本文选自中国工程院院刊《Engineering》2018年第3期作者：Junye Wan...|燃料电池商业化带来的技术经济挑战丨Engineering( 三 ) 本文选自中国工程院院刊《E

人们研发了许多混合动力汽车（HV）。这种车辆的动力系统是发动机和电池。这种双动能汽车可以是内燃机和电池组相结合，也可以是燃料电池和电池组。目前，将内燃机与电池组相结合的方法是为了改善内燃机汽车的环境影响，而研发混合燃料电池电动汽车（FCEV）是为了结合燃料电池汽车（FCV）和电动汽车（EV）两者的特点。插电式FCEV的动力系统是燃料电池，电池电量可供汽车行驶30~50mi 。使用混合的动力系统，这种HV适用于长距离行驶，而且充电时间很短。因此，其行驶距离可能比其他车辆更远，而不会像EV那样受到里程和充电时长的限制。例如，丰田汽车公司报道称， HV的续驶里程可长达1035km 。当燃料电池出故障时，电池还可继续发挥作用以供汽车行驶，因此增加了HV的可靠性。然而，由于HV内含有两套动力系统，因此其成本高于单一动力系统的车辆。此外，两套动力系统还增加了FCEV的控制系统的难度。
值得注意的是在大多数国家中，在没有政府补贴的情况下，到2022年，用于制造EV和FCV的电池和燃料电池成本都需和内燃机汽车一样经济实惠。人们对燃料电池的实际成本有很多讨论和猜测，因为大多数EV和FCV的制造商对此没有做详细介绍。最近的研究表明在加拿大和美国，由政府补贴支撑的EV无法在很大程度上减少GHG排放。用于购买EV的政府补贴对GHG排放影响不大，而且比其他激励措施成本更高。尽管预测未来的发展趋势相当困难，但燃料电池技术确实是连接减少化石燃料使用和新兴可再生能源之间的一种方法，这是引人注目而且极具潜力的。因为燃料电池转换效率高且排放量低。因此，如果以燃料电池为核心的新型经济模式能够成功替代内燃动力资源，正如图1（b）所示，就能走上低碳经济和环保产业的道路。
（二）传统发动机的替代品
大多数内燃机在转换能量时效率很低。一般来说，内燃机的热效率平均为20%左右。进一步提升内燃机和燃气涡轮机技术也相当困难，即使是将其热效率提高1%~2%都很难实现。少数情况下，内燃机的最大热效率可能会达到38% ，但是热电联产（CHP）这样的相关系统会导致系统复杂性和成本的增大，因为CHP还涉及了其他技术。燃料电池作为一种高能效的发动机，其热效率可达50%以上。由于燃料电池的热效率可以是内燃机和锅炉的两倍，因此将其替代传统的发动机就能将排放量降至原来的1/2 。在发电能力相同的情况下，使用燃料电池就意味着更低的运行成本，因为燃料电池具有更高的转换效率。此外，燃料电池还更加环保。要想达到节能减排的目的，它是内燃机、涡轮机和锅炉理想的替代品。而且，不同的燃料电池使用的燃料也有所不同。例如，固体氧化物燃料电池（SOFC）的燃料是天然气，直接乙醇燃料电池（DEFC）的燃料是乙醇，质子交换膜燃料电池（PEMFC）的燃料是氢气。因此，不需要对目前的燃料供应基础设施做出重大改变。
如果燃料电池取代传统的能源体系，将其运用到备用电源、材料处理、电池以及CHP市场上，那么这种高能效且环保的系统就能够极大地促进发电机市场的发展，创造新的商业模式。因此，如果在燃料电池的推广上取得技术性突破，将带来一场新的清洁能源革命。
三、燃料电池生命周期和价值链
作为一种新兴的能源技术，燃料电池在能源市场上的渗透率仍然不高。成本、耐久性和可靠性是燃料电池商业化面临的主要挑战。在本文中，根据燃料电池的价值链活动和最终用户接受度标准，我们分析了燃料电池发展的生命周期和价值链，确定了克服这些障碍需要采取的行动。我们需要考虑许多因素，如制造过程的可行性、适用材料、产品质量和成本、供应链复原能力以及最终用户接受度。