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发布时间:2020-07-31 22:12

  黔东南苗族侗族自治州气体运输车报价1. 氢燃料电池汽车迎历史性发展契机1.1 能源:结构调整势在必行(略)

  顶层设计护航新能源汽车产业,2025 年占比达到 25%左右。2019 年 12 月 3 日, 工信部正式发布《新能源汽车产业发展规划(2021-2035 年)》征求意见稿显示,到 2025 年新能源汽车市场竞争力明显提高,动力电池、驱动电机、车载操作系 统等关键技术取得重大突破,新能源汽车新车销量占比达到 25%左右。

  锂动力电池与燃料电池汽车将长期共存发展,并行不悖。从汽车技术路线而言, 我们认为,较长的时间内将是多种技术路线并存发展,其中锂动力电动汽车、燃 料电池汽车将逐步取代传统燃油车,趋势将不可逆转。目前而言,锂动力电动汽 车更适合乘用车领域,燃料电池更适合于长距离的重载和商用车领域。其中,以 氢气作为能源供给的氢燃料电池汽车具有其独特优势,我们认为,其未来应用前 景十分广阔。

  燃料电池汽车处于导入期,处于提速阶段。从汽车行业的生命周期来看,目前传 统燃油车处于相对成熟阶段,传统车企也在新能源汽车如火如荼的发展的倒下, 加速转型;而锂电池动力电池汽车处于行业发展的成长期,未来发展前景广阔, 产业链的头部企业具有较好的中长线 α 投资机会;燃料电池汽车产业处于行业的 导入期,随着产业资本的融入、产品更迭、技术升级以及政策大力扶持等多因素 影响,燃料电池汽车产业链迎来了历史性的机遇,行业具有较好的 β 弹性的投资 机会。

  近年来氢燃料电池汽车产业发展明显提速。从全球范围来看,目前国外氢燃料 电池汽车已经完成了整车的技术、性能研发工作,整车性能已能接近传统汽 车水平,成熟度已接近产业化阶段,如日本丰田、本田和韩国现代汽车,其 中丰田 Mirai 汽车销量处于领先水平。2018 年 5 月,总理参观丰田汽车 北海道工厂,考察日本燃料电池汽车。总理回国后,多部委即成立燃料电 池联合小组,国内氢燃料电池行业发展明显加速,国内代表性企业及产品有上汽 集团旗下荣威 950 轿车。

  从全球范围看,目前很多国家都出台了强有力的支持氢能源发展的相关政策。其 中,力度、响应最积极的是日本,欧盟、美国和韩国紧随其后,印度、冰岛、 加拿大和巴西等也有部署,中国也频出相关政策。

  氢能是公认的最洁净的燃料,应用前景广阔。氢不是一次能源,需要使用一次能 源通过转换来生产出能量载体。氢气是工业气体中的一个重要品种,在化工、化 肥、石化、电子、冶金、食品、航空航天、能源等诸多领域乃至医学上都有广泛的应用。人类对于氢能的研究已有几百年的历史,但近年来,随着燃料电池的快 速发展和推广,氢能作为燃料进入高速发展阶段。

  从不同能源的燃油热值与发电建设成本方面考虑,氢能源均具优势。从燃料热 值角度看,氢能源高于天然气、汽油、煤和乙醇等其他能源。氢气燃料热值几乎 是其他化石燃料的 3 倍多。从发电建设成本来讲,氢能源发电建设成本。EIA 数据显示,氢气发电建设成本仅 580 美元/千瓦,在光伏、风能、天然气、 生物质能、石油发电等众多方式中成本。

  纵观全球,自进入 21 世纪以来,氢能的开发利用步伐逐渐加快,尤其是在一些 发达国家,都将氢能列为国家能源体系中的重要组成部分。随着燃料电池技术的 不断完善,以燃料电池为核心的新兴产业将使氢能的清洁利用得到发挥,主 要表现在氢燃料电池汽车、分布式发电、氢燃料电池叉车和应急电源产业化初现 端倪。

  氢能产业政策与规划:全球氢能源发展加速,美国、日本、韩国、法国等发达国 家不断加大对氢能源研发、产业化的扶持推动力度,日本更是将氢能源开发利用 确定为国家未来重要的战略性产业。作为一种战略性高效清洁能源,氢能源产业 目前正在受到国内外的广泛重视,处于产业导入快速发展的时段。

  根据 2019 年《中国氢能及燃料电池产业》,氢能源产业的发展事关中国能 源战略体系,事关中国生态文明建设,事关战略新兴产业布局。结合氢能及燃料 电池技术进步,氢能将成为中国能源体系中的重要组成部分,若 2050 年氢能应 用达到 10%,需氢气量约 6000 万吨,全国加氢站达 10000 座以上。氢能在交通 运输和工业领域得到普及应用,燃料电池车将达到 500 万辆/年,固定式发电装 置达到 2 万台套/年。

  燃料电池在运输领域的现状分析:我国氢燃料电池汽车目前确定的发展目标 为:到 2020 年,实现氢燃料电池汽车技术规模化示范运行,示范车辆达到 5000 辆。到 2025 年,实现氢燃料电池汽车技术的推广应用,商用车达到万 辆规模,乘用车规模达到 4 万辆。到 2030 年,实现氢燃料电池汽车的大规模 推广应用,氢燃料电池汽车产销规模达到 50 万辆。

  近年来全球燃料电池汽车高速发展:2013~2017 年全球氢燃料电池汽车销量 仅为75辆,其中大部分为丰田的Mirai系列。2018年有了较大幅度的增长, 合计销售5525辆;2019年全球销量增至7500辆,其中主要增量来自于中国。国内的燃料电池汽车从 2016年的629辆迅速扩张到2018年1527辆, 在2019 年实现 2737 辆,其增速十分明显。

  交通领域渐成氢燃料电池核心应用场景。氢燃料电池作为全球能源可持续发展和 战略转型的重要技术路径,目前已明确为全球能源和交通领域发力的重要支撑。国外有英国、德国、法国、荷兰、日本等国都大力推出燃料电池汽车,并加大加 氢站建设。我国也在大力推动氢燃料电池汽车绿环保产业的发展。未来燃料电 池有望在新能源汽车领域中占据重要的地位。

  氢燃料电池:它属于燃料电池的一种,和其他燃料电池相比,其工作温度低、响 应速度快和体积小等特点完全适用于电动汽车的动力源,被认为是未来新能源汽 车最重要的发展方向之一。

  工作原理:它将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置。其基本原理是 电解水的逆反应,把氢和氧分别供给阳极和阴极,氢通过阳极向外扩散和电解质 发生反应后,放出电子通过外部的负载到达阴极。

  氢燃料电池汽车众多优势凸显。燃料电池汽车具有高效(一次能量)、环保 (零排放、产物只有水)、超长续航里程(功率密度远大于锂电)、3-5 分钟加注 时间短等优点。1)氢气作为可再生能源,其来源广泛;2)环保在工作过程中, 产物为水,无有害物生成;3)能源率高:燃料电池的转换效率高达 60%, 是内燃机的 2~3 倍;4)加氢速度快:仅需 3~5 分钟可加满;5)续航时间长:氢燃料电池的能量密度高,车载续航里程可达 500~1000 公里。

  相较于纯电动汽车或燃油车具有诸多优势,一旦大规模应用,将进一步改变汽车 行业生态。从汽车技术路线而言,我们认为,较长的时间内将是多种技术路线并 存发展,其中锂动力电动汽车、燃料电池汽车将逐步取代传统燃油车,趋势将不 可逆转。相较而言,锂动力电池比较适合乘用车领域,燃料电池比较适合于长距 离的重载和商用车领域,目前处于导入期的提速阶段。

  氢燃料电池汽车,市场潜力巨大:未来十余年,燃料电池汽车将成为全球汽车市 场增速最快的细分市场。根据中商产业研究院的预测,至 2032 年全球燃料电池 汽车销量将超过 500 万辆,2020~2032 年期间 CAGR 高达 43%。

  主流国家燃料电池汽车布局有序推进。根据《2019 年燃料电池汽车产业报告》 中数据显示,按照各国路线图规划,中日韩和美国市场的燃料电池汽车数量有望 2025 年后进入高速增长期。德国、加拿大等国尚未有清晰的规划。例如中国在2025 与 2030 年的燃料电池汽车保有量预期分别为 48 万辆与 256 万辆;而美国 分别为 20 万辆与 530 万辆。

  燃料电池汽车产业生态系统尚未完善。1)燃料电池本身成本较高:尽管氢燃料 电池汽车的市场前景和潜力巨大,但是要实现大规模的市场化推广和应用。我国 还有许多技术障碍需要解决,特别是在关键基础材料、零部件、电池系统集成以 及批量稳定制备能力等方面需要加强。2)基础设施需加强:燃料电池汽车的应 用对于基础设施的依赖相当严重,而加氢站的建设成本极为高昂,难以大规模快 速形成规模。例如,目前美国的加氢站主要集中在旧湾区、加州洛杉矶和奥 兰治县,因而燃料电池汽车在这几个区域的销售情况较好。

  近年来国内外处于提速状态。但相比于锂动力电池汽车产业链处于相对滞后的水 平,尤其是上游的氢气的制备、储运、加注等关键技术与加氢站建设,以及中游 燃料电池系统的多个细分领域仍处于相对滞后的水平,对其进行深入行业研究与 分析具有重要意义。

  氢燃料电池汽车产业链较长。氢燃料电池汽车产业链主要包括上游氢气以及加氢 站、中游氢燃料电池系统、下游氢燃料电池汽车等多个环节,每个环节对产业的 推广应用起着重要作用。

  目前,在我国中东部沿海经济、技术实力较强的珠三角、长三角和北京等地区, 聚集了我国燃料电池发展的主要企业。近几年燃料电池投资热情持续升温,由几 年前的数十家发展到现在的近千家燃料电池企业。根据中汽研资料显示,我国氢 能源产业已形成七大产业集群:华北、华东、华南、华中、西南、东北、西北。就地域优势而言,各产业集群均有其特与优势:

  华北地区:北京市高校以及科研单位技术优势明显。山西省氢能资源丰富,适合 开展低成本、高能效氢燃料质子交换膜燃料电池动力系统关键技术研发。

  华东地区:山东具有丰富的氢气资源。江苏省拥有南京金龙、苏州金龙、苏州弗 尔赛、南京百应、江苏重塑、国富氢能等一批优势企业。浙江嘉兴为氢能产业化 示范试点;宁波则是氢燃料电池汽车物流运输应用示范试点;湖州为氢能产业链 一体化示范试点;杭州氢燃料电池汽车城市公交应用示范试点。

  华南地区:广东省对氢能源的政策支持力度大,汽车产业发达,广汽与本田、丰 田有合作。较特殊的海南省,可借助自贸区建设、自身丰富的可再生能源、作为 旅游胜地环境治理的必要性等实现氢能产业的快速发展。

  华中地区:河南郑州 2015 年建成国内座加氢站,而从 2009 年宇通客车一直 在进行燃料电池客车技术攻关研发。近两年来,东风汽车、南京金龙、武汉理工 新能源、武汉众宇、雄韬电源等一批国内氢能研发企业,纷纷落户湖北。而 安徽明天氢能技术领先,发展前景广阔,有望进入产业集群区域。

  西南地区:四川水利资源丰富,天然气资源储量富足,为天然气制氢提供了较强 的能源保障;工业副产氢潜力丰富,可满足氢能产业发展需求。目前,四川已经 研制出全球领先的氢能燃料电池动力系统。重庆市有丰富的天然气、页岩气资源 用于制氢,汽车工业基础好,产业起步早。

  东北地区:吉林省白城市目前大力发展清洁能源,并且与一汽合作,以电解水制 氢为主要技术路线,构建制氢、储氢、运氢、用氢和氢能装备全链条产业集群, 抢占未来能源领域的制高点。

  优质上市企业布局,ag真人线上平台。有序推进行业发展。上游氢气环节包括制氢、储氢、运氢以 及注氢等多个环节,目前在每个环节都有众多优质企业加入,有序推进行业的快 速发展。其中,上市公司作为主力参与者,如嘉化能源、美锦能源、华昌化工、 卫星石化等等优质企业,未来也将与行业同步发展且估值有望同步提升。

  目前氢气的工业应用大多采用高压气态形式作为燃料或原料,上 游供氢体系尚处 于萌芽探索阶段,几种制氢路线的经济性尚处验证之中。例如,投资较重的化石 燃料制氢(煤制氢和天然气重整制氢)作为定向的供氢路线,其可行性获得认可 之前难以大规模推广。而水电解路线虽然可以实现分散式供氢,但其经济性取决 于电力成本的降低,国内风电和光伏的弃电利用水平是制约该路线未来发展程度 的关键。但随着如光伏、风电平价的临近,清洁能源发电,电解水制氢的可提升 空间更为广阔。

  氢气制备的几种主要方式:包括化石燃料制氢(石油裂解、天然气、水煤气法等) 、 工业副产氢(氯碱、焦炉气、丙烷脱氢等)、化工原料高温裂解制氢(甲醇裂解、 乙醇裂解、液氨裂解等)、电解水制氢(光能、风能、水电、核能等)、和新型制 氢方法(生物质、光化学等)。

  化石燃料制氢:以煤、石油及天然气等为原料制取氢气是当今制取氢气最主要的 方法。该方法在我国都具有成熟的工艺,并建有工业生产装置。

  煤制氢:煤炭经过气化、一氧化碳变换、酸性气体脱除、氢气提纯等关键环 节,可以得到不同纯度的氢气。煤制氢优点是技术成熟、成本较低,煤制氢 成本仅 0.55~0.83 元/m3,远低于天然气制氢 0.80~1.75 元/m3 及甲醇制氢 1.5~2.5 元/m3成本,适合大规模生产。神华集团煤制氢能力已经达到 450 亿 m3/年,可供 2 亿辆燃料电池车用氢超过千年,缺点是排放量高,气体杂质 多。

  天然气制氢。天然气制氢的原理: 在一定压力、一定高温及催化剂作用下, 将甲烷和水蒸气为一氧化碳和氢气等,余热回收后,在变换塔中将一氧 化碳变换成二氧化碳和氢气的过程。再经过换热、冷凝、汽水分离,通过程 序控制将气体依次通过装有 3 种特定吸附剂的吸附塔,由变压吸附( PSA) 提纯氢气。

  甲醇制氢。近年来,随着国内甲醇生产规模的扩大,甲醇蒸汽制氢工艺 发展迅速。以甲醇为原料,采用甲醇重整生产氢气技术,已在国内外商业化 多年,规模一般在 2500 m3 /h 以下。目前,该技术已广泛应用于电子、冶金、 食品以及小型石化行业中。甲醇重整制氢技术与大规模的天然气、轻油、水 煤气等制氢相比,具有流程短,投资省,能耗低,无环境污染等特点。

  氨制氢。氨分解制氢是一种重要的制氢方法,液氨可以方便安全运输,到达 目的地后进行氨分解制氢,即把液氨加热至 800~850℃,在镍基催化剂作用 下,对氨进行分解,分解效率可达 99%以上,得到含 75%H2和 25% N2的混 合气体。一般用作半导体或其他工业的保护气体,也可提纯获得高纯度氢气。

  工业副产氢:工业副产氢总量较大, 主要来自氯碱工业副产气、煤化工焦炉煤 气、丙烷脱氢、合成氨产生的尾气、炼油厂副产尾气等。

  氯碱工业制备氢气:纯度高( 体积分数达到 99.3%以上) ,主要用于生产氯 化氢及 PVC,但仍有很多氢气富余放空。2018 年国内烧碱产量按 3800 万吨 /年计,共副产氢气 95 万吨,其中自用达 60%以上。据统计,中国氯碱工业 每年剩余氢气达( 28~34)万吨,造成严重资源浪费。工业副产氢提纯最常用 的是变压吸附技术( PSA) 。目前采用 PSA 技术的焦炉煤气制氢、氯碱尾气 制氢等装置已经得到推广,规模化的提纯成本为 3~5 元/kg,计入气体成本 后氢气价格为 8~14 元/kg,具有较高的成本优势。

  光解水制氢:光解水制氢技术始自 1972 年,由日本东京大学 Fujishima A 和 Honda K 两教授发现 TiO2 单晶电极光催化分解水从而产生氢气这一现象, 从 而揭示了利用太阳能直接分解水制氢的可能性,开辟了利用太阳能光解水制氢的 研究道路。

  比较分析各种制氢方式、能源价格以及制氢成本等多因素综合考虑,在现阶段, 成本低、氢气产物纯度较高的氯碱工业副产氢的路线,已经可以满足下游燃料电 池车运营的氢气需求;在未来氢能产业链发展得比较完善的情况下,利用可再生 能源电解水制氢将成为能源解决方案。

  从全球范围来看,目前天然气的制氢仍为主要技术路线%,醇类 与煤制氢分列第二、第三,占比分别为 30%与 18%,而电解水制氢比例仅为 4%。作为全球燃料电池汽车领跑者的日本而言,目前电解水占比高达 63%,远超化 石原料制氢的 17%的比例,其产业成熟度较高,优势明显。

  储氢技术是氢能源推广环节中的一项关键技术。然而,由于氢气的特殊性质, 氢气的储存成为现今阻碍氢能推广应用的瓶颈。为了解决这一难题,各国科学家 纷纷研究开发了多种储氢技术。目前使用比较广泛的储氢手段主要有高压储氢、 液态储氢、金属氧化物储氢、碳基材料储氢以及化学储氢等。

  高压气态储氢:在氢燃料电池汽车领域,目前技术发展较成熟且应用最为广 泛的是高压气态储氢。高压气态氢储存装置有固定储氢罐、长管气瓶及长管 管束、钢瓶和钢瓶组、车载储氢气瓶等。

  国内在固定储氢罐研发上已取得显著成果。在攻克多项关键技术的基础上, 利用自有专利技术已成功研制出了一种具有抑爆抗爆、缺陷分散、运行状态可在线监测的多功能多层高压储氢罐。目前压力等级可达到45、 77和98 MPa, 相关技术指标达到国际领先水平,但高压储氢的质量密度一般都低于 3%, 远远没有达到美国能源部提出的质量分数为 6.5%的质量储氢密度标准。

  低温液化储氢:指的是将纯氢气冷却到-253℃,使之液化,而后将其装到低 温储罐中。液态氢的密度为 70.6 kg /m3,其质量密度和体积密度都远高于高 压储氢,对于交通工具用氢内燃机和燃料电池而言,应用前景十分诱人。然 而,氢气的深冷液化过程十分困难,首先要将氢气进行压缩,再经热交换器 进行冷却,低温高压的氢气最后经节流阀进行进一步冷却,制得液态氢。墨 西哥 SS.SOLUCIONES 公司开发了一种内部是特殊冷却材料 CRM 的冷却 装置,其主要优势是热焓变化大,该液化储氢装置有望在不久的将来可以得 到推广。

  行业应用现状:目前,液态储氢在火箭、卫星等航天领域已得到应用。液态 储氢技术虽前景诱人,但它的缺点也是显而易见。多级压缩冷却过程使其耗 能严重,目前制备 1L 液氢需耗能 1~12 kW h· 。如此,液态储氢制备成本过 高。另外,液态储氢对低温储罐的绝热性能要求苛刻,因此对低温储氢罐的 设计制造及材料选择的成本也高昂,尚属难题。目前国内上海浦江气体公司、 富瑞特装、嘉化能源拟进行低温液化储氢装置建设。

  固态合金储氢:自然界中某些金属具有很强的捕捉氢的能力,在一定的温度 和较低的压力条件下, 这些金属能吸附大量氢气,反应生成金属氢化物, 同 时放出热量。想要把氢气重新释放出来, 只须将这些金属氢化物加热,就 会分解出来。这些吸附氢气的金属,称为储氢合金。常用的储氢合金有钛锰 系、镧镍系、钛铁系、镁系。目前浙江大学已研发固态合金储氢技术,处于 示范阶段。

  固态合金储氢的优点是加氢站无需高压设备,简化加氢站的建设,减少前期 投入,对阀体等部件要求降低,降低成本和故障率。金属氢化物储氢目前存 在的问题主要有以下几个方面: 1) 由于金属氢化物自身重量大而导致质量 储氢密度较低; 2) 很多金属氢化物吸脱氢气温度高,吸脱速率慢; 3)某些金 属合金其自身成本过高,难以普及。

  氢气的运输:目前,氢气主要输送方式有高压气态输送、液氢输送,有机液体氢 气运输、固态氢气运输。由于目前技术、成本等条件制约,尚未进入广泛应用阶 段。气氢输送主要为管道输送、长管拖车和氢气钢瓶输送。管道输送一般用于输 送量大的场合,目前已有数条长 50km、承压 2~4MPa 的输氢管道正在运行中, 管道内径已达 400mm。长管拖车运输存储压力为 20 MPa,经济运输半径为 200 km 左右,用于输送量不大、氢气用量吨及或以下; 氢气钢瓶则用于用量小、用 户比较分散的场合。液氢输送一般采用罐车和船,可长距离输送。尽管氢气运输 方式很多,但从发展趋势来看,在今后相当长一段时期内加氢站氢气主要通过长 管拖车、槽车和氢气管道进行运输。

  氢气储运在交通领域的主流方式:在氢燃料电池汽车领域,目前技术发展较成熟 且应用最为广泛的是高压气态储氢。高压气态氢储存装置有固定储氢罐、长管气 瓶及长管管束、钢瓶和钢瓶组、车载储氢气瓶等。

  加氢站是制约氢燃料电池汽车推广应用。加氢站作为向氢燃料电池汽车提供 氢气的基础设施,是氢燃料电池汽车产业中极其关键的重要环节,产业的发 展和商业化离不开加氢站等基础设施的建设。因为设备与技术要求,加氢站 的建设运营成本远高于加油站和充电站,氢能源大规模使用也要以加氢站覆 盖为基础,目前加氢站的数量还不足以完全满足商业化应用的需求。

  根据 H2 stations 公布的全球氢燃料电池汽车加氢站年度评估报告,截至 2018 年,全球加氢站数目达到 369 座,其中欧洲 152 座、亚洲 136 座、北美 78 座。其中日本、德国和美国三国合计 198 座,占全球总数的 53.7%,显示出 三国在氢能与燃料电池技术领域的领先地位。

  华东、华南地区加氢站建设较快。从地理位置上来看,近五十座加氢站分别位于 安徽、北京、上海、江苏、浙江、广东、河北、辽宁、河南、四川、湖北、山东、 山西、内蒙古、新疆等地,分布较为分散。其中,广东已建成并投入运营 13 座 加氢站,上海已建成加氢站 8 座,其余省和直辖市的加氢站数量均小于 5 座, 华南、华东布局力度较大,远超其他地区。

  目前,包括中国、日本、德国、韩国、美国在内的多个国家纷纷出台相应规 划以加快加氢站的建设布局,助推氢能源产业快速发展。

  放眼未来,未来加氢站的类型逐渐多样化,也将趋向于更加专业化和标准化,央 企国企成为加氢站的主要建设者,加氢站分布更加合理。通过统一筹备配合地方 政策,加氢站将在全国各地多点开花,形成更加完备的上游产业配套。

  1) 氢燃料电池汽车发展水平制约加氢站规模化进程。与国际先进水平相比, 我国氢燃料电池汽车在整车总体布置、动力性能、氢气消耗量等基本性 能方面差距不大,但在关键材料及技术、核心零部件、耐久性及整车集 成等方面仍有明显差距。

  同时,我国氢燃料电池汽车产业着力发展大型客车、运输车及专用车等 商用车,尚无量产的乘用车。商用车行驶路线基本固定且车辆集中,只 需在车辆使用附近地区有加氢站即可满足需求,从而造成加氢站行业的 商业化进程停滞。

  2)建设运行成本高制约加氢站建设投资热情:目前我国加氢站核心设备的 技术储备不足,国产化水平较低,加氢站核心设备的研发、应用技术远远落 后于日本、欧美等发达国家,如 70MPa 高压储氢技术、加氢站不锈钢材料、 氢气压缩机、氢气加注机等核心技术。加氢站核心技术的缺失,造成加氢站 建设所需设备主要依赖进口,推高了建设运行成本。

  3)选址困难影响加氢站发展规模:鉴于加氢站的商用服务属性,加氢站选 址 应城市城区,确保加氢服务的便利性。但是我国中心城市人口密集, 城市建设用地紧张,寻找适合建设加氢站的用地非常困难。

  4)行业职能不明确影响加氢站建设进度:目前,我国氢能应用没有明 确对应的主管部门,加氢站规划、立项、审批、运营监管等方面的制度尚不 健全,加氢站建设的审批流程无规可依,地方政府对加氢站建设存在审批盲 区,大大制约了基础设施建设的进度。

  氢燃料电池动力系统即使用氢燃料电池发动机代替了传统燃油发动机,使用储氢 罐代替了油箱,通过燃料电池的氢氧电化学反应,产生电能通过电动机驱动车辆 行驶。电池系统核心主要包括氢燃料电池发动机和车载氢系统。

  氢燃料电池发动机主要包括燃料电池电堆、空压机、膜增湿器等,主要功能是为 燃料电池汽车提供动力来源。

  车载氢系统主要由高压储氢瓶和氢气调节系统等组成,主要功能是存储氢气,并 为氢燃料电池发动机供应适当压力、足够流量的氢气。

  燃料电池系统又称燃料电池发动机,包括电堆和辅助系统(氢气、空气系统、热 系统、控制系统),其性能大小不仅和电堆输出能力有直接关系,且需要匹 配相应高性能辅助部件,氢气循环装置、空压机和加湿器等。

  燃料电池辅助系统关键零部件包含空气压缩机、空气增湿器、氢气循环装置等, 当前由于资金与市场的局限,国内几乎空白,仅有压缩机一项能够在国内找到生 产商,其余的均处于研究阶段或者需要进口。由于缺少部件模型定向开发需求, 忽略零部件集成匹配,在集成度方面同样处于劣势。

  质子交换膜燃料电池(Pton exchange membrane fuelcells,PEMFC)属于燃料电池 的一种,和其他燃料电池相比,其工作温度低、响应速度快和体积小等特点完全 适用于电动汽车的动力源,被认为是未来新能源汽车最重要的发展方向之一。电 池单体主要构成组件为电极、电解质隔膜与集电器等。

  燃料电池组成主要分两部分:膜电极组件(MEA)和双极板,除此外其他结构件包 括:密封件、端板和集流板等。而电堆是由多片单电池组成的结构;电堆及其监 测单元(CVM)、外部封装、流体岐管总成叫燃料电池模块。

  膜电极组件由气体扩散层、催化剂层、质子交换膜三部分组成。它对燃料电池的 输出功率、工作寿命有着决定性的影响

  质子交换膜是一种固态电解质膜,主要用来隔离燃料和氧化剂以及传递质子(H+) 的作用。在实际应用中,要求质子交换膜要有良好的质子传导率和化学、机械的 稳定性。

  目前常见膜有 Nafion 系列以及国内新源动力、武汉理工的复合膜,以及市场应 用最多的 Gore 复合膜。丰田 Mirai、本田 Claty、现代 NEXO 和国内新源均 采用戈尔机械增强复合膜,主要成分为 ePTFE(增强膨胀聚四氟乙烯)+新型氟化 离子聚合物,在机械强度和抗腐蚀性能方面有极大优势。

  当前燃料电池最关键零部件膜产品基本由国外垄断和控制,国内企业或研究单位 目前也未形成量产规模或达到量产水平。

  电极:燃料电池的电极是燃料发生氧化反应与氧化剂发生还原反应的电化学反应 场所,其性能的好坏关键在于触媒的性能、电极的材料与电极的制程等。

  催化剂是发生电化学反应的场所,目的降低活化能,提高反应速率。质子交换膜 燃料电池最常用的催化剂是 Pt/C,或者由过渡金属元素和铂的合金物组成的催 化剂 Pt/M,以此增强催化剂稳定性、耐腐性,比如 Pt-Co/C、 Pt-Fe/C、 Pt-Ni/C。

  受催化剂材料技术和工艺等诸多因素的影响,当前国内产品的铂载量需求是国外 先进水平的 3-4 倍,国内一家燃料电池电堆 Pt 载量约为 0.6mg/cm2, 1.07g/kW, 而 Mirai Pt 载量仅为 0.30g/kW。这也是当前国产电堆成本较高的重要原因之一。由于受到成本和寿命限制,催化剂重点方向朝着低铂、无铂化和铂合金催化剂发 展了,国内催化剂龙头贵研铂业在产业链中具有明显的竞争优势与稀缺性。

  扩散层作用在于支撑催化剂层、收集电流,并为电化学提供电子通道、气体通道 和排水通道,一般由多孔基层和微孔层组成。支撑层大多是经过憎水处理过的多 孔碳纸或碳布,微孔层由导电炭黑和憎水剂组成。支撑层比较成熟的产品有日本 的 Toray、德国的 SGL、加拿大的 Card,国内中南大学在进行碳纸的研究工 作,但缺少量产条件。

  双极板:是燃料电池中属于体积、质量最重的部件,决定了燃料电池体积和 质量密度,也是影响制造成本的重要因素。主要功能在分隔氧化剂与还原剂,并 传导离子,故电解质隔膜越薄越好,但亦需顾及强度。集电器又称作双极板,具 有收集电流、分隔氧化剂与还原剂、疏导反应气体等之功用,集电器的性能主要 取决于其材料特性、流场设计及其加工技术。

  双极板通常采用金属和石墨以及它们的复合材料。丰田、本田燃料电池均采用了 钛金属双极板技术,同时优化流体通道,通过提高气体扩散性减小浓度过电压, 功率密度达到 3.1kW/L。国内不少燃料电池公司,大连新源、北京氢璞、上海神 力、明天氢能已经开发出金属板燃料电池,燃料电池模块功率密度超过 2.0kW/L, 除去端板,堆栈功率可达到 3kW/L。

  随着国内有越来越多的膜电极生产商开始涌现出来,行业的竞争也开始加剧。据 统计,现阶段实现量产供货的企业除了武汉理工氢电和苏州擎动,还有美锦能源 参股的鸿基创能。而泰极动力、喜玛拉雅、俊吉科技、亚南电机、江苏延长桑莱 特等公司取得一定进展,在加快进行布局。

  值得注意的是,一些电堆厂将产业链条延伸到膜电极领域,这也在很大程度上加 剧了膜电极市场的复杂性。据了解,国内老牌的燃料电池厂商新源动力和清能股 份都是自产膜电极,而后起之秀爱德曼、明天氢能、东方氢能、南科燃料也建立 起生产线,实现膜电极自产。

  欧美日英在双极板行业领先:在保持一定机械强度和良好阻气作用的前提下,双 极板厚度应尽可能地薄,以减少对电流和热的传导阻力。目前市场上氢燃料电池 的双极板材料有石墨、金属和复合材料三类。目前国际市场上,欧美日石墨、金 属双极板整体较强,美、英复合材料双极板处于世界先进水平。

  国内石墨板强于金属板:国内石墨双极板较成熟,个别厂商生产的石墨双极板部 分性能已达国际先进水平,如上海弘枫实业、上海弘竣、淄博联强等企业。金属 和复合材料双极板在我国研究较晚,技术仍有较大提升空间。现阶段国内金属和复合材料双极板的相关研究机构及企业有武汉理工大学、爱德曼氢能源、新源动 力等。

  燃料电池的性能主要包括功率密度、寿命、成本等指标,国内燃料电堆成熟产品 在技术指标上与国外领先产品存在较大差距。国外燃料电池模块功率密度普遍达 到 3kW/L 水平,国内指标小于 1kW/L。目前国内正开发或少量已开发的大功率 金属电堆产品,技术指标逐渐追赶但产品成熟度仍有较大差距。

  上海神力:2019 年 1 月,由上海神力联合上海申龙客车有限公司研发的两 氢燃料电池公交车,正式交付上海奉贤巴士公共交通有限公司、上海奉贤汽 车客运有限公司。资料显示,上海神力研发的电堆体积功率密度突破 2.2kW/L,支持-30℃低温自启动、-40℃低温存储,广泛适用于客车、物流 车、乘用车等领域。

  北京氢璞创能:公司当前碳基石墨板水冷电堆主要分第三代和第四代。其中第 三代电堆功率 18kW,功率密度 1.5kW/L,设计耐久性 10000 小时;第四代 电堆功率 46kW,功率密度 1.8kW/L,均主要用于商用车。公司当前的金属 板水冷电堆功率密度为 2.5kW/L。目前,公司正在研发第三代金属板水冷电 堆。

  明天氢能:2018 年 12 月明天氢能目前已成功开发出 kW 的商业化金属双极 板电堆,体积比功率达到 3.0kW/L。在市场开发方面,公司已与多家整车厂 建立战略合作关系。

  广东国鸿氢能:广东国鸿成立于 2015 年 6 月,公司分别与加拿大巴拉德公司 和上海重塑成立合资公司,生产业界领先的电堆和系统模块。当前,国鸿氢 能电堆年产能 2 万套,国产化程度达到 90%,工作寿命在 12000 小时以上。9SSL 系列燃料电池电堆是为交通领域涉及的液冷式电堆产品,能够满足车 用变载动态特性要求,具有良好的单电池均一性,根据组装单电池数的不同, 额定功率为

  新源动力:2018 年 3 月,HYMOD®-300 型车用燃料电池电堆模块完成寿命 和整车应用验证。该电堆模块由新源动力股份有限公司开发,采用高稳 定性、高性能的膜基催化层膜电极设计和高可靠性的复合双极板结构,经寿 命和整车应用验证,突破了车用燃料电池 5000 小时的耐久性难关。同 时该产品实现了电堆在-10℃环境下的低温启动,以及在-40℃下的储存。

  新研氢能源:2018 年 8 月,大同新研氢能源公司(新研氢能源科技有限公司 全资子公司)与山西大同市政府签订投资合作协议。根据协议,大同新研拟 投建氢能和燃料电池生产基地项目。该项目总投资 8 亿元,建设规模年产 10000 套燃料电池电堆。

  苏州弗尔赛:2018 年 8 月,弗尔赛发布 2018 年半年度报告。公司表示,报告 期内,弗尔赛作为课题牵头单位,承担了国家新能源汽车专项“燃料电池发 动机及商用车产业化技术与应用”项目中课题一“标准化电堆成套开发与制 造关键技术”中的主要研发任务和组织工作。

  武汉理工:雄韬股份委托武汉理工大学开发的 62kW 金属双极板燃料电池电 堆项目完成,并完成了进行了项目验收。

  氢燃料电池系统成本占比过半,成降本核心要素。在燃料电池汽车产业链中, 燃料电池系统由电堆和辅助系统两部分组成,其中辅助系统还包括空压机、控制 器、氢循环泵等,系统中最核心的部分是燃料电池电堆和空压机,其在燃料电池 系统中的占比,分别为 49%和 21%,也就是说,目前来看加强燃料电池电 堆和空压机的研发,可以大幅降低燃料电池的整车成本,其技术的进步尤为重要。

  电池成本持续下降将助推产业发展。根据美国能源部(DOE)的测算,以 80kW 质子交换膜燃料电池为例,在大规模生产条件假设下,燃料电池的生产成本从在 2010 年以前大幅下降,从 2011 年开始较为稳定地维持在 50 美元/kW 以上的 水平,同时美国目标在 2020 年将燃料电池成本降低到 40 美元/kW,远期价格为 30 美元/kW。若按 2006 与 2020 年的 124 与 30 美金/kW 计算,期间年均降幅 约为 10.6%,越到后期技术升级难度越大,降幅越小。

  国外氢燃料电池汽车技术领先:目前国外氢燃料电池汽车已经完成了整车的技术、性能研发工作,整车性能已能接近传统汽车水平,部分领先车企产品 的成熟度已接近产业化阶段。如日本丰田、本田和韩国现代汽车,其中丰田 Mirai 汽车销量处于领先水平。

  氢燃料电池汽车工作原理:燃料电池发出的电能,经 DC/DC 升压,利用电 机为机械能,驱动车辆行驶。一般情况下,为了弥补燃料电池动力输出 缺陷,配备了储能电池,采用“电电混合”工作模式。

  燃料电池商用车技术指标低于乘用车。在 2019 上海车展部分 FCEV 部分参 展车型中,与国外成熟车型对比分析:燃料电池乘用车朝着高动力、长续航 和系统高度集成化目标发展,续航 500+km,储氢压力 70Mpa,燃料电池功 率 50+kW 级别,同时配备高功率电池,燃料电池发动机高度集成,但整体 技术不完善且处于样品状态。燃料电池商用车技术指标低于乘用车,一方面, 考虑到整车成本;另一方面,高性能零部件产品不成熟。特点:35mpa 储氢 压力配套高能量动力电池,续航达 400km,整车布置空间优越系统集成度不 高;技术方向:长续航+高可靠性。

  技术与规模驱动成本与价格下行。目前国内氢燃料电池系统等产品价格根据客户 订单数量而呈现梯度报价,电堆平均价格在 6000~8000 元/kW,相比 2018 年有 20%左右的降幅;系统价格较 2018 年降低 10%,单台燃料电池公交车价格在150~300 万之间。随着国内燃料电池产业链完善,国产产品逐步应用,预计氢 燃料电池系统价格在每年 15~20%的降幅,售价快速下降将有效推动行业快速前 进。

  我国车载燃料电池车以商用车和专用车主导。目前来看,国内主流燃料电池系 统供应商的系统体积功率密度普遍在 300kW/L 以下,而系统的质量比功率密度 多处于 220~320kW/kg 之间;23 燃料电池系统中,功率分布在 30kW≤P< 50kW 的系统有 18 ,占比 78%。中游燃料电池系统的功率密度主要由下游的 市场状态决定。目前我国燃料电池整车主要由商用车和专用车主导,下游的市场 需求决定了中游电池系统的功率分布;同时,中游的技术水平制约下游产品的市 场空间。

  我国燃料电池乘用车发展相对滞后。目前来我国燃料电池客车和专用车市场迅速 扩张,市场规模处于世界前列,然而乘用车的发展却驻足不前。主要由于两方面 的原因,一方面,我国燃料电池堆的技术水平还达不到乘用车的水准。另一方面, 燃料电池车的推广离不开加氢站的建设。加氢站配套的不足直接导致下游需求的 弱化,车企也没有动力向乘用车领域进行研发和推广。

  国内技术与国外领先水平差距较大。在燃料电池全产业链核心技术方面,我国除 了石墨双极板、石墨板电堆在性能价格方面当前可与国外产品媲美外,其余产品差距还较大,国内普遍处于小批量,样品阶段,原因主要是早期国内产业链企业 较少;研发基础弱;技术积累时间短。目前国产产品基本处于边研发、边试用、 边装车的阶段,适用产品验证周期短,导致实际使用中的稳定性和寿命不达标。

  国内整车汽车企业参与者主要以客车为主,专用车为辅,乘用车企业主要有上汽 与长城汽车参与。整体而言,中通客车领衔行业发展,未来或存较大空间以及具 有一定的溢价属性。

  在新能源汽车高速发展的大背景下,汽车企业积极参与前瞻部署。2019 年上海 申龙完成 903 辆燃料电池客车,中通客车 686 辆,上汽大通 307 辆,稳居前三甲。2017~2019 年累计产量居市场前三强为中通客车、上海申龙与佛山飞驰,分别对 应 1476、937、704 辆。总体而言,基数较小,后续增长潜力大,其中,我们看 好上市公司中通客车在客车领域的先发优势及其竞争力。

  据中国汽车工业协会预测,到 2035 年,我国氢燃料电池汽车将会形成 428 万辆 级保有规模。基于燃料电池应用特点及我国新能源汽车产业发展形势,商用车将 成为燃料电池汽车主流车型,因此保有量占比也将远高于乘用车。

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