氢能源是一种来源丰富，可被广泛应用的二次能源，是一种低碳绿色的能源载体，是实现碳达峰、碳中和目标的有效途径。它具有零碳、高效、能源互联媒介、可储存、安全可控等显著优势，在炼钢、化工、交通、工业、建筑等国家支柱产业领域中，有望取代现有的焦炭、化石等能源。在全球能源向清洁转型的大背景下，氢能的无碳属性尤其突出，被视为是21世纪的“终极能源”，是碳中和的理想解决方案。

       2022年3月23日，国家发展改革委发布了《氢能产业发展中长期规划（2021—2035年）》（以下简称《规划》）。《规划》首次明确了多元化的发展思路，对氢能产业发展作出明确部署，要求统筹推进氢能“制储输用”全链条发展，加快氢能技术研发和示范应用，探索在工业、交通运输、建筑等领域规模化应用。综观近十几年来我国氢能应用进程，不难发现氢能在交通、热电联产、储能等领域有众多的企业、院校以及科研院所率先进行了实践和推广，并取得了初步的成果，但在工业车辆及生产搬运体系中却鲜有参与。

工业车辆发展现状

       工业是国民经济中一个十分重要的物质生产部门。工业的现代化程度及其发展规模，最终决定着整个国民经济的发展水平，而工业生产中的物资搬运又决定着工业生产的效率以及规模。物资搬运体系多数由工业车辆和装载传送装备完成，传统的物资搬运体系的核心是工业车辆。

       工业车辆是指用来搬运、推顶、牵引、起升、堆垛或码放各种货物的动力驱动的机动车辆。其中包括叉车，叉车又包括前移式叉车、插腿式叉车、平衡重式叉车、跨车、侧叉等。它们的特点是轮式无轨底盘上装有起重、输送、牵引或承载装置，进行游动作业。

       整个工业车辆体系品类众多，其中叉车数量居于首位，在工业生产活动中有着最为广泛的应用。因此，我们将以叉车为蓝本，以氢能燃料电池叉车（以下简称氢能叉车）为案例，进行氢能在工业车辆领域中的应用分析。

我国工业生产规模快速增长，叉车销量增速全球领先

       根据世界工业车辆统计联盟（WITS） 发布的数据，2009年全球叉车销量为56.6万台，2020年增至160万台左右，年均复合增速约为9.8%；我国国产叉车销量由13.9万台增至80万台，年均复合增速为17.2%，增长速度全球领先。同时，我国国产销量占全球销量的比重由2009年的24.6%增至2020年的近50%，年均提升2.4个百分点。

       2021年受全球新冠疫情影响，叉车销售总量逆势增长。世界工业车辆统计联盟公布的2021年全球工业车辆统计数据显示，2021年全球叉车销售量创纪录地达到2340587辆，比上年大增42.93%，交货量1969410万辆，比上年增长24.44%。而我国的叉车销售总量也创纪录地达到了103万台。

       我国叉车产业规模庞大，市场潜力巨大

       以叉车整车及全生命周期内配套零配件每台平均15万元计算，国内每年新增的叉车市场规模达到千亿级规模，而存量市场更是高达万亿元规模。2018—2020年，我国每万人叉车保有量从21台增至29台，高于全球平均水平，但仍远低于发达国家。其中欧洲每万人叉车保有量在过去三年小幅上升，2020年接近70台；日本、美国的叉车密度略低于欧洲，是我国的2倍以上。综合来看，我国叉车在渗透率快速增长的同时依旧与发达国家有明显差距，未来保有量增长空间巨大。

       以叉车为代表的传统工业车辆污染排放高

       传统工业车辆因技术水平及生产制造工艺相对落后，再加上生产活动中车辆数量多、集中使用且平均工作强度较大，不仅造成污染物排放高，而且对环境造成污染。以工矿企业生产中市场占有率最高的3吨级叉车为例，不同工况下，平均单车每小时柴油消耗量可达2.7～4.5升，年工作时长2400～3200小时。我们按平均油耗3.6升/小时、年平均工作时长2800小时进行粗略计算，单台叉车每年仅二氧化碳排放量就高达近30吨。

       叉车等工业车辆普遍为集中使用的方式，在一个相对狭小的区域内经常出现几十或几百辆同时工作的情况，这样会造成该区域污染排放集中，环境污染问题严重。以市场调研的造纸行业某企业为例，其生产使用的逾200辆叉车，二氧化碳年排放总量高达6000多吨。

       在工矿生产中，如钢铁企业使用的叉车为7吨、10吨等中型叉车，而港口内较多使用16吨、25吨、32吨等重型叉车及正面吊，这些车辆的排放与重型物流车不相上下，某些情况下甚至更高。

       工业车辆特有属性导致能源补给难

       在港口及周边地区、物流仓储、冷库、造纸、粮油、化工等需要物资频繁搬运的行业中都需要大量使用到叉车等工业车辆，叉车使用密度非常高，能源需求量大。工业车辆属于场地作业车，按有关规定要求，工业车辆不得驶离作业场地进入社会公共道路，所以急需工业车辆能源补给解决方案。

氢能在工业车辆的应用中大有可为

       氢能燃料电池动力系统具有能量转化效率高、功率输出稳定、系统稳定、零排放、绿色环保、低噪声及可在低温环境下工作等优点。加拿大、美国、日本、德国、澳大利亚、瑞典、英国等国家已经优先将氢能燃料电池动力系统应用在叉车上并进行了大量推广。

       国外氢能燃料电池行业的发展也证明了叉车是氢能产业优先发展的方向。美国在氢能叉车领域相较全球其他国家和地区率先进行了产业化。氢能叉车是目前全球范围内唯一实现商业化运作的氢能燃料电池应用领域。据不完全统计，目前全球有8万多辆氢能燃料电池车载具，其中近6万辆是氢能叉车。2020年，美国上市公司普拉格能源以累计5万辆氢能叉车的生产和运营遥遥领先，其客户包括亚马逊、苹果、沃尔玛、宝马、可口可乐、联邦快递等大型企业。截至目前，普拉格能源氢能燃料电池叉车已经累计运行超过10亿英里，在美国的市场占有率为95%。从全球推广规模来看，美国氢能叉车应用发展势头远远快于氢能燃料电池客车、轿车，且规模明显领先于欧洲、日本等发达经济体，在全球氢能叉车应用领域具有示范意义。

       目前，我国氢能叉车也开始进入批量生产及商业化应用的初级阶段。例如，天津新氢动力、上海捷氢、喜马拉雅、翼讯创能等公司都研发制造了各型样车或进行了相应的示范应用。

       在工业车辆中应用氢能后碳减排效果显著

       以国内首个氢能燃料电池叉车替换内燃机叉车为例，37辆氢能燃料电池叉车，120个工作日内工作总时长5万小时，每台平均11.36小时/天，可减排二氧化碳473.4吨。据此推算，年二氧化碳减排量可达近1500吨，减排效果十分显著。

       氢能工业车辆相较于其他氢能道路车辆能源补给便捷

       氢能道路车辆的能源补给即氢气的加注，受限于基础设施（加氢站）过少，应用推广上一直是个痛点。而加氢站由于受审批手续冗长、建设费用高昂、氢气长途运输困难等因素困扰，短时间内难以大范围建设。因此，氢能道路车辆推广还需要较长时间的发展过程。而叉车等工业车辆属于场地作业车，能源可依照企业自用的相关法规进行补充，可率先在氢能应用领域大范围推广。

       我国是世界工业车辆产量大国，氢能应用前景广阔

       我国基础工业生产以及仓储物流业高度发达，市场体量巨大，叉车是这些产业不可或缺的生产工具，是个典型的蓝海市场。2020年，我国新增叉车销售量为800239台，2021年国内新增叉车销售量更是达到了103万台，这意味着我国叉车每年新增市场规模已达千亿元，存量市场更是高达万亿元。因此，从具体应用领域进行综合评估，氢能燃料电池叉车行业或将成为第一个进入爆发式增长的氢能燃料电池应用领域。

氢能燃料电池叉车优势

       蓬勃发展的现代物料搬运业经常需要高强度连续作业（氢能燃料电池续航时间长及输出功率恒定），而物料搬运对清洁环保的要求越来越高；机场、港口要求绿色化、智能化，大型仓储物流中心更多地采用全封闭结构，特别是对于食品、药品、化妆品等对环境敏感性的商品。氢能燃料电池可以真正做到全程零排放、零污染。另外，电子商务普及、外卖业务蓬勃发展等也推动了冷链物流快速发展，因此也需要物料搬运设备能够适应低温环境以及温度冲击，而氢能燃料电池在低温条件下性能和效率均高于铅酸及锂电池。因此，氢能燃料电池叉车在港口、机场、大型物流中心、冷库、造纸厂、钢厂、化工等行业具有明显优势。

       除在应用行业的优势外，相较于传统内燃机和蓄电池叉车，氢能燃料电池叉车本身也具备较为显著的技术优势。

       一是工作效率高。氢能燃料电池是化学能直接转化为电能，效率比传统内燃叉车提高30%。蓄电池叉车工作过程中电压会逐渐降低，造成工作效率降低，氢能燃料电池叉车输出稳定，可使车辆在工作周期内保持最佳性能。

       二是使用成本低。电动叉车先储后放，消耗电能的成本要比内燃叉车消耗的柴油的成本等低很多，氢能燃料电池叉车则更低。氢能燃料电池叉车批量化生产后全生命周期成本更是低于内燃叉车和电动叉车。同时，相较于其他氢能车辆，氢能叉车成本低廉（约低于氢能道路车辆成本20%），更易被市场接受。

       三是使用更环保。叉车大部分应用场景为室内密闭空间，燃料电池运行安静，基本无噪声，也不会产生废气，彻底改善了内燃叉车令人厌恶的废气排放及所导致的库房空气条件恶劣等弊端，利于库内养护和人员健康。氢能燃料电池不存在环境污染问题。

       四是节约时间和空间。氢能燃料电池叉车完成燃料补充只需3～5分钟，而锂电池叉车充电最短需要一小时以上，蓄电池叉车更是需要3～6小时，蓄电池叉车在昼夜连续工作时需要每天更换2～3次电瓶，增加了购买电瓶的额外费用。氢能燃料电池不需要特定的电池室或充电设备，相比蓄电池叉车，可为物流配送中心节约5%左右的空间。

       五是更强的功能兼容性。氢能叉车集内燃叉车和电动叉车优点于一身，既具有内燃叉车优秀的连续工作能力，又具有电动叉车使用过程中零排放的特点，并且还具有二者没有的可95%以上回收再利用的优点。

       六是更高的工况适用性。氢能燃料电池叉车有更好的场景适用性。例如，对于工作环境为储藏水产和果蔬等保鲜食品的仓库，内燃叉车工作时排放的废气会严重污染存储食品。同时，由于工作环境温度相对较低，蓄电池叉车的电损增加，工作效率下降，特别是在-25℃的工作环境下，蓄电池叉车将无法正常工作。而氢能燃料电池叉车可以较好地应对上述特殊工况条件，具有更好的适用性。

       七是更好的市场推广性。氢能燃料电池叉车相比于道路运输车辆成本低很多，叉车属于场地作业车，只要在场地内建设自用氢气充装设备即可解决加氢难的问题。

国内氢能叉车商业化应用已破冰

       2021年10月8日，中石化北京燕山石化接收了由天津新氢动力科技有限公司研发制造的37台X32氢能燃料电池叉车。该批氢能燃料电池叉车主要用于燕山石化储运厂高低压粉料、PIA包装库房及物质装备中心化学品库区等场景对原有内燃机叉车的替换。这类工况强度大，运行环境较为复杂，对所使用的叉车性能要求较高。目前该批车辆已平稳运行近半年，工作效果较好。

       截至2022年2月，首批37台氢燃料电池叉车投入燕山石化的实际生产环节中后，平均每辆叉车工作时长已经超过100小时，其中在燕山石化高压车间投入的部分氢能叉车平均每辆车工作时长已经超过1500小时；平均每辆叉车已实现二氧化碳减排约15吨。氢能叉车在严苛的工作环境下，出色地完成了高强度的生产搬运工作。特别是在2021年12月中下旬，北京遭遇了-19℃的低温天气，投入使用的全部氢能叉车不仅能够连续工作，而且没有出现故障。这是全国首个氢能叉车批量化商业运营的成功案例。

       综上所述，目前我国叉车市场总额已超过其他国家总和，以美国氢能叉车市场发展情况以及我国叉车市场的每年新增数额来看，未来3～5年内，我国氢能叉车的年均新增量有望达到十万辆量级，形成百亿级的市场规模。相信在不远的未来，借我国氢能产业发展的政策东风，依靠国内庞大的工业车辆市场之需求，氢能在国内叉车等工业车辆领域的应用一定会大有作为。

结论与展望

       我国氢燃料电池工业车辆市场正以蓬勃的态势，大踏步地向前发展。在取得阶段性成果的同时，我们也清楚地看到，国内氢燃料电池工业车辆产业发展仍存在不足之处，需要加大技术迭代研发力度，对标国际先进企业技术指标完善标准规范体系，将高指标化合理地转化成高实用和高适用性，切实解决核心材料自主研发生产问题，解决燃料电池行业“卡脖子”问题；同时还要注重人才技术团队的建设，建立健全人才培育、培训机制，培育具有高水平专业技术、技能人才及从业人员；加大企业间的横向合作，理性地拓展市场；各企业要取长补短，以早日实现氢能产业“百花齐放、百家争鸣”。

       此外，氢燃料电池工业车辆产业在修炼好“内功”的同时，还需要政府搭建好新兴产业发展的平台，以产业为主导，政府为引导，加强制度创新，适度制定优惠补贴配套政策，破除制约产业发展的制度性障碍和政策性“瓶颈”，如氢气价格、企业自用氢气及配套充装设备准入等制约产业发展的现实问题等。


（刘伟、陈海涛，天津新氢动力科技有限公司）