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燃料电池汽车基础设施建设最新进展
该概要提供了关于为燃料电池车辆提供动力的氢燃料基础设施的全球发展综合信息。 该报告包括以下全球性研究调查内容：氢基础设施部署、氢燃料生产途径设和燃料电池汽车市场发展的调查，燃料途径和规划的研究。
引言
世界各国政府继续寻求未来车辆技术的正确方向，这将扩大的个人机动性和促使零排放的实现。 这种向零排放目标转变的举措是受当地空气质量的改善，气候变化影响增加以及向可再生燃料转变的影响。电动插入式车辆和氢动力燃料电池电动车辆具有很大的潜力，可以取代与石油燃料燃烧相关的固有高排放模式。
氢燃料电池电动汽车有着独一无二的功能，它可以替代传统车辆实现零排放。燃料电池动力，可以将氢转化为电能以驱动车辆行驶，其效率往往是传统车辆的两倍。氢燃料电池车辆通常能够满足长途旅行（即，超过500公里或300英里）并且具有与传统车辆相当的短加油时间。此外，从长远来看，燃料电池车辆价格预计比传统车辆便宜。生产氢气的燃料途径的多样性可以达到低碳、可再生和非进口来源的效果。一个相关的好处是氢填补了可再生能源发电的空缺，在低需求期间储存来自太阳能和风能发电的过剩能源。尽管插电式电动车正在快速商业化，但这些属性确保氢燃料电池车仍然是极具吸引力的长期战略，特别是对于大型和长途车辆。
然而，与其他零排放替代品一样，燃料电池汽车仍然存在推广使用的障碍。 氢燃料基础设施有限，目前生产和运输氢燃料到服务站的成本很高，而且从化石燃料生产氢比从可再生能源生产氢还要便宜得多。 此外，燃料电池汽车的生产成本将不得不从目前的水平大幅下降，消费者对技术及其益处的理解将不得不提高，以使燃料电池汽车进入主流市场。
本文评估了全球氢燃料基础设施网络的发展状况。我们汇编了有关燃料电池汽车技术发展现状的数据，总结了氢燃料基础设施，技术路径，车站规划以及来自着名燃料电池汽车开发市场的资金的状况。本文重点介绍燃料电池汽车加氢的基础设施，但没有涉及生产氢气所需的系统或工艺。由于在这些地区进行了更广泛的研究和活动，大部分数据和分析研究都来源于加利福尼亚，欧洲，日本和韩国。此评估包括能源公司，汽车制造商，车站开发商和政府投资，这些投资有助于为未来几年加速燃料电池汽车市场的增长铺平道路。最后，我们讨论了基于此评估的公共政策和投资策略的影响，以帮助指导氢基础设施的部署。
在本节中，我们总结了截至2017年中期燃料电池汽车发展的现状。 我们总结了轻型车辆的早期发展，包括车辆制造商的部署公告，以及比较当今市场上最着名的燃料电池车辆的效率。此外，我们也总结了重型燃料电池汽车的几项发展。
燃料电池车辆发展现状
除了图1所示之外，许多制造商已经进行了重大的研发投资，并做出对未来的燃料计划电池汽车部署。 几组制造商正在共同合作开发燃料电池系统，以降低成本并加速生产。 宝马，戴姆勒，通用汽车和起亚都宣布他们计划到2020年销售燃料电池汽车。丰田已宣布计划到2020年每年销售30,000辆燃料电池汽车。现代汽车集团预计下一季度的销量将达到数千辆。 与现有版本相比，新一代燃料电池系统的价格降低30％，密度提高30％，重量减轻20％，效率提高10％。
燃料电池车辆技术有着超过传统车辆的显着效率优势。 图2比较了2017年同一汽车制造商品牌三种主要燃料电池汽车和可比汽油车辆的燃油经济性。该图显示了由美国监管机构联合开发和发布的车辆燃油经济性和环境标签的数据。 数据以英里/加仑汽油当量（左轴）和相应升数每100公里当量（右轴）显示。 如图所示，燃料电池车辆的效率是可比汽油车型的两倍，比同类混合动力车型效率高40％-70％。
图2所示的2017年型号燃料电池汽车可在特定市场购买或租赁，主要在加利福尼亚州。它们的定价通常在55,000美元到60,000美元之间，租赁费用每月约为350至500美元。虽然这些速度大约是每个汽车制造商提供的传统型号的1.5到2倍，但有些还包括3年的免费燃料。美国能源部预计10万辆燃料电池汽车的产量将通过规模经济实现当今燃料电池系统成本降低50％的目的。根据几项专家研究的文献综述，预计燃料电池汽车成本从2015年到2030年减少70％以上，到2030年将增加的车辆成本从超过20,000美元减少到大约5,000美元。这个预测假定燃料电池组创新，每年产量为100,000，堆叠水平成本为每千瓦功率输出60美元。国家研究委员会（NRC）估计，到2045年，燃料电池堆可能降至每千瓦30美元，使燃料电池汽车的成本低于传统汽车。
对于重型车辆，氢燃料电池技术已部署在若干示范和评估车队中。表1显示了2016年和2017年运行的氢燃料电池重型卡车和公共汽车项目的选择。如图所示，该表包括城市送货卡车，港口周边的重型拖运卡车和城市客车项目。这些技术因车辆制造商，供应商，车队运营商和地点而异。各种项目的氢气输送系统也各不相同，包括液氢输送，电网电力和太阳能电力的电解，以及天然气重整。虽然表中没有长途拖拉机拖车示范，但初创公司Nikola的一个重要声明表明，他们正在努力开发一种距离超过1200公里的氢拖拉机拖车。此外，丰田已宣布将在2020年东京奥运会之前部署100辆氢气公共汽车。我们估计目前全球有数百辆燃料电池公共汽车在运营。
对于燃料电池车辆来说，生产，分配，储存和分配氢气的途径很多，每种途径都有自己的生命周期排放曲线。 燃料电池汽车的生命周期排放受到用于制氢的能源的极大影响。 如前所述，燃料电池车辆的动力传动系统比传统车辆的动力传动系统更有效。 此外，由于在车辆运行期间不产生排放物，因此总生命周期排放几乎完全由上游燃料生产过程影响。
氢的一个优点是它可以从许多不同的能源和途径生产。该分析将重点关注当今最常用的两种途径：通过从天然气或甲烷蒸汽重整生产，以及通过从电力电解生产。对于蒸汽重整，大部分排放与天然气或甲烷转化为氢气和二氧化碳有关。另一方面，电解产生的大部分排放来自直接使用各种一次能源，或者包括化石燃料，生物质能，风能，太阳能或核能在内的各种一次能源直接产生电力。氢气可以在现场或集中设施区域中生产。集中生产通常通过增加规模来提供更高的效率，以及与运输燃料相关的增加的成本和排放的代价。所有途径包括在各个阶段压缩，泵送，储存和输送氢气的能量。
能源，化学转化过程，生产设施规模和位置以及分配方法的每种组合都会导致不同的能源消耗和排放影响。 一些研究比较了各种氢生产途径的温室气体排放影响。这些研究的一个结论是，来自可再生资源的氢的总产量份额是决定燃料电池汽车对深度碳减排的贡献的主要因素。 第二个发现是氢气的液化虽然可用于储存和运输氢气，但如果用于液化的能量不是来自可再生资源，这大大降低其生命周期气候效益。
氢生产技术发展
图3显示了几种氢气生产途径对普通燃料电池汽车的生命周期或井对轮温室气体排放影响，并将其与普通的传统和混合动力汽油车辆进行了比较。该图比较了二氧化碳当量（CO2e）排放的温室气体排放影响，包括车辆的车载效率差异。车辆效率值取自传统、混合动力和燃料电池模型，使用图2中2017款本田车型的美国测试认证值。“上游”燃料碳强度排放估算来自加州低碳燃料标准。加利福尼亚州的低碳燃料标准途径清单中可以找到更多细节和影响。如图所示，与基准2017汽油车相比，使用来自所有生产途径的氢燃料电池车辆可以具有明显的碳减少益处。与基线杂交相比，大多数途径还具有碳减少益处。例如，图3所示的路径为0％可再生天然气，比2017年汽油基准减少53％，汽油混合减少17％。
上游（燃料生产途径排放）排放（车辆排放）
图3 氢燃料电池汽车CO2e与传统和混合汽油车辆的比较。氢的上游排放仅用于现场的气态氢生产。 在电解途径中假定美国平均电网电量。 由于天然气/甲烷燃料的使用，改造后的天然气通道呈现恒定的排放值，但是天然气生产的可变值显示的氢气和汽油的上游排放估算来自加州低碳燃料标准的改良GREET 2.0模型，每兆焦耳，每加仑或每千克。 这些排放因子按比例调整以考虑每辆车燃油效率的影响（见图2）。
图3还说明了当用于燃料电池车辆时，更多可再生来源的氢对氢的生命周期排放的相对影响。 百分之百的可再生天然气包括甲烷的生物质来源，其减少天然气的原料排放。 例如，日本正在利用污水场中的可再生甲烷提供足够的氢气来完全运行单站。 对可再生能源的氢气生产依赖程度越高，与燃料电池车辆中氢气使用量增加相关的二氧化碳效益就越大。
图3还说明了当用于燃料电池车辆时，更多可再生来源的氢对氢的生命周期排放的相对影响。 百分之百的可再生天然气包括甲烷的生物质来源，其减少天然气的原料排放。 例如，日本正在利用污水场中的可再生甲烷提供足够的氢气来完全运行单站。 对可再生能源的氢气生产依赖程度越高，与燃料电池车辆中氢气使用量增加相关的二氧化碳效益就越大。
与今天氢气的主要用户（即工业气体消费者）相比，运输用氢气的使用量相对较小，分布在相对较宽的地理区域的几个小药房。工业氢通常通过卡车和管道大量运输到个体集中客户，而车辆的氢燃料站相对较小。在这些小规模下，气态氢比液态更经济，特别是因为液化需要大量的电能。因此，图3显示了仅与气态氢相关的排放。然而，液态氢比气态密度大得多，因此依赖液态氢的加油站可以储存更多的燃料并降低输送频率。此外，站点的低温存储可以使用成本较低的设备，主要是避免使用管道拖车和压缩机，尤其是每千克氢气。因此，随着更多的燃料电池车辆的部署，更大量的分配氢气液体氢气输送/存储具有使更大的站点具有的潜力，并且改善了这些站点的商业运营模式。当然，液化氢所需的能量需要来自日益增多的可再生能源，如太阳能，风能和核能;否则，上游排放量会增加。
与今天氢气的主要用户（即工业气体消费者）相比，运输用氢气的使用量相对较小，分布在相对较宽的地理区域的几个小药房。工业氢通常通过卡车和管道大量运输到个体集中客户，而车辆的氢燃料站相对较小。在这些小规模下，气态氢比液态更经济，特别是因为液化需要大量的电能。因此，图3显示了仅与气态氢相关的排放。然而，液态氢比气态密度大得多，因此依赖液态氢的加油站可以储存更多的燃料并降低输送频率。此外，站点的低温存储可以使用成本较低的设备，主要是避免使用管道拖车和压缩机，尤其是每千克氢气。因此，随着更多的燃料电池车辆的部署，更大量的分配氢气液体氢气输送/存储具有使更大的站点具有的潜力，并且改善了这些站点的商业运营模式。当然，液化氢所需的能量需要来自日益增多的可再生能源，如太阳能，风能和核能;否则，上游排放量会增加。
氢生产成本随工艺和规模而变化。NRC预计零售氢价格将从2017年的每千克10美元或更高的价格降至约2025年的每公斤约4美元至6美元，这是因为产量增加以及转向更多可再生和低碳来源。NRC的研究表明，转向更高容量燃料电池汽车的使用对于降低成本的氢气生产和降低每公斤税收和商业利润的重要性：100万燃料电池汽车可能每公斤6美元，每公斤约4美元拥有500万辆燃料电池汽车。其他更详细的研究也提供了类似的研究结果。例如，蒸汽 - 甲烷重整过程可以以每公斤约4美元的价格从天然气中提供氢气，这其中包括输送和分配的成本。根据电价和设施规模，电解衍生的氢最终可降至每公斤3至6美元：较大的集中电解占据成本范围的较低端，而分布式氢电厂则处于该范围的较高端。生物甲烷来源，例如垃圾填埋气，可能以最低的额外成本混合到这些来源中，这取决于可用性，否则氢的可再生来源会增加氢成本。
基于每公里的燃料成本的基本计算，将氢价格置于潜在燃料电池车辆消费者的背景中。对于上面评估的Mirai或Clarity型号，未来每公斤4美元的氢价相当于每公里约3.7美分。每公斤约10美元的氢气成本导致每公里成本增加2.5倍。基于每升80美分（每加仑3美元）的汽油，可比较的非混合动力车每公里燃油成本约为5.8至6.9美分，这意味着燃料电池汽车每公里燃油价格比氢价低37％-47％ 。像本田雅阁和丰田凯美瑞这样的混合动力汽车，每升汽油80美分，每公里成本约4.3美分，比每公斤4美元氢燃料电池汽车每公里燃料成本高约16％。由于燃料电池车辆的能量效率大大提高，这一基本计算显示了即使燃烧车辆更有效率燃料电池车辆如何大量节省燃料。只要氢的价格大约为每公斤4美元，或者更普遍地保持在不包括燃油税的每单位汽油价格的30％-40％之间，这仍然是正确的。
还有可能在可再生电力和可再生的低成本氢气之间发展协同作用。当可再生电力供应超过需求时（例如，白天太阳能过剩，或傍晚风力过大），所产生的氢气成本低得多。氢气生产提供了吸收和储存可再生电力的能力，从而提高了电网对可再生能源的吸收。因此，氢燃料站可以为电网公用事业提供能源储存和收入。 一般而言，对于可再生能源供电的电解，可再生电力的成本需要低于传统的零售或工业电价，以使可再生氢更具有成本竞争力。
氢能基础设施体系发展
氢气基础设施网络继续在车辆制造商，氢气供应商和政府有兴趣为更大的燃料电池车辆部署铺平道路的领域开发。 美国能源部最近的一项分析提供了氢气基础设施发展总体状况显示，截至2016年底，全球至少建立或资助了150个加氢站，其中加油站，德国和日本各有50多个加氢站。 全球众多公司提供设备和建设车站。 其中包括Air Products，Linde，Air Liquide，Shell，Total等。
大多数现有的氢气基础设施是在过去几年中开发的。 在大多数情况下，车站开发商已经寻求估计当地燃料电池车辆部署数量，作为预测燃料需求的手段。下面我们根据各地区政府部门和氢协会的数据，审查主要市场的进展情况。
美国。根据美国能源部替代燃料数据中心的数据，到2017年年中，美国有62个可操作的氢燃料加油站。其中，38个站是公共的，24个是私人的。另有25个站点正在规划阶段，其中18个站点供公众使用
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资料编号：[2810]
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