2020泰达汽车论坛 |长城陈雪松：燃料电池汽车发展的进步取决于材料

9月4日至6日，由中国汽车技术研究中心有限公司、中国汽车工程学会、中国汽车工业协会、中国汽车报社共同主办的第十六届中国汽车产业发展国际论坛(TEDA)隆重举行。9月6日，长城控股集团威视能源科技有限公司总裁陈在第三届以“氢燃料电池汽车技术展望”为主题发表了精彩演讲。

以下为现场演讲:

各位领导、专家、业内同仁、媒体朋友们，你们好！我是长城控股集团威视能源科技有限公司的总裁陈，很荣幸受到论坛会务组的邀请，在线参与氢能产业发展的讨论，也介绍一下长城控股集团在氢能业务方面的一些研发情况。

我的报告分为三个部分，首先对行业的发展现状做一个简单的总结！然后，根据企业的发展情况，对发动机的性能改进和成本降低进行了探讨。最后，展望了氢能和氢燃料电池汽车的发展前景。

去年我读了易宝莲院士在TEDA论坛上的演讲。当时提到了一些行业数据。我把今年1-6月份的数据和一些相关的数据做了对比，列在下表里，分为10项。从这些数据的对比来看，很明显氢能和氢燃料电池产业的热度有了明显的提升。从从事这个行业的企业数量来看，去年大致接近400家，今年已经增加到519家。此外，各地区、省市也出台了一些关于氢能的政策。去年有36个省市，今年增加到47个，规划项目市值已经超过1万亿。

但今年上半年，燃料电池汽车的产销量仍然出现了较大幅度的下滑。去年上半年燃料电池车累计1400辆左右，今年可能只有580辆左右。主要有两个原因。一个是受疫情影响，期待已久的今年上半年氢能新政策还没有发布。希望今年下半年新政策发布后，这个行业的车辆数量会大大增加。

但是在加氢站的建设上，进程其实挺快的。去年，中国有61个加氢站。今年规划或在建、或已投产加氢站80座，增幅约31%。从产品研发的角度，从技术的角度，现在我们国家制造的大功率发动机，以及发动机使用的这些核心部件，比如电堆，空气压缩机，氢泵，以及电堆核心的膜电极和双极板。然后是车载储氢，比如高压储氢系统，就是氢气瓶和氢气瓶阀门。

在这些核心部件上，其实已经取得了突破。因为事实证明，其实还有很多大功率的反应堆或者发动机是我们国内企业达不到的。比如去年的公告中没有超过100千瓦的发动机，今年已经公布了几款。这些发动机的性能参数也有了很大的提高。比如去年它的功率密度大致是每升400到600W，今年有些产品已经达到了600到800W。催化剂的量也逐渐减少。去年可能是大家都用0.5毫克每千瓦的铂，今年基本可以是0.4。

从设计寿命来看，去年实验室的数据可以证明是10000小时以上，今年可以达到15000小时以上。不过这些数据都是实验室支持的，但是整车还是需要时间。随着越来越多的车辆通过这次演示，这项技术得到了全方位的验证。

第四个方面，在产业链的氢气供应中，产业链上游制氢和下游用氢的成本比较关键。让客户接受你的产品，氢气的使用成本和价格也大幅度下降，氢气的使用因地而异。比如广东佛山、江苏如皋，当地政府出台的政策是保证你能做加氢，今年或者以后每公斤能赚30元。去年提到了40元。当然也有一些商业运作，没有政府补贴成本还是比较高的，有时候高达六七十元。但从技术角度来说，还是有可能达到这样的每公斤20元的成本。比如美国有一家尼可拉做卡车，商业模式是用电解水制氢，成本可以达到20元以下。

总的来说，这个行业从核心技术来看，国产化程度比较高，性能指标基本和国外一些先进车企处于同一水平。要发展这一核心技术，就要从企业和产品的角度明确我们要发展什么样的技术，并解决这些pr……lems依赖于系统和平台，因为它是一个系统工程。

比如我们要根据一个应用场景来定义整车的性能，比如它的经济性、寿命性、舒适性、环境适应性、安全性。有了整车的定义，通过这个开发系统我需要什么样的发动机？发动机需要什么样的零件？就连这部分，它最后用的是什么材料？这样才能最终保证我的车辆能够全方位的满足市场或者客户的需求。

举两个例子，比如我们要从零下40度开始，那么当储氢系统和高压氢气瓶释放后，部分地区的温度可能会降到零下60度。用什么材料？为了开发，必须提前定义它。还有就是寿命，是用碳板还是金属板，它的技术路线能达到什么样的寿命，比如这些都是通过系统分解一层层开发出来的。有了这些资料，通过工程设计验证零件，然后集成系统，最后用整车做这些控制。

其实从整车开发整个平台或者流程是有一系列方法的。我们经常谈论人、机器、材料、方法和环境。这些系统化和标准化应该贯穿整个开发过程，以确保产品能够满足你的设计目标。这需要多方面的。比如，首先你需要具备虚拟设计、工程设计、工程产品和零部件验证的能力，最后你才能走到整车的层面，一步步验证你整个系列的所有材料、零部件、系统集成。

那么，经过四年的研发，长城汽车已经达到了国际国内头部企业的水平或第一梯队，在动力、效率、寿命、成本等方面都具有很强的差异化竞争力。当然，这些特性和产品的竞争力来自于一些核心技术，比如我们的引擎，需要实时动态监控栈的核心组件的健康状态，以保证其可靠性。对于控制，采用多变量闭环控制可以提高其环境适应性，通过氢气系统和空气系统热管理系统的模块化设计可以降低成本。通过一些智能的算法和手段，可以提高它的经济性和生活性。当然，需要通过一些模块化的设计来增加功率密度。

在整车开发领域，行业还没有达到一定的规模。一般采用现有的整车平台，然后将动力系统和储氢系统集成到整车层面即可。所以体积和重量也很重要。

刚才说发动机，发动机要发电，其实就像电池直接发电一样。燃料电池实际上是通过电堆发电，最后驱动电机。发动机的核心技术是电堆，电堆的功率必须达到一定的水平，发动机的功率才能达到最终的要求。目前国内100 kW以上的公司很多。现在可以做到了。比如我们国外的目标丰田已经在卖车了，容量大概114 kW。国内有几家公司，包括长城，有一系列产品可以达到115，120，130甚至140。从它的功率密度来说，比如每升可以产生3.3千瓦以上的能量，没有任何问题。

如果国内企业自主研发国产零部件，对于进口产品来说，在成本上也是非常有竞争力的。当然，在堆芯技术中也有下一堆的核心部件，比如它的电极和双极板，以及工艺的设计。这些都是业界这么多年一直在攻关的关键问题，现在能做到栈的高功率，其实也反映了这些技术已经达到了一定的水平。

刚才我提到了堆栈中也有核心组件。我刚才提到了里面的发电部分。像电池一样，膜电极有正极和负极。我们称之为阴极和阳极，是发电的核心部件。目前国内很多企业，尤其是新兴企业，在这方面已经有了很大的突破。长城在这方面也投入了很多。……自行研发的e膜电极技术和建立的工业线，年可达100万片，可满足上千辆车的需求。里面的技术因为时间原因就不详细解释了。

一般来说，它的成本是最关键的。成本一般分解的时候，有三个50%，大致是发动机的50%，电堆里50%的成本其实是核心部件，比如膜电极和双极板。膜电极和双极板，比如膜电极中的催化剂、隔膜、碳纸，我们称之为核心材料，其实占比更大，达到70%。我们国家现在从零部件往上走是可以的，但是核心材料，也就是刚才说的三大关键材料也是国产的，但是和国外进口相比还是有一定差距的。

然而，经过反复迭代，这些材料终于可以与进口产品竞争。另一部分是车载供氢系统。其实大家都很关心供氢系统，就是安全。我们搞的高压瓶，瓶阀，减压阀，其实都是从安全的角度来制定高标准的。首先，我们的企业标准高于国家甚至国际标准，比如生命周期。国标要求15000次，我们测了25000次。它的温度范围是，比如零下40度，我们都测到零下60度。这些都是保证氢气安全的措施。我们有强大的实验中心，所以在疲劳实验中，整个生命周期，包括很多环节，都是严格考核的。设计的安全系数也很高。

大家现在都觉得这个行业发展的一大瓶颈是氢气，一个是加氢站氢气用的少，一个是价格比较贵。从成本因素来看，从发动机的角度来看，其实它的成本主要是这些零件。一个是刚才说的电堆，主要的一个。为了保证空气和氢气的供应，有空气压缩机也很贵，氢气循环回路如氢气循环泵也很贵。但是从分解来看，我们可以把它分成几个层次，比如几百，几千，几万，几十万。如果我们看这件事，最后，核心要素其实是电桩。这只表的橙色是桩。随着数量的增加，总成本会降低。如果说每年有20%到30%的水平下降，随着数量的增加，总成本终于可以和乘用车的内燃机相提并论了。当然，这个时间段可能会很长。比如十三五我们做过技术研究，我们“十四五”很多可能是成本和质量。到2030年底，真正实现大规模商用，整个成本可以和传统汽车以及其他形式的电动汽车竞争。

在成本分析方面，我们做了一些工作，就是根据美国能源部每年发布的一个成本降低的趋势和模型，能源部发布的通过规模可以降低92%，技术进步8%。我们把同一个模型应用到中国的实际数据中，发现了一个很有意思的现象，及格规模可以降低，但达不到那么高的水平，大概60%左右，很大一部分还是要靠技术进步。这是有原因的，就是我刚才说的材料，因为如果你现在用进口材料，你的材料占成本的比重比较大，规模解决不了。规模是解决成品率，解决设备摊销和人工摊销，规模可以大幅度缩减，但物料吞吐规模的增长不会减少。所以未来中国要实现商业化，必须在核心材料上有所突破。

回顾整个行业的发展，其实它的进步真的取决于材料。刚才里面提到了质子膜，催化剂，扩散层。我们从60年代开始查技术的商业化或民用化，因为不计成本首先用于航天，成本很高。随着工业民用的研发，我们其实可以看到这些曲线在成本上是低了几个数量级的。例如，用于测试的膜……要很厚，原来是毫米级，现在是微米级，催化剂颗粒也是。现在是纳米级。随着这些材料的进步，这个行业的成本和技术水平也在不断提高。

至于行业预测，因为时间不多了，我简单说几个方面。第一，从能源的角度来说，氢能在未来的能源结构中会发挥很大的作用，因为现在每个国家都面临着如何减少能源结构中的碳。我们国内也有能源安全和环境保护，所以氢能加燃料电池这种清洁的能源使用和发电方式，是未来能源领域和交通领域连接两个行业非常有效和重要的方式。数据显示，到2050年，整个氢能将占全球能源结构的18%。中国的预测可能没那么高，但也能占到10%，每年能生产6000万吨氢气，可以减少7亿吨二氧化碳的排放，产值达到12万亿。

我们将氢的价格与电价和油价进行比较。按照这个模型，2023年氢的价格将类似于汽油，2030年柴油，2032年电价。到那个时候，2050年氢可能差不多十几块钱。一般概念是什么？乘用车跑100公里的话，可能十几块钱。9月4日至6日，由中国汽车技术研究中心有限公司、中国汽车工程学会、中国汽车工业协会、中国汽车报社共同主办的第十六届中国汽车产业发展国际论坛(TEDA)隆重举行。9月6日，长城控股集团威视能源科技有限公司总裁陈在第三届以“氢燃料电池汽车技术展望”为主题发表了精彩演讲。

以下为现场演讲:

各位领导、专家、业内同仁、媒体朋友们，你们好！我是长城控股集团威视能源科技有限公司的总裁陈，很荣幸受到论坛会务组的邀请，在线参与氢能产业发展的讨论，也介绍一下长城控股集团在氢能业务方面的一些研发情况。

我的报告分为三个部分，首先对行业的发展现状做一个简单的总结！然后，根据企业的发展情况，对发动机的性能改进和成本降低进行了探讨。最后，展望了氢能和氢燃料电池汽车的发展前景。

去年我读了易宝莲院士在TEDA论坛上的演讲。当时提到了一些行业数据。我把今年1-6月份的数据和一些相关的数据做了对比，列在下表里，分为10项。从这些数据的对比来看，很明显氢能和氢燃料电池产业的热度有了明显的提升。从从事这个行业的企业数量来看，去年大致接近400家，今年已经增加到519家。此外，各地区、省市也出台了一些关于氢能的政策。去年有36个省市，今年增加到47个，规划项目市值已经超过1万亿。

但今年上半年，燃料电池汽车的产销量仍然出现了较大幅度的下滑。去年上半年燃料电池车累计1400辆左右，今年可能只有580辆左右。主要有两个原因。一个是受疫情影响，期待已久的今年上半年氢能新政策还没有发布。希望今年下半年新政策发布后，这个行业的车辆数量会大大增加。

但是在加氢站的建设上，进程其实挺快的。去年，中国有61个加氢站。今年规划或在建、或已投产加氢站80座，增幅约31%。从产品研发的角度，从技术的角度，现在我们国家制造的大功率发动机，以及发动机使用的这些核心部件，比如电堆，空气压缩机，氢泵，以及电堆核心的膜电极和双极板。然后是车载储氢，比如高压储氢系统，就是氢气瓶和氢气瓶阀门。

在这些核心部件上，其实已经取得了突破。因为事实证明，其实还有很多大功率的反应堆或者发动机是我们国内企业达不到的。比如去年的公告中没有超过100千瓦的发动机，今年已经公布了几款。这些发动机的性能参数也有了很大的提高。比如去年它的功率密度大致是每升400到600W，今年有些产品已经达到了600到800W。催化剂的量也逐渐减少。去年可能是大家都用0.5毫克每千瓦的铂，今年基本可以是0.4。

从设计寿命来看，去年实验室的数据可以证明是10000小时以上，今年可以达到15000小时以上。不过这些数据都是实验室支持的，但是整车还是需要时间。随着越来越多的车辆通过这次演示，这项技术得到了全方位的验证。

第四个方面，在产业链的氢气供应中，产业链上游制氢和下游用氢的成本比较关键。让客户接受你的产品，氢气的使用成本和价格也大幅度下降，氢气的使用因地而异。比如广东佛山、江苏如皋，当地政府出台的政策是保证你能做加氢，今年或者以后每公斤能赚30元。去年提到了40元。当然也有一些商业运作，没有政府补贴成本还是比较高的，有时候高达六七十元。但从技术角度来说，还是有可能达到这样的每公斤20元的成本。比如美国有一家尼可拉做卡车，商业模式是用电解水制氢，成本可以达到20元以下。

总的来说，这个行业从核心技术来看，国产化程度比较高，性能指标基本和国外一些先进车企处于同一水平。要发展这一核心技术，就要从企业和产品的角度明确我们要发展什么样的技术，并解决这些pr……lems依赖于系统和平台，因为它是一个系统工程。

比如我们要根据一个应用场景来定义整车的性能，比如它的经济性、寿命性、舒适性、环境适应性、安全性。有了整车的定义，通过这个开发系统我需要什么样的发动机？发动机需要什么样的零件？就连这部分，它最后用的是什么材料？这样才能最终保证我的车辆能够全方位的满足市场或者客户的需求。

举两个例子，比如我们要从零下40度开始，那么当储氢系统和高压氢气瓶释放后，部分地区的温度可能会降到零下60度。用什么材料？为了开发，必须提前定义它。还有就是寿命，是用碳板还是金属板，它的技术路线能达到什么样的寿命，比如这些都是通过系统分解一层层开发出来的。有了这些资料，通过工程设计验证零件，然后集成系统，最后用整车做这些控制。

其实从整车开发整个平台或者流程是有一系列方法的。我们经常谈论人、机器、材料、方法和环境。这些系统化和标准化应该贯穿整个开发过程，以确保产品能够满足你的设计目标。这需要多方面的。比如，首先你需要具备虚拟设计、工程设计、工程产品和零部件验证的能力，最后你才能走到整车的层面，一步步验证你整个系列的所有材料、零部件、系统集成。

那么，经过四年的研发，长城汽车已经达到了国际国内头部企业的水平或第一梯队，在动力、效率、寿命、成本等方面都具有很强的差异化竞争力。当然，这些特性和产品的竞争力来自于一些核心技术，比如我们的引擎，需要实时动态监控栈的核心组件的健康状态，以保证其可靠性。对于控制，采用多变量闭环控制可以提高其环境适应性，通过氢气系统和空气系统热管理系统的模块化设计可以降低成本。通过一些智能的算法和手段，可以提高它的经济性和生活性。当然，需要通过一些模块化的设计来增加功率密度。

在整车开发领域，行业还没有达到一定的规模。一般采用现有的整车平台，然后将动力系统和储氢系统集成到整车层面即可。所以体积和重量也很重要。

刚才说发动机，发动机要发电，其实就像电池直接发电一样。燃料电池实际上是通过电堆发电，最后驱动电机。发动机的核心技术是电堆，电堆的功率必须达到一定的水平，发动机的功率才能达到最终的要求。目前国内100 kW以上的公司很多。现在可以做到了。比如我们国外的目标丰田已经在卖车了，容量大概114 kW。国内有几家公司，包括长城，有一系列产品可以达到115，120，130甚至140。从它的功率密度来说，比如每升可以产生3.3千瓦以上的能量，没有任何问题。

如果国内企业自主研发国产零部件，对于进口产品来说，在成本上也是非常有竞争力的。当然，在堆芯技术中也有下一堆的核心部件，比如它的电极和双极板，以及工艺的设计。这些都是业界这么多年一直在攻关的关键问题，现在能做到栈的高功率，其实也反映了这些技术已经达到了一定的水平。

刚才我提到了堆栈中也有核心组件。我刚才提到了里面的发电部分。像电池一样，膜电极有正极和负极。我们称之为阴极和阳极，是发电的核心部件。目前国内很多企业，尤其是新兴企业，在这方面已经有了很大的突破。长城在这方面也投入了很多。……自行研发的e膜电极技术和建立的工业线，年可达100万片，可满足上千辆车的需求。里面的技术因为时间原因就不详细解释了。

一般来说，它的成本是最关键的。成本一般分解的时候，有三个50%，大致是发动机的50%，电堆里50%的成本其实是核心部件，比如膜电极和双极板。膜电极和双极板，比如膜电极中的催化剂、隔膜、碳纸，我们称之为核心材料，其实占比更大，达到70%。我们国家现在从零部件往上走是可以的，但是核心材料，也就是刚才说的三大关键材料也是国产的，但是和国外进口相比还是有一定差距的。

然而，经过反复迭代，这些材料终于可以与进口产品竞争。另一部分是车载供氢系统。其实大家都很关心供氢系统，就是安全。我们搞的高压瓶，瓶阀，减压阀，其实都是从安全的角度来制定高标准的。首先，我们的企业标准高于国家甚至国际标准，比如生命周期。国标要求15000次，我们测了25000次。它的温度范围是，比如零下40度，我们都测到零下60度。这些都是保证氢气安全的措施。我们有强大的实验中心，所以在疲劳实验中，整个生命周期，包括很多环节，都是严格考核的。设计的安全系数也很高。

大家现在都觉得这个行业发展的一大瓶颈是氢气，一个是加氢站氢气用的少，一个是价格比较贵。从成本因素来看，从发动机的角度来看，其实它的成本主要是这些零件。一个是刚才说的电堆，主要的一个。为了保证空气和氢气的供应，有空气压缩机也很贵，氢气循环回路如氢气循环泵也很贵。但是从分解来看，我们可以把它分成几个层次，比如几百，几千，几万，几十万。如果我们看这件事，最后，核心要素其实是电桩。这只表的橙色是桩。随着数量的增加，总成本会降低。如果说每年有20%到30%的水平下降，随着数量的增加，总成本终于可以和乘用车的内燃机相提并论了。当然，这个时间段可能会很长。比如十三五我们做过技术研究，我们“十四五”很多可能是成本和质量。到2030年底，真正实现大规模商用，整个成本可以和传统汽车以及其他形式的电动汽车竞争。

在成本分析方面，我们做了一些工作，就是根据美国能源部每年发布的一个成本降低的趋势和模型，能源部发布的通过规模可以降低92%，技术进步8%。我们把同一个模型应用到中国的实际数据中，发现了一个很有意思的现象，及格规模可以降低，但达不到那么高的水平，大概60%左右，很大一部分还是要靠技术进步。这是有原因的，就是我刚才说的材料，因为如果你现在用进口材料，你的材料占成本的比重比较大，规模解决不了。规模是解决成品率，解决设备摊销和人工摊销，规模可以大幅度缩减，但物料吞吐规模的增长不会减少。所以未来中国要实现商业化，必须在核心材料上有所突破。

回顾整个行业的发展，其实它的进步真的取决于材料。刚才里面提到了质子膜，催化剂，扩散层。我们从60年代开始查技术的商业化或民用化，因为不计成本首先用于航天，成本很高。随着工业民用的研发，我们其实可以看到这些曲线在成本上是低了几个数量级的。例如，用于测试的膜……要很厚，原来是毫米级，现在是微米级，催化剂颗粒也是。现在是纳米级。随着这些材料的进步，这个行业的成本和技术水平也在不断提高。

至于行业预测，因为时间不多了，我简单说几个方面。第一，从能源的角度来说，氢能在未来的能源结构中会发挥很大的作用，因为现在每个国家都面临着如何减少能源结构中的碳。我们国内也有能源安全和环境保护，所以氢能加燃料电池这种清洁的能源使用和发电方式，是未来能源领域和交通领域连接两个行业非常有效和重要的方式。数据显示，到2050年，整个氢能将占全球能源结构的18%。中国的预测可能没那么高，但也能占到10%，每年能生产6000万吨氢气，可以减少7亿吨二氧化碳的排放，产值达到12万亿。

我们将氢的价格与电价和油价进行比较。按照这个模型，2023年氢的价格将类似于汽油，2030年柴油，2032年电价。到那个时候，2050年氢可能差不多十几块钱。一般概念是什么？乘用车跑100公里的话，可能十几块钱。各种模型正在探索这种氢的应用。现阶段我们认为在中大型SUV方面，其实它的场景还是存在的，应用领域是从全生命周期的角度来评价的。

因为供氢系统还没有那么普及，所以我们预计在2025年之前，燃料电池车的种类将主要用于这种定点、定线、定区域的商用车应用场景，但是在这些供氢设施完备之后，乘用车实际上将是最大的市场。我们在这里也安排了一个序列，可以渗透到不同的模型中。起初，我们有一些叉车，公共汽车，最后是乘用车或重型卡车。

最后简单总结一下，氢燃料电池其实是一种很好的储能，进而是能源结构升级和动力转换的重要途径。中国氢能产业的发展，通过规模的扩大，有助于降低成本，也有助于通过示范实现技术的不断迭代。另一方面，我前面也提到了，最后中国没有补贴实现真正的商业化，所以必须突破核心材料，不能依赖进口。最后我们现在只说车辆。事实上，氢是作为燃料电池发电的能源，只要需要电，燃料电池就可以用在很多领域。比如热电联产，也有大电源，汽车、轮船、航空都可以用。

由于时间关系，我的报告就到这里。如果需要更多信息，可以扫描二维码。感谢您的聆听。

(注:本文根据现场速记整理，未经发言人审核。)现在各种模型正在探索这种氢的应用。现阶段我们认为在中大型SUV方面，其实它的场景还是存在的，应用领域是从全生命周期的角度来评价的。

因为供氢系统还没有那么普及，所以我们预计在2025年之前，燃料电池车的种类将主要用于这种定点、定线、定区域的商用车应用场景，但是在这些供氢设施完备之后，乘用车实际上将是最大的市场。我们在这里也安排了一个序列，可以渗透到不同的模型中。起初，我们有一些叉车，公共汽车，最后是乘用车或重型卡车。

最后简单总结一下，氢燃料电池其实是一种很好的储能，进而是能源结构升级和动力转换的重要途径。中国氢能产业的发展，通过规模的扩大，有助于降低成本，也有助于通过示范实现技术的不断迭代。另一方面，我前面也提到了，最后中国没有补贴实现真正的商业化，所以必须突破核心材料，不能依赖进口。最后我们现在只说车辆。事实上，氢被用作燃料电池发电的能源，只要需要电，燃料电池就可以用在许多领域……d.比如热电联产，也有大电源，汽车、轮船、航空都可以用。

由于时间关系，我的报告就到这里。如果需要更多信息，可以扫描二维码。感谢您的聆听。

(注:本文根据现场速记整理，未经发言人审核。)

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