欧盟实现碳中和的氢燃料电池技术经济分析

张强 姜明慧 郝旭辉 王永军

（中国第一汽车股份有限公司创新技术研究院，长春 130013）

主题词：碳中和 氢能 氢燃料电池汽车 FCH JU

1 前言

2015年12 月，欧盟与全球195个国家在巴黎签署了具有里程碑意义的《巴黎协定》，这是一个非常重要的国际组织的承诺。作为全球协作的重大突破，《巴黎协定》的签署备受全球瞩目，其目标是采取具体措施减缓全球变暖，减少温室气体排放，降低气候变化给全球带来的威胁。世界主要国家已就气候控制达成基本共识，即相较于工业革命前，全球温度的升高幅度必须控制在2 ℃以内。

欧盟在缓解全球变暖有很多技术战略举措，其中重要的是包括氢能与氢燃料电池技术开发，这是欧盟实现可持续发展目标的重要举措。氢燃料电池联合承诺计划（FCH JU）就是在这样的大背景下成立的，在可预见的未来，欧盟将FCH JU置于清洁、可持续的能源运输和能源的最前沿。2003年欧盟在氢能愿景报告明确了氢能的重要性和可持续能源系统中氢燃料电池技术的重要地位。这是第一个里程碑，即欧盟第1 次将氢和燃料电池视为欧盟委员会的一个重要议题。

1.1 燃料电池和氢能—从历史中学习[1]

1973年石油输出国组织（OPEC）宣布了一项禁运，石油的价格迅速翻了两番。经济和技术的繁荣戛然而止。对于世界各国政府来说，OPEC 的禁运是一次重大打击，强迫各国政府改变他们的能源战略。欧洲各国政府意识到依靠无法控制的石油来源或无法控制安全可能导致危机再次发生。这迫使欧洲各国政府不可避免地要寻求和开发替代能源，包括到风能和太阳能等可再生能源。

1.2 让愿景成为现实：开启FCH JU计划[1]

清洁能源转型在技术上具有更大的颠覆性，欧盟认为这项技术的全球性比任何以往的工业变革都会更加激进。美国经济和社会理论家，杰里米·里夫金（Jeremy Rifkin）认为世界的未来是碳后期，可以用'第三次工业革命'这样的词语来形容世界碳后期。

基于经济、清洁、丰富、无限和可再生的特征，氢燃料电池技术的优点是众所周知的。正是20世纪70年代的石油危机改变了人们的态度，能够在一夜之间激发能量，催化欧盟长达50年向清洁能源的过渡期。欧盟认为这段旅程也是能源产业的一场革命，即突出了氢燃料电池的潜力，是未来欧洲实现可持续能源的桥梁，其中电力和氢能将成为主要的能源载体。

到20 世纪90年代，欧洲越来越依赖化石燃料进口。欧盟担心这可能会严重破坏欧洲经济，当时的欧盟委员会主席罗马诺·普罗迪具有很高政治意识，认为氢燃料电池是解决能源可持续发展的解决方案之一，他是欧盟清洁能源系统的重要推动者。

欧盟委员会2000年11月发表了“迈向欧洲安全战略”的绿皮书，其中的“能源供应”概述了欧洲面临的双重挑战，以保护其可持续的能源供应和应对气候变化。这份重要的咨询文件确定了欧洲需要积极的能源政策，以确保可再生清洁能源和应对全球气候变暖带来的威胁。

1.3 “一个新的通用能源载体”[1]

绿皮书中包括建议加强氢能研究。即使在这个早期阶段，氢被公认为优先解决方案，作为未来“车辆的燃料”以及清洁的城市交通的基础。氢作为潜在的普及能量载体引起了欧盟的特别关注。

在世纪之交的几年后，欧盟为大约70个研发项目提供资金，其中CUTE 示范项目正在欧洲9 个城市进行中，包括氢燃料电池公共汽车队。马德里于2003年6月开始运营这些首批公交车队。欧盟成功实施了如CUTE 示范项目，同时也批准了为期4年的欧盟研究项目增资框架计划。

作为新兴技术，氢燃料电池面对一个复杂的相互关联的市场，包括技术、融资和公众的认知。即使氢燃料电池示范项目在一个地区实现了里程碑发展，往往在长期的可持续部署加氢站仍有很多障碍。原因是建设加氢站的效果与开发氢动力汽车的矛盾，公众不会购买不方便加氢的汽车，而私营企业则不愿意投资建设加氢站，氢动力汽车的用户不多，并没有达到可以建立加氢站的需求。

欧盟决策者意识到，只有实现足够数量的氢动力汽车、氢动力开发者或氢动力的创新者，氢能才能实现在大量运输系统方面的应用。这种“临界批量”的观点对于能源研究和开发架构的发展变得越来越重要。

2 合作促使战略愿景成为现实[1]

为了实现欧盟的氢气雄心壮志，不断创新各部门之间的合作，明确氢能战略愿景至关重要。专家们认识到不能采用传统研究和开发方法，认为能源的综合发展与运输部门的早期参与尤为重要。

在氢能推进中研究人员认识到合作是成功交付氢燃料电池技术的关键。摆在面前的挑战是不容怀疑的，必须成立一个机构，能够发展伙伴关系并实施未来的氢燃料电池能源系统的机构，这样的能源系统将消除或大大减少当前所面对的那些消极面。2002年欧盟成立了氢燃料电池技术高级别工作组，这一决定不仅铺平了最终成立氢燃料电池联合承诺（FCH JU）计划的道路，也使欧盟认识到氢能是未来清洁能源的转折点。在高级别工作组成立大会上，专家们表示氢燃料电池技术有望在未来经济社会中发挥关键作用，电力和氢能将是可交互的能源载体。

高级别工作组由19个氢能利益相关者，包括研究机构的代表、行业、公共机构和最终用户。在6个月内高级别工作组编制了氢燃料电池发展概述，包括可持续的氢经济发展时间表，提出了燃料电池技术实现可持续能源的发展需求。

高级别工作组的关键建议包括氢来源，与氢燃料电池技术合作伙伴关系的战略研究议程、氢产业部署战略和欧洲氢能技术路线图。高级别小组的基本建议就是把氢燃料电池作为集成开放能源系统，解决能源与环境的挑战，与间歇可再生能源的多样性相适应。

通过战略规划，加大氢的研究、加大开发和部署燃料电池技术力度，更结构化的方法使氢能源政策、研究、教育和氢能意识发展起来。协调是最基本条件：即在产生至关重要的临界批量时，协调相关方的利益，包括市场准入的必要条件。

高级别小组也强调了基于氢经济的先期研究、开发和部署的燃料电池投资规模和固有的风险。解决这些障碍的关键在于跨行业和跨境合作，这些都离不开公共机构的支持。

他们相信这些努力是可以获得回报的。为此欧盟编制了战略研究议程，目的是集中最有效地研究资源，研究有前途的解决方案。在欧洲汇集一流研究机构，协调统一实现很多项目战略目标。

高级别小组的最终报告清楚地表明，欧盟氢愿景的实现取决于政策、复杂商业互动和学术界的努力。欧洲必须努力大幅提升预算，建设和部署有竞争力的氢技术和燃料电池工业。这不应该留给在个体层面上，而是在全面成员国层面上开展工作。获得全球领导力需要一个欧洲一体化战略，包括氢燃料电池研究、开发、示范、市场准入等。

高级别小组呼吁立即组建公私合营的伙伴关系，应该包括在欧洲的氢能专家、政策制定者和其他利益相关者，最重要的是要建立创新公司，研究氢燃料电池技术。

2.1 FCH JU 项目资助[1]

2006年在积极制定了战略文件之后，欧盟也建立了战略研究议程、部署战略和实施计划，欧洲氢燃料电池技术平台（HFP）专家们认为，在欧洲向新的清洁能源技术转型中，氢燃料电池可以发挥关键作用。但要打入主流运输和动力市场，需要共同的研究，制定氢燃料电池部署策略和制定具体的开发氢能目标。

2008年5月30日，在欧盟委员会工业和研究组织的公私合作伙伴关系领导下，根据理事会条例，设立了氢燃料电池联合承诺（FCH JU）计划，旨在加速发展氢燃料电池技术的部署。在行业主导的构架下，FCH JU计划积极推动公共和私人利益共同发展，加强工业承诺推进这项技术发展。

2.2 项目结构和项目使命[1]

第1 研究框架下运作的FCH JU 计划项目代号为FP7，预算为9.4亿欧元，项目持续了6年，2014年完成了第1阶段任务。该项目成功支持了基础研究、技术开发、燃料电池和氢能的示范活动，并获得了欧盟的广泛认可，根据“欧盟地平线2020”决定继续并扩大氢燃料电池项目资金框架计划。

这一阶段项目将持续到2020年，项目预算至少为13.3 亿欧元，涉及欧盟委员会、欧洲氢能工业工作组和欧洲氢能研究工作组，项目总体目标见表1。

表1 FCH JU 项目目标

在欧盟的联合承诺中，FCH JU 是独一无二的、三方公私合作伙伴的方式开发和部署氢燃料电池技术合作项目，该项目超越了单一公司或公共研究机构的财务方面承诺、资源和能力。FCH JU计划围绕2个主要研究项目建立的，是欧盟重要创新的支柱。

（1）能源系统覆盖用于动力和热电联产的燃料电池发电、氢气生产和使用氢可再生能源发电。

（2）覆盖全部交通运输，包括覆盖公路车辆和非道路移动车辆，如建筑工程车辆、加油基础设施和海运、铁路和航空应用（图1）。

图1 FCH JU 项目结构[1]

FCH JU计划总体项目预算见表2，其中34个跨领域项目，包括标准、安全、教育、顾客知晓等，共3 900万欧元；114 个能源项目，包括氢生产与分销和储存等，共3.54亿欧元；52个交通项目，包括公路车辆与非公路移动设备、加氢站、船舶、铁路和航空应用，共3.37亿欧元。

表2 FCH JU计划总体项目预算

辅助和支撑项目是第3 大支柱，包括交叉学科子项目，包括安全问题、标准、消费者意识、制造方法和研究。

FCH JU 的首要目标是研发未来普遍应用和部署的先进技术，该项目是通过年度公开招标，来获得竞争性的提案，以确保这些提案真正是由市场需求来决定的。

FCH JU 研究与开发项目经费是以提供财政支持的形式，提供给那些有希望的研究和示范项目提案。这些提案必须按选定标准、通过严格独立的一系列评估程序并获得最高分。

自2008年以来，已有200多项研究和示范项目通过分享来自欧盟的约7.3 亿欧元资金而受益。这个FCHJU 资金的“桥梁”作用使欧洲一些顶级研究团队将他们的专业知识用于推进这些关键技术和推进降低技术成本，提供真实的氢燃料电池测试，确保用户有机会体验氢燃料电池技术的好处。

FCH JU 的公私三大工作组的核心优势是确保最有希望刺激工业进一步投资、开发和生产的能力。通过引入这些技术获得市场突破，FCH JU 起着至关重要的作用，确保提供氢燃料电池技术潜能。

3 氢燃料电池技术平台与技术基础

2004年1 月，随着欧洲氢燃料电池项目的推出，标志着迈向联合承诺的第一步得到了落实，并开始了氢燃料电池技术平台的构建。在氢燃料电池平台成立的发布会上，Romano Prodi 说：“我们的目标就是到本世纪中叶，逐步实现基础于可再生能源体系的完全一体化的氢经济为”。然而，要将这一愿景变为现实，欧洲需要加大研究投入，实施更大范围的示范和部署项目，需要适合未来氢经济的法规和标准。欧洲国家只有团结起来，共同努力才能拉动欧洲的公共和私人资源，以协调一致的方式才能取得成功。这就是我们推出欧洲氢能经济伙伴关系的原因。

Joaquin Martin-Bermejo，作为欧盟氢燃料电池技术平台Mirror Group 秘书长，他表示，欧盟氢燃料电池技术平台是推动欧洲氢能发展的最佳方式。欧盟15国在当时现有的研究和技术开发现状，以各自独立的发展方式是不能够形成规模经济，欧洲需要团结起来，整合金融和其它资源，开发先进的氢燃料电池技术并推向市场，参与拥有先进技术的美国和日本的国际竞争。

平台第一次将欧盟委员会、工业和其他来自氢燃料电池和氢能的利益攸关方汇聚在一起，包括供应链，欧盟致力于将氢投入到清洁能源地图中。

平台的任务是确定“颠覆性”的触发器式的技术，并将它们纳入整体氢燃料电池发展计划中。需要有意识地制定针对早期市场的适当市场策略，并建立大规模示范项目，推动氢燃料电池项目进入公众领域并加速市场融入进程。平台在2004年至2007年期间发挥了关键作用，为氢能开发奠定了基础，采取了决定性的步骤来发展共同的能源政策。平台为创建燃料电池和氢联合承诺计划奠定了基础。

氢燃料电池技术可以改变交通运输行业3个关键领域：能源、动力系统和基础设施。欧盟的政策环境是另一个因素，来推动氢燃料电池技术。国际能源署的技术路线图报告指出，氢可以帮助实现低碳运输，氢将可再生能源融入能源系统，并对工业企业脱碳做出贡献。氢能不再是在政治和立法辩论的边缘，欧盟已经认识到氢燃料电池技术是欧洲低碳转型的关键推动因素。

氢燃料电池技术的优点

（1）氢燃料电池仅排放水，不产生二氧化碳排放，是应对全球变暖的关键技术，燃料电池不产生大气污染物，如氮氧化物，SOx或颗粒物质。

（2）氢燃料电池发动机没有运动部件，其运转安静可靠。

（3）氢燃料电池发动机不依靠燃烧来释放能量，这使其效率很高，热损失很少。

（4）氢燃料电池用途广泛：可以用做车辆动力，可以用于固定式发电机或采暖，可以用于家用发电，也可以用于工业发电。

有4 种类型的燃料电池，都是基于相同的原理，即将氢和氧转化为电能或制热。通常按燃料电池使用的电解质类型进行分类，因为电解质决定了化学反应类型。主要包括碱性燃料电池、质子交换膜燃料电池、固体氧化物燃料电池和熔融碳酸盐燃料电池，不同类型的燃料电池技术平台信息详细见表3。

表3 燃料电池技术平台

（1）碱性燃料电池

碱性燃料电池（AFC）是第一个开发和部署的燃料电池技术，主要是用于美国太空计划。AFC使用氢氧化钾溶液作为电解质，通常在约150～200℃的温度下运行。AFC的效率约为70%，取决于电极上的铂催化剂含量。

（2）质子交换膜燃料电池

质子交换膜（PEM）燃料电池使用聚合物电解质，通常是氢原子可渗透形式的薄膜。PEM 需要每侧都有铂催化剂。虽然效率不高，通常约为40～50%，但其价格较低，工作温度不高，使其成为理想的家庭发电装置，汽车应用的前景广阔。此外与AFC 不同，PEM不用液体因此可以避免电解液泄漏。

（3）固体氧化物燃料电池

顾名思义，固体氧化物燃料电池（SOFC）依赖于固体电解质，通常是金属氧化物。这些电池效率约为60%，但运行温度约为500～1 000°C。这个高温意味着SOFC不需要铂催化剂来进行催化反应。废热也可以被用来生产蒸汽，从而获得更多的电力。SOFC 运行时无污染、无噪音，适合城市使用。

（4）熔融碳酸盐燃料电池

熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）使用熔融的碳酸盐混合物电解质。与SOFC类似，MCFC在650°C的高温下运行，因此不需要铂催化剂，降低了生产成本。MCFC运行的效率较高，并且可以使用天然气或沼气，其副产品可能对其它燃料电池类型的催化剂有毒害作用。

4 欧洲氢燃料政策进展[1]

在欧洲的能源政策中，2007年氢燃料电池技术首次在欧洲战略能源技术计划（SET-Plan）中获得认可，氢燃料电池技术的商业化被作为“未来十年的关键欧盟技术挑战”。SET-Plan 呼吁改革研究经费制度，要在“燃料电池和氢联合技术倡议”下，在公私合作伙伴关系下开展欧洲新兴产业的研究和示范项目。

能源和气候政策要求能源系统要提升效率，同时还要保障脱碳后能源系统的安全，氢燃料电池技术方案应作为最高优先级。值得注意的是，2016年可持续能源安全系列政策突出了欧洲天然气的重要性，能源转型中欧盟有史以来第一次将固休氧化物氢燃料电池作为最接近市场成熟的创新和高效的技术。

2016年11 月清洁能源适用于所有欧洲的系列政策突出了可再生气体的作用，包括绿色氢，可再生能源目标。FCH JU 持续支持绿色制氢和储存。但是，包括储存在内的氢能的开发尚未充分发挥潜力，在欧洲委员会关于2017年能源工作中，优先考虑的是综合储能解决方案。

2050年欧盟温室气体排放减排目标是60%，交通运输领域在2020年使用再生能源的可以贡献10%的份额，这个目标份额可以部分通过清洁、绿色、可再生的氢能来满足。欧盟不断对二氧化碳法规进行审查，二氧化碳限值在持续降低，这可以促进创新的氢燃料电池电动汽车动力系统快速转化为可行的商业化。同时2014年替代燃料基础设施指令促进了欧盟成员国将氢气纳入其国家规划中，包括加氢站的部署。

5 欧盟氢燃料电池技术成熟度水平

氢燃料电池技术是一种创新技术，在研发、示范和应用过程中存在不同的成熟度。欧盟采用了美国宇航局开发的技术成熟度水平（TRLs）的评估方法，评估氢燃料电池技术从原理、原型设计开发到产业化应用中9级技术成熟度水平（表4）。

表4 技术成熟度水平

根据2018年9月罗兰贝格咨询公司为FCH JU计划项目编写的研究报告表明，欧盟在交通领域的成熟公交、轿车、城市物流车、重型卡车和轨道车辆使用氢燃料电池技术成熟度达到了7 级（图2），即普遍完成了原型演示与示范运行，包括轿车在环境友好、部署和示范运行环境方面取得了很多的经验。

图2 基于关键评价准则的燃料电池技术应用成熟度评价[2]

6 燃料电池的技术突破

欧盟氢燃料电池产业相关制造商、研究机构多年来从实验室到产业示范，不断进行技术测试和改进，不断提高氢燃料电池的寿命和可靠性，这是提高其商业潜力的关键。FCH JU 不断推动示范项目开展，提高了TRLs 水平，有效地促进了欧盟研究机构与产业的合作，在氢燃料电池技术的多个领域取得了突破（见表5、表6和表7）。

表5 技术突破项目指标

表6 NANO-CAT项目催化剂技术突破[3]

表7 SMARTCAT项目催化剂技术突破[3]

6.1 膜电极组件

燃料电池堆核心的重要组成部分是膜电极（MEA），MEA 研究的重点是其催化剂铂的载量。目前，大多数燃料电池的催化剂均为铂，如何降低铂载量或寻找其替代品，同时又保证燃料电池堆性能是燃料电池研究的核心任务之一，是降低电池堆成本重要措施之一。

由于行业研究之间的有效合作，低成本催化剂的研究活动取得了成功。CNRS（Center National de Recherche,Scientifique）和Johnson Matthey Fuel Cell 等研究机构研究了含有超低铂的燃料电池寿命，CNRS 参与了IMMEDIATE（2013-2016）PEM燃料电池项目，他们采用了装载量最少的铑或铂MEA 的燃料电池堆能够在高于100°C的温度下可靠运行。由于非常好的性价比，宝马公司决定在其氢燃料电池汽车产品开发中采用CNRS 和Johnson Matthey Fuel Cells 项目的电池堆方案。

具有较高水平的TRL 项目涉及所有三个组织紧随其后，旨在增加制造准备水平，以质量为目标生产。Volumetriq 项目，从2015年开始运行至2019年，正在研究能够高的PEM 燃料电池组件功率密度和量产能力嵌入式质量控制。与此同时，另一个FCH JU资助的项目，Inspire（2016-2019）正在寻求发展随着时间的推移降低功率衰减的电堆，年产量为50 000台，低于50欧元/kW。此外，FCH JU鼓励研究寻找方法简化制造过程。目前，很多MEA 在实验室中手工组装，未来半自动或理想的全自动化制造和装配将实现规模经济。

6.2 乘用车燃料电池堆

AUTO-STACK CORE 是欧盟FCH JU 的重要项目之一，是FCH JU在交通运输领域的技术平台，是大幅度提高规模经济重要技术支撑，通过OEM 投资，成本通过共享来实现用于不同车辆和车辆级别的电堆硬件。该项目已经看到平台电堆的重量级别与系列功率的型谱关系，燃料电池技术还有进一步的空间改进，FCH JU 推动的合作正在使欧洲燃料电池堆更接近市场需求。

FCH JU 燃料电池电堆已经经过了几代研发，功率密度、经济性和寿命等指标已经取得了突破性进展，一些技术指标已经获得了突破（见表5），基本上接近了汽车主机厂苛刻的技术要求，获得了社会的认可，已经开始在汽车主机厂限量生产。

近年来欧盟仍在继续推进氢能与氢燃料电池项目，努力提高技术成熟度，达到批量生产和商用化大批量应用的8到9级。2017年7月，德国启动了“Autostack 行业”项目，该项目融资6 000 万欧元，项目工期为三年，项目宗旨是实现自动化组装高品质、高性能的电堆，这是一个燃料电池汽车大规模上市的先决条件。通过这个新项目，欧盟将整合零散的资源，构建完整的工业化生产燃料电池汽车版图。这项努力的主旨是提高燃料电池性能、使用寿命和可靠性，同时降低成本。该项目是由国家氢和燃料电池组织技术（NOW）协调的国家创新计划氢和燃料电池技术（NIP）项目的一部分。这是欧盟充分利用欧洲的研究和创新资源，激发灵感并支持行业合作的重大国家举措。

7 氢燃料电池示范运行与技术经济分析

7.1 氢燃料电池公共汽车示范项目

氢燃料电池正在进入发电市场以及运输、工业和住宅领域，因此，在CO减排和加强能源安全方面发挥了重要作用。然而，这仍然需要广泛的公共和私人加强研究和开发（R&D），以实现技术突破并带来这些商业成熟技术。FCH JU 在积极发挥主导作用。优先研发议程，关注最关键的研发项目活动，组织跨地区示范与应用项目，分配基于投资回报率（ROI）项目资金。支持燃料电池公共汽车的发展是FCH JU的一项重要的战略举措，包括从产品制造到可行的商业案例。

虽然燃料电池公共汽车在购买价格上仍然比传统的柴油公共汽车贵，FCH JU 积极支持实现这些公共汽车业务场景的商业化。价格差异不可避免地会降低了技术改善和实现规模经济的愿望，FCH JU 积极鼓励各方参与到项目中，以进行更现实的评估燃料电池公共汽车使用成本，FCH JU 为每辆燃料电池公共汽车的购置增加了200 000欧元预算。为打开市场大门，FCH JU开展了JIVE项目，在欧洲主要城市部署139 辆燃料电池公共汽车，帮助行业实现所需的商用化经济规模，这是欧洲最大规模的氢燃料电池公共汽车示范项目。

FCH JU 成功在科隆、伦敦等欧洲城市大规模部署氢燃料电池公共汽车，公众实实在在体验到了氢燃料电池公共汽车运行带来的清洁空气和无噪音的良好环境，各国政府和民众支持对更大范围和更大规模的部署氢燃料电池公共汽车，初步估计200～300辆公共汽车已经上升到900多辆。通过示范运行展现对氢燃料电池技术的信心，也是进一步降低商用化进程循环的成本，是降低其它潜在城市部署燃料电池技术的投资、运营和制造商风险的重要举措。

7.2 氢燃料电池轿车示范项目

尽管传统内燃机汽车经历了持续的技术改进，其使用中的排放物在持续降低，虽然政府在燃油税和其它政策措施上不断激励传统汽车发展，但是其对化石燃料的依赖使其无法在极其严格的环保法规中可持续生存，FCH JU 认为内燃机汽车正在临界期寿命的终点。氢燃料电池技术在其它替代燃料技术中是最理想的解决方案。目前氢燃料电池轿车的续驶里程已经达到了500 km，不久将达到800 km，加氢时间也已经达到了传统汽车的水平。

巴黎已经拥有60辆燃料电池出租车，是最大的世界上燃料电池出租车车队，计划增加数百辆。其他汽车共享计划正在部署使用这些清洁可靠的出租车，汽车制造商开始为消费者制造氢燃料汽车，当然与之配套的加氢站仍是阻碍氢燃料电池汽车发展的主要因素之一，包括城市加氢站建设的规划、充足的供应，以提升消费者信心。

为加快氢燃料电池轿车的部署，FCH JU 资助了一系列项目，最大的FCEV（燃料电池电动汽车）示范项目是HyFIVE和H2ME。HyFIVE有已经投入运行的185 辆氢气车辆和6 个加氢站。市场的轿车来自5 个全球领先的汽车公司：宝马、戴姆勒、本田、现代和丰田。该项目成功部署在3 个不同区域、6 大欧洲城市的氢燃料网联，即伦敦、哥本哈根、因斯布鲁克、慕尼黑、斯图加特和博尔扎诺。

FCH JU 还资助了欧洲氢能储运（H2ME）项目，该项目汇集建立了欧洲氢运输与加氢站网络，主要在法国、德国、英国和斯堪的纳维亚等国家部署，显著扩大欧洲的燃料电池车辆使用和加氢站网络建设。H2ME是迄今为止最大的FCH汽车示范项目，测试来自领先的汽车主机厂的最新技术和加氢站建设与供应。H2ME 项目于2015年开始部署了29 个氢气加油站和325 辆车。2016年H2ME2 项目又增加了20 个加氢站和1 100辆氢燃料电池轿车。

7.3 氢燃料电池汽车示范与技术经济分析

FCH JU 多年来在欧盟主要国家和城市协调部署了大量的氢燃料电池汽车与加氢站建设和示范运营项目，为氢燃料电池汽车大批量商用运营奠定了技术与经济基础，丰富成果见表8，为全球氢燃料电池技术发展中起到了重要的引领和示范作用。

表8 FCH示范项目技术成果[2]

罗兰贝格在其研究报告中对城市氢燃料电池客车和轿车进行了技术经济与环境评估，评估的主要结论是，2017年氢燃料电池客车的成本比最初的原型车有显著下降，但生命周期成本（TCO）比柴油客车高40%～50%，约为3.75 欧元/km，未来仍有很大的降低成本潜力。在氢燃料电池所有的应用中，客车的应用是最接近商用水平的，预计会有更多的汽车主机厂在城市中投放客车。燃料电池客车的续驶里程达到了250～450 km，加氢时间为7～15 min（图3）。

图3 氢燃料电池客车技术经济与环境评估[2]

同样，罗兰贝格在其研究报告中对欧盟的氢燃料电池的轿车也进行了评估（图4），表明氢燃料电池轿车的TCO比柴油高40～50%，氢燃料电池轿车TCO约为0.57 欧元/km，也有很大的降成本潜力。罗兰贝格的研究报告结论是：氢燃料电池技术商业化已经接近成熟，随着加氢站的不断部署，领先的汽车主机厂将不断引入氢燃料电池汽车。氢燃料电池轿车的续驶里程已经达到了350～700 km，最高车速达到了160 km/h，加氢时间为3～4 min。

图4 氢燃料电池轿车技术经济与环境评估[2]

通过大规模示范和部署氢燃料电池汽车，FCH JU获得了现实运行条件下的第1手资料和信息，这些信息的为氢移动出行的技术经济分析和发展奠定了坚实的基础。根据Tractebel和Hinicio 2017年联合发表的研究告报（STUDY ON EARLY BUSINESS CASES FOR H2 IN ENERGY STORAGE AND MORE BROADLY POWER TO H2 APPLICATIONS），典型的公交客车车队为20 台，每年运行307 天，在城市每天运行250 km,氢燃料电池车经济性为10 kg/100 km,每天每台车氢消耗量为25 kg。公交客车加氢站需要35 MPa的压力,加氢站（泵端）可接受的价格为6～7 欧元/kg（表9）。

表9 移动出行案例[4]

根据2018年Element Energy Limited 发表的研究报告（Strategies for joint procurement of fuel cell buses—A study for the Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking），燃料电池客车生命周期分析（TCO）分析表明，基于2020年的目标价格，随着批量的增加，成本下降，燃料电池客车将可以与纯电客车进行竞争（图5）。

图5 法国客车生命周期成本分析（TCO）[5]

在FCH 最新的项目评估报告中，通过在法国Albi场景分析，获得了在氢移动出行方面很有价值的数据，与2017年数据相比，2025年后氢价格、净利润、服务净收益投资回报期等数据将有很大改善（表10），这为2025年后氢经济的发展提供坚实的基础数据。同时报告也指出了在税收、车队规模、加氢价格等方面关键风险因素，为今后氢经济的发展提出了努力方向。

表10 移动服务与氢经济分析[4]

通过大规模的示范运营可以看到，氢燃料电池汽车正在为欧洲清洁空气和环境友好做出了贡献，这是一项清洁交通的核心技术，通过持续的技术改进和不断的政策激励，欧盟相信未来氢燃料电池汽车将是推动欧洲清洁移动出行的重要举措，在2018年FCH JU发布的氢燃料电池研究报告中，对氢燃料电池汽车的部署示范运行制定了中期和中长期规划（表11 和表12）。其中到中期（已确定）的2022年，欧盟将部署168 台公共汽车、1011 台轿车、17 台卡车和89 座加氢站。中长期燃料电池公共汽车、卡车、轿车和加氢站的部署将大幅度提升，已经接近规模市场经济水平。

表11 中长期氢燃料电池技术应用部署规划[2]

表12 中期燃料电池应用项目（已经确定项目）[2]

Chardonnet 的早期商业案例研究报告还指出，氢能将为欧盟的低碳化社会效益做出巨大贡献（表13），到2025年，每辆车将减少1.9 t 的CO排放（按20 000 km 路行驶里程），每1 kg 氢可以获得0.2（欧洲大陆）～0.4（英国）欧元的收益。

表13 低碳化的社会效益[4]

8 结束语与展望

欧盟在氢燃料电池技术的应用与发展达成了共同愿景与目标，建立了FCH JU 联合承诺计划。经过10年的努力，联合企业、研究机构和大学，为欧洲开拓了最前沿的氢燃料电池技术，建立了氢燃料电池在交通运输、航空、航海和固定发电的技术平台。

在FCH JU 独特的组织构架下，建立了政府公共事业战略合作，联合研究机构和企业规模部署了氢燃料电池项目，使得氢燃料电池在交通运输领域的技术应用成熟度达到了7级。

通过FCH JU 的合作与交流，氢燃料电池技术取得了重大进展，关键领域技术和指标取得了突破，生命周期成本进一步减低，燃料电池性能、可靠和耐久性和效率指标有明显的提升。在FCH JU大框架下使欧洲的氢燃料电池技术在世界保持领先地位，更高效地促进了氢燃料电池专业知识交流，同时为绿色氢能产业的发展建立了规模发展框架。

在FCH JU 的推动下，欧盟正在加速氢燃料电池汽车的示范运行项目，为大规模进入市场提供坚实的技术经济基础，为欧盟能源与交通运输实现脱碳的愿景提供创新的动力，为未来的技术应用研发先进技术，为未来的技术应用搭建示范运营桥梁。

FCH JU 在中长期仍将加大燃料电池汽车的示范运行，展望未来2030年，欧盟燃料电池轿车、公共汽车将是一个负担得起的很方便的移动出行选择。随着欧洲2030年的气候和能源目标的实现，氢燃料电池将成为减少CO排放目标的主要贡献者，预计在1990年基础上排放量将减少40%，包括氢能在内的可再生能源将占欧洲的27%能源需求，能源效率将提高27%。

2020年12 月欧盟最新的目标是在1990年基础上减少CO2排放55%，这将为氢燃料电池技术发展提供更大的空间。

到2050年，在FCH JU 和欧盟各国政府的共同努力下，将呈现大规模的氢燃料电池市场扩张和零排放运输。氢燃料电池和氢能技术将促进交通领域零碳排放的愿景成为现实，FCH JU 正在为欧盟开启绿色能源之旅。