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燃料電池技術(shù)邁入快速發(fā)展的十年 | 燃料電池行業(yè)研究

2022-03-03 來源:未來智庫 瀏覽數(shù):628

氫能將成為能源安全的重要組成部分。預(yù)測(cè)2030 年中國氫氣需求量 3715 萬噸,在終端能源消費(fèi)中占比約為 5%; 2060 年 13030 萬噸,在終端能源消費(fèi)中占比約為 22%。國際能源署預(yù)測(cè),到2070 年 全球?qū)錃獾男枨髮⑦_(dá)到 5.2 億噸。世界能源理事會(huì)預(yù)計(jì),到2050年氫能在全球終端能源消費(fèi)量占比 25%。

 1 、“十四五”構(gòu)建“大氫能”圖景,燃料電池先行

氫能是國家能源安全,節(jié)能減排的優(yōu)選方案
 
氫能將成為能源安全的重要組成部分。預(yù)測(cè)2030 年中國氫氣需求量 3715 萬噸,在終端能源消費(fèi)中占比約為 5%; 2060 年 13030 萬噸,在終端能源消費(fèi)中占比約為 22%。國際能源署預(yù)測(cè),到2070 年 全球?qū)錃獾男枨髮⑦_(dá)到 5.2 億噸。世界能源理事會(huì)預(yù)計(jì),到2050年氫能在全球終端能源消費(fèi)量占比 25%。
 
2021 年,全球主要國家共銷售氫車 16,313 臺(tái),同比增長 68%,韓國占據(jù)總銷量的 52%。受強(qiáng)勢(shì)補(bǔ)貼政策驅(qū)動(dòng),韓國市場(chǎng)延續(xù)了 2020 年的增長勢(shì)頭,全年共售出 8,498 臺(tái)氫車,約占全球總銷量的一半。美國全年氫車銷量為 3,341 臺(tái),較 2020 年激增 2.5 倍,主要原 因是 2020年疫情導(dǎo)致銷量基數(shù)過低;日本全年共售出氫車 2,464 臺(tái),同比增長 67%,主 要受益于 2020 年底新一代豐田 Mirai 的上市。德國共售出氫車 424 臺(tái),同比增長 38%。中國全年氫車銷量為 1,586 臺(tái),同比增長 35%。全球主要國家氫車保有量為 49,562 臺(tái),同比增長 49%。
 
 
相同里程下一輛重卡的二氧化碳排放量約為一輛乘用車的十倍,氫能物流車/乘用車/重卡 預(yù)計(jì)單車年碳減排量達(dá) 9.8t/2.1t/187.6t,提高重卡的新能源轉(zhuǎn)化率是商用車發(fā)展的重頭戲。重卡作為物流運(yùn)輸?shù)闹髁ιa(chǎn)工具,單車運(yùn)營里程長、運(yùn)營次數(shù)多、柴油消耗總量高,成 為氮氧化物、一氧化碳和顆粒物等污染物的主要排放來源,造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。根據(jù)商用汽車的統(tǒng)計(jì),2021年我國重卡保有量約有 850 萬輛,重卡的污染排放量占到商用車總排放量的近 6 成。
 
示范城市群探索多元應(yīng)用場(chǎng)景,政策精準(zhǔn)補(bǔ)貼
 
“3+2”示范城市群格局形成,探索多元應(yīng)用場(chǎng)景,交通領(lǐng)域是氫能產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的先導(dǎo)部分。2021 年 9 月,我國首批三個(gè)燃料電池汽車示范城市群落地,分別由北京市、上海市和廣 東省佛山市牽頭。2021 年 12 月 28日,河南、河北兩大燃料電池汽車示范城市群正式啟 動(dòng)。全國“3+2”燃料電池汽車示范格局形成,合計(jì)共 47 座城市。國家發(fā)改委能源研究所 環(huán)境中心主任熊華文提出:“交通領(lǐng)域是氫能產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的先導(dǎo)部分,十四五期間,氫能將探 索走多元化的應(yīng)用之路,在工業(yè)、建筑等領(lǐng)域進(jìn)行探索,構(gòu)建“大氫能”圖景。
 
國補(bǔ)補(bǔ)貼采取“以獎(jiǎng)代補(bǔ)”方式精準(zhǔn)補(bǔ)貼,按照示范城市群任務(wù)目標(biāo)完成情況給予獎(jiǎng)勵(lì)。示范城市群獎(jiǎng)勵(lì)為期 4 年,各年度獎(jiǎng)勵(lì)比例為 20 年/21 年/22 年/23 年:1.3/1.2/1.1/0.9,可近似看作 21 年、22年獎(jiǎng)勵(lì)在前一年基礎(chǔ)上退坡 10%,23 年獎(jiǎng)勵(lì)退坡 20%。財(cái)政部分別在燃料電池汽車推廣應(yīng)用和氫能供應(yīng)兩個(gè)領(lǐng)域給予示范城市群補(bǔ)貼,原則上 1 積分約獎(jiǎng) 勵(lì) 10 萬元。示范期間將根據(jù)示范進(jìn)展情況適度調(diào)整補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求。積分上限分別 為 15000 積分和 2000 積分,即補(bǔ)貼金額上限為 15 億元和 2 億元。為推進(jìn)產(chǎn)業(yè)合理布局,示范區(qū)以外的地方原則上不宜再對(duì)燃料電池汽車推廣給予購置補(bǔ)貼。
 
 
示范城市群中上海補(bǔ)貼政策已經(jīng)落地,其余示范城市群政策有望逐步落地。上海的補(bǔ)貼力 度較大:1)與國補(bǔ)進(jìn)行 1:1 配套,每 1 積分國補(bǔ)+地補(bǔ)共 20 萬元的獎(jiǎng)勵(lì),由統(tǒng)籌資金安 排 15 萬元,燃料電池系統(tǒng)生產(chǎn)企業(yè)所在區(qū)安排 5 萬元;2)補(bǔ)貼范圍涵蓋了制儲(chǔ)運(yùn)加用全 產(chǎn)業(yè)鏈各個(gè)環(huán)節(jié),將整車企業(yè)運(yùn)營納入補(bǔ)貼,將核心零部件從國補(bǔ)的 8 大擴(kuò)展到 9 大,增 加了儲(chǔ)氫瓶閥;對(duì)加氫站建設(shè)和氫氣零售價(jià)給予補(bǔ)貼。
 
補(bǔ)貼政策鼓勵(lì)續(xù)航里程高、功率大的商用車型,以上海地區(qū) 31 噸以上重卡車型為例,國 補(bǔ)+地補(bǔ)超過 100 萬,補(bǔ)貼后車輛購置成本與燃油車持平。根據(jù)最新積分獎(jiǎng)勵(lì)政策,針對(duì) 功率大于 75kW 的燃料電池車,給予更高的積分和補(bǔ)貼支持。納入獎(jiǎng)勵(lì)車輛的純氫續(xù)駛里 程應(yīng)不低于 300km,對(duì)于 31 噸以上的重型貨車以及礦山、機(jī)場(chǎng)等場(chǎng)內(nèi)運(yùn)輸車輛,續(xù)駛里 程可放寬至 200km。這有利于諸如礦用卡車、機(jī)場(chǎng)擺渡車等場(chǎng)內(nèi)運(yùn)輸車型應(yīng)用。車型上,輕中型貨車(<12 噸)和中小型客車(<10m)獎(jiǎng)勵(lì)金額最低,大型客車和重型貨車補(bǔ)貼 力度更高,在重型貨車中,12-25 噸、25-31 噸和 31 噸以上 3 檔,各檔獎(jiǎng)勵(lì)金額呈階梯式 上升。根據(jù)香橙會(huì)研究院,目前 31 噸氫能重卡售價(jià)為 150 萬左右,補(bǔ)貼超過 100 萬,補(bǔ) 貼后購置成本與一輛相近規(guī)格的柴油重卡拖車已大體持平。
 
氫能車進(jìn)入規(guī)模示范階段,2025 年保有量有望達(dá)到 10 萬輛
 
25 年 10 萬輛,30 年 100 萬輛的目標(biāo)有望實(shí)現(xiàn)。中國氫能聯(lián)盟預(yù)測(cè) 2025 年中國氫燃料電 池汽車保有量 10 萬輛,2030 年保有量 100 萬輛,截至 2021 年,國內(nèi)燃料電池汽車保有 量為 8938 輛,2022-2025 年 CAGR=83.1%,2026-2030 年 CAGR=48.5%,根據(jù)復(fù)合增 速,我們預(yù)計(jì) 2025 年中國燃料電池汽車銷量為 4.6 萬輛,2030 年為 37 萬輛。根據(jù)示范 城市群的示范目標(biāo),2025 年合計(jì)為 3.3 萬輛,考慮其他非示范氫能規(guī)劃持續(xù)落地,我們預(yù) 計(jì) 2025 年中國氫燃料電池汽車 10 萬輛的保有量目標(biāo)有望實(shí)現(xiàn)
 
 
中汽協(xié)數(shù)據(jù),2016-2021 年國內(nèi)氫燃料電池汽車銷量分別為 629、1275、1527、2737、1177、1586 輛,截至 2021 年,國內(nèi)燃料電池汽車保有量為 8938 輛。若氫燃料電池在商 用車全面推廣,每年潛在市場(chǎng)空間超過 180 萬輛/年。根據(jù)中汽協(xié)數(shù)據(jù),2020 年國內(nèi)重卡、市政環(huán)衛(wèi)車、公交車和大巴車銷量分別為 162.3 萬輛、6.9 萬輛、6.6 萬輛和 5 萬輛,若氫 燃料電池車全面替代原有重卡、環(huán)衛(wèi)、公交、大巴等燃油車,潛在市場(chǎng)需求合計(jì) 180.8 萬 輛/年。
 
工信部推薦燃料電池車型數(shù)量持續(xù)增加,推薦車型從客車轉(zhuǎn)向重卡。根據(jù)工信部《新能源 汽車推廣應(yīng)用推薦車型目錄》(2017-2021 年),2017-2021 年累計(jì)共推薦 760 款新能源汽 車,其中,2021 年共推薦車型 303 款,客車、重卡、環(huán)衛(wèi)車和低溫冷藏車推薦車型數(shù)量 占比分別為 33.0%、20.3%、21.2%和 12.7%,客車推薦車型占比 2019 年為 69%,2021 年出現(xiàn)較大下降,重卡占比大幅增加,推薦數(shù)量占比從 2019 年的 3%增長至 21 年的 20.3%。
 
2021 年氫能重卡銷量 779 輛,同比增長 42 倍,占新能源重卡的份額從 2020 年的 0.7%上 升至 2021 年的 7.46%。2021 年,新能源重卡累計(jì)銷售 10448 輛,同比增長 3 倍。新能源 重卡在重卡銷量中的比重由年初的 0.09%上升至年末的 5.67%。燃料電池重卡 21 年銷量 779 輛,同比增長 42.28 倍,在新能源重卡中的份額從 2020 年的 0.7%上升至 7.46%,成為 新能源重卡領(lǐng)域重要細(xì)分市場(chǎng)。
 
純電動(dòng)車的續(xù)航里程和補(bǔ)能時(shí)間仍不理想,長期看燃料電池更適合長途載重運(yùn)輸。純電動(dòng) 是新能源重卡中最為成熟的技術(shù)路線,較汽柴油重卡而言更加環(huán)保,可實(shí)現(xiàn)零排放。然而 由于技術(shù)局限,純電動(dòng)車的續(xù)航里程和補(bǔ)能時(shí)間仍不理想,即便采用換電模式減少充電時(shí) 間,也只能在換電站輻射的作業(yè)半徑內(nèi)進(jìn)行運(yùn)輸工作,提升續(xù)航里程將面臨載重量的降低。這些因素都大大限制了電動(dòng)重卡的適用場(chǎng)景,為氫燃料電池車的進(jìn)入留下了空間。相較于 純電,氫燃料電池有能量密度更高、自重低、加注快、耐低溫等優(yōu)點(diǎn),這決定了氫燃料電 池車天然適用于固定路線、中長途干線和高載重的場(chǎng)景中。
 
 
CCTC®02

2、降本目標(biāo):補(bǔ)貼前全生命周期降本 46%可與電車平價(jià)

長途、大功率應(yīng)用場(chǎng)景下,燃料電池系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)明顯
 
氫燃料電池車型更適用于路線相對(duì)固定、加氫便利等區(qū)域性應(yīng)用場(chǎng)景。相比純電動(dòng)車型,氫燃料電池車克服了能源補(bǔ)充時(shí)間長、低溫環(huán)境適應(yīng)性差的問題,提高了營運(yùn)效率,與純 電動(dòng)車型應(yīng)用場(chǎng)景形成互補(bǔ);按照“氫電互補(bǔ)、宜氫則氫、宜電則電”的原則,同時(shí)結(jié)合各 場(chǎng)景的應(yīng)用潛力,受制于當(dāng)前儲(chǔ)氫、加氫基礎(chǔ)設(shè)施及燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)水平不足以支持長途、大功率需求場(chǎng)景,氫燃料電池車型更適用于路線相對(duì)固定、加氫便利等區(qū)域性應(yīng)用場(chǎng)景,主要有以下應(yīng)用場(chǎng)景。
 
氫能在交通領(lǐng)域的應(yīng)用將逐步向長續(xù)航、大載重的場(chǎng)景過渡。根據(jù)氫藍(lán)時(shí)代常務(wù)副總裁曹 桂軍在 2021 勢(shì)銀氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)年會(huì)上發(fā)表的《燃料電池系統(tǒng)開發(fā)與多場(chǎng)景應(yīng)用》的主題演講,預(yù)計(jì) 2025 年燃料電池系統(tǒng)主要額定功率為 130——180kW,燃料電池系統(tǒng)最大 額定功率將大于 180kW,氫能在交通領(lǐng)域的應(yīng)用將逐步向長續(xù)航、大載重的場(chǎng)景過渡。
 
經(jīng)濟(jì)性決定因素:購置成本、氫耗及氫氣價(jià)格
 
燃料電池汽車成本包括車輛購置成本和使用成本,燃料電池汽車的燃料經(jīng)濟(jì)性決定了使用 成本,它與兩個(gè)因素直接相關(guān):百公里氫耗量和氫氣價(jià)格。
 
《中國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告 2020》對(duì)車用燃料電池系統(tǒng)提出的成本目標(biāo):
 
1)、系統(tǒng)成本:2025/2035/2050年商用車燃料電池系統(tǒng)成本目標(biāo)為 3500/1000/ 500 元 /KW。以 2020 年為基數(shù),2025/2050 年分別下降 30%/80%;
 
2)、系統(tǒng)功率:2025年燃料電池重卡、客車、物流車的系統(tǒng)功率分別為 150/100/55kW,2050 年分別為 300/200 /100kW;
 
 
3)、百公里耗氫:2025 年燃料電池重卡、客車、物流車分別為 8.5 /5.5/2.5 kg/100km; 2050 年分別為 6/3.5 /1.5 kg/100km。以 2020 年為基數(shù),氫耗 2025/2050 年分別下降 17——23%/45%——50%;
 
4)、氫氣成本:2025 年為 20 元/ kg,2035 年為 10 元/ kg,以 2020 年為基數(shù),氫耗 2025/2035 年分別下降 43%/71%。
 
2017 年發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》提出的降本要求更高:
 
1)、燃料電池系統(tǒng):商用車燃料電池系統(tǒng)成本 2020/2025/2030 年分別為 5000/2000/600 元/kW,以 2020 年為基數(shù),2025/2030 年分別下降 60%/88%;乘用車燃料電池系統(tǒng) 成本 2020/2025/2030 年分別為 1500 /800 /200 元/kW,以 2020 年為基數(shù),2025/2030 年分別下降 46%/86.7%;
 
2)儲(chǔ)氫系統(tǒng)成本:2020/2025/2030 年分別為 3000//2000/1800 元/kg,以 2020 年為基數(shù),2025/2030 年分別下降 33%/40%。
 
以 18 噸重卡車型為例降本空間測(cè)算:燃料電池車 VS 柴油車 VS 純電車 基于中國、美國和日本的成本預(yù)測(cè)數(shù)據(jù),根據(jù)車用燃料電池系統(tǒng)動(dòng)力匹配的特點(diǎn),分析燃 料電池與純電動(dòng)卡車(18t)的成本差異。根據(jù)上海捷氫 2021 年 9 月發(fā)表的論文《基于 TCO 分析氫氣價(jià)格對(duì)燃料電池重卡經(jīng)濟(jì)性的影響》,我們選取載重 18t 的一汽解放 J6L4×2 廂式運(yùn)輸車,車輛使用場(chǎng)景為車隊(duì)營運(yùn)重卡,該運(yùn)輸車需要滿足日均 500km 以上的長途 運(yùn)輸需求,使用時(shí)間為 5 年完成 100 萬公里。結(jié)論如下:
 
1) 、購置成本:燃油重卡價(jià)格約 20 萬,補(bǔ)貼前純電重卡約 71.6 萬,補(bǔ)貼后為 67.6 萬,補(bǔ) 貼前燃料電池重卡約 96.9 萬,補(bǔ)貼后為 16.8 萬。補(bǔ)貼前氫能車的購置成本分別高過 燃油重卡 80%,高于純電重卡 35%。
 
 
2)、 運(yùn)營成本:燃油重卡柴油費(fèi)用為 1.61 元/公里,電動(dòng)車電費(fèi)為 0.88 元/公里,補(bǔ)貼前燃 料電池重卡能源使用成本為 2.01 元/公里,補(bǔ)貼后燃料電池重卡氫氣費(fèi)用為 1.58 元/公 里,低于柴油重卡的運(yùn)營成本。補(bǔ)貼后氫能車的燃料成本低于燃油重卡,高于純電重 卡 80%。
 
3) 、全生命周期成本來看,補(bǔ)貼前,燃料電池重卡全生命周期成本高出燃油重卡 36%,高 出純電重卡 46%。補(bǔ)貼后,燃料電池汽車全生命周期的成本與低于柴油重卡,略高于 純電重卡 7%。
 
如果 2025 年和 2030 年氫燃料電池汽車性能及成本的達(dá)到《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》規(guī)劃目標(biāo),則 18 噸重卡全生命周期成本 2025 年為 255.86 萬,2030 年為 179.71 萬,分 別比 2021 年燃油重卡成本低 22.79%和 45%,比 2021 年純電動(dòng)重卡低 5%和 31%。
 
需要注意的是:類似車型的情況下,燃料電池汽車的續(xù)駛里程主要取決于氫系統(tǒng)的儲(chǔ)氫量,純電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程主要取決于電池的容量,鋰電池應(yīng)用于重型車輛時(shí),鋰電池的自重 不可忽略,根據(jù)高工鋰電的數(shù)據(jù),我們以一輛續(xù)航里程 200 公里的 30 噸純電動(dòng)卡車為例,鋰離子電池容量約為 400kWh,使用 300Wh/kg 的鋰離子電池,電池自重高達(dá) 1.3 噸,如 果續(xù)駛里程提高到 800-1000 公里,電池自重將高達(dá) 6 噸以上;而 30 噸的燃料電池卡車百 公里氫耗約為 10kg,使用儲(chǔ)氫密度在 5.7%的 70MPa 儲(chǔ)氫系統(tǒng),續(xù)駛里程為 1000 公里時(shí) 燃料電池系統(tǒng)與儲(chǔ)氫系統(tǒng)重量的總和僅 2 噸左右。
 
降本路徑:國產(chǎn)化推動(dòng)規(guī)模化
 
目標(biāo):2025 年掌握關(guān)鍵技術(shù),2030 年完全實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)的自主可控 根據(jù)《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖 2.0》發(fā)展目標(biāo):到 2025 年,基本掌握關(guān)鍵技術(shù),實(shí) 現(xiàn) PEMFC 電動(dòng)汽車規(guī)模化推廣應(yīng)用,建設(shè) 1——100kW 級(jí) PEMFC 分布式發(fā)電示范項(xiàng)目; 到 2030 年完全掌握核心關(guān)鍵技術(shù),建立完備的產(chǎn)業(yè)鏈,實(shí)現(xiàn)大規(guī)模推廣應(yīng)用;到 2050 年 實(shí)現(xiàn)普及應(yīng)用。
 
 
質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)是現(xiàn)階段國內(nèi)外主流應(yīng)用技術(shù)。燃料電池通過電化學(xué)反 應(yīng)直接發(fā)電,不受卡諾循環(huán)限制,沒有機(jī)械傳動(dòng)損失,理論發(fā)電效率遠(yuǎn)高于內(nèi)燃機(jī)。質(zhì)子 交換膜燃料電池憑借啟動(dòng)時(shí)間短、操作溫度低、結(jié)構(gòu)緊湊、功率密度高的優(yōu)點(diǎn)成為燃料電 池汽車邁入商業(yè)化進(jìn)程的首選。
 
我國已經(jīng)初步實(shí)現(xiàn)了 PEMFC 全產(chǎn)業(yè)鏈的國產(chǎn)化,逐步發(fā)展到產(chǎn)業(yè)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)張、基礎(chǔ)設(shè) 施逐步完善的產(chǎn)業(yè)化初期階段。2017 年以來,國內(nèi)燃料電池系統(tǒng)核心技術(shù)取得顯著進(jìn)步,初步掌握了整車、動(dòng)力系統(tǒng)與關(guān)鍵部件的關(guān)鍵技術(shù),基本建立了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的燃料 電池轎車與燃料電池城市客車動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)了百輛級(jí)動(dòng)力系統(tǒng)與整車的生產(chǎn)能 力。我國燃料電池汽車行業(yè)已基本形成以整車制造及燃料電池系統(tǒng)為牽引的燃料電池汽車 供應(yīng)鏈和產(chǎn)業(yè)鏈體系,產(chǎn)業(yè)鏈覆蓋燃料電池汽車整車、燃料電池系統(tǒng)及零部件,以及加氫、制氫、儲(chǔ)氫等環(huán)節(jié)。
 
我國領(lǐng)先企業(yè)的電堆技術(shù)參數(shù)已經(jīng)和國際先進(jìn)企業(yè)接近。以巴拉德、本田、豐田為首的國 際先進(jìn)企業(yè)最大功率在 130——140kW,我國清能股份的 VLS II Pro 電堆的最大功率可以達(dá) 到 165kW,根據(jù)清能股份總經(jīng)理張弛在 2021 勢(shì)銀氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)年會(huì)上發(fā)表的題為 《大功率燃料電池電堆的商業(yè)化》的主題演講,清能股份已經(jīng)在 2021 年實(shí)現(xiàn)了 170kW 電 堆的批量化應(yīng)用,預(yù)計(jì)將在 2022 年一季度推出 250kW 電堆,截至 2021 年底 150kW 以 上電堆出貨量將超過 400 套,其中出口近 100 套,我國領(lǐng)先企業(yè)的電堆技術(shù)參數(shù)已經(jīng)和國 際先進(jìn)企業(yè)接近。
 
電堆國產(chǎn)化率及技術(shù)指標(biāo)提升,開發(fā)大功率系統(tǒng)難度降低。根據(jù)氫藍(lán)時(shí)代動(dòng)力科技有限公 司常務(wù)副總裁曹桂軍在 2021 勢(shì)銀氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)年會(huì)上發(fā)表的《燃料電池系統(tǒng)開發(fā) 與多場(chǎng)景應(yīng)用》的主題演講,電堆的國產(chǎn)化率和技術(shù)指標(biāo)快速提升。其中,單堆功率從 45——60kW 提升至 150——200kW;電堆功率密度從 2.5kW/L 提升至 4——4.5kW/L;關(guān)鍵零部件 國產(chǎn)化率從 50%提升至 90——98%;系統(tǒng)集成度從 300W/kg 提升至 450W/kg;環(huán)境適應(yīng)性 普遍提高,一般可達(dá)到-30℃冷啟動(dòng);基礎(chǔ)材料不斷突破,產(chǎn)業(yè)化加速,系統(tǒng)成本下降趨 勢(shì)明顯,電堆價(jià)格可低于 2000/kW,系統(tǒng)成本可低于 5000/kW。
 
 
電堆:初步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化條件,國產(chǎn)化
 
2021 年電堆成本約占燃料電池系統(tǒng)成本 65%。膜電極主要包括催化劑、質(zhì)子交換膜以及 氣體擴(kuò)散層,占電堆成本的 75%左右,其中催化劑占電堆的 36%,雙極板占電堆的 23%,質(zhì)子交換膜占電堆的 16%。
 
膜電極:初步達(dá)到產(chǎn)業(yè)化標(biāo)準(zhǔn),關(guān)鍵材料國產(chǎn)化推進(jìn)帶動(dòng)成本下行
 
膜電極是燃料電池的核心部件,直接決定了氫燃料電池的功率密度、耐久性和使用壽命。膜電極承擔(dān)燃料電池內(nèi)的多相物質(zhì)傳輸(包括液態(tài)水、氫氣、氧氣、質(zhì)子和電子傳輸),通過電化學(xué)反應(yīng)將燃料氫氣的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能,直接決定了氫燃料電池的功率密度、耐 久性和使用壽命。其主要性能指標(biāo)包括單位表面積的輸出功率(功率密度)、貴金屬用量 (單位功率輸出的鉑用量)、壽命和成本。具備高效多相傳輸能力的膜電極,能減少電堆 系統(tǒng)的輔機(jī)消耗,從而降低電堆成本,提高電堆系統(tǒng)可靠性。
 
國內(nèi)企業(yè)膜電極主要參數(shù)已經(jīng)與國際先進(jìn)水平接近,部分參數(shù)可以超過國外先進(jìn)水平。目 前,國內(nèi)已經(jīng)有一批可以獨(dú)立研發(fā)、生產(chǎn)膜電極的企業(yè),從產(chǎn)品性能來看,主要性能參數(shù) 方面與國際水平接近,如部分領(lǐng)先企業(yè)功率密度可達(dá)到 1.4W/cm2,耐久可達(dá) 20000 小時(shí) 以上。國內(nèi)領(lǐng)先膜電極企業(yè)鴻基創(chuàng)能、武漢理工新能源、擎動(dòng)科技膜電極產(chǎn)品功率密度均 超過 1W/cm2,鴻基創(chuàng)能達(dá)到 1.4W/cm2,測(cè)試使用壽命超過 1——2 萬小時(shí),已基本滿足產(chǎn) 業(yè)化應(yīng)用需求。
 
21 年后國內(nèi)膜電極企業(yè)擴(kuò)產(chǎn)速度加快,雙面直接涂布技術(shù)和膜電極一體成型技術(shù)正在成 為主流。國外膜電極供應(yīng)商已具備膜電極批量自動(dòng)化生產(chǎn)線,單線年產(chǎn)能在數(shù)千平方米到 萬平方米級(jí)。2019 年后鴻基創(chuàng)能、擎動(dòng)科技、武漢理工氫電以及泰極動(dòng)力國產(chǎn)生產(chǎn)線先 后正式落成,我國的膜電極領(lǐng)域逐步開啟批量化生產(chǎn)步伐。根據(jù)鴻基創(chuàng)能公司官網(wǎng),鴻基 創(chuàng)能 2022 年將形成年產(chǎn)千萬片的產(chǎn)能,公司開發(fā)了 CCM 陰陽極雙面直接涂布技術(shù)和膜 電極一體成型技術(shù),正在成為燃料電池行業(yè)膜電極涂布工藝的主流方向。
 
 
國產(chǎn)膜電極成本優(yōu)勢(shì)明顯,并有望持續(xù)下降。國產(chǎn)化 MEA 產(chǎn)品規(guī)模化應(yīng)用增強(qiáng)供應(yīng)商議 價(jià)能力,大批量采購情況下上游原材料成本有望大幅下降,同時(shí)規(guī)模效應(yīng)攤薄高昂的設(shè)備 投入,帶動(dòng) MEA 成本下行。
 
膜電極關(guān)鍵材料-催化劑:低鉑/高活性鉑/非鉑
 
催化劑起到分解氫氣和氧氣進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電流的作用。催化劑根據(jù)貴金屬鉑的含量 分為鉑催化劑、低鉑催化劑與非鉑催化劑。目前商用催化劑為鉑碳催化劑,稀有金屬鉑的 高成本是燃料電池商業(yè)化的主要阻礙之一。催化劑需要平衡成本與耐久性兩方面的需求,新型高穩(wěn)定、高活性鉑或非鉑催化劑是研究熱點(diǎn)。鉑合金催化劑已經(jīng)取得很大進(jìn)展,如鉑 鈷、鉑鎳等正在得到實(shí)際應(yīng)用;非鉑催化劑性能與穩(wěn)定性還有待提升。
 
催化劑研發(fā)重點(diǎn)是新型制備技術(shù)、載體及接觸界面改性。貴金屬 Pt 的商業(yè)化能力較弱,提高催化劑性能,需要在催化劑活性和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面取得突破。突破途徑包括:1)設(shè)計(jì) 新型催化劑結(jié)構(gòu),如納米籠、核殼、納米框架、納米線、納米晶體,以提高催化劑比活性 或質(zhì)量活性;2)對(duì)碳載體進(jìn)行適當(dāng)改性,如 N 摻雜,以確保離聚物非常均勻的覆蓋,從 而增強(qiáng)質(zhì)子傳輸;3)基于分子排列的碳載體和催化劑/聚合物界面的改性有望改善離聚物 分布和催化劑利用率。
 
降低鉑載量是降低燃料電池電堆成本的重要途徑。根據(jù)勢(shì)銀能鏈,國際領(lǐng)先企業(yè)目前單位 功率的鉑載量從十年前的 0.8——1.0g/kW 降低到 0.1——0.4g/kW,鉑催化劑用量的終極目標(biāo)是 小于 0.05g/kW,即鉑金屬消耗量與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)尾氣凈化器鉑金屬用量持平甚至略低。目 前,國外催化劑用量已實(shí)現(xiàn)<0.2g/kW,而我國催化劑用量普遍處于 1.1g/kW 的水平。
 
 
目前我國鉑催化劑以進(jìn)口為主,國內(nèi)正起步。日本田中貴金屬、英國莊信萬豐和比利時(shí)優(yōu) 美科是全球較大的幾家燃料電池催化劑供應(yīng)商,催化劑制備技術(shù)處于絕對(duì)領(lǐng)先地位,已經(jīng) 能夠?qū)崿F(xiàn)批量化生產(chǎn)(大于 10kg/批次),而且性能穩(wěn)定,可靠性高。貴研鉑業(yè)、武漢喜馬 拉雅、中科科創(chuàng)、蘇州擎動(dòng)科技、武漢理工新能源等是國內(nèi)開展催化劑開發(fā)的代表企業(yè)。其中,貴研鉑業(yè)是國際五大知名貴金屬公司之一,在燃料電池催化劑領(lǐng)域布局較早,是行 業(yè)內(nèi)唯一的上市公司。貴研鉑業(yè)與上海汽車集團(tuán)合作已經(jīng)研發(fā)出鉑基催化劑。根據(jù)公司官 網(wǎng),蘇州擎動(dòng)科技開發(fā)的鉑合金催化劑能夠?qū)⑷剂想姵氐你K消耗量降低 7%,是國內(nèi)首個(gè) 實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的燃料電池用鉑合金催化產(chǎn)品。
 
膜電極關(guān)鍵材料-質(zhì)子交換膜:全氟磺酸膜是主流,國內(nèi)具備量產(chǎn)能力
 
質(zhì)子交換膜是膜電極核心材料,主要功能為傳導(dǎo)質(zhì)子、阻隔氣體。質(zhì)子交換膜在燃料電池 的主要功能有兩個(gè):一方面為電解質(zhì)提供離子通道,一方面作為隔膜隔離兩級(jí)反應(yīng)氣體。此外,質(zhì)子交換膜還需要對(duì)催化劑層起到支撐作用。質(zhì)子交換膜性能的好壞直接決定著燃 料電池的性能和使用壽命。評(píng)價(jià) PEM 的性能指標(biāo)主要為離子基團(tuán)當(dāng)量值(EW 值)?離子交 換能力?離子傳導(dǎo)率?膜厚度?氣體滲透率?機(jī)械強(qiáng)度以及成本等。理想的質(zhì)子交換膜需要具 備高質(zhì)子傳導(dǎo)率,低電子導(dǎo)電率,氣體滲透性低,化學(xué)、電化學(xué)、熱穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)。
 
全氟磺酸膜是目前主流質(zhì)子交換膜方案。質(zhì)子交換膜根據(jù)含氟情況進(jìn)行分類,主要包括全氟 磺酸膜、部分氟化聚合物質(zhì)子交換膜、復(fù)合質(zhì)子交換膜和非氟化聚合物質(zhì)子交換膜。其中由 于全氟磺酸聚合物具有聚四氟乙烯結(jié)構(gòu),其碳-氟鍵的鍵能高,使其力學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性佳,使用壽命遠(yuǎn)好于其他膜材料的使用壽命,同時(shí)由于分子支鏈上存在親水性磺酸 基團(tuán),具有優(yōu)秀的離子傳導(dǎo)特性。全氟質(zhì)子交換膜機(jī)械強(qiáng)度高,化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng),能夠適應(yīng)苛 刻的電池(電解池)的工作環(huán)境,對(duì)裝置的電化學(xué)性能起到不可忽視的重要作用。
 
 
全氟磺酸膜產(chǎn)能國外壟斷。全氟質(zhì)子交換膜生產(chǎn)主要集中在海外,主要公司包括美國戈?duì)枴⒖颇健⑻帐虾?3M 公司,比利時(shí)索爾維公司,日本旭硝子玻璃、旭化成。美國戈?duì)柟驹谠鰪?qiáng)膜方面具有知識(shí)產(chǎn)權(quán)優(yōu)勢(shì),每年 出貨量達(dá)幾十萬平米,豐田 MIRAI、現(xiàn)代 NEXO 和本田 CLARITY 等都采用戈?duì)柈a(chǎn)品,國 內(nèi)生產(chǎn)的燃料電池膜電極中,戈?duì)柕脑鰪?qiáng)復(fù)合膜市場(chǎng)占比達(dá) 90%以上。
 
國產(chǎn)質(zhì)子膜已實(shí)現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用,東岳集團(tuán)加速國產(chǎn)化進(jìn)程。根據(jù)氫能觀察,2019——2020 年,國產(chǎn)的質(zhì)子交換膜均處于客戶送樣、測(cè)試驗(yàn)證階段。國內(nèi)目前少數(shù)成功實(shí)現(xiàn)質(zhì)子交換膜商 業(yè)化量產(chǎn)的企業(yè)為東岳集團(tuán)。東岳已成為繼戈?duì)枴⒖颇絻杉彝鈬髽I(yè)之后國內(nèi)市場(chǎng)占比最 大的企業(yè),具有原料、中間體、單體、聚合物膜全產(chǎn)業(yè)鏈,已建成全國唯一全氟酸質(zhì)子膜 樹脂合成生產(chǎn)線,實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)并批量供貨。當(dāng)前產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入奔馳公司的供應(yīng)鏈體系,穩(wěn)定 性、可靠性、壽命已經(jīng)進(jìn)入規(guī)模化驗(yàn)證中。
 
膜電極關(guān)鍵材料-氣體擴(kuò)散層:技術(shù)層面已經(jīng)對(duì)標(biāo)國際先進(jìn)產(chǎn)品,規(guī)模化生產(chǎn)可期 氣體擴(kuò)散層(GDL)位于氣體流場(chǎng)層和催化層之間,由碳紙和防水劑聚四氟乙烯材料構(gòu)成,以滿足高導(dǎo)電性、高強(qiáng)度、高孔隙度、耐腐蝕、結(jié)構(gòu)致密且表面平整等特點(diǎn),起到支撐膜 電極、收集電流、傳導(dǎo)氣體、管控反應(yīng)水(氣)及熱等重要作用。支撐層材料主要是多孔 的碳纖維紙、碳纖維織布、碳纖維無紡布、碳黑紙。
 
氣體擴(kuò)散層發(fā)展方向:1)、設(shè)計(jì)具有梯度孔徑的 GDL,以提高膜電極本身的傳質(zhì)能力。例 如,降低 GDL 一側(cè)或兩側(cè)的孔隙率可以降低接觸電阻并在 GDL 內(nèi)部產(chǎn)生孔隙梯度,以促 進(jìn)反應(yīng)物供應(yīng)和水分去除。2)、采用“集成雙極板-膜電極”或“無氣體擴(kuò)散層”設(shè)計(jì),減 少或消除界面電阻,以同時(shí)滿足導(dǎo)電、氣體分配和水管理的要求。
 
規(guī)模化生產(chǎn)將帶來氣體擴(kuò)散層成本大幅下降。根據(jù) Strategic Analysis 數(shù)據(jù),當(dāng)生產(chǎn)規(guī)模 從 1000 套提升到 50 萬套時(shí),成本會(huì)從$2,661/套降到$102/套,因此批量化生產(chǎn)是實(shí)現(xiàn)氣 體擴(kuò)散層降本的關(guān)鍵。
 
 
我國氣體擴(kuò)散層技術(shù)層面已經(jīng)可以對(duì)標(biāo)國際先進(jìn)產(chǎn)品,規(guī)模化生產(chǎn)可期。國外有日本東 麗(Toray)及三菱(Mitsubishi)、德國西格里(SGL)和科德寶(Feudenberg)、美國 AvCarb,韓國 JNTG 等制造廠商,都已實(shí)現(xiàn)氣體擴(kuò)散層的規(guī)模化生產(chǎn),且都有多款適應(yīng) 不同場(chǎng)景的產(chǎn)品銷售。國內(nèi)碳紙類材料的實(shí)驗(yàn)室技術(shù)可對(duì)標(biāo)國際部分先進(jìn)產(chǎn)品水平,有望 逐漸進(jìn)入到產(chǎn)業(yè)化階段,主要企業(yè)有中國臺(tái)灣碳能、通用氫能、江蘇氫電、江蘇清能、上海河 森電氣等。
 
雙極板: 石墨雙極板技術(shù)成熟,基本已實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化,耐久性和工程化有待驗(yàn)證。
 
雙極板是燃料電池電堆的核心結(jié)構(gòu)件,起到支撐機(jī)械結(jié)構(gòu)、均勻分配氣體、排水、導(dǎo)熱、導(dǎo)電的作用。其性能優(yōu)劣將直接影響電堆的體積、輸出功率和壽命。雙極板可分為石墨雙 極板、金屬雙極板和復(fù)合雙極板。石墨雙極板具有質(zhì)量輕、穩(wěn)定性強(qiáng)和耐腐蝕性高等特點(diǎn),但機(jī)械性能較差;金屬雙極板具有機(jī)械性能強(qiáng)、厚度薄、阻氣性好等特點(diǎn),但易被腐蝕,壽命較短。復(fù)合雙極板則兼具石墨板和金屬板的優(yōu)點(diǎn),但制備工藝繁雜,成本較高。金屬 板(鈦或者不銹鋼等)較石墨板更利于實(shí)現(xiàn)小型化,從而有利于提高燃料電池電堆的功率 密度,表面改性的多涂層結(jié)構(gòu)是金屬雙極板的主要發(fā)展方向。
 
石墨雙極板技術(shù)較為成熟,基本已實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化,領(lǐng)先企業(yè)技術(shù)指標(biāo)提前突破 2025 年國家目 標(biāo)。國內(nèi)石墨雙極板技術(shù)近年來發(fā)展十分迅速,基本實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。根據(jù)高工氫電的數(shù)據(jù),目 前包括上海治臻在內(nèi)的企業(yè)生產(chǎn)的國產(chǎn)金屬雙極板設(shè)計(jì)壽命已經(jīng)超過 2 萬小時(shí);嘉裕碳素生 產(chǎn)的石墨雙極板單面有槽厚度在 0.5mm,雙面有槽厚度在 0.8mm,單組石墨雙極板的厚度 在 1.3mm 左右,提前突破了國家制定 2025 年前單組石墨雙極板厚度 1.5mm 的要求。
 
 
國內(nèi)雙極板企業(yè)擴(kuò)產(chǎn)趨勢(shì)明顯,目前全國總產(chǎn)能超過 2000 萬片。國內(nèi)雙極板重點(diǎn)企業(yè)擴(kuò) 產(chǎn)趨勢(shì)明顯,2021 年 3 月上海治臻年產(chǎn)千萬片級(jí)金屬極板產(chǎn)線在常熟市投產(chǎn),這是目前 全球最大的一條金屬極板產(chǎn)線,根據(jù)高工氫電的統(tǒng)計(jì),目前全國燃料電池雙極板總產(chǎn)能已 超過 2000 萬片/年。根據(jù)高工氫電的數(shù)據(jù),2021 年國內(nèi)主流雙極板企業(yè)的出貨量都有非常 大的增長。金屬雙極板領(lǐng)域已經(jīng)出現(xiàn)了單個(gè)企業(yè)單個(gè)客戶出貨達(dá)百萬片級(jí)別的現(xiàn)象;石墨 板市場(chǎng)各家出貨也均有較大增長,表現(xiàn)明顯的是原萬片級(jí)出貨企業(yè)的出貨量級(jí)達(dá)到 10 萬 片以上,頭部企業(yè)的出貨了 50 萬片/年以上。
 
系統(tǒng)部件:技術(shù)成熟,國產(chǎn)化程度相對(duì)較高
 
空氣壓縮機(jī):已實(shí)現(xiàn)全功率段國產(chǎn)化,國產(chǎn)化率接近 100%
 
離心式空壓機(jī)成為主流選擇。空氣循環(huán)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件為空壓機(jī),也為燃料電池陰極供氣 系統(tǒng)重要部件,通過對(duì)進(jìn)堆空氣進(jìn)行增壓,為電堆提供適量適壓的氧氣。空氣壓縮機(jī)的性 能對(duì)燃料電池系統(tǒng)的效率、緊湊性和水平衡特性等有著重要影響。燃料電池系統(tǒng)用空壓機(jī) 主要有離心式、羅茨式、螺桿式三種類型。由于離心式空壓機(jī)在效率、噪音、體積、無油、功率密度等方面具有良好的綜合效果,故隨燃料電池系統(tǒng)功率的快速上升,離心式空壓機(jī) 已逐漸成為市場(chǎng)上的主流選擇。在空氣壓縮機(jī)的關(guān)鍵部件中,軸承、電機(jī)是瓶頸技術(shù),低 成本、耐摩擦的涂層材料也是開發(fā)重點(diǎn)。
 
 
空氣壓縮機(jī)有效提高發(fā)電效率降低燃料成本。車用燃料電池使用的空壓機(jī)主要有螺桿式壓 縮機(jī)和渦輪式壓縮機(jī)等。根據(jù)《車用燃料電池專用空壓機(jī)的現(xiàn)狀分析》,螺桿式空壓機(jī)的 優(yōu)點(diǎn)是壓力/流量可以靈活調(diào)整、啟停方便、安裝簡(jiǎn)單,缺點(diǎn)是噪聲大、體積大、質(zhì)量重和 價(jià)格高,已在美國 GM,PlugPower、加拿大 Ballard 等公司的燃料電池系統(tǒng)中采用。渦輪 式空壓機(jī)容積效率較高,壓力與氣量連續(xù)可調(diào),但尺寸和重量較大,本田和現(xiàn)代等公司已 定制開發(fā)了空氣軸承的渦輪式空壓機(jī)。目前,國內(nèi)已經(jīng)完成 30kW 級(jí)實(shí)車驗(yàn)證,國際一流 水平已經(jīng)完成 100kW 級(jí)實(shí)車驗(yàn)證。

氫氣循環(huán)泵:2020 年氫循環(huán)系統(tǒng)市場(chǎng)逐步實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)替代
 
主動(dòng)循環(huán)形式的氫循環(huán)泵成為主流,引射器使用量逐漸增長。氫氣循環(huán)系統(tǒng)的作用是將電 堆未反應(yīng)的氫氣再次循環(huán)到電堆的氫氣入口,從而提升氫氣的利用率及涉氫安全,同時(shí)將 電堆內(nèi)部電化學(xué)反應(yīng)生成的水也循環(huán)至燃料電池堆的入口,改善電堆濕潤水平和提高水管 理能力。氫氣循環(huán)系統(tǒng)分為主動(dòng)循環(huán)和被動(dòng)循環(huán)兩種形式,主動(dòng)循環(huán)形式的關(guān)鍵部件是氫 氣循環(huán)泵,被動(dòng)循環(huán)形式的關(guān)鍵部件是氫氣引射器。氫循環(huán)泵在主動(dòng)可調(diào)節(jié)、快響應(yīng)速度 和寬工作區(qū)間等方面占有一定優(yōu)勢(shì),成為未來使用主流。根據(jù)高工氫電,2020 年國內(nèi)氫 循環(huán)系統(tǒng)有引射器和氫氣循環(huán)泵兩種產(chǎn)品,其中引射器的使用量約占?xì)溲h(huán)系統(tǒng)出貨量的 11%。
 
2020 年以后我國氫循環(huán)系統(tǒng)市場(chǎng)逐步實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)替代,國產(chǎn)氫氣循環(huán)泵技術(shù)達(dá)到國際領(lǐng)先 水平。根據(jù)高工氫電,2020 年前,普旭占據(jù)了國內(nèi)約 90%的市場(chǎng)份額。2020 年以后我國 氫循環(huán)系統(tǒng)市場(chǎng)逐步實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)替代,普旭基本退出國內(nèi)市場(chǎng)。上海政飛的 DQ30/DQ60 在 功率、流量、溫度范圍等方面優(yōu)于普旭公司產(chǎn)品。
 
 
增濕器:材料端技術(shù)門檻較高,國產(chǎn)替代任務(wù)艱巨
 
目前我國增濕器仍以進(jìn)口為主,韓國科隆是行業(yè)內(nèi)龍頭公司,主要核心技術(shù)壁壘是膜管材 料的研發(fā)突破。燃料電池電堆在反應(yīng)過程中,質(zhì)子交換膜需維持一定的濕度以保證較高的 反應(yīng)效率,因此要求反應(yīng)介質(zhì)需攜帶一定量的水蒸氣進(jìn)入電堆,這一步通常需通過增濕器 來實(shí)現(xiàn)。沃瑞氫能、鸞鳥電氣、同優(yōu)汽車、魔方新能源等國內(nèi)企業(yè)陸續(xù)取得產(chǎn)業(yè)化突破,具備一定價(jià)格優(yōu)勢(shì),大規(guī)模國產(chǎn)替代需要依靠材料技術(shù)的長期協(xié)同進(jìn)步。
 
燃料電池制備工藝復(fù)雜,膜電極&雙極板設(shè)備價(jià)值量高
 
燃料電池電堆生產(chǎn)流程主要包含膜電極組件制備、雙極板制備和電堆裝配三大環(huán)節(jié)。具體 來看:1)膜電極制備:主要涉及管式爐、攪拌、涂布、貼合、熱壓和模切設(shè)備等;②雙 極板制備:2)石墨雙極板生產(chǎn)涉及模壓、浸漬和 CNC 設(shè)備等,金屬雙極板生產(chǎn)涉及沖壓 (蝕刻、液壓)、清洗、激光焊接和 PVD 等設(shè)備;3)電堆裝配過程:主要涉及密封、堆 疊、活化和測(cè)試等設(shè)備。
 
燃料電池與動(dòng)力電池生產(chǎn)工藝共通性較強(qiáng),多家鋰電設(shè)備企業(yè)重點(diǎn)布局燃料電池領(lǐng)域。燃 料電池與動(dòng)力電池生產(chǎn)工藝具備較強(qiáng)共通性,根據(jù)高工氫電的數(shù)據(jù),國內(nèi)已有多家鋰電設(shè) 備企業(yè)重點(diǎn)布局燃料電池領(lǐng)域,例如:1)先導(dǎo)智能于 2021M3 發(fā)布燃料電池智能制造整 體解決方案;2)科恒股份的質(zhì)子交換膜涂布設(shè)備已形成批量銷售;3)星云股份于 2018M8 推出首條燃料電池膜電極處理自動(dòng)裝配線等。除了部分鋰電設(shè)備企業(yè)進(jìn)行橫向延 伸布局,本土燃料電池市場(chǎng)還涌現(xiàn)出魔方新能源、蘇州世椿、隆深機(jī)器人等企業(yè)。

3、競(jìng)爭(zhēng)格局:打好示范期的突圍賽

多家廠商入局,市場(chǎng)集中度持續(xù)下降
 
2019——2021 年市場(chǎng)集中度維持高位,基于對(duì)政策和未來市場(chǎng)前景的良好預(yù)期,進(jìn)入燃料電 池系統(tǒng)行業(yè)的企業(yè)持續(xù)增加,市場(chǎng)集中度有下降趨勢(shì)。2016-2021 年 6 月末累計(jì)配套車輛 上牌的 TOP5 分別是上海重塑、億華通、大洋電機(jī)、國鴻氫能(鴻力氫動(dòng))、百應(yīng)能源,TOP3 和 TOP5 市占率分別為 51%和 66%,集中度較高。新進(jìn)入企業(yè)在示范期間激烈的競(jìng) 爭(zhēng)中能否存活下來,存在較大不確定性。
 

2019 年至 2021 年期間燃料電池電堆的 TOP3 集中度從 84%降低到 58%,市場(chǎng)集中度持 續(xù)下降。
 
根據(jù)香橙會(huì)研究院的統(tǒng)計(jì),2021 年億華通是北京冬奧會(huì)最大的受益者,成為 2021 年度上 牌數(shù)量最多的燃料電池系統(tǒng)廠商,市場(chǎng)占有率高達(dá) 29%;海卓動(dòng)力(青島)和上海杰寧訂 單主要來自于本地的氫能重卡示范項(xiàng)目;國鴻氫能(鴻力氫動(dòng))系統(tǒng)產(chǎn)品主要配套美錦能源 在國內(nèi)多地區(qū)的示范項(xiàng)目;捷氫科技上牌訂單較為分散,配套車型囊括重卡、城市客車、客 車和乘用車。
 
國內(nèi)外廠商積極擴(kuò)產(chǎn)能
 
受到燃料電池汽車示范政策落地驅(qū)動(dòng),國內(nèi)燃料電池企業(yè)開始積極擴(kuò)產(chǎn),現(xiàn)代汽車、巴拉 德、豐田國外領(lǐng)先企業(yè)也積極在華合資建廠。包括博世(中國)、重塑科技、清能股份、國創(chuàng)氫能、國鴻氫能、氫璞創(chuàng)能、新氫動(dòng)力、未勢(shì)能源、氫途科技、東方氫能、愛德曼、浙江潤豐、中船 712 所、大洋電機(jī)、恒動(dòng)氫能等。
 
產(chǎn)品方面,提升系統(tǒng)功率和功率密度
 
上牌車型平均功率持續(xù)提升。高工氫電數(shù)據(jù)顯示,從上牌車型的燃料電池系統(tǒng)功率來看,2019-2021 年上牌車型平均功率依次為 39.6KW、52.9KW 和 93.2KW,其中 2021 年的系 統(tǒng)功率水平在國家示范群補(bǔ)貼政策的引導(dǎo)下出現(xiàn)顯著提升。分車型看,2021 年上牌燃料 電池客車車型平均功率達(dá)到 80KW 左右,燃料電池重卡車型平均功率達(dá)到 110KW 左右。
 
 
主流廠商系統(tǒng)的功率密度已經(jīng)遠(yuǎn)超燃料電池技術(shù)發(fā)展路線中規(guī)劃的水平,技術(shù)發(fā)展速度快 于預(yù)期。根據(jù)高工氫電,這些已達(dá)成的技術(shù)指標(biāo)與燃料電池技術(shù)發(fā)展路線中規(guī)劃的功率密 度 350W/kg 相比,已經(jīng)優(yōu)于該目標(biāo) 1.6 倍到 2.0 倍;在功率密度方面,上海重塑 Prisma 鏡星 12+與億華通 G80Pro 的質(zhì)量功率密度為 702W/kg、550W/kg,國鴻氫能鴻途 G110 的質(zhì)量功率密度達(dá)到了 555W/kg。在額定功率方面,上海重塑 Prisma 鏡星 12+、上海捷 氫 PROMEP4H、雄韜股份 VISH-130B 相關(guān)產(chǎn)品達(dá)到了 130kW,頭部企業(yè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯。
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