燃料電池行業(yè)市場現(xiàn)狀與未來發(fā)展趨勢

來源：絲路印象 2024-07-19 17:33:41 瀏覽：2905 收藏

    一、掌握核心技術(shù)的企業(yè)將占據(jù)優(yōu)勢地位

    (一)產(chǎn)業(yè)化將近，上游是核心

    燃料電池是一種能有效控制燃料和氧化劑的化學(xué)反應(yīng)，并將其中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)裝置，是一種把燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的能量轉(zhuǎn)換器，被譽為繼火電、水電及核電之外的第四種發(fā)電方式。

我國燃料電池行業(yè)已處于應(yīng)用示范階段，扶持政策加碼，產(chǎn)業(yè)化將近，產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展機會巨大。燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈可分為三個環(huán)節(jié)：上游材料、中游集成與下游應(yīng)用。

表1 國內(nèi)外膜電極性能對比分析

國內(nèi)外膜電極性能對比分析

    (二)上游：技術(shù)含量高，膜電極成為核心突破口

    上游材料主要包括膜電極、雙極板和密封層。其中，膜電極由催化劑、質(zhì)子交換膜和氣體擴散層三大模塊構(gòu)成。膜電極是燃料電池電化學(xué)反應(yīng)最重要的基本單元，它的結(jié)構(gòu)設(shè)計和制備工藝技術(shù)是燃料電池的關(guān)鍵技術(shù)，決定了電池的工作性能。當前，石墨雙極板和密封層已實現(xiàn)國產(chǎn)化，但用于乘用車的金屬雙極板、催化劑、質(zhì)子交換膜和氣體擴散層僅少量生產(chǎn)，幾乎被國外所壟斷，是上游發(fā)展的核心突破口。

    (三)中游：電堆自主研發(fā)與技術(shù)引進并舉，已實現(xiàn)量產(chǎn)

    中游集成的燃料電池系統(tǒng)由兩部分構(gòu)成：電堆和供氣系統(tǒng)。其中國內(nèi)燃料電池電堆處于起步階段，國內(nèi)廠商通過自主研發(fā)與技術(shù)引進布局電堆領(lǐng)域。

自主研發(fā)型企業(yè)掌握關(guān)鍵技術(shù)，代表企業(yè)包括新源動力，其電池電堆應(yīng)用于轎車，整車用戶為上汽，目前已應(yīng)用于榮威750燃料電池轎車和上汽大通FCV80；神力科技，其電池電堆主要應(yīng)用于商用車，整車用戶包括宇通、福田、申龍、廈門金龍。通過引進加拿大企業(yè)巴德拉先進技術(shù)，廣東國鴻實現(xiàn)電堆量產(chǎn)，其整車用戶包括東風、廈門金龍、宇通、飛馳。

表2 國內(nèi)布局電堆領(lǐng)域的主要企業(yè)分析

國內(nèi)布局電堆領(lǐng)域的主要企業(yè)分析

(四)下游：企業(yè)通過自主研發(fā)及并購進軍燃料電池汽車

受到國家政策激勵，國內(nèi)車企開始對燃料電池汽車進行研發(fā)。國家政策支持下，國內(nèi)企業(yè)廠商開始進行燃料電池技術(shù)研發(fā)。上海大眾“帕薩特”，上汽集團“上海牌”，奇瑞“東方之子”，長安“志翔”等國內(nèi)車企均取得了一定的成果。

(五)長期來看，掌握核心技術(shù)的企業(yè)將占據(jù)優(yōu)勢地位

作為全球少有的掌握膜電極制備和生產(chǎn)技術(shù)的企業(yè)，巴拉德通過技術(shù)轉(zhuǎn)讓授權(quán)、銷售燃料電池模塊和膜電極等，自2013年以來從我國至少獲得4.4億美元收入，其中技術(shù)授權(quán)收入占1.68億美元，同一技術(shù)多家授權(quán)，且不包括核心膜電極技術(shù)。巴拉德正是通過鎖定核心部件技術(shù)，并加大下一代技術(shù)研發(fā)，憑借技術(shù)優(yōu)勢構(gòu)建壁壘，充分掌握市場導(dǎo)入權(quán)。

從我國燃料電池行業(yè)現(xiàn)狀看，短期內(nèi)我國以市場換技術(shù)、以規(guī)模換成本，依靠技術(shù)引進快速推進產(chǎn)業(yè)化，吸引更多企業(yè)進入，后期發(fā)展則需靠自主技術(shù)進步來推動，通過國產(chǎn)化進一步降本，在全球競爭中掌握主動權(quán)，擺脫受制于人的局面。該路徑也可從我國鋰電池上游四大組件的自主化發(fā)展歷程中得到體現(xiàn)：從全面依賴海外進口，到通過自主攻關(guān)，突破日韓龍頭的壟斷，達到全球產(chǎn)量與質(zhì)量前列，迫使日韓產(chǎn)品失勢，價格大幅下跌。由此可見，在長期內(nèi)掌握核心技術(shù)的燃料電池企業(yè)，終將脫穎而出，占據(jù)優(yōu)勢地位。

表3 國內(nèi)主要車企進入燃料電池領(lǐng)域方式分析

國內(nèi)主要車企進入燃料電池領(lǐng)域方式分析

二、各級部門開始重視氫燃料電池汽車的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

2018年2月的《關(guān)于調(diào)整完善新能源汽車推廣應(yīng)用財政補貼政策的通知》指出，我國燃料電池汽車補貼力度保持不變，燃料電池乘用車按燃料電池系統(tǒng)的額定功率進行補貼，燃料電池客車和專用車采用定額補貼方式。

除此之外，在2018年我國各省市政府部門也相繼出臺了一系列燃料電池補貼和扶持政策，可以看出我國各級部門開始重視氫燃料電池車的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。但從現(xiàn)階段我國電動車消費者的反應(yīng)來看，我國電動汽車行業(yè)仍存在著四個痛點，而國內(nèi)各級政府部門關(guān)于燃料電池的一系列補貼及扶持就是為了解決這幾個痛點。根據(jù)氫能與燃料電池白皮書內(nèi)容，未來我國燃料電池技術(shù)將朝四個方向發(fā)展。

圖1 燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈圖譜

燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈圖譜

(一)各級部門開始重視氫燃料電池汽車的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

氫能白皮書這一重磅文件落地，再次表明政府對燃料電池的高度重視和扶持力度，未來我國氫燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈有望進入加速落地階段。國家頂層設(shè)計層面對燃料電池的政策引導(dǎo)由來已久，從在試點城市推行到寫入《政府工作報告》，再到燃料電池補貼政策單獨公布，相關(guān)政策由淺入深、循序漸進，政府對燃料電池的支持態(tài)度非常明確。整體而言，當前氫能源與燃料電池所處政策環(huán)境類似于2013-2014年的鋰電池，行業(yè)尚處于起步階段，產(chǎn)業(yè)趨勢正在逐步確立，技術(shù)路線尚存在一定的不確定性?？v古觀今，未來氫能源與燃料電池有望復(fù)制鋰電崛起路徑，中央政府和地方政府將陸續(xù)密集出臺相關(guān)政策，國家補貼與地方補貼共同大力扶持，推動產(chǎn)銷量爆發(fā)，產(chǎn)業(yè)趨勢也將進一步清晰。

從已發(fā)布明確地補方案的省市的補助方案來看，大部分地區(qū)對燃料電池車的補貼都按照國家補貼規(guī)定的最高標準予以補助。除對整車的直接補貼之外，不少地區(qū)也對加氫站的建設(shè)、車輛加氫、車型上《目錄》、車型推廣等也有額外補助。

圖2 我國電動汽車產(chǎn)業(yè)面臨的幾大痛點及對應(yīng)的解決方案

我國電動汽車產(chǎn)業(yè)面臨的幾大痛點及對應(yīng)的解決方案

(二)燃料電池可解決電動汽車幾個痛點

目前我國電動車消費者反映最多的幾個大痛點有：充電不方便；汽車續(xù)航里程不足；成本過高；低溫天氣體驗不佳。而燃料電池的出現(xiàn)可大幅改善續(xù)航里程，大幅改善充電運營，大幅降低低溫天氣帶來的影響，因此可以作為解決以上幾個痛點的發(fā)展路線之一，正是出于這一主因，國內(nèi)各級政府部門才通過出臺一系列補貼和扶持政策來發(fā)展燃料電池產(chǎn)業(yè)，以解決現(xiàn)階段電動汽車續(xù)航里程不足、低溫續(xù)航下降的痛點。

根據(jù)H2stations的統(tǒng)計，截至2018年底，全球已建成的加氫站合計有369座加氫站，其中我國有16家。而從計劃建設(shè)數(shù)量來看，我國正在建設(shè)中的加氫站數(shù)量達18座，全球領(lǐng)先，僅次于德國與韓國。而結(jié)合各地發(fā)布的規(guī)劃來看，實際在規(guī)劃的加氫站數(shù)量更多。

圖3 截至2018年底各國建設(shè)中的加氫站數(shù)量分布(單位：座)

截至2018年底各國建設(shè)中的加氫站數(shù)量分布(單位：座)

(三)燃料電池技術(shù)將朝四個方向發(fā)展

根據(jù)中國氫能聯(lián)盟發(fā)布的氫能與燃料電池白皮書可以看出，我國燃料電池技術(shù)未來將朝四個方向發(fā)展：一是持續(xù)開發(fā)高功率系統(tǒng)產(chǎn)品；二是通過系統(tǒng)的解決方案結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化提高產(chǎn)品性能；三是通過優(yōu)化策略提高產(chǎn)品壽命；四是通過零部件優(yōu)化和規(guī)模化效應(yīng)持續(xù)降低成本。

預(yù)計2050年我國燃料電池系統(tǒng)的體積功率密度將達到6.5kW/L，乘用車系統(tǒng)壽命將超過10000h，商用車將達到30000h，固定式電源壽命將超過100000h。低溫啟動溫度將降到-40℃，系統(tǒng)成本將降至300元/kW。

圖4 2011~2018年全球燃料電池在固定式電源的應(yīng)用容量及增長(單位：MV，%)

2011~2018年全球燃料電池在固定式電源的應(yīng)用容量及增長(單位：MV，%)

    三、交通領(lǐng)域商業(yè)化提速

    (一)交通領(lǐng)域商業(yè)化提速

    燃料電池是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置，按照分類方法的不同可以分為相應(yīng)的種類，如按運行機理分，燃料電池可分為酸性燃料電池、堿性燃料電池。

    現(xiàn)代對燃料電池的研究和開發(fā)始于20世紀50年代，并以60年代美國將燃料電池成功地應(yīng)用到載人航天飛行器為標志，使燃料電池在這一特殊領(lǐng)域步入實用化階段。80年代以后，燃料電池從空間運用轉(zhuǎn)入民用。進入90年代，由于全球性能源緊缺問題日趨突出以及環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的迫切要求，燃料電池因其突出的優(yōu)越性得到蓬勃發(fā)展。

根據(jù)國際能源署數(shù)據(jù)，2011-2018年間，全球燃料電池復(fù)合增長率高達32.95%；到2018年，全球燃料電池已超過800MW，約為803.1MW。其中，燃料電池主要應(yīng)用于固定式電源和交通運輸兩大領(lǐng)域，2018年容量分別為239.8MW、562.6MW。

圖5 2011~2018年全球燃料電池在交通運輸?shù)膽?yīng)用容量及增長(單位：MV，%)

2011~2018年全球燃料電池在交通運輸?shù)膽?yīng)用容量及增長(單位：MV，%)

從數(shù)據(jù)可以看出，燃料電池在交通運輸領(lǐng)域具有最強增長潛力。燃料電池在交通運輸領(lǐng)域的應(yīng)用主要包括為乘用車、巴士/客車、叉車以及其他以燃料電池作為動力的車輛。

以燃料乘用車為例，憑借零污染、高效率、加氫快、續(xù)駛里程長的特點，燃料乘用車現(xiàn)在正處在商業(yè)化轉(zhuǎn)化中。截至2018年底，從保有量來看，日本大約有2700輛、韓國2000輛、美國6500輛，中國3500輛。長遠規(guī)劃來看，全球燃料電池汽車發(fā)展正在全面提速。

圖6 截至2018年底全球主要國家燃料電池車保有量(單位：輛)

截至2018年底全球主要國家燃料電池車保有量(單位：輛)

根據(jù)各個國家出臺的規(guī)劃文件，到2030年，日本、韓國、美國、中國分別規(guī)劃燃料電池汽車保有量80萬輛、63萬輛、20萬輛、100萬輛。

交通領(lǐng)域應(yīng)用的商業(yè)化進程要推進，還需要完善加氫站的建設(shè)，加氫站建設(shè)是促進燃料電池大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵所在。截至目前，美國在運的加氫站約40座，日本在運的加氫站約94座。從全球分地區(qū)看加氫站的建設(shè)情況，前期以歐洲和美洲的建設(shè)數(shù)量較多，隨著亞洲對氫能源汽車的研發(fā)推廣，2016年后以日本和中國為代表的亞洲加氫站的建設(shè)數(shù)量不斷增加。

未來5-10年，全球主要國家將加快加氫站建設(shè)，預(yù)計到2020年，全球加氫站保有量將超過435座；2025年有望超過1000座。其中日本的扶持力度最大，預(yù)計建成320座；韓國和美國分別為210座和200座。2030年開始普及加氫站建設(shè)，日本、韓國和美國計劃分別達到900座、520座和300座。中國計劃到2020年達到100座，2025年達到300座，2030年達到1000座。

圖7 2020~2030年全球主要國家燃料電池車保有量規(guī)劃(單位：萬輛)

2020~2030年全球主要國家燃料電池車保有量規(guī)劃(單位：萬輛)

(二)未來發(fā)展前景廣闊

許多國家和地區(qū)都將燃料電池技術(shù)與周邊設(shè)施產(chǎn)業(yè)的開發(fā)列為國家重點研發(fā)項目，同時，企業(yè)界也紛紛投入巨資，積極從事燃料電池技術(shù)的研究與開發(fā)，以加速燃料電池的商品化，使得燃料電池逐漸具有與傳統(tǒng)發(fā)電機及內(nèi)燃機發(fā)動機競爭的實力。

此外，許多國家包括中國也都不約而同的在發(fā)展燃料電池作為零排放和超低排放汽車的動力等方面開展了大量的研究活動。應(yīng)用燃料電池應(yīng)該是解決石油資源缺乏、改善尾氣污染的最有效的途徑之一，未來發(fā)展空間巨大。

圖8 2020~2030年全球主要國家加氫站建設(shè)規(guī)劃(單位：座)

2020~2030年全球主要國家加氫站建設(shè)規(guī)劃(單位：座)