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氫燃料電池:下一代新能源車核心動力

鉅大LARGE  |  點擊量:215次  |  2020年11月27日  

摘要
規劃提出,加快車用操作系統開發應用。圍繞車用操作系統,構建整車、關鍵零部件、基礎數據與軟件等領域市場主體深度合作的開發與應用生態。還要求攻克氫能儲運、加氫站、車載儲氫等氫燃料電池汽車應用支撐技術。

11月2日,國務院辦公廳印發《新能源汽車產業發展規劃(2021—2035年)》。


規劃提出,加快車用操作系統開發應用。圍繞車用操作系統,構建整車、關鍵零部件、基礎數據與軟件等領域市場主體深度合作的開發與應用生態。還要求攻克氫能儲運、加氫站、車載儲氫等氫燃料電池汽車應用支撐技術。


從扶持力度上看,近年來我國對燃料電池汽車補貼力度較大,且短期內沒有退坡。


從扶持方法上看,我國目前一方面通過購置補貼來降低價格、刺激需求端;另一方面,頻頻發布氫能與燃料產業戰略規劃,并投入大量資金作為研發支持,不斷為供給端釋放積極信號。


據高工產業研究院(GGII)統計,截至今年2月,國家重點研發計劃“新能源汽車”重點專項項目公示清單達到四批,其中對于燃料電池汽車的研發支持資金近8.27億元。


近年來全球燃料電池汽車高速發展:


2013~2017年全球氫燃料電池汽車銷量僅為6475輛,其中大部分為豐田的Mirai系列。


2018年銷售量有了較大幅度的增長,合計銷售5525輛;2019年全球銷量增至7500輛,其中主要增量來自于中國。


國內的燃料電池汽車從2016年的629輛迅速擴張到2018年1527輛,在2019年實現2737輛,同比增長80%,增速明顯。


根據規劃來看,我國氫燃料電池汽車的發展愿景是到2030年實現百萬輛氫燃料電池汽車上路行駛,到2050年與純電動汽車共同實現汽車零排放。


燃料電池(FuelCell,FC)是一種能有效控制燃料和氧化劑的化學反應,并將其中的化學能直接轉化為電能的電化學裝置,是一種把燃料中的化學能轉換成電能的能量轉換器。


被譽為繼火電、水電及核電之外的第4種發電方式,其下游應用廣泛。


燃料電池能量密度高、效率高,同時不改變用戶習慣的燃料電池汽車,長期來看很可能取代目前的燃油車,及純電動汽車。


在車用場景中,燃料電池可解決鋰電池里程焦慮,且燃料電池充氫時間短,在重載、長距離場景中優勢明顯。但目前燃料電池仍存在成本高、循環衰減性能差、加氫站建設不足等問題,仍處產業化初期階段。


圖表來源:電動邦


從燃料電池汽車產業鏈來看,主要是由燃料電池系統、儲氫瓶、驅動電機、輔助系統等構成,其中燃料電池系統為核心部分。


燃料電池系統由電堆和輔助系統兩部分組成,目前燃料電池系統和儲氫系統占據整車成本的65%,遠高于鋰離子純電動汽車的電池成本占比。


輔助系統還包括空壓機、控制器、氫循環泵等,系統中最核心的部分是燃料電池電堆和空壓機,其在燃料電池系統中的占比最高,分別為49%和21%。


也就是說,目前來看加強燃料電池電堆和空壓機的研發,可以大幅降低燃料電池的整車成本,其技術的進步尤為重要。


燃料電堆催化劑主要為鉑金屬,且國內用量遠高于國外,成本高昂,成為制約燃料電池發展的巨大瓶頸,因此,降低催化劑中的鉑用量是需要重點攻克的技術難點。


在燃料電池全產業鏈核心技術方面,我國除了石墨雙極板、石墨板電堆在性能價格方面當前可與國外產品媲美外,其余產品差距還較大,國內普遍處于小批量,樣品階段,原因主要是早期國內產業鏈企業較少;研發基礎弱;技術積累時間短。


圖表來源:方正證券


從氫燃料電池全球格局來看,日本和美國對氫燃料電池技術研發處于主導地位。


1998~2005年日本和美國的相關專利數量迅速增加,分別達到峰值2783件和1285件。


日本的增長趨勢明顯,得益于其1993年開展的WE-NET項目,該項目投資2億美元,將日本氫能發展分成了1993~1998年和1999~2002年兩個階段,一定程度上促使了日本氫燃料電池技術專利數量的增長。


2006~2018年,由于前期技術積累,日本和美國的專利申請數量呈下降趨勢。


目前國外氫燃料電池汽車已經完成了整車的技術、性能研發工作,整車性能已能接近傳統汽車水平,部分領先車企產品的成熟度已接近產業化階段。


如日本豐田、本田和韓國現代汽車,其中豐田Mirai汽車銷量處于領先水平。


中國燃料電池技術起步較晚,但市場潛力巨大,吸引巴拉德、Hydrogenics、Nedstack等國外電堆企業在國內布局。


中國于1993年開始持續出現相關專利;后期專利數量上升明顯,分別在“十一五”、“十二五”期間各有一次增長高峰,可見與專利數量上升與國家氫能及燃料電池政策規劃息息相關。


從增長趨勢看,中國后續專利數量會繼續增長,或超過日本、美國,其潛力較大。


我國氫燃料電池汽車初期以公交及商用車為主,在新能源汽車高速發展的大背景下,國內汽車企業積極參與前瞻部署。


2019年上海申龍完成903輛燃料電池客車,中通客車686輛,上汽大通307輛,穩居前三甲。


2017~2019年累計產量居市場前三強為中通客車、上海申龍與佛山飛馳,分別對應1476、937、704輛??傮w而言,基數較小,后續增長潛力大。


根據我國氫燃料電池發展路線圖,加氫站的規模需要與氫燃料電池汽車相匹配。


我國當前主要以35Mpa加氫站為主,2020年后,氫燃料電池轎車開始推向市場,70Mpa加氫能力的加氫站顯著增加。同時,隨著加氫站數量的增加,加氫站與加油站、充電站的混合形式能源站成為主要形式。


從汽車行業的生命周期來看,目前傳統燃油車處于相對成熟階段,在新能源汽車高速發展倒逼下,傳統車企加速轉型,部分國內外領先車企持續加碼氫燃料電池汽車的開發與應用。


目前,在我國中東部沿海經濟、技術實力較強的珠三角、長三角和北京等地區,聚集了我國燃料電池發展的主要企業。


近幾年燃料電池投資熱情持續升溫,由幾年前的數十家發展到現在的近千家燃料電池企業。


從終端來看,燃料電池汽車面臨購置成本與使用成本的“雙高”局面,一方面加氫站等基礎設施的缺失推升了使用過程之中的隱性成本,需求難以釋放,另一方面燃料電池系統因其國產化難度大,制造成本高企,導致整車售價仍高。


據中國汽車工業協會預測,到2035年,我國氫燃料電池汽車將會形成428萬輛保有量規模。未來十余年,燃料電池汽車將有望成為全球汽車市場增速最快的細分領域。


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