中國氫能聯(lián)盟發(fā)布《中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書》(2019年),認(rèn)為氫能將成為中國能源體系的重要組成部分,預(yù)計2020~2025年國內(nèi)氫燃料電池汽車達(dá)到5萬輛;2026~2035年達(dá)到130萬輛;2036~2050年達(dá)到500萬輛。2018年國內(nèi)氫燃料電池汽車銷量為1619輛,發(fā)展空間大。
以每輛燃料電池車電堆功率60kW計算,分別對應(yīng)2025年、2035年、2050年銷量目標(biāo)計算, 2025年、2035年、2050年國內(nèi)燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)值分別為:144億、720億和990億元;國內(nèi)燃料電池電堆的產(chǎn)值為:104億元、518億元和713億元。
2025~2050年主要核心零部件的產(chǎn)值如下表:
質(zhì)子交換膜的產(chǎn)值分別為:39億元、194億元和267億元;
擴(kuò)散層的產(chǎn)值分別為:27億元、137億元和188億元;
催化劑的產(chǎn)值分別為:27億元、137億元和188億元;
雙極板的產(chǎn)值分比為:7億元、36億元和50億元;
輔助系統(tǒng)(空氣、氫氣循環(huán)系統(tǒng))的產(chǎn)值分別為:39億元、194億元和267億元。
性能提升、成本下降是燃料電池產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵
氫燃料電池車要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化,一方面電池性能要不斷提升,另一方面成本要持續(xù)下降。燃料電池系統(tǒng)是燃料電池車核心技術(shù)的體現(xiàn),也是成本的主要來源,因此燃料電池系統(tǒng)的成本下降和性能提升是關(guān)鍵。
性能提升的核心指標(biāo):比功率、耐久性
國內(nèi)燃料電池整體技術(shù)水平與日本、韓國等領(lǐng)先國家存在差距。自“十五”新能源汽車重大科技專項啟動以來,在一系列重大項目的支持下,燃料電池技術(shù)取得了一定的進(jìn)展,初步掌握了燃料電池電堆與關(guān)鍵材料、動力系統(tǒng)于核心部件、整車集成等核心技術(shù);部分關(guān)鍵技術(shù)試驗(yàn)室水平已經(jīng)接近國際先進(jìn)水平。但國內(nèi)工程化、產(chǎn)業(yè)化水平相對滯后,總體技術(shù)水平與日、韓等國家還有差距,具體表現(xiàn)在整車性能上,中國燃料電池車在動力性能、綜合效率、電堆功率、耐久性上,與日韓還有差距。
根據(jù)美國能源部(DOE)發(fā)布的《Fuel Cell Technical Team Roadmap》(2017年),
為了實(shí)現(xiàn)商業(yè)化目標(biāo),燃料電池系統(tǒng)需滿足以下要求:
1)比功率:2020年達(dá)到650W/kg,2025年達(dá)到900W/kg;
2)耐久性:2020年達(dá)到5000h,2025年達(dá)到8000h;
3)規(guī)模生產(chǎn)成本:2020年達(dá)到40 USD/kW,2025年達(dá)到35 USD/kW。
根據(jù)《中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書》(2019年),“燃料電池系統(tǒng)技術(shù)未來發(fā)展將會有四個方向:
1) 持續(xù)開發(fā)高功率系統(tǒng)產(chǎn)品;
2) 通過系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化提高產(chǎn)品性能;
3) 通過策略優(yōu)化提高產(chǎn)品壽命;
4) 通過零部件優(yōu)化及規(guī)?;?yīng)持續(xù)降低成本。
燃料電池系統(tǒng)成本:質(zhì)子交換膜、擴(kuò)散層,空氣循環(huán)系統(tǒng)成本下降空間大
2017年美國燃料電池系統(tǒng)年產(chǎn)50萬套成本已從2006年的124美元/Kw下降到5美元/Kw,根據(jù)DOE 《Fuel Cell System Cost–2017》的預(yù)測,2020年將下降到40美元/Kw。當(dāng)產(chǎn)量達(dá)到50萬臺套時,規(guī)模效應(yīng)將加速成本下降,燃料電池系統(tǒng)的成本將下降到45$/kWnet,電堆成本將下降到19$/kWnet。
質(zhì)子交換膜、擴(kuò)散層,空氣循環(huán)系統(tǒng)成本下降空間大。具體看電堆的主要核心零部件成本下降的幅度,其中質(zhì)子交換膜、擴(kuò)散層成本下降的空間最大,以公交車為例,如果產(chǎn)量翻4倍,達(dá)到1000套/年,燃料電池系統(tǒng)成本下降38%,其中,質(zhì)子交換膜和擴(kuò)散層的成本下降幅度分比為58%和56%。輔助系統(tǒng)中,空氣循環(huán)系統(tǒng)和氫氣循環(huán)系統(tǒng)的下降空間也可觀。雙極板和催化劑成本下降的空間相對小一些。
從燃料電池系統(tǒng)成本構(gòu)成來看,以年產(chǎn)1000套公交車為例,電堆成本占比72%(其中:質(zhì)子交換膜27%、擴(kuò)散層19%、催化劑19%、雙極板占比5%),輔助系統(tǒng)占比27%。
根據(jù)《中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書》(2019年)中的目標(biāo),燃料電池系統(tǒng)的成本要從2019年的8000元/KW下降到2025年4000元/KW ,2035年下降到800元/KW ,2050年進(jìn)一步下降到300元/KW,如果單車燃料電池系統(tǒng)的功率為100 KW,則單車燃料電池系統(tǒng)的成本可控制在3萬左右。核心零部件制造技術(shù)的不斷發(fā)展和突破,燃料電池的成本有望不斷下降。目前我國燃料電池核心部件的技術(shù)與發(fā)達(dá)國家相比尚有較大差距,許多關(guān)鍵材料仍需進(jìn)口,國產(chǎn)化率偏低,造成成本費(fèi)用高昂,成本也有很大的下降空間。
文章來源:華泰證券