注：本文系天堂硅谷智能制造事業(yè)部原創(chuàng)作品，作者為陳兆華團(tuán)隊(duì)投資經(jīng)理葉伶俐
國(guó)內(nèi)氫燃料電池產(chǎn)業(yè)目前進(jìn)入市場(chǎng)導(dǎo)入期，下游應(yīng)用主要為政府引導(dǎo)示范類的客車和商用車。2016-2019年氫燃料汽車市場(chǎng)發(fā)展迅速，實(shí)現(xiàn)累計(jì)銷量6165輛， 但2020年1-7月氫燃料電池汽車銷售403輛，同比下降63.4%，一方面來(lái)自于新冠疫情對(duì)產(chǎn)業(yè)上游的沖擊，另一方面由于行業(yè)大部分訂單為政府示范類項(xiàng)目，政府部門精力牽制于疫情防控的情況下，氫燃料電池的訂單受到較大的影響。
氫燃料電池產(chǎn)業(yè)在進(jìn)入大規(guī)模市場(chǎng)化仍存在諸多瓶頸，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度看不影響氫燃料電池長(zhǎng)期向好的趨勢(shì)。隨著關(guān)鍵部件成本的下降、車輛規(guī)模的增加和加氫站等基礎(chǔ)設(shè)施的不斷完善，單車成本和加氫站單位運(yùn)營(yíng)成本將會(huì)逐步下降，后面可較快實(shí)現(xiàn)放量突破，整體會(huì)呈現(xiàn)一個(gè)先難后易的過(guò)程。
目前行業(yè)發(fā)展過(guò)程中存在的制約瓶頸
燃料電池成本高
目前制約氫燃料電池規(guī)模化因素之一是氫燃料車輛高昂的購(gòu)置成本。燃料電池系統(tǒng)成本在整車中占比50%，其中核心材料燃料電池電堆成本在系統(tǒng)中占比達(dá)到61%，電堆中關(guān)鍵部件膜電極、雙極板成本高，是未來(lái)成本降低的主要突破點(diǎn)。
質(zhì)子交換膜作為膜電極的核心組件，性能的優(yōu)劣直接影響電池的壽命。目前市場(chǎng)主流采用的是全氟磺酸型膜，具備優(yōu)異的穩(wěn)定性、較好的機(jī)械強(qiáng)度和導(dǎo)電性能。質(zhì)子交換膜成本在73.75美元/kw以上，但當(dāng)產(chǎn)量擴(kuò)大至50萬(wàn)臺(tái)時(shí)，相應(yīng)的成本可降低至5美元/kw以下。規(guī)模化的生產(chǎn)將帶來(lái)質(zhì)子交換膜成本的快速下降。
催化劑鉑是膜電極降本的關(guān)鍵之一，億華通30kw的燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)用鉑量為15g，折合為0.5g/kw，上海捷氫新發(fā)布的PROME M3H鉑載量也低至0.3g/kw。國(guó)外最新的研究能將鉑用量下降至0.06g/kw。未來(lái)鉑用量預(yù)計(jì)將繼續(xù)大幅下降或者市場(chǎng)會(huì)出現(xiàn)采用新型催化劑。
雙極板目前采用發(fā)展較為成熟的人造石墨方法，但是主要依靠精密機(jī)械加工，其中加工一塊500cm2的雙極板加工費(fèi)在700元以上，加工成本占雙極板費(fèi)用的80%。后續(xù)新型加工方法的開(kāi)發(fā)是石墨雙極板降本的重要方向。
目前國(guó)內(nèi)廠商包括上海捷氫、上海神力等都已自主研發(fā)電堆并配套相關(guān)車型，捷氫近日發(fā)布的PROME M3H電堆功率達(dá)到130kw，體積功率密度3.8kw/L，最低可以實(shí)現(xiàn)零下30度低溫啟動(dòng)，其58個(gè)一級(jí)零部件已實(shí)現(xiàn)全部國(guó)產(chǎn)化。國(guó)內(nèi)電堆已經(jīng)實(shí)現(xiàn)初步的國(guó)產(chǎn)化成效，2019年國(guó)產(chǎn)電堆價(jià)格已下降至6000-8000/kw，降幅達(dá)到25%以上；國(guó)產(chǎn)膜電極關(guān)鍵指標(biāo)也已接近海外廠商水平，將成為下一個(gè)規(guī)模國(guó)產(chǎn)化的突破口。
車載儲(chǔ)氫系統(tǒng)包括儲(chǔ)氫瓶及輔助系統(tǒng)，系統(tǒng)總成本在整車成本中占比達(dá)到14%，其中儲(chǔ)氫罐的碳纖維材料成本較高。目前高端碳纖維技術(shù)為日本、美國(guó)掌握，未來(lái)隨著高端碳纖維技術(shù)的國(guó)產(chǎn)化，碳纖維的單位成本有望進(jìn)一步降低。
關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展緩慢
燃料電池電堆的技術(shù)難點(diǎn)主要在于性能的提升，包括能量效率、功率密度、電堆壽命等。在上述關(guān)鍵技術(shù)上，中國(guó)與國(guó)外先進(jìn)水平仍存在一定的差距，主要因?yàn)楹Ｍ鈿淠墚a(chǎn)業(yè)市場(chǎng)化程度高，產(chǎn)品成熟度高，而國(guó)內(nèi)缺乏成熟的原材料及組件產(chǎn)線，無(wú)法全面支持商業(yè)化。
加氫站及其他配套設(shè)施薄弱
加氫站及配套設(shè)施的發(fā)展仍處于初期，截止2019年，國(guó)內(nèi)總共建成的加氫站61座，但很大部分為場(chǎng)內(nèi)測(cè)試站與撬裝站，加氫量在500kg/天以下，無(wú)法滿足后期規(guī)模化運(yùn)營(yíng)需求。加氫站建設(shè)成本較高，日加氫500kg，35MPa的加氫站投入在1200萬(wàn)元，其中包括氫氣壓縮機(jī)和氫氣加注機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備需要進(jìn)口，設(shè)備成本占比超過(guò)70%，疊加氫氣的成本，大部分加氫站處于虧損狀態(tài)，現(xiàn)階段主要依靠加氫站的補(bǔ)貼來(lái)縮短投資回收期。同時(shí)，加氫站建設(shè)審批流程和運(yùn)營(yíng)政策的不完善也阻礙了市場(chǎng)化運(yùn)營(yíng)。
受益于工業(yè)副產(chǎn)物制氫及規(guī)模化運(yùn)輸，氫氣使用價(jià)格有望逐步進(jìn)一步降低。目前氫氣的成本較高，到站價(jià)格80元/kg，補(bǔ)貼后價(jià)格為50元/kg，而當(dāng)氫氣使用成本在30元/kg時(shí)，燃料電池的使用成本才與燃油車使用成本相近。氫氣成本未來(lái)下降的空間主要在制氫和儲(chǔ)運(yùn)兩方面。
燃料電池在重卡商用車領(lǐng)域率先發(fā)力
和電動(dòng)汽車相比，燃料電池具備續(xù)航歷程更長(zhǎng)，氫氣加注時(shí)間更短、耐低溫、電堆無(wú)衰減現(xiàn)象等優(yōu)勢(shì)，適用于大功率重載的物流貨運(yùn)車或者城際交通的客車，未來(lái)有機(jī)會(huì)率先實(shí)現(xiàn)燃料電池規(guī)模化。
重型貨運(yùn)卡車
純電動(dòng)重卡目前由于電池包重量重、續(xù)航里程短、充電時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題，主要集中在場(chǎng)地用車的短途場(chǎng)景。尤其是電池包的重量對(duì)卡車使用效率造成較大的阻礙。特斯拉的semi卡車電池包重量在4.5噸，續(xù)航能力在500英里，而在同等續(xù)航能力情況下，燃料電池電堆重量不超過(guò)500公斤。另外燃料電池能實(shí)現(xiàn)-30℃低溫條件下的啟動(dòng)，可以適應(yīng)北方冬天低溫環(huán)境或者高緯度惡劣天氣條件。
由于氫能重卡動(dòng)力系統(tǒng)功率大，耗氫量大，氫氣使用成本成為影響成本關(guān)鍵因素之一，港口碼頭等區(qū)域成為優(yōu)先布局的區(qū)域，港口碼頭區(qū)域具備可以集中布局大型加氫站的基礎(chǔ)，另外在靠近港口碼頭等區(qū)域有較多的鋼鐵焦化企業(yè)，可以從源頭上保證制氫的經(jīng)濟(jì)性。
目前下游龍頭整車企業(yè)包括上汽、重汽、一汽、陜汽均已大力發(fā)展氫能重卡。尼古拉納斯達(dá)克上市更是掀起了氫能重卡的熱潮，尼古拉成為全球首個(gè)上市的氫燃料整車企業(yè)，直接與電動(dòng)車領(lǐng)域的特斯拉進(jìn)行抗衡。尼古拉采取了捆綁式租賃，為客戶提供氫能重卡、氫氣使用、整車保養(yǎng)等全生命周期的服務(wù)，從而可以為客戶提供了柴油車成本持平的使用成本。
公交客車
氫燃料產(chǎn)業(yè)化的初期發(fā)展離不開(kāi)政府采購(gòu)行為的支持，氫燃料客車是較好的切入口。首先，中國(guó)人口密度大，對(duì)公共交通需求較海外發(fā)達(dá)國(guó)家更加旺盛。其次，公交客車運(yùn)營(yíng)時(shí)間長(zhǎng)，需要滿足長(zhǎng)時(shí)間的可靠運(yùn)營(yíng)，而純電動(dòng)公交需要裝載數(shù)噸鋰電池來(lái)滿足公交車單日續(xù)航里程的需求。在充電效率上，電動(dòng)公交車充電普遍需要3-6小時(shí)，氫燃料客車加注氫氣在10分鐘內(nèi)。氫燃料公交純電動(dòng)公交具備明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
乘用車
氫燃料乘用車對(duì)燃料電池體積、能量密度等要求較商用車高，而國(guó)內(nèi)相關(guān)零部件的成熟度低，短期內(nèi)無(wú)法實(shí)現(xiàn)高性能的要求，因此乘用車國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程發(fā)展緩慢。但目前上汽、長(zhǎng)城、廣汽等整車企業(yè)等也在加快布局氫燃料乘用車，提出量產(chǎn)車型上市計(jì)劃。
對(duì)于乘用車來(lái)說(shuō)，鋰電池能量密度提升的空間有限，如果未來(lái)無(wú)法克服續(xù)航里程和充電時(shí)間的問(wèn)題，氫燃料電池將有望成為乘用車的解決方案。
氫燃料電池產(chǎn)業(yè)未來(lái)發(fā)展
我國(guó)純電動(dòng)汽車行業(yè)逐步進(jìn)入成熟化，主要得益于國(guó)家從技術(shù)、補(bǔ)貼、充電基礎(chǔ)設(shè)施等各個(gè)方面政策的扶持，目前純電動(dòng)行業(yè)從“補(bǔ)貼時(shí)代”逐步過(guò)渡到“市場(chǎng)化時(shí)代”。
國(guó)內(nèi)燃料電池行業(yè)發(fā)展將近20年，但產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于電動(dòng)行業(yè)，前期由于成本居高不下無(wú)法批量生產(chǎn)等問(wèn)題，長(zhǎng)期處于試驗(yàn)階段，直到2014年豐田推出Mirai車型掀起了全球燃料電池的熱潮并進(jìn)一步傳導(dǎo)至國(guó)內(nèi)開(kāi)始小規(guī)模示范運(yùn)行，2022年張家口東奧會(huì)更是成為國(guó)內(nèi)燃料電池行業(yè)爆發(fā)的重要催化劑。
氫燃料電池行業(yè)目前所處階段與鋰電行業(yè)發(fā)展初期相近，國(guó)內(nèi)對(duì)氫能產(chǎn)業(yè)重視大幅提升，從國(guó)家到各地地方政府相繼出臺(tái)一系列政策扶持氫燃料電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，關(guān)鍵部件國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程加快，上下游企業(yè)大力加快布局速度，資本市場(chǎng)投融資活躍，中國(guó)氫燃料電池產(chǎn)業(yè)未來(lái)有望復(fù)制鋰電發(fā)展成功的路徑。
