以工业场景为基础的氢燃料电池重卡可行性及实践案例

以重工卡业可场行景性为及基实础践的案氢例燃料电池 2024.10 关于落基山研究所（RMI） 落基山研究所(RockyMountainInstitute,RMI)是一家于1982年创立的专业、独立、以市场为导向的智库,与政府部门、企业、科研机构及创业者协作,推动全球能源变革,以创造清洁、安全、繁荣的低碳未来。落基山研究所着重借助经济可行的市场化手段，加速能效提升，推动可再生能源取代化石燃料的能源结构转变。落基山研究所在北京、美国科罗拉多州巴索尔特和博尔德、纽约市及华盛顿特区和尼日利亚设有办事处。 作者与鸣谢 作者 李婷，刘琦宇，王喆，朱凌琪 *除非另有说明，所有作者均来自落基山研究所。作者姓名按姓氏首字母顺序排列。 联系方式 刘琦宇，qliu@rmi.org 引用建议 李婷，刘琦宇等,以工业场景为基础的氢燃料电池重卡可行性及实践案例,2024 RMI重视合作，旨在通过分享知识和见解来加速能源转型。因此，我们允许感兴趣的各方通过知识共享CCBY- SA4.0许可参考、分享和引用我们的工作。https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/ 除特别注明，本报告中所有图片均来自iStock。 鸣谢 感谢山西晋南钢铁集团和佛山环境与能源研究院对本报告提供的宝贵支持与意见。特别感谢能源基金会（中国）对本报告的支持。 此外，我们也对向本研究提供意见和建议的来自企业和研究机构的专家表示诚挚的感谢。 目录 摘要6 (一)研究背景与意义7 1.1重卡零碳转型的重要意义7 1.2氢燃料电池重卡在转型中的作用7 1.3氢燃料电池重卡推广应用现状8 1.4氢燃料电池重卡的推广难点10 1.5氢燃料电池重卡应用案例分析的意义11 (二)案例选择和分析方法12 2.1案例选择及背景12 2.2案例分析方法12 (三)晋南钢铁及佛山氢燃料电池重卡案例分析14 3.1案例基本情况介绍14 3.2氢燃料电池重卡成本经济性15 3.3氢燃料电池重卡碳排放水平19 (四)主要结论22 (五)未来氢燃料电池重卡发展路径及行动建议27 参考文献29 rmi.org/5集群化发展助力低碳转型之：工业场景中大规模绿氢应用模式研究 摘要 在经济发展和人民生活水平不断提高等因素的影响下，交通行业的能源消耗和碳排放水平在一定时期内将持续呈现稳定增长的趋势。目前，我国机动车总保有量中，重型卡车的数量仅占不到5%，却贡献了道路交通领域近一半的碳排放，是未来交通行业实现全面零碳转型的重点领域。 纯电动和氢燃料电池是重型卡车领域脱碳的两类最主要技术路线，在双碳目标、1+N政策框架和各地方具体政策规划的支持下，纯电动重卡和氢燃料电池重卡在销量上已经呈现快速增长的趋势。由于技术特性和成本存在差异，两种技术路线可能将分别在不同的运营场景中占据主导地位，其中氢燃料电池重卡由于运载效率更高、续航潜力更大，且与工业制氢、用氢领域结合更为紧密，在工业企业原材料和产品运输车辆以及未来长途干线运输场景的零碳转型进程中将发挥更大的作用。 在当前技术发展阶段和市场环境下，氢燃料电池重卡仍然面临车辆购置成本较高、氢气价格相对昂贵、氢气供给能力较为有限、加氢基础设施布局不完善以及不同种类氢气碳减排效果有待明确等问题。为了更加精准地定位氢燃料电池重卡适用的场景以及加速其推广应用的解决方案，落基山研究所对晋南钢铁和佛山市两个氢燃料电池重卡应用的案例进行了系统性分析，深入解析了车辆成本经济性及其影响因素、不同氢能来源的减排效果以及车辆在两个案例中的应用表现，对氢燃料电池重卡未来推广应用的方向和重点行动方案进行了总结和提炼。 本研究主要得出了以下主要结论和建议： ·当前氢燃料电池重卡在技术和性能上具备完成工业场景中短途运输的能力，但成本经济性和减排能力仍然存在较大提升空间； ·工业场景是当前实现氢燃料电池重卡推广应用最适宜的场景，也是向全运输场景扩展和规模化的重要基础； ·车价、氢价、氢气供给能力是决定氢燃料电池重卡未来推广进程的三大关键要素； ·绿氢是氢燃料电池重卡具备零碳属性的必要条件； ·研究制定以工业场景为基础，逐步向中长途货运场景拓展的氢燃料电池重卡推广应用路线图是加速其推广应用的核心； ·在完善氢燃料电池重卡车辆相关配套激励政策的同时，从工业行业的角度提供更多减排目标和促进机制有助于提升企业使用氢燃料电池重卡的积极性； ·持续强化绿氢及其产业链的发展并优化布局氢气“储、运、加”基础设施体系是增强氢燃料电池重卡综合竞争力的重要支撑。 集群化发展助力低碳转型之：工业场景中大规模绿氢应用模式研究rmi.org/6 （一）研究背景与意义 1.1重卡零碳转型的重要意义 重型卡车是指车和货物总质量在14吨以上的大型载货汽车，主要应用于公路货物运输。截至2023年，我国重卡保有量约为900万辆，1占全国机动车保有量的2%左右，2但重卡的二氧化碳排放量已经达到了3.6亿吨，占道路交通总排放的40%。3 随着经济快速发展和人民生活水平的逐步提升，重卡承担的道路运输需求将持续增加。根据落基山研究所的一项针对1.5度温控情景的重卡零排放转型路径研究，我国道路货运需求预计将从2020年的6万亿吨公里增长到2050年的11万亿吨公里，4假设重卡将承担其中约80%的份额，5到2050年时，重卡将承担约9万亿吨公里的货运周转量，碳排放量将达到约6.6亿吨。因此，通过新能源替代等方式实现重卡的零碳转型对于我国碳中和目标的实现至关重要。 根据中国汽车工程学会和工信部等单位联合编写的《汽车产业绿色低碳发展路线图1.0》预测，6到2030年，零碳重卡的市场渗透率将提升至25%，到2050年时零碳重卡将成为重卡市场发展主体，进一步明确了重卡零碳转型的前景和目标。 1.2氢燃料电池重卡在转型中的作用 除了减少无效运输量、提升车辆燃油经济性等减排措施外，使用新能源替代传统柴油是实现重卡零碳转型的最主要解决方案。考虑到不同技术路线的减碳潜力和可行性，纯电动重卡和氢燃料电池重卡是目前行业中主流的两种技术路线。 纯电动重卡（含充电和换电）主要指使用锂电池作为主要能源载体的重卡。在我国新能源汽车和动力电池产业快速发展的推动下，纯电动重卡在技术上已经初步成熟，并且在其续航能力和车辆价格持续优化的推动作用下，纯电动重卡已逐步规模化并成为我国新能源重卡市场的主流技术。然而由于电池组的重量较大，续航能力相对有限，且充换电基础设施成本较高，纯电动重卡目前的主要应用场景仍然局限在港口、矿山、工业园区内部及短途固定线路运输上。 氢燃料电池重卡主要指使用氢气作为燃料，通过燃料电池将氢气中的化学能转化为电能提供动力的重卡。由于氢能的质量能量密度较大，质量较轻，氢燃料电池重卡的理论续航能力强于当前技术水平下的纯电动重卡。然而考虑到氢能产业的发展仍在相对初级阶段，氢燃料电池重卡的车辆成本较高，且氢能的供给能力和价格也尚不具备竞争优势，目前其推广应用也仍然集中在工业场景中固定路线原材料和产品运输等场景上，且对于加氢站和燃料电池示范城市群等配套政策的依赖程度较大。 与纯电动重卡相比，氢燃料电池重卡的优势在于其长途运输场景下的更高的运载效率和更强的续航能力，未来随着氢能技术发展和基础设施逐步完善，氢燃料电池重卡在长距离干线运输场景中将承担更重要的角色，成为重卡零碳转型的重要解决方案之一。 1.3氢燃料电池重卡推广应用现状 从2017年中国重汽推出我国第一辆氢燃料电池码头牵引车HOVA，7到2023年我国一跃成为全球最大氢燃料电池汽车的消费市场，8我国整个氢燃料电池汽车产业的诞生和迅速发展脱离不开多层级、多维度的产业政策扶持。 宏观来看，国务院于2012年下发的《节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020）》和国务院办公厅于2020年印发的《新能源汽车产业发展规划（2021-2035）》两份文件为包括氢燃料电池汽车在内的多种新能源汽车种类指明了发展方向，并在“蓝天保卫战”和整体经济结构向绿色低碳化转型的大背景下，将新能源汽车确定为了支撑我国汽车工业产业升级的重要抓手和实现与可再生能源产业协同发展的关键举措。 具体政策层面，氢燃料电池汽车的推广一方面需要相关制造产业不断推动技术的研发和突破，另一方面也需要成熟的氢能上下游产业来为其注入源源不断的动力。2020年9月，五部委联合下发了《关于开展燃料电池汽车示 范应用的通知》（后称“通知”），9要求建立五大燃料电池汽车示范城市群，并以此为基础构建燃料电池汽车产业链、探索有效商业模式、促进技术创新应用，明确我国氢燃料电池汽车市场将以中远途、中重型商用车为推广 重点。2022年3月，国家发改委印发了《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》，10明确氢能在我国能源体系中的角色定位和在绿色低碳转型过程中的支撑作用，强调以可再生能源制氢和清洁氢为核心的发展方向，并提出到2025年燃料电池汽车保有量达到约5万辆的目标。氢能产业是氢燃料电池汽车的重要支撑，在国家政策的指导下，各地方也已相继出台氢能产业发展规划。据落基山研究所统计，截至2024年3月，已有25个省份（含自治区、直辖市）相继发布了50余项省级氢能专项规划，且有10个省份（含自治区、直辖市）发布了20余个氢燃料电池汽车产业发展行动方案。 在市场与政策的协同作用下，氢燃料电池汽车的产业政策将攻克关键核心技术作为发力点之一，近年来在技术、性能等方面实现了突破式发展。其中《通知》特别强调要求申报城市群必须在示范期间，完成燃料电池汽车搭载的基础材料、关键零部件技术的突破和产业化，并着重强调了电堆、膜电极等亟待攻破的关键技术难点。11,12根据我国工信部近期的公开披露信息，2023年燃料电池系统成本已经下降到3000元/千瓦，相比2020年下降超过80%；同时电堆体积功率密度达到了每升4000瓦，比2020年提升了35%。13 目前，我国已经成为全世界最大的氢燃料电池汽车消费市场，并孵化出了亿华通、重塑、国鸿氢能等多个掌握氢燃料电池核心技术的企业，也一定程度上促进了宇通、飞驰、一汽解放等多个氢燃料电池汽车国产整车品牌的发展。过去的几年中，氢燃料电池重卡市场份额实现了快速增长，初步形成了产业化应用的格局。2020年时，全国氢燃料电池重卡销售量不足20辆。2023年的重卡市场中，氢燃料电池重卡已经占到了新能源重卡市场份额的10.57%，2023年全年累计销量为3612辆。14（图表1） 图表1氢燃料电池重卡近三年国内销量（辆）15 1.4氢燃料电池重卡的推广难点 燃料电池汽车示范城市群进展与成效 已通过国家批复的五大燃料电池汽车示范城市群有：京津冀城市群、上海城市群、广东城市群、河北城市群、河南城市群，共包含41座城市，形成了“3+2”的示范格局。在示范期中，五部委将根据燃料电池汽车推广应用、关键零部件研发产业化和氢能供应三部分对示范应用进行积分考核，并以考核结果进行“奖惩扣罚”。其中，每1积分等于10万元国家奖励，单个城市群整车及关键零部件应用可获得最多15000积分，加氢站及基础设施可获得最多2000积分，合计17000积分，中央奖励资金池共计17亿元。对于超额完成任务的城市，奖励资金可最多上浮10%。在为期四年的示范期（即2021年至2025年）内，五大城市群需推广燃料电池汽车超过35000辆，建设加氢站超500座。 根据中汽中心所统计的燃料电池城市群实际推行状况，截至2023年8月，燃料电池汽车累计产量19968辆，上险量达17499辆，其中主要推广车型为重型货车，占比达到50%；加氢站累计建成407座， 投入运营269座。16从车辆应用场景来看，推广车辆主要以大宗物资运输、渣土运输、城市物流配送、物流运输、冷链物流、市政环卫、牵引接驳、港口运输、矿场运输、混凝土搅拌车、自卸车等为主。17财 政部等部委已于2024年年初对燃料电池汽车示范城市群第一年度（2021至2022年度）的工作情况完成考核评价，并拨付第一批中央财政奖励资金。18 分区域