中国燃料电池电动汽车市场化分析与预测

于 茹， 王晓莉， 张志文

(1. 中北大学 财务处， 山西 太原 030051； 2. 中北大学 能源动力工程学院， 山西 太原 030051)

0 引 言

能源危机与环境污染是21世纪全球面临的重大问题。 传统内燃机汽车所带来的能源消耗和环境污染日渐严重， 新能源的崛起已势不可挡。[1]推进能源发展方式的转变， 开发新能源汽车已刻不容缓。[2]燃料电池电动汽车被认为是电动汽车发展的终极目标， 在燃料上摆脱了传统能源的依赖， 实现了零排放， 推动燃料电池电动汽车的发展不仅能有效改善中国能源结构， 而且能更好地推动交通领域向低碳型转变。[3]

在20世纪60、 70年代， 美国最先使用燃料电池， 将燃料电池作为主要电源应用于航天飞机领域。[4]日本是世界上最大力度推广燃料电池及其技术的国家， 2002年底， 丰田公司自主研发的第一批燃料电池电动汽车正式投入市场， 同时也是在世界范围内最先将燃料电池汽车商业化。[2]目前， 世界各国都在大力发展燃料电池技术及电动汽车， 其中， 加拿大、 法国、 韩国、 中国在发展燃料电池事业中取得显著成果。[5]

中国政府大力推广燃料电池和燃料电池电动汽车技术的发展， 并将其纳入国家“863”重大科技项目， 同时在北京奥运会及上海世博会上示范运行了中国自主研发的燃料电池轿车与客车。 2016年11月， 科技部与财政部、 北京市、 上海市、 GEF及UNDP联合， 成功举行了两期“中国燃料电池公共汽车商业化示范项目”， 并取得了显著成效。[6-7]

1 燃料电池电动汽车市场分析

1.1 燃料电池电动汽车国内市场

氢燃料电池汽车因为使用再生能源， 在整个燃料的生产过程及其供应环节， 达到了绿色无污染的效果。 就目前来看， 中国氢燃料已逐渐发展为“东西南北中”五个产业布局。 其中东部区域氢能发展最为广泛， 是中国燃料电池车自主研发设计以及示范最早的地区。[8]截至2019年6月底， 该区域共有规模情况如表 1 所示。

表 1 中国氢能产业总体布局(截止2019年上半年)

从目前发展情况来看， 中国燃料电池电动汽车有很大的发展空间。 由数据可以看出， 中国燃料电池电动汽车的销量呈现快速增长趋势， 从2015年到2019年， 由10辆增长到2 737辆， 可以清楚地看出2019年的销量与2015年的相比翻了 272.7倍。 其中， 2019年中国燃料电池电动汽车销量和产量又上一个台阶， 分别是2 833辆和 2 737辆， 与2018年相比分别增长85.5%和79.2%， 创历史新高。 根据数据统计截至2019年底， 中国燃料电池电动汽车保有量为 6 175辆， 如图 1 所示。

图 1 2015～2019年中国燃料电池电动汽车销售情况

数据显示， 中国燃料电池电动汽车主要生产类型为客车和专用车。 2019年， 中国氢燃料电池专用车的产量为1 683辆， 而氢燃料电池客车产量为1 335辆。 2017年～2019年， 中国大力发展氢燃料电池汽车的商用车领域， 氢燃料电池汽车中的商用车成为发展的重点。

1.2 燃料电池电动汽车国外市场

数据统计可知， 至2019年12月为止， 国外市场的燃料电池电动汽车保有量已接近17 967辆， 而全球市场的总保有量更是达到24 132辆。 燃料电池电动汽车保有量这一数据在2019年达到 10 409辆， 为历史数据的最高值， 具体数值可见图 2。

图 2 2016年～2019年全球燃料电池电动汽车保有量

图 3 2019年全球燃料电池电动汽车销量区域分布情况

由图 3 可知， 截止到2019年底， 国外燃料电池电动汽车销量持稳定增长趋势， 其中， 2019年达到了7 578辆， 同2018年相比增长约90%。 韩国、 美国和日本的销量居于前位， 分别达到了4 194辆、 2 089辆、 644辆， 并且燃料电池乘用车为主要销售类型。

根据数据统计， 氢燃料电池乘用车主要销售类型是韩国现代NEXO和日本丰田Mirai。 其中， 销量第一的韩国现代NEXO、 第二的丰田Mirai、 第三的本田Clarity占领了大部分市场， 销售数量分别达到了4 818辆、 2 407辆、 349辆。 具体数值如图 4 所示。

图 4 国外主要氢燃料电池乘用车销量情况

2 中国燃料电池电动汽车市场环境

2.1 自身优势分析

氢能作为清洁、 高效、 绿色零污染的新能源， 受到了国人的广泛关注。 近年来， 中国大力发展燃料电池电动汽车， 并取得了显著效果， 氢燃料为缓解能源危机、 减轻环境污染做出重大贡献， 将进一步推动能源结构朝着低碳环保方向发展。

2.2 中国燃料电池电动汽车发展环境分析

为减轻能源危机和环境污染， 中国积极推广燃料电池电动汽车的研发与市场化的发展。 从国家政策、 补贴政策、 基础设施保障等方面大力鼓励燃料电池电动汽车的发展， 同时为燃料电池电动汽车产业化运行与应用打下夯实的基础。

近年来， 新能源汽车行业面临着补贴退坡、 产能过剩等问题， 从政策来看， 《能源技术革命创新行动计划(2016～2030年)》中， 国家将氢能源与燃料电池技术创新研究列为重点任务之一， 未来中国燃料电池电动汽车与纯电动车将共同主导中国新能源汽车市场。

2.2.1 中国燃料电池电动汽车发展规划

中国汽车工程学会于2016年10月底， 发布了有关燃料电池电动汽车的发展规划， 即《节能与新能源汽车技术路线图》。 根据规划可知： 从2020年开始， 未来十年后中国燃料电池电动汽车将要达到由示范运行到大规模推广应用的转变； 同时指出， 到2020年、 2025年和2030年， 中国燃料电池电动汽车保有量将分别达到5 000辆、 5万辆甚至百万辆的目标。

2.2.2 中国燃料电池电动汽车补贴政策

中国政府注重燃料电池电动汽车的发展， 四部委于2018年2月13日， 联合发布了有关燃料电池电动汽车的补贴政策， 即《关于调整完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》。 政策规定： 根据搭载燃料电池系统的额定功率大小的不同对燃料电池乘用车进行补贴(要求电堆系统额定功率不小于30 kW， 且大于等于电机额定功率的30%)， 并且对燃料电池货车和客车采取定额补贴。 表 2 为中国2018年氢燃料电池汽车补贴政策。[9]

表 2 中国燃料电池电动汽车补贴政策(2018年)

2.2.3 经济环境分析

随着人们经济实力的增强， 对生活质量的要求也越来越高， 绿色能源交通工具被大众认可。 根据中国目前新能源汽车的销售数据分析， 新能源汽车正在逐步替代传统汽车， 将成为未来发展新趋势， 虽然目前市场上的新能源汽车主要以纯电动、 混动汽车为主， 但动力电池技术已经进入到瓶颈期。 氢能源作为目前正在研究开发的新型产业， 结合燃料电池汽车自身独特的优势， 其发展潜力巨大， 将会成为新能源汽车发展的目标。 中国新能源汽车销量如图 5 所示。

图 5 新能源汽车销量

2019年6月中国氢能联盟发布的《中国氢能源及燃料电池电池产业白皮书》指出， 氢能将成为中国能源体系的重要组成部分， 预计到2050年氢能将在中国终端能源体系中占比至少达到10%， 其中燃料电池商用车到2050年将达到160万辆， 市场占有率达到37%。 氢燃料电池汽车产销已然提速。[10]

2.2.4 社会环境分析

随着信息化的发展， 人们的思维习惯不断地改变， 在国家政策的引导下， 绿色环保的意识已深入人心。 燃料电池的出现， 满足了人们对于绿色无污染、 低碳环保的需求， 且燃料电池电动汽车的发展符合未来社会的发展趋势。 因此， 燃料电池电动汽车既满足消费者代步工具的需求， 同时又满足绿色无污染、 低能耗的时代发展需求。 政府实施的鼓励政策保障了燃料电池电动汽车的发展。

3 预测中国燃料电池汽车市场前景

3.1 国内燃料电池电动汽车市场分析

根据中国汽车工业协会最新公布数据统计， 2019年中国共销售2 737辆燃料电池电动汽车， 同比增长79%。 从2016年到2019年， 国内燃料电池电动汽车销量逐年增加。 截止2020年3月， 国内氢燃料电池电动汽车保有量达6 165辆， 已达成《节能与新能源汽车技术路线图》中到2020年实现5 000辆燃料电池电动汽车规模的阶段性目标。[11]

图 6 2016～2019中国燃料电池电动汽车产销量

通过对中国燃料电池电动汽车产销量数据分析、 与新能源汽车销量(图 5)进行对比、 与全球燃料汽车保有量(图2)进行对比分析， 结合中国燃料电池技术与国外先进水平的差距， 更加明确发展思路和发展目标。[12]结合中国国情及地方经济特点， 氢能源汽车的发展势在必行， 发展新能源汽车也是目前主流趋势之一， 氢燃料电池汽车的推广也将带动相关产业链发展， 在国内企业的积极赶超下， 未来中国氢燃料电池电动技术也将继续实现突破。

3.2 灰色预测模型的建立

灰色系统理论是基于关联空间、 光滑离散函数等概念定义灰导数与灰微分方程， 是用离散数据建立微分方程的动态模型。 灰色模型是利用近似的、 非唯一的离散随机数据经过推导生成一些较有规律的数据， 通过建立相关的微分方程模型， 对数据的变化过程进行研究和描述[13-14]， 实现对事物发展过程的统计与预测， 本论文利用灰色预测模型对燃料电池电动汽车未来市场前景、 发展趋势、 产销量进行定性与定量预测。 模型建立过程如下。

1) 累加生成。 已知原始数据序列[15]：X(0)={X(0)(1)，X(0)(2)， …X(0)(n)}， 对X(0)进行一次累加生成， 得到生成序列X(1)={X(1)(1)，X(1)(2)， …X(1)(n)}， 其中

k=1,2,…,n.(1)

2) 建模。 由X(1)构造背景值序列[15]：Z(1)={Z(1)(2)，Z(1)(3)， …Z(1)(n)}， 其中：Z(1)(k)=aX(1)(k-1)+(1-a)X(1)(k)，k=2， 3， …，n， 一般取a=0.5， 假定X(1)具有近似指数变化规律， 则白化方程(影子方程)为X(1)

(2)

将式 (2) 进行离散化， 微分变差分， 得到GM(1,1)灰微分方程如下

X(0)(k)+aZ(1)(k)=u.(3)

3) 求解出参数a,u。 用最小二乘法求解式(3)中参数a,u。 其中a为发展系数， 其大小反映了序列X(0)的增长速度；u称为灰作用量(内生变量)[15]， 其大小反应总量。

4) 建立预测模型。X(1)预测公式为

式中：k=0,1,2， …，X(0)的预测公式为

(1-ea)[X(0)(1)-u/a]e-ak,

3.3 结果分析

1) 分析预测中国燃料电池电动汽车年产量

通过中国报告网数据库查到2016年～2019年的中国燃料电池电动汽车年产量列表， 如表 3 所示。

表 3 中国燃料电池电动汽车年产量

通过MATLAB软件对灰度预测模型进行编程得到仿真数据， 预测程序(部分)如下：

>>huidu

Shurushujv[628;1 103;1 618;2 831]

后验差比值为： 0.483 48

系统预测精度合格

下个拟合值为4 331.066 8

再下个拟合值为7 056.939 5.

图 7 可知未来两年中国燃料电池电动汽车年产量依次为4 331， 7 057。 通过数据可知未来中国燃料电池电动汽车年产量呈现快速增长趋势。

图 7 中国燃料电池电动汽车年产量预测图

2) 分析预测中国燃料电池电动汽车年销售量

中国报告网数据库查到2015年～2019年中国燃料电池电动汽车年销售量列表， 如表 4 所示。

表 4 中国燃料电池电动汽车年销售量

根据2015年～2019年中国燃料电池电动汽车年销售量数据， 基于MATLAB软件进行灰度预测， 结果如图 8 所示， 通过数据曲线可知未来两年中国燃料电池电动汽车年产量依次为4 000辆， 6 248辆， 呈现快速增长趋势。

图 8 中国燃料电池电动汽车年销售量预测图

3) 分析预测全球燃料电池电动汽车保有量

通过中国报告网数据库查询得到2016～2019年的全球燃料电池电动汽车保有量列表， 如表 5 所示.

表 5 全球燃料电池电动汽车保有量

将2016～2019年全球燃料电池电动汽车保有量数据输入到预测模型中进行仿真， 结果如图 9 所示， 未来两年全球燃料电池电动汽车保有量为15 246辆， 24 226辆， 未来全球燃料电池汽车保有量呈现增长趋势。 通过全球增长趋势类比中国燃料电池电动汽车的增长趋势， 因此， 中国燃料电池汽车市场年产量、 销售量与保有量呈现稳定增长趋势， 市场前景良好。

图 9 全球燃料电池电动汽车保有量预测图

6 结 论

本文研究了解国内外燃料电池电动汽车的现状， 通过收集整理燃料电池电动汽车国内外销售数据， 对燃料电池电动汽车的市场进行分析。 从燃料电池电动汽车自身优势出发， 结合中国的政策导向、 社会环境、 经济环境、 技术环境分析燃料电池电动汽车发展趋势， 建立中国燃料电池电动汽车年产量、 销售量及全球燃料电池电动汽车保有量的灰色预测数学模型， 运用MATLAB软件对中国燃料电池电动汽车市场前景进行预测。 根据预测可知， 随着基础设施建设进程的推进、 国家对燃料电池技术长期稳定的投入、 政府宏观调控以及国家补贴政策的推行， 未来两年燃料电池电动汽车的产量、 销量呈稳定增长趋势， 市场前景良好， 将进一步推进中国新能源汽车的发展。