燃料电池行业深度研究 燃料电池汽北京医保车

燃料电池职业深度研讨

前语：

燃料电池公认的高效、清洁的绿色动力自高自大，是内燃机的抱负代替者。

其间，氢能燃料电池被以为是完成车辆运用阶段“零排放”、全生命周期“低排放”的重要技能途径。

我国纯电动轿车经过近10年打开已料理开端作用，但仍然存在续驶路程和充电时刻的短板，尚不能满意如长途公交、双班租借、城市物流、长途运送等量大面广的场景需求。

燃料电池轿车墨守成规纯电动轿车具有高功率密度、续航路程长、加氢时刻短的长处，未来工业化要点估计将向燃料电池轿车拓宽，抢占轿车工业技能竞赛的制高点。

我国氢能来历广泛，是全球第一产氢大国，具有充分打开氢能燃料电池的动力根底。

我国已针对氢能轿车打开了很多技能攻关和工业化演示运用研讨，上汽、潍柴、福田、长城等骨干企业现已发动燃料电池商业化。

背靠电动轿车上已料理的三电技能打破，构成自主特征的电电混合技能优势。

2019年1月的“我国电动车百人会论坛”上，全国政协副主席万钢、我国电动轿车百人会执行副理事长欧阳明高、我国工程院院士衣宝廉等等多位重要人物均表达了对燃料电池工业的看好与倡议。

当地如深圳、佛山等相继出台氢能和燃料电池相关方针。估计至2030年，我国有望成为全球最大的燃料电池轿车商场。

现在国内开端把握了氢燃料电池堆及其机遇资料、动力体系、整车集成和氢能根底设备的中心技能，根本树立了具有自主知识产权的氢燃料电池轿车动力体系技能渠道，现已具有商业化根底，2018年是氢燃料电池轿车元年，在国家工业规划和当当地针支撑的两层利好下燃料电池工业已步入加快上升通道。

上游方面要点注重燃料电池电堆中心资料膜的国产化打破和氢能工业链布局，中游方面要点注重燃料电池体系集成和辅件环节，下流方面要点注重燃料电池首先运用的商用车范畴。

▌什么是燃料电池?

燃料电池是一种非焚烧进程的电化学能转化自高自大。将氢气和氧气的化学能接二连三地转化为电能。

其作业原理是H2在阳极催化剂作用下被氧化成H+和e-，H+经过质子交流膜到达正极，与O2在阴极反响生成水，e-经过外电路到达阴极，接二连三的反响就产生了电流。

燃料电池尽管带有“电池”二字，却不是传统意义上的储能设备，而是一种发电设备，这是燃料电池与传统电池最大的差异。

燃料电池是抱负的“内燃机代替者”。氢气是燃料电池首要燃料，从燃料安全性上看，氢气无毒无害，反响物为水，无毒无害，绿色清洁。

氢气密度小，高压氢气走漏焚烧时构成向上火炬，不向周围分散。振振有词氢气安全性是高于天然气和石油等化石燃料。

从功能上看，燃料电池能量转化功率为50-70%，功率密度约3kW/L，柴油机功率密度约1.3kW/L，是抱负的“内燃机代替者”。

燃料电池的能量密度可达500Wh/kg，循环寿数4000次以上，功能优于锂电池。

燃料电池类型多样，质子交流膜氢燃料电池成未来车用干流

燃料电池依据运转机理不同可分为酸性燃料电池和碱性燃料电池。详细来说，依据电解质的不同分为碱性燃料电池、磷酸燃料电池、固体氧化物燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池和质子交流膜燃料电池等五大类。

其间碱性燃料电池最早成功开发，安稳运用于航天范畴;磷酸燃料电池归于第一代燃料电池，其技能最老练、商业化程度最高，在美日广泛运用于大型电站;熔融盐和固体氧化物燃料电池别离是第二、三代技能，多用于发电厂;质子交流膜燃料电池运用远景最宽广，未来估计将成为轿车范畴干流燃料电池技能。

▌氢气怎么出产、运送、加注?

氢气的出产

现阶段氯碱工业副产氢是本钱最低的氢气来历，未来电解水制氢是干流。

氢气是一种常见的工业气体，干流的制氢技能首要有三种:

重整化石动力;电解水;氯碱工业副产品。

在现阶段，挑选本钱较低、氢气产品纯度高的氯碱工业副道路，现已能够满意下流燃料电池车运营的氢气需求;天然气重整是欧美遍及选用的制氢办法，国内也广泛运用于化工职业;

在未来，核电及可再生动力发电本钱大幅下降的情况下，电解水制氢将成为终极决计划。

以国家动力集团为例，煤炭资源是公司的优势，一起活跃打开氢能等事务，旨在从煤炭经销商转变为国际一流的清洁动力供货商。

神华制氢的三途径:风电制氢;煤层气及煤化工副产气;及煤制氢+二氧化碳封存技能。

当时，神华已具有精干的制氢才能，满意供给4000万辆燃料电池乘用车的运用。

一起协作公司的风电制氢，及现已成功的三十万吨二氧化碳封存技能，为低本钱低碳制氢奠定了根底。

氢气的运送

气氢拖车运送是现在性价比最高的挑选，未来液氢罐车是干流。运氢的方法首要分为:气氢拖车运送、气氢管道运送和液氢罐车运送。

拖车运送适用于将制氢厂的氢气送到间隔不太远而一起需求量不大的用户，前期出资不高;而管道运送入前期投入高，适用于大规划的运送;液氢罐车的运送才能强但仍存在技能难点。

从现阶段加氢站对运送间隔和运送规划的需求来看，氢气最佳的运送方法仍是气氢拖车。

当时氢的存储和运送费用占氢气价格的占比超越一半，咱们以为，经过散布式制氢将有用下降运送本钱，例如将大型的外供式加氢站建在大型的会集制氢基地邻近，经过削减运送间隔下降本钱。

氢气的加注:撬装式加氢站是现在打开的要点。

依照加氢站的不同方式分类，加氢站能够分为:固定式和移动式，其间移动式加氢站又能够分为移动撬装式和加氢车两种，移动加氢站具有机动灵活、加注才能高、功能牢靠、运用简略便当的长处。

这几种方式能够和站内制氢以及站外供氢的形式进行有机混合。例如，丰田在澳洲推出Mirai时，也建造了移动式氢气加氢站，适当于半自动拖车，出产及紧缩氢气，并运送至冷却的储氢罐中。

撬装式加氢站是现在打开的要点，其安全性要求的复杂性相较于固定式的加氢站较低，较易满意。

撬装式加氢站设备是指将储氢罐内的氢燃料经管路、低温泵、计量体系等元件注入到轿车燃料电池车用瓶中的专用自高自大。首要设备包含:氢燃料贮存体系、管路体系、潜液泵、流量计量体系、站控体系等设备，并将各体系装置在撬体内。

▌现在燃料电池商业化进程几许?

欧美日燃料电池商业化走在前列

日本:散布式发电和轿车范畴运用同步打开

日本燃料电池出货量和装机规划占全球60%以上。从2009年开端，日本政府便经过置办补助、免费加氢、放宽职业标准、拟定长时刻规划等手法，鼓舞燃料电池工业的打开。

依据日本2014年发布的《氢燃料电池战略打开道路图》，在2025年前的第一阶段，将快速扩展氢能的运用范围，以促进燃料电池的自高自大数量在2020年和2030年别离到达140万台和530万台;

在2020-2030年的第二阶段，日本将全面引进氢发电和树立大规划氢能供给体系，将购氢价格降至30日元/m3;在2040年的第三阶段，将经过搜集和贮存二氧化碳，全面完成零排放的制氢、运氢、储氢。

现在日本的燃料电池首要运用于家用热电联供和轿车两大范畴。

日本经过家用燃料电池热电联供计划，在2005-2009年建造家用燃料电池演示项目3300台套，并在2009年进行大规划商业化推行。

2009年后，在日本政府补助方针和松下、东芝等厂商大力推行下，家用燃料电池体系顺畅敞开商业化运用阶段;到2017年，日本共装置运用家用燃料电池体系约25万套，规划效应显着，本钱敏捷降至120万-150万日元/套，12年本钱下降80%以上，沉默削减补助依托。

ENE-FARM计划2020年、2030年别离完成家用燃料电池累计装机量达140万套和530万套，对应本钱有望进一步下降到50万日元/套左右。

日本丰田在2015年首先推出Mirai燃料电池轿车，其能量密度达350Wh/kg，功率密度达3.1kW/L，加氢时刻仅3分钟，容量约5-6L，对应续航路程达500-600km。

该车不含补助价格仅约39万人民币，含日本政府30%补助价格约27万人民币，价格已迫临与纯电动轿车价格。

2015年，丰田已防止燃料电池轿车约500辆，据丰田猜测，到2025-2030年，燃料电池轿车销量将达20万-80万辆。

依据日本对燃料电池加氢站的规划，将首先在东京、大阪、名古屋、福冈等人口密布的首要区域树立100座，并对加氢站建造进行50%的补助。

现在日本已建成加氢站数量约80座，大型氢气出产设备2个以上。

依照规划计划，日本将大规划铺开加氢站建造，到2025年估计建造加氢站800座。

到2017年末，日本现已建成了91座共用加氢站。

美国:拟定零排放方针，燃料电池轿车增速高

燃料电池助力美国8州完成零排放。

美国政府对燃料电池在内的新动力公司供给资金支撑和税收减免，其间，关于燃料电池和任何氢能根底设备建造施行30%-50%的税收抵免。

2012年，美国联邦政府向动力部拨款63亿美元用于清洁动力的研讨开发演示，到2012年已进入第三阶段，即依照3000美元/kWh补助燃料电池体系，只需到达30%功率便可享用30%的税收抵免。

2014年7月，包含加州在内的8个州签署了“零排放车辆协作协议”，力求到2020年区域内330万辆机动车尾气排放方针为0，零排放机动车占比轿车总销量达22%。

欧洲:注重燃料电池轿车，着力完善加氢站布局

欧洲出台方针支撑加氢站建造。欧盟2008年出台了燃料电池与氢联合行动计划项目，2008-2013年共投入9.4亿元欧元用于燃料电池和氢能的研讨和打开;2011年又发动“H2movesScandinavi”和欧洲城市清洁氢能项目，出台CPT项目，投入1.23亿欧元建造77个加氢站，并针对15个已有加氢站的国家，完成国与国之间的互通互联。

2017新添加氢站数量居首，德国成为欧洲燃料电池打开标杆。德国是欧盟中加氢站建造最多的国家，2017年已建造56座以上，其间45座为共用加氢站，估计到2018年将达100座，2020年将达400座，2025年将1000座。此外，英国等国家也将加快加氢站建造。

奔跑推出功能优异的新款燃料电池车。奔跑2014年推出的B级F-Cell是欧洲燃料电池轿车的代表车型，选用其研制的第三代燃料电池电堆，燃料电池体系体积和形状与传统发动机适当，可直接在现有燃油轿车车型上代替发动机，为燃料电池轿车的规划供给便当。

2017年奔跑又推出了GLC级F-CELL，氢燃料储量4.4kg，最大续航路程到达437公里。

▌燃料电池轿车:从技能验证步入商业化推行

相较纯电动车，氢燃料电池车续航才能更强、行进本钱下降空间大。

墨守成规燃油车，氢燃料电池车和锂电池车两种道路都具有转化率高、环保无污染等长处，而氢燃料车在续航路程及能量弥补时刻上具显着优势。

续航路程上，锂电动车中体现较优的BYDe6及特斯拉可达400km;而丰田Mirai续航路程可达650km。

能量弥补上，电动车从头弥补能量的进程是一次将电能转化为化学能储蓄的进程需求消耗很多的时刻，可是关于燃料电池车而言，从头取得能量的进程则是一次氢燃料加注的物理进程。

纯电动车直流快充时长在2-3小时，氢燃料车一次加氢只需3-5分钟。

行进本钱方面，纯电动车百公里能耗在15至20度电左右，以现在北京区域运营的充电站为例，充一度电充电费用以及服务费用总价在1.5元/度电，行进本钱约0.3-0.4元/公里;氢燃料电池车方面，丰田Mirai的5kg氢气行进650km，依据氢本钱和价格得知行进本钱0.2-0.8元/公里，下降空间大。

出货规划快速增长，亚洲北美为首要力气。

依照出货规划计算，2017年全球燃料电池出货7.3万套，共670MW，功率增速比体系数量增速高，大摇大摆单体容量提高;2012-2017年累计出货量约37.3万套，累计规划2511MW，CAGR为32%。

从区域散布来看，2016年亚洲、北美的燃料电池出货量别离占国际的83%、11%，相较2011年的燃料电池出货量别离增长了217%、121%，其增长势头迅猛。现在全球燃料电池首要会集在亚洲、北美和欧洲。

2016年，亚洲、北美、欧洲及其他区域燃料电池体系出货量别离为53.9、7.3、3.5和0.5千件，装机规划别离为245.9、209.1、22.0和1.6MW，能够看出亚洲与北美是燃料电池商场的肯定主力。其间因为运用范畴的差异，亚洲区域在出货量上遥遥领先，而出货规划与北美区域相差不大。

日本三款燃料电池车型已投入商场量产，丰田Mirai、本田Clarity销量向好。现已投入商场量产的燃料电池车有丰田Mirai、本田Clarity、现代ix35FCV，到2018年其销量别离为7518、1277、255台，占比83%、14%、3%。其间2018年销量别离为2300、1277、225台。

欧洲/美国车企采纳与日本协作，三大联盟渐构成。

尽管在燃料电池中心技能研制开展上与日本齐头并进，但在规划化量产的决议计划上，欧美确实落后了一步。

但因为具有巨大的潜在商场，丰田的Mirai燃料电池车、现代途胜的燃料电池车，以及本田的Clarity燃料电池车都不谋而合将美国尤其是加州作为车型推行的前沿阵地。

欧美各大轿车厂商也不甘落后，纷繁采纳和日车厂协作的形式，盼后发先至。

在燃料电池轿车的研制推行进程中，商场上空空如也构成三大轿车集团联盟:戴姆勒/福特/雷诺-日产联盟、宝马/丰田联盟、通用/本田联盟。

燃料电池工业的打开能够分为三个阶段。

1)对燃料电池在轿车上的运用打开根底理论研讨;

2)首要针对燃料电池能量密度、功率、牢靠性及耐久性的研讨;

3)下降铂催化剂、制氢本钱，一起加快配套根底设备的建造。从现在国际上干流车企的研制和车型推出速度来看，咱们以为其根本处于第三阶段:关于燃料电池的首要技能约束已被处理，正着手下降各项本钱以正式商业化。

▌未来燃料电池的本钱在哪些方面能下降?

燃料电池本钱下降首要来自规划效应和技能水平的提高。

详细到各个环节来看，气体分散层、空压机储氢瓶电控体系和其他常用零部件降本首要由规划化效应驱动;而质子交流膜、催化剂双极板和其他较为机遇的零部件降本则需技能和资料工艺的前进加以推进。

燃料电池体系及储氢体系占到整车制作本钱近70%

燃料电池体系及储氢体系占到整车制作本钱近70%，其间仅燃料电堆就占到整车本钱的30%，储氢体系占到整车本钱的14%。

燃料电堆是燃料电池体系的中心，燃料电堆中的中心资料又分为膜电极、双极板及其他部件;

膜电极是电化学反响的中心部件，由催化剂、质子交流膜、气体分散层组成。催化剂、质子交流膜和双极板算计占到燃料电堆本钱的近70%，是本钱下降的首要打破点。

曩昔十年来技能打破带来燃料电池本钱明显下降

铂催化剂价格昂扬、非铂基催化剂短期难以走出实验室，下降铂用量是要点霸占方向。

在电堆本钱中，催化剂的本钱占比高达36%，首要原因是当时常用的铂催化剂价格昂扬。

据美国动力部计算，2015年每辆80kW的燃料电池轿车均匀铂用量约为100克，远高于传统燃油车的铂用量。

铂金现在全球探明的储量只要1.4万吨，而我国的铂金储量不到90吨，每年开采量仅两吨左右。因为铂金储量的稀缺性，商场需大于求的情况难以改动，其价格必然长时刻维持在高位，振振有词改进催化剂功能和开发新式非铂催化剂成为当时燃料电池范畴急需霸占的难题。美国动力部规划到2020年单车铂用量将降至50克左右，而最终方针将降至每车20克，直接带动本钱下降30%左右。

规划效应在工业化初期带来的本钱下降作用最为明显

规划效应提高加快本钱下降。燃料电池的价格下降与出产规划效应的提高密切相关。

据美国动力部陈述，以功率为80kW的质子交流膜燃料电池乘用车为例，在燃料电池年产值别离为1000辆、1万辆、3万辆、8万辆、10万辆和50万辆时，其出产本钱别离为2.2万美元、8500美元、6500美元、5500美元、5200美元和4400美元，对应的单瓦本钱别离为273美元、106美元、82美元、69美元、66美元和55美元。

在燃料电池体系量产初期，价格下降起伏最大，年产值从1000体系/年添加至10000体系/年，可带动燃料电池体系本钱下降起伏高达60%以上，首要依托储氢瓶、空压机、质子交流膜等零部件的本钱下降完成;当产值超越1万台/年之后，本钱下降起伏跟着产值增大放缓。