积极参与制定国际标准，提升中国在全球氢能交通领域的话语权和影响力。
5 结束语
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中国作为全球氢能产业的重要参与者，近年来在氢能的生产、存储和应用技术方面取得了一系列进展。政府相继出台了一系列政策支持氢能产业发展，包括氢能产业园区建设、氢燃料电池车辆示范运营等，明确了氢能在中国未来交通领域的战略性定位，并制定了阶段性发展目标。中国氢能交通应用集中在公共交通、物流车和乘用车等领域，燃料电池技术正在不断进步，系统效率逐渐提高，成本逐步降低，为氢能交通的商业化发展提供了技术基础；固态储氢和新型高压气态储氢技术也在不断发展，氢能车辆续航里程问题逐渐消除；加氢基础设施稳步增加，以支撑氢能汽车实现小规模商业化运营。通过示范应用展示了氢能在减少城市空气污染和降低碳排放方面的潜力。
在全球能源转型的大背景下，氢能作为一种清洁、高效的能源载体，将在未来的能源体系中发挥重要作用。氢能交通的发展不仅可以减少交通领域对传统化石能源的依赖，降低温室气体排放，还可以促进氢能产业链的发展，推动能源结构的优化升级。从市场发展来看，随着燃料电池的购置和使用成本下降及基础设施建设完善，氢能车辆市场渗透率将持续提升，根据中国汽车工程学会预测，2030年燃料电池汽车市场销量约5万辆，渗透率约1%，短期内以示范城市群的中短途运输场景示范应用为主，由于氢能重型商用车具备总体拥有成本（Total Cost of Ownership,TCO）成本低、货运效率高等优势，2035年后将向中长途运输场景逐步渗透并实现批量化应用[10]。但纵观整个氢能产业链仍然存在诸如氢价高、储运难、应用推广慢及基础设施不健全等问题，需要持续优化政策环境、不断加强核心技术创新突破、完善产业配套与协同、持续推动国际合作，以早日实现氢能交通规模化应用。
基金
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- 国家重点研发计划(2021YFB4001800)
文献
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参考文献
引证文献
排序方式：
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China Society of Automotive Engineers. Technology roadmap carbon neutrality of commercial vehicles 1.0[M]. Beijing: China Machine Press, 2024. (in Chinese)
2024年第3卷第4期
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文章信息
doi: 10.3981/j.issn.2097-0781.2024.04.005
- 接收时间：2024-10-15
- 出版时间：2024-12-20
- 发布时间：2024-12-24
补充材料
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表12种不同金属材料的力学参数
| 科 Family | 属数 Number of genus | 种数 Number of species | 占总种数比例 Percentage of total species (%) | 属 Genus | 种数 Number of species | 占总种数比例 Percentage of total species (%) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 鹅膏菌科Amanitaceae | 2 | 11 | 5.26 | 鹅膏菌属 Amanita | 10 | 4.78 |
| 小菇科 Mycenaceae | 2 | 12 | 5.74 | 丝盖伞属 Inocybe | 5 | 2.39 |
| 多孔菌科 Polyporaceae | 8 | 14 | 6.70 | 蜡蘑属 Laccaria | 5 | 2.39 |
| 红菇科 Russulaceae | 3 | 23 | 11.00 | 小皮伞属 Marasmius | 6 | 2.87 |
| 小菇属 Mycena | 11 | 5.26 | ||||
| 光柄菇属 Pluteus | 5 | 2.39 | ||||
| 红菇属 Russula | 17 | 8.13 | ||||
| 栓菌属 Trametes | 5 | 2.39 |
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