北京 2022 年冬奥会张家口赛区燃料电池汽车应用和氢能供应评估

北京2022年冬奥会张家口赛区燃料电池汽车应用和氢能供应评估 EvaluationoffuelcellvehicleapplicationandhydrogenenergysupplyinZhangjiakoucompetitionZoneoftheOlympicWinterGamesBeijing2022 张家口氢能与可再生能源有限公司2023年6月 ZhangjiakouHydrogenandRenewableEnergyco.,Ltd. June2023 课题组 组长 王贺武清华大学车辆与运载学院教授 张家口市氢能与可再生能源研究院执行院长 协调人 张成斌张家口市氢能与可再生能源研究院副院长 成员 高国强张家口氢能与可再生能源有限公司研究主管厉一平张家口氢能与可再生能源有限公司研究员 孟晓敏张家口氢能与可再生能源有限公司助理研究员佟甜甜张家口氢能与可再生能源有限公司助理研究员霍俊青张家口市公共交通集团有限公司副总经理 关于作者 王贺武，清华大学教授、博士生导师，中国电动汽车百人会副秘书长、清华大学碳中和研究院零碳交通研究中心主任、张家口市氢能与可再生能源研究院执行院长。研究方向为车用能源与动力系统评价。 （wanghw@tsinghua.edu.cn） 张成斌，张家口市氢能与可再生能源研究院副院长。研究领域是新能源汽车产业，包括产业政策、技术路线分析、车辆生命周期排放及评价、商业模式等。（zhangcb1976@tsinghua.edu.cn） 高国强，张家口氢能与可再生能源有限公司研究主管。从事氢能 产业政策分析、规划编制等工作。（gaoguoqiang@hycentre.org.cn） 厉一平，张家口氢能与可再生能源有限公司研究员。长期从事新能源汽车数据分析。（liyiping@hycentre.org.cn） 孟晓敏，张家口氢能与可再生能源有限公司助理研究员。长期从事氢能工作，负责氢能和燃料电池产业链项目管理。 （mengxiaomin@hycentre.org.cn） 佟甜甜，张家口氢能与可再生能源有限公司助理研究员。负责对接政府部门，协调调研企业和相关单位，协助研究人员进行课题研究。 （tongtiantian@hycentre.org.cn） 霍俊青，张家口市公共交通集团有限公司副总经理。长期从事公交运营、技术保障等工作，具有丰富的燃料电池车辆运营管理和实践经验。（zjkhjq@126.com） 致谢 本研究由张家口氢能与可再生能源有限公司撰写，由能源基金会提供资金支持。 在本项目研究过程中，研究团队得到了张家口市发展和改革委员会、张家口市交通运输局的大力支持，同时得到了各阶段评审专家为项目研究过程做出的倾力指导，包括杨福源、欧训民、方海峰、甄子健、韩武林、谢添、洑春干、张长令、雷雪亚等，在此向他们表示诚挚感谢。 研究团队同时感谢以下单位、企业和机构在项目研究过程中提供的帮助： 政府部门 张家口市发展和改革委员会张家口市能源局 张家口市交通运输局张家口市气象局 制氢企业 张家口海珀尔新能源科技有限公司张家口市交投壳牌新能源有限公司崇礼新天风能有限公司 建投燕ft（沽源）风能有限公司 国电电力河北新能源开发有限公司尚义分公司国华（赤城）风电有限公司 储运企业 中国石油运输有限公司河北分公司北京环宇京辉京城气体科技有限公司北京鸿港顺运输有限公司 加氢企业 张家口市交投氢能新能源科技有限公司张家口中油新能源有限公司 中石化销售有限公司河北张家口石油分公司 系统企业 北京亿华通科技股份有限公司 整车企业 北汽福田汽车股份有限公司中通客车股份有限公司 吉利四川商用车有限公司宇通客车股份有限公司上海申龙客车有限公司 丰田汽车（中国）投资有限公司 运营企业 张家口市公共交通集团有限公司 北京水木通达运输有限公司 高校机构 清华大学“氢能出行”关键技术研发和应用示范项目组 摘要 2022年北京冬奥会开展了全球最大规模的燃料电池汽车示范，其中张家口赛区燃料电池汽车数量达623辆，约占北京冬奥会燃料电池汽车示范总量的55.6%。冬（残）奥会期间，低温、强降雪等复杂气象条件以及高海拔、多弯道、大坡度等ft地复杂地形，对燃料电池汽车的可靠性和动力性能提出了严苛的要求与挑战。最终，燃料电池汽车克服了低温严寒和复杂多变的路况条件，以极佳的可靠性和动力性能完成了张家口赛区交通运输服务保障工作。 课题基于张家口赛区燃料电池汽车示范，评估了赛时燃料电池汽车运行特征、氢能供应基础设施保障能力、氢安全以及环境效益等，探讨了示范中存在的问题与不足，对赛后车辆处置和利用、氢能供应基础设施可持续发展进行了分析，并提出相关政策建议，以期为其他地方开展类似活动提供参考，并为我国燃料电池汽车商业化探索方向。 研究显示，张家口赛区燃料电池汽车示范体现出了我国燃料电池产品的技术进步水平，成功验证了燃料电池汽车在北方低温ft区运行的可靠性和技术可行性；形成了较为完备的绿氢制储运加保障能力；燃料电池汽车和氢能应用具备良好的环境效益。同时，通过本次示范对我国氢能产业发展起到了积极带动作用，成功探索了低碳制氢和应用协同发展的先进经验和模式。研究认为，随着技术进步，燃料电池汽车已具备在低温地区大规模推广应用的可行性。 研究发现，燃料电池汽车示范应用在绿氢电价、车辆类型、关键 部件国产化及验证、数据采集以及评估指标体系建设等方面还存在不 足，赛后燃料电池汽车利用不充分，氢能供应基础设施可持续发展还面临多方挑战。 因此，还需要国家、地方和行业三个层面共同努力，不断完善制氢电价机制和优惠政策，积极引导氢能多元化和规模化利用、加强技术创新提升产品可靠性和经济性等，完善产业发展环境，从而推动燃料电池汽车规模化商业应用和氢能产业高质量发展。 由于水平有限，错误在所难免，欢迎批评指正。 课题组 2023年6月 目录 第一部分燃料电池汽车应用和氢能供应评估1 一、项目背景1 (一)示范背景1 (二)研究范围3 (三)数据来源4 二、评估指标体系4 三、车辆运行评估6 (一)示范车辆信息6 1.车辆规模水平6 2.车型静态参数7 3.赛前使用情况8 (二)车辆技术性能9 1.车辆性能水平9 2.关键部件水平10 (三)车辆运行特征11 1.车辆服务水平11 2.车辆日活跃11 3.车辆运行里程12 4.车辆运行时长13 5.车辆运行速度14 (四)经济性14 1.平均百公里氢耗14 2.百公里燃料成本16 3.燃料电池发动机效率17 (五)可靠性18 1.故障次数18 2.故障里程19 3.耐久性19 (六)环境适应性20 1.低温启动20 2.余热管理22 3.爬坡和转弯22 (七)评估小节23 四、氢能供应评估23 (一)制氢23 1.氢气来源23 2.氢气生产25 3.氢气供应26 (二)储运26 1.运输企业26 2.运氢特征27 (三)加注28 1.基本情况28 2.加注量29 3.加注车次31 4.加注时长32 (四)氢气成本34 1.生产成本34 2.出厂价格35 3.加氢站氢气成本构成35 4.终端价格35 (五)评估小节36 五、氢安全评估36 (一)氢安全事故36 (二)产业链安全措施37 1.车辆质量安全37 2.车辆运营安全38 3.制储运加安全38 (三)评估小节39 六、环境效益评估39 (一)评估范围39 (二)基本参数40 1.电力排放因子40 2.柴油排放因子41 3.氢气排放因子41 (三)评估结果43 1.燃料周期碳排放43 2.燃料周期污染物排放43 (四)评估小节44 七、结论及建议44 (一)评估汇总44 (二)结论45 1.充分彰显了我国燃料电池汽车技术水平的进步与提升45 2.成功验证了燃料电池客车在低温高海拔地区的可行性46 3.形成完备的绿氢制取、储运和加注供应保障体系能力47 4.燃料电池客车和氢能规模化应用的环境效益十分突出47 5.北京冬奥会氢能示范对产业发展起到积极的推动作用48 6.探索了低碳制氢和应用协同可复制可推广的经验模式50 7.电价政策、车辆示范应用、数据采集等方面存在不足52 (三)建议53 1.国家层面53 2.地方层面54 3.行业层面54 第二部分冬奥会后车辆处置研究56 一、处置现状56 (一)冬（残）残奥会车辆投入情况56 (二)冬（残）奥会后车辆处置情况57 二、存在问题59 (一)部分35MPa车辆赛后陷入短暂停运状态59 (二)70MPa车辆赛后利用面临多重因素制约62 三、结论及建议63 (一)结论63 (二)建议64 1.采取多种措施提高35MPa车辆利用率64 2.完善70MPa产品标准和加强技术创新65 第三部分氢能供应相关基础设施可持续方案研究67 一、发展现状67 (一)已构建较完善的氢能政策支撑体系67 (二)已先行先试探索制氢用电价格机制68 (三)已形成较大规模的电解水制氢产能69 (四)已适度超前部署一批加氢基础设施70 (五)已开展氢能交通为先导的示范应用70 二、存在问题71 (一)氢能供应设施利用不足71 (二)加氢站仍面临各种困难72 (三)电解水制氢用电价格高73 (四)绿氢应用和消纳不明确74 (五)缺少系统性的绿氢规划75 三、发展潜力75 (一)交通领域75 (二)工业领域76 (三)建筑领域77 (四)储能领域78 (五)发电领域78 (六)发展研判80 1.绿氢是张家口参与京津冀协同发展的重要优势80 2.未来张家口将继续立足可再生能源发展氢能81 四、相关建议82 (一)国家层面：加强电价支持，实施财税激励82 1.完善绿氢用电价格机制82 2.制定绿氢财税支持政策82 3.规范绿氢项目审批管理84 4.部署绿氢重大示范工程84 (二)地方层面：统筹规划布局，培育市场需求84 1.继续探索绿氢支持政策84 2.制定绿氢大基地规划85 3.培育多元化的市场需求85 4.强化政策落实和资金拨付86 (三)行业层面：加强技术创新，降低氢能成本87 附1：北京冬（残）奥会总体示范情况89 附2：亿华通、丰田和国电投车辆示范情况89 附3：北京冬奥会和日本东京奥运会氢能示范对比89 附4：燃料电池公交车经济性评估92 附5：国家层面关于绿氢相关政策93 图片 图1张家口赛区位置2 图2重点接驳转运场景示意2 图3冬奥会期间张家口赛区气温日变化3 图4北京冬奥会关键时间节点示意4 图5张家口赛区示范应用的燃料电池车辆7 图6宇通氢燃料无障碍公交车和柯斯达氢擎福祉车8 图7冬奥会保障期内燃料电池客车日活跃单位：辆12 图8冬奥会保障期内燃料电池客车行驶里程统计13 图9冬奥会保障期内燃料电池客车运行时长单位：h14 图10冬（残）奥会期间燃料电池车辆平均速度单位：km/h14 图11冬（残）奥会期间燃料电池客车氢耗单位：kg/100km15 图12燃料电池与柴油汽车百公里燃料成本对比单位：元16 图13冬奥期间亿华通燃料电池发动机平均效率17 图14张家口赛区车辆燃料电池故障分布18 图15冬（残）奥会724辆搭载亿华通系统的车辆故障里程统计19 图16燃料电池寿命对比情况单位：h20 图17不同温度区间下整车动力系统平均冷启动成功率21 图18燃料电池客车余热利用节能架构22 图19海珀尔可再生氢和燕ft石化清洁氢认证25 图203家电解水制氢企业总产量及产能利用率26 图216家企业供氢量26 图22交投壳牌运氢效率统计28 图235座加氢站日累计加注量趋势单位：kg30 图24日单车平均加注量水平单位：kg/车·次31 图255座加氢站日累计加注车次单位：车次32 图26加氢站日累计加注时长单位：h33 图27燃料电池车辆单次加注时长分布单位：min33 图28冬（残）奥会期间张家口市绿氢电价及生产成本34 图29整车安全设计37 图30张家口赛区燃料电池汽车减碳效益单位：tCO243 图31张家口赛区燃料电池汽车减少污染物排放单位：t44 图32冬奥会后张家口燃料电池客车月活跃情况单位：辆59 图33冬