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燃料電池原理很早被提出,但受技術(shù)所限與高昂的成本,發(fā)展速度十分緩慢。近些年燃料電池相關(guān)技術(shù)不斷進(jìn)步,特別是豐田等日本公司的大力推進(jìn)下,部分燃料電池汽車已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
1.新能源汽車概論
1.4 新能源汽車發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)
1.4.1 全球新能源汽車技術(shù)發(fā)展
純電動(dòng)汽車的歷史比燃油車更早,但由于技術(shù)的瓶頸導(dǎo)致經(jīng)過了初期的繁榮之后就一度消沉,直到近些年鋰電池技術(shù)的不斷突破,才被人們重新重視起來。
燃料電池原理很早被提出,但受技術(shù)所限與高昂的成本,發(fā)展速度十分緩慢。 近些年燃料電池相關(guān)技術(shù)不斷進(jìn)步,特別是豐田等日本公司的大力推進(jìn)下,部分燃料電池汽車已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
1.4.2 全球新能源汽車銷售情況:
在各國政策支持下,電動(dòng)車銷售增速較快,但整體來看全球電動(dòng)汽車市場(chǎng)占比仍然比較低,仍有很大的發(fā)展前景。 目前,全球新能源汽車市場(chǎng)銷售主要以純電動(dòng)與插電混動(dòng)為主,從插電混動(dòng)與純電動(dòng)汽車銷售來看,2018 年,全球銷售超過 500 萬量電動(dòng)車(BEV+PHEV),其中 45%在**銷售, 500 萬量中,純電動(dòng)占據(jù) 2/3。
相較全球汽車銷量,目前電動(dòng)汽車銷量占比仍不足 1%,按照 IEA 預(yù)測(cè),2030 年電動(dòng)汽車滲透率將達(dá)到 15%,2018 年-2030 年每年則需要增長(zhǎng) 30%。
插電混動(dòng)汽車 2012 年后開始進(jìn)入市場(chǎng),目前,**市場(chǎng)占比約為 25%,美國約為 43%,歐洲市場(chǎng)的PHEV 占比更高。
1.4.3 全球主要國家新能源政策小編綜合來說
(1)**:
21 世紀(jì)后,新能源汽車作為**戰(zhàn)略發(fā)展的重要一環(huán),受到了大力支持。 國務(wù)院印發(fā)的《“十二五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中將新能源汽車列入七大戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)之一。
《**制造 2025》提出“節(jié)能與新能源汽車”作為重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域,明確了“繼續(xù)支持電動(dòng)汽車、燃料電池汽車發(fā)展,掌握汽車低碳化、信息化、智能化核心技術(shù),提升動(dòng)力電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、高效內(nèi)燃機(jī)、先進(jìn)變速器、輕量化材料、智能控制等核心技術(shù)的工程化和產(chǎn)業(yè)化能力,形成從關(guān)鍵零部件到整車的完成工業(yè)體系和創(chuàng)新體系,推動(dòng)自主品牌節(jié)能與新能源汽車與國際先進(jìn)水平接軌。 ”的發(fā)展戰(zhàn)略,為我國節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展指明了方向。
“十三五”期間,針對(duì)電池、電機(jī)、電控等核心關(guān)鍵技術(shù),**將從基礎(chǔ)科學(xué)、系統(tǒng)集成技術(shù)、共性核心技術(shù)、集成開發(fā)與示范等方面建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)、集成示范平臺(tái)及國際合作平臺(tái),通過平臺(tái)建設(shè)逐步突破燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)、混合動(dòng)力系統(tǒng)、純電動(dòng)力系統(tǒng)等核心關(guān)鍵技術(shù),全面提升**新能源汽車的研發(fā)能力和產(chǎn)業(yè)化水平。
在具體的措施方面,國家從財(cái)政補(bǔ)貼、稅收優(yōu)惠、汽車使用等方面對(duì)新能源汽車給予支持。 例如新能源汽車可享受國家補(bǔ)貼與地區(qū)補(bǔ)貼,同時(shí)免征購置稅; 對(duì)于新能源汽車企業(yè),可以享受減征或免征所得稅、減按 15%低稅率征稅、加計(jì)扣除、加速折舊等方面的稅收優(yōu)惠。 同時(shí)新能源汽車能享受到不限購不限行的政策。 2009 年-2020 年,在**新能源汽車多重優(yōu)惠政策的支持下,純電動(dòng)與插電混動(dòng)汽車銷量大幅度增加,2013-2018 年** BEV+PHEV 銷量占全世界新能源銷量從 8%增長(zhǎng)到 45%,同時(shí)培育出比亞迪新能源、北汽新能源、廣汽新能源、吉利新能源、蔚來、小鵬、威馬等多個(gè)品牌。
《乘用車企業(yè)平均燃料消耗量與新能源汽車積分并行管理辦法》自 2018 年 4 月 1 日起施行。 雙積分政策目的在于強(qiáng)補(bǔ)貼政策逐步減少后,給參與新能源汽車的企業(yè)一個(gè)溫和的補(bǔ)貼方式。 同時(shí),通過積分制度,調(diào)整車企未來投入重心,推動(dòng)國內(nèi)車企在電動(dòng)汽車鄰域?qū)崿F(xiàn)快速發(fā)展,力爭(zhēng)趕超傳統(tǒng)外國車企。
(2)日本:
日本比**資源更為匱乏,在新能源汽車布局也更早。 與**支持純電動(dòng)汽車所不同的是,日本定義了“下一代汽車”,并對(duì)其使用不同的補(bǔ)貼,。
《下一代汽車戰(zhàn)略 2010》中,包括“非插電式混合動(dòng)力汽車(HEV)、純電動(dòng)汽車(BEV)、插電式混合動(dòng)力汽車(PHEV)、燃料電池汽車(FCV)、清潔能源汽車(CEV)、清潔柴油汽車(C**)、壓縮天然氣汽車(CNGV)”等節(jié)能與新能源汽車。
中日政策對(duì)比分析:
中日兩國的政策整體有一定相似之處,但均根據(jù)本國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況在不斷調(diào)整。
(3)美國:
美國與日本不同,主要通過稅費(fèi)減免方式進(jìn)行補(bǔ)貼,但效果不夠明顯。 同時(shí),美國各州實(shí)行不同的補(bǔ)貼政策,加州使用的是積分政策,與其他州政策有著本質(zhì)的區(qū)別,積分政策效果明顯,因此,加州的新能源汽車銷量也占據(jù)了美國的大半。
加州**通過建立標(biāo)準(zhǔn)來讓市場(chǎng)自行調(diào)節(jié),積分政策有效的減少了**的財(cái)政負(fù)擔(dān),同時(shí)激勵(lì)了企業(yè)去研發(fā)符合消費(fèi)者期望的新能源汽車。 加州**也根據(jù)市場(chǎng)反饋調(diào)整相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn),使得更符合當(dāng)前情況。 目前,加州使用的是 2016 年版本的 ZEV 積分制政策,將純電續(xù)航里程作為計(jì)算積分的唯一指標(biāo),使得高效低排放與普通混動(dòng)汽車不再獲得積分。
**早期學(xué)習(xí)日本、歐洲的補(bǔ)貼方式,導(dǎo)致了搶裝、質(zhì)量低下、騙補(bǔ)的問題,現(xiàn)在加強(qiáng)了監(jiān)管、同時(shí)采取新的積分政策符合未來新能源汽車發(fā)展趨勢(shì)。 新的積分政策有利于淘汰劣質(zhì)車型,減少我國的財(cái)政補(bǔ)貼的負(fù)擔(dān),一定程度上還可以培育新進(jìn)入的新能源汽車公司。
1.4.4 新能源汽車行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)小編綜合來說
(1)短期趨勢(shì)
隨著電動(dòng)車技術(shù)不斷完善,基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)逐漸推進(jìn),續(xù)航問題不斷改善,消費(fèi)者對(duì)新能源汽車認(rèn)知、認(rèn)可程度越來越高,預(yù)計(jì)到 2020 年,純電動(dòng)汽車銷量會(huì)繼續(xù)快速增長(zhǎng)。
全球來看,在發(fā)達(dá)國家與地區(qū),混動(dòng)汽車與純電動(dòng)汽車更受消費(fèi)者歡迎。
國內(nèi)基于環(huán)保、能源安全、技術(shù)發(fā)展的考慮,仍會(huì)選擇純電動(dòng)汽車作為發(fā)展方向,優(yōu)惠政策會(huì)偏向于純電動(dòng)汽車。
空間分布上,大城市的充電樁建設(shè)逐漸完備,純電動(dòng)汽車使用體驗(yàn)與傳統(tǒng)汽車相近,在其他一些充電設(shè)施建設(shè)還不到位的地區(qū),收入較高的家庭會(huì)選擇混動(dòng)汽車作為交通工具。
(2)中期趨勢(shì)
預(yù)計(jì)到 2030 年,電池容量將能夠滿足大部分出行需求,基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)基本完善,快速充電技術(shù)逐漸成熟。 人們對(duì)電動(dòng)車的認(rèn)知改變,自動(dòng)駕駛技術(shù)逐漸成熟。
全球來看,純電動(dòng)汽車在發(fā)達(dá)國家基本普及,在發(fā)展**家普及率逐漸提高,插電混動(dòng)汽車將作為長(zhǎng)距離交通工具使用。 氫燃料電池成本不斷下降,儲(chǔ)氫、制氫技術(shù)獲得突破。 有條件的**通過采購用于公共交通來推廣氫燃料電池汽車。
國內(nèi)政策層面,補(bǔ)貼政策轉(zhuǎn)換為溫和方式。 政策推動(dòng)因素逐漸減弱,消費(fèi)者自由選擇自己喜歡的汽車類型,考慮價(jià)格因素,純電動(dòng)占據(jù)主要銷量。
(3)長(zhǎng)期趨勢(shì)
預(yù)計(jì) 2030 年之后,電池充電速度將得到極大的改善,電池能量密度持續(xù)提高。 電動(dòng)車充電方式多元化,快速**充電逐漸普及,傳統(tǒng)汽車便利程度不如電動(dòng)車,新購買者更多選擇純電動(dòng)出行,少數(shù)專業(yè)領(lǐng)域仍將使用汽油、柴油車。 同時(shí),氫燃料電池技術(shù)逐漸成熟,制氫效率大幅度提高,電動(dòng)汽車報(bào)廢電池的問題逐漸被重視,**開始鼓勵(lì)氫燃料電池汽車,氫燃料電池汽車進(jìn)入快速增長(zhǎng)期。
2.燃料電池汽車介紹
2.1 燃料電池汽車定義
燃料電池汽車英文縮寫 FCV,是一種利用氫燃料作為長(zhǎng)時(shí)間續(xù)航,傳統(tǒng)電池作為瞬間大電流輸出互相配合的一種新型動(dòng)力汽車。 車用燃料電池系統(tǒng)通常使用高純度的壓縮氫氣或者甲醇、甲酸、固態(tài)儲(chǔ)氫等其他介質(zhì)加重整系統(tǒng)所得到的高純度氫氣。 與傳統(tǒng)的電動(dòng)汽車相比較,燃料電池汽車的電力來源為氫氣通過燃料電池系統(tǒng)發(fā)電,傳統(tǒng)電動(dòng)汽車的能源來自于電網(wǎng)。
2.2 燃料電池汽車結(jié)構(gòu)
以 Mirai 為例,第一是位于車頭的動(dòng)力控制單元,動(dòng)力控制單元能在不同的行駛工況下控制不同的充放電策略。
電機(jī),它由驅(qū)動(dòng)電池和燃料電池來供電,受前端的動(dòng)力控制單元控制。
升壓逆變器,它把電池輸出的低壓 DC,轉(zhuǎn)換成高壓 AC,供給交流電機(jī)。
燃料電池反應(yīng)堆,輸出功率為 114kW,是整車的動(dòng)力來源。
驅(qū)動(dòng)電池,用來回收制動(dòng)能量(再生制動(dòng)),加速時(shí)輔助燃料電池供電。
儲(chǔ)氫罐,由三層碳纖維強(qiáng)化塑料結(jié)構(gòu)構(gòu)成,700 個(gè)大氣壓,氫氣解壓后以液態(tài)氫的方式儲(chǔ)存在燃料電池中,添加液態(tài)氫的過程加滿大約需要 3-5min。
3.燃料電池汽車的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)
3.1 國際發(fā)展現(xiàn)狀
車用燃料電池穩(wěn)步發(fā)展。 氫燃料電池及氫燃料電池汽車的研發(fā)與商業(yè)化應(yīng)用在日本、美國、歐洲迅速發(fā)展,美日韓德等國巨頭車企的燃料電池汽車已經(jīng)量產(chǎn)或即將量產(chǎn)。 據(jù)統(tǒng)計(jì),2018 年全球燃料電池總體出貨量預(yù)計(jì)達(dá)到 75000 臺(tái),較 2017 年增加 4000 臺(tái); 裝機(jī)容量達(dá)到 800MW,較 2017 年增加 145MW。 其中約10%用于汽車中,而 2014 年僅 3%左右。
氫燃料基礎(chǔ)設(shè)施正穩(wěn)步推進(jìn)。 世界主要發(fā)達(dá)國家從資源、環(huán)保等角度出發(fā),都十分看重氫能的發(fā)展,各國氫能源的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)劃都在有條不紊的進(jìn)行中。 在制氫、儲(chǔ)氫、加氫等環(huán)節(jié)持續(xù)創(chuàng)新,氫能和燃料電池已在一些細(xì)分領(lǐng)域初步實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化,同時(shí)加氫站也在持續(xù)建設(shè)和發(fā)展。 根據(jù) H2stations.org 網(wǎng)站公布的數(shù)據(jù),截止 2018 年底,全球加氫站數(shù)目達(dá)到了 369 座,年度新增 48 座,其中 273 座對(duì)外開放,其余加氫站只能為特定用戶提供服務(wù),如公共汽車及車隊(duì)客戶。
整車供應(yīng)商積極推進(jìn)。 例如,寶馬與豐田在燃料電池等多個(gè)方面進(jìn)行了合作,結(jié)合了寶馬在動(dòng)力系統(tǒng)和車輛輕量化設(shè)計(jì)方面優(yōu)勢(shì)與豐田的燃料電池方面的優(yōu)勢(shì)。 在“2015 寶馬創(chuàng)新日”上展出了 i8 氫燃料電池車,i8 實(shí)驗(yàn)用車采用最大輸出功率可達(dá) 188kW 的氫燃料電池組。 它的創(chuàng)新之處在于將低溫儲(chǔ)氫罐置于車身平臺(tái)中心處,為后置的電動(dòng)機(jī)提供電力,也為整車前后重量比做平衡。
需求導(dǎo)向行業(yè)持續(xù)發(fā)展。 根據(jù)國際新能源委員會(huì)統(tǒng)計(jì),到 2020 年,世界對(duì)氫能的需求將達(dá)到 10EJ,2040 年后需求會(huì)大幅度增長(zhǎng),2050 年全球需求將達(dá)到 80EJ,整個(gè)產(chǎn)業(yè)會(huì)更加成熟和完善,包含發(fā)電、工業(yè)能源、交通工具、建筑供電等多重用途。
3.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀
整體來看:核心技術(shù)不斷進(jìn)步,但是與國際領(lǐng)先水平差距較大。
整車開發(fā)方面,目前,我國已經(jīng)初步掌握整車、動(dòng)力系統(tǒng)與核心部件的核心技術(shù)并具有整車生產(chǎn)能力。 但是,在燃料電池汽車車型平臺(tái)開發(fā)方面,以上汽股份、上海大眾、一汽、長(zhǎng)安、奇瑞等公司為代表開發(fā)的燃料電池轎車均基于傳統(tǒng)內(nèi)燃車或純電動(dòng)汽車進(jìn)行改制,尚未掌握燃料電池汽車專用車身、底盤開發(fā)、底盤動(dòng)力學(xué)主動(dòng)控制等關(guān)鍵技術(shù)。
燃料電池電堆開發(fā)方面,已形成包括明天氫能、新源動(dòng)力、武漢理工新能源、弗爾賽、等在內(nèi)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的燃料電池電堆生產(chǎn)廠家,在電堆上游配套方面,MEA、碳紙、質(zhì)子膜、石墨雙極板和金屬雙極板等均已實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。 目前已具備 60kW 以內(nèi)的單個(gè)燃料電池電堆開發(fā)能力,體積比功率基本可達(dá)到2.0kW/L,與國際領(lǐng)先水平 3.1kW/L 仍有差距。
產(chǎn)業(yè)鏈細(xì)分領(lǐng)域:
車載儲(chǔ)氫和供氫技術(shù)方面,我國基本掌握了 35MPa 高壓儲(chǔ)氫罐和加注系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù),實(shí)現(xiàn)高壓氫氣瓶等部件國產(chǎn)化開發(fā),但某些關(guān)鍵閥門、管路、傳感器等國內(nèi)尚停留在研究或小批量階段,仍依賴進(jìn)口。 70MPa氫氣存儲(chǔ)關(guān)鍵技術(shù)已取得突破,III 型儲(chǔ)氫瓶已有批量產(chǎn)品,但閥門、管路等關(guān)鍵部件仍然處在研發(fā)階段,制約了我國低成本燃料電池乘用車的開發(fā)進(jìn)程。 在供氫方面,國內(nèi)已開發(fā)出可滿足 60kW 以內(nèi)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)需求的引射式供氫組件產(chǎn)品,而對(duì)于回氫泵,尚未掌握其核心技術(shù)。
燃料電池用無油空壓機(jī)方面,雪人股份通過股權(quán)收購的方式取得了雙螺桿空壓機(jī)的核心技術(shù),德燃動(dòng)力通過自主開發(fā)的方式已掌握可滿足 60kW 以內(nèi)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)用空壓機(jī)技術(shù),另外清華大學(xué)、西安交通大學(xué)等高校也這些方面進(jìn)行了大量研究和開發(fā)工作。
燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性、壽命和環(huán)境適應(yīng)性方面,在車載工況下,目前的使用壽命在 3600 小時(shí)左右,大約 3000km 需要進(jìn)行相應(yīng)的維護(hù),冷啟動(dòng)溫度為-20℃,這與國外的燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)相比,尚有差距,制約了我國燃料電池汽車的商業(yè)化推廣。
3.3 國內(nèi)外政策比較
3.3.1 歐洲:促進(jìn)“交通與氫能”融合,持續(xù)穩(wěn)定支持產(chǎn)業(yè)發(fā)展
歐盟一直致力于促進(jìn)“交通與氫能”融合,支持氫能和燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
歐盟 2016 年發(fā)布的《可再生能源指令》等政策文件均提出將氫能作為能源系統(tǒng)的重要組成部分,正在推進(jìn)的《燃料電池和氫能實(shí)施計(jì)劃》的實(shí)施周期是 2014~2020 年,主要目標(biāo)是,到 2020 年,將氫能和燃料電池應(yīng)用在固定式能源供應(yīng)和交通方面。 歐盟的重點(diǎn)支持方向包括:
1、交通產(chǎn)業(yè): 道路交通、非道路交通和機(jī)械、基礎(chǔ)設(shè)施等;
2、能源產(chǎn)業(yè): 氫氣制備、運(yùn)輸、儲(chǔ)能、發(fā)電、熱電聯(lián)產(chǎn)等。
2019 年 2 月 12 日,燃料電池和氫能聯(lián)合組織(FCH JU)在發(fā)布的“ 歐洲氫能路線圖”,該路線圖根據(jù) 17 個(gè)歐洲主要工業(yè)參與者的意見制定,將為大約 4200 萬輛大型汽車、170 萬輛卡車、25 萬輛公共汽車和超 5500 輛列車提供燃料。
3.3.2 美國:大力投資發(fā)展
2015 年底,美國能源局向國會(huì)提交了《2015 年美國燃料電池和氫能技術(shù)發(fā)展報(bào)告》,肯定了未來氫能市場(chǎng)的發(fā)展?jié)摿Γ罅ν顿Y發(fā)展先進(jìn)氫能與燃料電池技術(shù)。
據(jù)統(tǒng)計(jì),美國僅 2016 年內(nèi)就有 10 個(gè)州頒布相關(guān)政策,支持燃料電池產(chǎn)品逐步投入市場(chǎng),包括氫燃料電池汽車稅收減免,在工廠、居民區(qū)等地安裝部署燃料電池發(fā)電系統(tǒng)等。
此外,根據(jù)美國聯(lián)邦公路局公布的“國家替代燃料與充電網(wǎng)絡(luò)”規(guī)劃,美國全境 35 個(gè)州將形成以 55座加氫站為基礎(chǔ)節(jié)點(diǎn)的“氫能網(wǎng)絡(luò)”,加利福尼亞州、科羅拉多州、佛羅里達(dá)州、紐約州、威斯康辛州等 10個(gè)州將率先啟動(dòng)建設(shè)工作。 目前,美國燃料電池乘用車保有量領(lǐng)先全球: 豐田 Mirai 在美國銷售了超過 2 900 輛燃料電池汽車。
3.3.3 日本:領(lǐng)航燃料電池發(fā)展,政策多舉并進(jìn)
日本是全球發(fā)展燃料電池最積極的國家。 由于國土資源的限制以及地理環(huán)境的因素的制約,日本非常重視可再生能源的應(yīng)用,希望能實(shí)現(xiàn)能源**。
2013 年,日本**推出《日本再復(fù)興戰(zhàn)略》,把發(fā)展能源提升為國策,并啟動(dòng)加氫站建設(shè)的前期工作。
2014 年日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省發(fā)布了《氫能與燃料電池戰(zhàn)略路線圖》,制定了“三步走”發(fā)展計(jì)劃,該路線圖于 2016 年進(jìn)行了修訂。 日本對(duì)氫能和燃料電池的扶持政策主要包括研發(fā)、示范和車輛補(bǔ)貼等方面。
在研發(fā)方面,2017 年日本經(jīng)產(chǎn)省對(duì)燃料電池研發(fā)補(bǔ)貼共計(jì) 129 億日元,包括燃料電池、加氫站、氫能供應(yīng)鏈 3 個(gè)方向。 從 2017 年開始,固定式燃料電池由家庭應(yīng)用擴(kuò)大到商業(yè)和工業(yè)應(yīng)用,并計(jì)劃在 2020 年達(dá)到 1400 萬套規(guī)模,2030 年達(dá)到 5300 萬套規(guī)模。
在車輛補(bǔ)貼方面,實(shí)施新能源汽車綠色稅制政策,根據(jù)汽車種類和指標(biāo),可以享受車重稅和汽車購置稅 50%~100%的減免,同時(shí)在加氫站建設(shè)方面給予大約 50%的補(bǔ)貼。 據(jù)統(tǒng)計(jì),2014 年日本對(duì)國內(nèi)所有加氫 站的補(bǔ)貼總額高達(dá) 72 億日元(約合 6000 萬美元)。
3.3.4 **:**大力支持產(chǎn)業(yè)發(fā)展,地方**為氫能發(fā)展保駕護(hù)航
我國《“十三五”戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》、《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃(2016~2030 年)》、《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012~2020 年)》、《**制造 2025》等國家規(guī)劃都明確了氫能產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略性地位,紛紛將發(fā)展氫能列為重點(diǎn)任務(wù),將氫燃料電池汽車列為重點(diǎn)支持領(lǐng)域。 2016 年工信部組織制定的《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》明確提出: 2020 年實(shí)現(xiàn) 5000 輛級(jí)規(guī)模的氫燃料電池汽車,在特定地區(qū)公共服務(wù)用車領(lǐng)域的示范應(yīng)用,建成 100 座加氫站; 2025 年實(shí)現(xiàn) 5 萬輛規(guī)模的應(yīng)用,建成 300 座加氫站; 2030 年實(shí)現(xiàn)百萬輛氫燃料電池汽車的商業(yè)化應(yīng)用,建成 1000 座加氫站。
此外,北京,上海,山西,武漢,佛山,蘇州,張家口等地紛紛出臺(tái)氫能扶持政策,為氫能的發(fā)展保駕護(hù)航。 例如《山西省新能源汽車產(chǎn)業(yè) 2019 年行動(dòng)計(jì)劃》中提到,山西在氫能領(lǐng)域,2019、2020 兩年,山西省將培育有影響力的氫能與燃料電池技術(shù)研發(fā)中心 1 個(gè)、燃料電池汽車檢驗(yàn)檢測(cè)中心 1 個(gè),在示范運(yùn)行城市,建設(shè)加氫站 3 座、示范公交路線 10 條,形成 700 臺(tái)的運(yùn)營規(guī)模。 2021 年至 2022 年進(jìn)行推廣應(yīng)用,公交示范線路 300 條,加氫站增加到 10 座。 2023 年至 2024 年實(shí)現(xiàn)規(guī)模運(yùn)營,加氫站到達(dá) 20 座,全省公交線路開始運(yùn)行,預(yù)計(jì)達(dá)到 7500 臺(tái)車輛的運(yùn)營規(guī)模。
3.4 國內(nèi)外專利情況分析
3.4.1 國家層面
(1)專利數(shù)量:日本遙遙領(lǐng)先,**位居第三
專利申請(qǐng)人一般在其所在國第一申請(qǐng)專利,第二在一年內(nèi)利用優(yōu)先權(quán)申請(qǐng)國外專利。 因此,從專利申請(qǐng)人優(yōu)先權(quán)所屬國的數(shù)量分布上很大程度上反映了各國在該領(lǐng)域的技術(shù)實(shí)力。
從優(yōu)先權(quán)專利申請(qǐng)的國家分布情況來看,燃料電池專利技術(shù)主要集中在日本、美國、**、韓國和德國。 其中,日本優(yōu)先權(quán)專利數(shù)量達(dá)到 66971 個(gè)(占 56%),處于絕對(duì)領(lǐng)先地位,而**以 9%的份額排名第三。
(2)技術(shù)優(yōu)勢(shì):日本全面領(lǐng)先,專利強(qiáng)國各關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展均衡
總體上看,日本、美國、**、韓國和德國是燃料電池技術(shù)主要專利申請(qǐng)國,各關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展比較均衡。 日本作為全球?qū)@琶谝坏膰?,在多個(gè)關(guān)鍵技術(shù)上均處于絕對(duì)領(lǐng)先地位,技術(shù)最為全面且沒有明顯的短板,且控制技術(shù)方面的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)最為明顯。 美國和韓國各關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展比較均衡。 **比較重視電極和催化劑的研發(fā),德國比較關(guān)注制氫、儲(chǔ)氫以及燃料電池加熱、冷卻技術(shù)。
(3)國際布局:日本重視國際市場(chǎng),**以本國市場(chǎng)為主
從專利技術(shù)國際專利布局上看,日本作為氫燃料電池專利族規(guī)模最大的國家,其對(duì)國際市場(chǎng)的布局也非常充分,因此除了對(duì)本國進(jìn)行專利保護(hù)外,為了在國外生產(chǎn)、銷售產(chǎn)品,其必須在國外地區(qū)申請(qǐng)相關(guān)專利以求獲得知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù),從數(shù)量上可以反映出其市場(chǎng)戰(zhàn)略。
日本除在本國申請(qǐng)外,同時(shí)重點(diǎn)布局美國、**、韓國、歐洲、德國等,其專利布局涉及 39 個(gè)國家和專利組織。 美國專利數(shù)量相當(dāng)于日本的 1/4,但在專利布局策略上,非常重視專利技術(shù)的國際布局,專利布局涉及 49 個(gè)國家和專利組織。 而**主要針對(duì)本國市場(chǎng),在國外市場(chǎng)布局的專利數(shù)量很少。
(4)國內(nèi)專利國家布局:國內(nèi)機(jī)構(gòu)數(shù)量領(lǐng)先, 國外專利整體質(zhì)量較高 國內(nèi)專利申請(qǐng)的國別分布:
一是國內(nèi)專利布局方面,國內(nèi)機(jī)構(gòu)占據(jù)半壁江山,與 燃料電池技術(shù)相關(guān)**專利共 23544件,其中 53.6%來自我國本土機(jī)構(gòu)的申請(qǐng),46.4%的**專利申請(qǐng)來自國外機(jī)構(gòu);
二是日本對(duì)我國市場(chǎng)顯示了極大的興趣,20%的**專利申請(qǐng)來自日本,之后依次為美國、韓國和德國;
三是來自國外的專利整體質(zhì)量較高,來自于日本、美國、德國、韓國的**專利類型以發(fā)明專利為主,實(shí)用新型專利比例均低于 1%,且排除實(shí)用新型專利后,國內(nèi)機(jī)構(gòu)申請(qǐng)發(fā)明專利為 9591 項(xiàng),國外機(jī)構(gòu)申請(qǐng)發(fā)明專利 10831 項(xiàng),對(duì)于質(zhì)量較高的發(fā)明專利而言,國外機(jī)構(gòu)的申請(qǐng)數(shù)量明顯多于國內(nèi)機(jī)構(gòu)。
3.4.2 競(jìng)爭(zhēng)機(jī)構(gòu)層面
(1)國際專利申請(qǐng)人:汽車產(chǎn)業(yè)相關(guān)公司占比較大,產(chǎn)業(yè)技術(shù)趨于壟斷
目前,燃料電池研發(fā)主要以汽車廠商為主,且產(chǎn)業(yè)化在即。 據(jù)統(tǒng)計(jì),燃料電池專利申請(qǐng)人全球排名中,排名前三的申請(qǐng)企業(yè)分別為日本豐田汽車、日本日產(chǎn)汽車、日本本田,且排名前 20 位申請(qǐng)企業(yè)中上游廠商較少,下游廠商較多,汽車產(chǎn)業(yè)相關(guān)公司占據(jù)較**重。 各企業(yè)專利數(shù)量上的差距較大,且前五申請(qǐng)人占據(jù)行業(yè)專利占比較高,技術(shù)集中在大廠手中,產(chǎn)業(yè)技術(shù)趨于壟斷。
(2)**專利申請(qǐng)人:本土機(jī)構(gòu)具備相當(dāng)實(shí)力,**專利申請(qǐng)人布局較分散
從國內(nèi)專利申請(qǐng)人來看: 燃料電池技術(shù)**專利申請(qǐng)人前二十排名中,豐田汽車以 1307 項(xiàng)專利據(jù)首位,占專利總量的 5.6%; 通用汽車以 713 項(xiàng)專利次之; 中科院大連化學(xué)物理研究所第三。 一方面,料電池專利申請(qǐng)數(shù)量排名前二十的申請(qǐng)人中,國內(nèi)本土機(jī)構(gòu)占據(jù) 12 席,顯示國內(nèi)機(jī)構(gòu)已經(jīng)具有相當(dāng)技術(shù)實(shí)力。 另一方面,各機(jī)構(gòu)專利數(shù)量占比不大,**專利申請(qǐng)人布局較為分散,并沒有技術(shù)壟斷機(jī)構(gòu)出現(xiàn)。
從本土機(jī)構(gòu)申請(qǐng)人類型來看: 企業(yè)申請(qǐng)人專利申請(qǐng)占比 67%,大專院校和科研單位占據(jù) 28%,企業(yè)占據(jù)燃料電池技術(shù)研發(fā)的主導(dǎo)地位。 與國際相比,我國申請(qǐng)人排名中出現(xiàn)較多大學(xué)與研究單位,顯示我國燃料電池距離產(chǎn)業(yè)化仍有一定距離,需要加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研合作。
(3)企業(yè)綜合實(shí)力:日本廠商綜合競(jìng)爭(zhēng)力較強(qiáng),成為行業(yè)創(chuàng)新和競(jìng)爭(zhēng)主體
企業(yè)綜合競(jìng)爭(zhēng)力評(píng)估方面,根據(jù) Innograph 專利分析平臺(tái)提供的分析模型,綜合考慮企業(yè)的專利數(shù)量、 專利涉及分類數(shù)量、專利涉及地區(qū)數(shù)量、被引次數(shù)、營業(yè)收入、專利侵權(quán)情況等方面,燃料電池行業(yè)中, 豐田汽車、本田汽車、松下、日產(chǎn)汽車、通用汽車、東芝、上線、現(xiàn)代汽車、日立、戴姆勒、西門子等企 業(yè)綜合實(shí)力居前,而排名前十公司中,日本公司占據(jù)六席為主,反映日本企業(yè)綜合競(jìng)爭(zhēng)力較強(qiáng)。
4.燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈分析
4.1 燃料電池配套產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)
質(zhì)子交換膜燃料電 池 (PEMFC)由陽極、質(zhì)子交換膜、陰極組成,利用水電解的逆 反 應(yīng),連續(xù)地將氫氣和氧氣通過化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化為電力,并且可以通過多個(gè)串聯(lián)來滿足電壓需求。
燃料電池的基本發(fā)電原理: 氫氣進(jìn)入燃料電池的陽極流道,氫分子在陽極催化劑的作用下達(dá)到 60℃左右后開始被離解成為氫質(zhì)子和電子,氫質(zhì)子穿過燃料電池的質(zhì)子交換膜向陰極方向運(yùn)動(dòng),因電子無法穿過質(zhì)子交換膜,所以通過另一種電導(dǎo)體流向陰極; 在燃料電池的陰極流道中通入氧氣(空氣),氧氣在陰極催化劑作用下離解成氧原子,與通過外部電導(dǎo)體流向陰極的電子和穿過質(zhì)子交換膜的氫質(zhì)子結(jié)合生成純凈水,完成電化學(xué)反應(yīng)。 如果氫氣純度可以達(dá)到 100%,整個(gè)反應(yīng)不會(huì)有任何消耗,理論上可以做到壽命無限長(zhǎng)。 這種電化學(xué)產(chǎn)電的反應(yīng)中沒有活動(dòng)部件的參與,完全靜態(tài)就可以產(chǎn)生電能,所以燃料電池從原理上具有非常高的效率、無噪音、無污染等優(yōu)點(diǎn),也使燃料電池汽車成為了真正意義上的清潔能源汽車。
4.2 燃料電池核心技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈與領(lǐng)先企業(yè)
產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)方面,氫燃料電池上游包含電池組件和氫能兩大類,電池組件包括燃料電池電堆、空壓機(jī)、水泵、氫泵、儲(chǔ)氫器、加濕器等,其中電堆又包含為雙極板、電解質(zhì)、催化劑、氣體擴(kuò)散層。 產(chǎn)業(yè)鏈中游是燃料電池系統(tǒng)的組裝部分。 產(chǎn)業(yè)下游應(yīng)用主要有固定發(fā)電、交通運(yùn)輸、攜帶型電子以及包含軍事、航太在內(nèi)的特殊領(lǐng)域。
4.2.1 燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)
燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)主要特點(diǎn):
1、結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)相似;
2、零部件種類與傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)接近,可通過配套產(chǎn)業(yè)鏈的升級(jí)形成燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的產(chǎn)業(yè)鏈;
3、布置結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)類似,可以在車型上更好的布置。
目前燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)參數(shù): 額定功率 45/60/90/120kw,峰值功率 50/66/100/135kw,設(shè)計(jì)壽命≥13000小時(shí),可靠性(MTBF)≥2000 小時(shí),工作溫度-30℃~60℃。
4.2.2 質(zhì)子交換膜
質(zhì)子交換膜為質(zhì)子的遷移和輸送提供通道,具有阻隔和傳導(dǎo)質(zhì)子的作用,直接影響著燃料電池的性能和使用壽命。 質(zhì)子交換膜材料應(yīng)具有電導(dǎo)率高、化學(xué)和熱穩(wěn)定性好、反應(yīng)氣體的透氣率低、利于電極反應(yīng)、價(jià)格低廉等特點(diǎn)。 目前工業(yè)應(yīng)用的膜材料主要是全氟磺酸膜、非全氟化質(zhì)子交換膜、無氟化質(zhì)子交換膜等。 由于質(zhì)子交換膜燃料電池不受卡諾循環(huán)限制,能量轉(zhuǎn)換效率高,各種污染物的排放基本上等于零,因此在20 世界 60 年代,美國已經(jīng)將 PEMFC 供于 Gemini 宇航飛行。
領(lǐng)先企業(yè):日本旭化成、旭硝子、氯工程;加拿大 Ballard;比利時(shí) Solvay;美國杜邦、陶氏化學(xué)、3M等
4.2.3 反應(yīng)催化劑
燃料電池反應(yīng)催化劑是指在電池正負(fù)極反應(yīng)過程中,加快和提高電化學(xué)反應(yīng)速度,縮短反應(yīng)時(shí)間的材料,大多數(shù)燃料電池選擇高穩(wěn)定性、高活性、不易污染的貴金屬鉑作為催化劑。 現(xiàn)用的燃料電池鉑催化劑具有催化效率高、穩(wěn)定性好等特點(diǎn),但是鉑是稀有金屬,價(jià)格昂貴,推廣性差,成為制約燃料電池發(fā)展的瓶頸問題。 針對(duì)燃料電池催化劑的研究目前主要集中在以下幾個(gè)方面:
一是提高催化劑活性和穩(wěn)定性,通過對(duì)鉑的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn),減小催化劑的粒子直徑、使其均一分散來擴(kuò)大催化面積,還可以通過減小催化劑厚度的方法提高反應(yīng)性。
二是改進(jìn)鉑材料的利用率,可以通過鉑與其它金屬形成合金來制造催化劑,目前大多采用鉑與釕的合金來解決,或者將鉑的活性組分擔(dān)載在載體上,主要以碳載體為主。
三是研究鉑以外的新材料,例如氧化鉬、鈷、石墨烯-碘等物質(zhì),但是技術(shù)尚未成熟,工業(yè)化應(yīng)用前景較低。
領(lǐng)先企業(yè):英國 Johnson Matthey,日本 Tanaka、日本田中、美國 E-TEK、德國巴斯夫、比利時(shí)優(yōu)美科等
4.2.4 電解質(zhì)
電解質(zhì)大多以離子鍵或極性共價(jià)鍵結(jié)合,是溶于水溶液中或在熔融狀態(tài)下就能夠?qū)щ姷幕衔铩?一般來講,電解質(zhì)與燃料電池的種類相互對(duì)應(yīng),電解質(zhì)在電池工作狀態(tài)下,一般不參與電化學(xué)反應(yīng),只會(huì)出現(xiàn)損耗。 燃料電池電解質(zhì)的發(fā)展主要經(jīng)歷堿性型、磷酸型、熔融碳酸鹽型、固體氧化物型等幾個(gè)階段。
目前常見的燃料電池的電解質(zhì)分類主要有堿性燃料電池、磷酸燃料電池和固體氧化物燃料電池。 堿性燃料電池一般采用氫氧化鉀溶液作為電解液,這種電解液效率很高,但對(duì)雜質(zhì)敏感,必須采用純態(tài)的氫氣和氧氣,所以限制了其在航天、國際工程等領(lǐng)域中的應(yīng)用。 磷酸燃料電池采用高溫下的磷酸作為電解質(zhì),適用于分散式的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。 固體氧化物燃料電池采用固態(tài)電解質(zhì),性能較好,安全性好,但是工作溫度較高,技術(shù)還不成熟。
領(lǐng)先企業(yè):日本東麗;加拿大 Ballard;德國 SGL 等
4.2.5 雙極板
燃料電池雙極板是電池系統(tǒng)組件的主要組成部分之一,直接影響制約著電池壽命、性能、體積、成本、質(zhì)量等方面。 其作用主要是傳導(dǎo)電子、分配反應(yīng)氣并帶走生成水,燃料電池雙極板要求具備較好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、一定的強(qiáng)度、氣體致密性,具備耐酸耐堿耐腐蝕性、與電解質(zhì)相容無污染,同時(shí)易于加工、成本低廉,以滿足燃料電池的發(fā)展。
燃料電池常采用的雙極板材料包括金屬雙極板、石墨碳板、復(fù)合雙極板三大類。 由于車輛空間限制,薄金屬雙極板成為目前商業(yè)雙極板的主要選擇,金屬雙極板的技術(shù)難點(diǎn)在于成型技術(shù)、表面處理技術(shù)。 復(fù)合雙極板以非貴金屬(如不銹鋼、Ti)為基材、輔以表面處理技術(shù)是研究的熱點(diǎn),篩選導(dǎo)電、耐腐蝕兼容的涂層材料與保證涂層致密、穩(wěn)定,將成為未來主要發(fā)展方向
領(lǐng)先企業(yè):瑞典 Cellimpact、德國 Dana、德國 Grabener、美國 Treadstone 等
4.3 燃料電池配套產(chǎn)業(yè)鏈分析
4.3.1 燃料電池配套產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)
燃料電池配套產(chǎn)業(yè)鏈有三大環(huán)節(jié),上游制氫、中游運(yùn)輸儲(chǔ)存氫、下游應(yīng)用。 每個(gè)環(huán)節(jié)都有很高的技術(shù)壁壘和技術(shù)難點(diǎn),目前上游的電解水制氫技術(shù)、中游的化學(xué)儲(chǔ)氫技術(shù)和下游的燃料電池在車輛和分布式發(fā)電中的應(yīng)用被廣泛看好。
上游為氫氣的制備,主要方式有: 1、傳統(tǒng)能源的化石原料制氫、2、化工原料制氫、3、工業(yè)尾氣制氫、4、電解水制氫、5、新型制氫技術(shù);
中游為氫氣的儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié),主要方式包括: 高壓氣態(tài)、低溫液態(tài)、固體材料儲(chǔ)氫和有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)運(yùn);
下游為氫氣的應(yīng)用,在新能源應(yīng)用方面包括加氫站、燃料電池下游各種應(yīng)用。
產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)企業(yè)見下表。
4.3.2 制氫
(1)常用的制氫技術(shù)路線
制氫方法是將存在于天然或合成的化合物中的氫元素,通過化學(xué)的過程轉(zhuǎn)化為氫氣的方法。 根據(jù)氫氣的原料不同,氫氣的制備方法可以分為非再生制氫和可再生制氫,前者的原料是化石燃料,后者的原料是水或可再生物質(zhì)。 制備氫氣的方法目前較為成熟,從多種能源來源中都可以制備氫氣,每種技術(shù)的成本及環(huán)保屬性都不相同。 主要分為五種技術(shù)路線:工業(yè)尾氣副產(chǎn)氫、電解水制氫、化工原料制氫、石化資源制氫和新型制氫方法等。
電解水制氫: 在由電極、電解質(zhì)與隔膜組成的電解槽中,在電解質(zhì)水溶液中通入電流,水電解后,在陰極產(chǎn)生氫氣,在陽極產(chǎn)生氧氣。
化石原料制氫: 化石原料目前主要指天然氣、石油和煤,其他還有頁巖氣和可燃冰等。 天然氣、頁巖氣和可燃冰的主要成分是甲烷。 甲烷水蒸氣重整制氫是目前采用最多的制氫技術(shù)。 煤氣化制氫是以煤在蒸汽條件下氣化產(chǎn)生含氫和一氧化碳的合成氣,合成氣經(jīng)變換和分離制得氫。 由于石油量少,現(xiàn)在很少用石油重整制氫。
化合物高溫?zé)岱纸庵茪洌?甲醇裂解制氫、氨分解制氫等都屬于含氫化合物高溫?zé)岱纸庵茪浜瑲浠衔镉梢淮文茉粗频谩?
工業(yè)尾氣制氫: 合成氨生產(chǎn)尾氣制氫、石油煉廠回收富氫氣體制氫、氯堿廠回收副產(chǎn)氫制氫、焦?fàn)t煤氣中氫的回收利用等。
新型制氫方法: 包括生物質(zhì)制氫、光化學(xué)制氫、熱化學(xué)制氫等技術(shù)。 生物質(zhì)制氫指生物質(zhì)通過氣化和微生物催化脫氫方法制氫,在生理代謝過程中產(chǎn)生分子氫過程的統(tǒng)稱。 光化學(xué)制氫是將太陽輻射能轉(zhuǎn)化為氫的化學(xué)自由能,通稱太陽能制氫。 熱化學(xué)制氫指在水系統(tǒng)中,不同溫度下,經(jīng)歷一系列化學(xué)反應(yīng),將水分解成氫氣和氧氣,不消耗制氫過沉重添加的元素或化合物,可與高溫核反應(yīng)堆或太陽能提供的溫度水平匹配。
(2)主流制氫源自于傳統(tǒng)能源的化學(xué)重整
全球來看,目前主要的制氫原料 96%以上來源于傳統(tǒng)能源的化學(xué)重整(其中,天然氣重整、醇類重整、焦?fàn)t煤氣分別占比 48%、30%、18%), 4%左右來源于電解水。
日本,目前主要的制氫源自于鹽水電解,鹽水電解的產(chǎn)能占所有制氫產(chǎn)能的 63%,此外,產(chǎn)能占比較高的還包括天然氣改制(8%)、乙烯制氫(7%)、焦?fàn)t煤氣制氫(6%)和甲醇改質(zhì)(6%)等。
(3)煤制氫加碳捕捉將成為主流制氫路線
對(duì)比幾種主要制氫技術(shù)的成本,煤氣化制氫的成本最低,為 1.67 美元/千克,第三是天然氣制氫(2.00美元/千克),甲醇裂解(3.99 美元/千克),成本最高的是水電解,達(dá)到 5.20 美元/千克。 相對(duì)于石油售價(jià),煤氣化和天然氣重整已有利潤空間,而電解水制氫成本仍高高在上。
4.3.3 儲(chǔ)氫
氫是所有元素中最輕的,在常溫常壓下為氣態(tài),密度僅為 0.0899kg/m3,是水的萬分之一,因此其高密度儲(chǔ)存一直是一個(gè)世界級(jí)難題。 氫能的存儲(chǔ)有以下方式: 低溫液態(tài)儲(chǔ)氫、高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫、固態(tài)儲(chǔ)氫和有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)氫等,這幾種儲(chǔ)氫方式有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。
(1)低溫液態(tài)儲(chǔ)氫:實(shí)際**作存在難度,經(jīng)濟(jì)性差
由于液態(tài)氫的密度是氣體氫的 845 倍,液態(tài)氫的體積能量密度比壓縮狀態(tài)下的氫氣高出數(shù)倍,如果氫氣能以液態(tài)形式存在,將能兼具儲(chǔ)運(yùn)簡(jiǎn)單安全和體積占比小的優(yōu)點(diǎn),替換傳統(tǒng)能源將水到渠成。 但事實(shí)上,氣態(tài)的氫變成液態(tài)具有一定難度,一方面液化 1kg 的氫氣需耗電 4-10kW·h,另一方面液氫的存儲(chǔ)對(duì)儲(chǔ)存容器要求高,儲(chǔ)存容器需要抗凍、抗壓、保持超低溫,且必須嚴(yán)格絕熱。 所以經(jīng)濟(jì)性差,僅適用于不太計(jì)較成本問題且短時(shí)間內(nèi)需迅速耗氫的航天航空領(lǐng)域。
(2)高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫:應(yīng)用最為成熟,但體積比容量小
高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫是目前最常用且發(fā)展比較成熟的儲(chǔ)氫技術(shù),其儲(chǔ)存方式是采用高壓將氫氣壓縮到一個(gè)耐高壓的容器里。 目前所使用的容器是鋼瓶,它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壓縮氫氣制備能耗低、充裝和排放速度快。 但是存在泄露爆炸隱患,安全性能較差。
然而,高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫體積比容量低,鋼瓶目前所能達(dá)到最高的體積比容量?jī)H 25g/L。 此外,為了達(dá)到能耐受高壓并保證安全性,目前國際上主要采用碳纖維鋼瓶,但是碳纖維材料價(jià)格非常昂貴,因而它并非是理想的選擇。
(3)固態(tài)儲(chǔ)氫:儲(chǔ)氫密度大,極具發(fā)展?jié)摿?
固態(tài)儲(chǔ)氫方式能有效克服高壓氣態(tài)和低溫液態(tài)兩種儲(chǔ)氫方式的不足,且儲(chǔ)氫體積密度大、**作容易、運(yùn)輸方便、成本低、安全等,特別適合于對(duì)體積要求較嚴(yán)格的場(chǎng)合,如在燃料電池汽車上的使用,是最具發(fā)展?jié)摿Φ囊环N儲(chǔ)氫方式。 固態(tài)儲(chǔ)氫就是利用氫氣與儲(chǔ)氫材料之間發(fā)生物理或者化學(xué)變化從而轉(zhuǎn)化為固溶體或者氫化物的形式來進(jìn)行氫氣儲(chǔ)存的一種儲(chǔ)氫方式。
(4)有機(jī)液體儲(chǔ)氫:近年來備受關(guān)注
有機(jī)液體儲(chǔ)氫技術(shù)是通過不飽和液體有機(jī)物的可逆加氫和脫氫反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)氫。 理論上,烯烴、炔烴以及某些不飽和芳香烴與其相應(yīng)氫化物,如苯-環(huán)己烷、甲基苯-甲基環(huán)己烷等可在不破壞碳環(huán)主體結(jié)構(gòu)下進(jìn)行加氫和脫氫,并且反應(yīng)可逆。
有機(jī)液體具有高的質(zhì)量和體積儲(chǔ)氫密度,現(xiàn)常用材料(如環(huán)己烷、甲基環(huán)己烷、十氫化萘等)均可達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn); 環(huán)己烷和甲基環(huán)己烷等在常溫常壓下呈液態(tài),與汽油類似,可用現(xiàn)有管道設(shè)備進(jìn)行儲(chǔ)存和運(yùn)輸,安全方便,并且可以長(zhǎng)距離運(yùn)輸; 催化加氫和脫氫反應(yīng)可逆,儲(chǔ)氫介質(zhì)可循環(huán)使用; 可長(zhǎng)期儲(chǔ)存,一定程度上解決能源短缺問題。
4.3.4 運(yùn)氫:氣態(tài)和液態(tài)運(yùn)輸最為常見
按照氫在輸運(yùn)時(shí)所處狀態(tài)的不同,可以分為氣氫輸送、液氫輸送和固氫輸送。 其中前兩者是目前正在大規(guī)模使用的兩種方式。 根據(jù)氫的輸送距離、用氫要求及用戶的分布情況,氣氫可以用管道網(wǎng)絡(luò),或通過高壓容器裝在車、船等運(yùn)輸工具上進(jìn)行輸送。 管道輸送一般適用于用量大的場(chǎng)合,而車、船運(yùn)輸則適合于量小、用戶比較分散的場(chǎng)合。 液氫、固氫輸運(yùn)方法一般是采用車船輸送。
4.3.5 加氫站
(1)布局:加氫站建設(shè)快速推進(jìn),布局方面頭部效應(yīng)明顯
加氫站作為基礎(chǔ)設(shè)施,是支持氫燃料電池汽車運(yùn)營不可或缺的環(huán)節(jié),目前全球眾多國家都在著力加氫站的建設(shè)。 據(jù) H2stations.org 網(wǎng)站發(fā)布,2018 年全球新增加氫站 48 座,截止 2018 年底,全球加氫站達(dá) 369座。
分類型看: 369 座加氫站中,273 座對(duì)外開放,剩余為封閉用戶提供服務(wù)。
分地區(qū)看: 歐洲和亞洲加氫站布局較多,歐洲、亞洲、北美和其他地區(qū)分別有加氫站 152 座、136 座、78 座、3 座。
分國家看: 截止 2018 年底,加氫站數(shù)量超過 10 座的僅有日本、德國、美國、**、法國、英國、韓國和丹麥 7 個(gè)國家,其中日本加氫站數(shù)量遙遙領(lǐng)先,為 96 座,**以 23 座位居第四,日本、德國、美國共占全球加氫站總數(shù)的 54%,在加氫站布局層面占領(lǐng)先地位。 同時(shí),眾多國家在短期內(nèi)有加氫站部署計(jì)劃。
整體而言,氫基礎(chǔ)設(shè)施正在逐步向商業(yè)化邁進(jìn),各國仍在積極布局加氫站建設(shè),我國目前由各省初步規(guī)劃的加氫站也在快速增長(zhǎng)。 但是在應(yīng)用方面存在差異,日韓加氫站主要用于乘用車,而我國加氫站更多用于公交車和小型貨車。
(2)新型加氫站:加氫站新思路,有望成為有效補(bǔ)充
新型加氫站之一:太陽能加氫站
太陽能加氫站通過太陽能電池的電力,來電解水提取氫,與大型加氫站相比太陽能加氫站具有兩個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn): 一是體積小巧,對(duì)于建設(shè)用地和氫氣儲(chǔ)藏設(shè)施沒有額外特殊要求,甚至可以直接安裝在家中花園或門口; 二是節(jié)能環(huán)保,在制造氫氣、儲(chǔ)藏、供應(yīng)整個(gè)過程中都不會(huì)排放 CO2。 基于此,太陽能加氫站可以鋪設(shè)成數(shù)量更大、更廣泛的臨時(shí)加氫網(wǎng),以便滿足氫燃料電池汽車的臨時(shí)性加氫需要。 例如: 美國的本田 Honda 的研究開發(fā)子公司 Honda R&D Americas 生產(chǎn)的太陽能加氫站 8 小時(shí)可制造 0.5kg 的氫燃料,能夠支持燃料電池車 FCX CLARITY 持續(xù)行駛 30 英里(約 50km)。
新型加氫站之二:移動(dòng)加氫車
2015 年 12 月,豐田公司與 Air Products 公司合作,在加州新建設(shè)的加氫站建成前,為消費(fèi)者提供氫氣。 Air Products公司的移動(dòng)加氫車使用蓄電池以及太陽能發(fā)電制氫,加氫車每次可以為Mirai加注半個(gè)罐氫氣,提供 150 英里的續(xù)航里程,移動(dòng)加氫車的儲(chǔ)氫能力為 85kg,每罐可以滿足 30 多輛車的加氫需求。
(3)規(guī)模效應(yīng)有望使加氫站建設(shè)成本顯著下降
目前一個(gè)新的加氫站的建設(shè)成本在 200-500 萬美元左右。 日本建設(shè)一座中型加氫站(300Nm3/h)投資在 500~550 萬美元; 在美國,約需要 280~350 萬美元。 與國外相比,在國內(nèi)建立一座加氫站具有成本方面的優(yōu)勢(shì),國內(nèi)建設(shè)一座加氫站(35Mpa)的投資在 200-250 萬美元之間。 隨著加氫站建設(shè)數(shù)量的增多,勢(shì)必出現(xiàn)規(guī)模效應(yīng),促使加氫站的建設(shè)成本下降。
加氫站的主要設(shè)備包括: 儲(chǔ)氫裝置、壓縮設(shè)備、加注設(shè)備、站控系統(tǒng)等,其中壓縮機(jī)占總成本較高(約30%)。 目前設(shè)備制造的發(fā)展方向主要是加速氫氣壓縮機(jī)的國產(chǎn)化進(jìn)程,從而降低加氫站的建設(shè)成本,促進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。
5.燃料電池汽車領(lǐng)先企業(yè)分析
5.1 以豐田 Mirai 為例的零部件供應(yīng)商
5.1.1 豐田 Mirai 汽車介紹
豐田 Miarai 燃料電池汽車技術(shù)源于其混動(dòng)技術(shù)平臺(tái),經(jīng)過多年發(fā)展,其燃料電池技術(shù)在成本下降、電池效率提升和壽命提升方面取得了突破性技術(shù)進(jìn)展。
技術(shù)特點(diǎn): 1)改進(jìn)鉑金材料鍍層技術(shù)降低鉑載量; 2)采用三層架構(gòu)和多纖維材料高壓儲(chǔ)氫罐。
基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè): 1)與本田、日產(chǎn)等合作投資加氫站; 2)建設(shè)移動(dòng)加氫站。
豐田 Miarai 燃料電池汽車售價(jià)為 723 萬日元,補(bǔ)貼后售價(jià) 523 萬日元,加氫時(shí)間為 3 分鐘,銷量規(guī)劃是 2020 年達(dá)到年銷量 3 萬輛,儲(chǔ)氫方式是一大一小兩個(gè)儲(chǔ)氫罐,可以容納 5kg 氫氣,續(xù)航 650km。
5.1.2 以豐田 Mirai 為例的零部件供應(yīng)商匯總
(1)豐田紡織
公司簡(jiǎn)介: 豐田紡織株式會(huì)社(Toyota Boshoku)設(shè)立于 1918 年,致力于汽車座椅及內(nèi)飾件的研究、開發(fā)和制造,具有世界一流的座椅、骨架、調(diào)角器等功能件及內(nèi)飾系統(tǒng)的綜合開發(fā)設(shè)計(jì)及生產(chǎn)能力。
核心技術(shù): 豐田紡織為 Mirai 燃料電池系統(tǒng)開發(fā)的部件有: 空壓機(jī)消音器、離子交換器(去離子裝置)、
燃料電池堆歧管、雙極板。
(2)豐田自動(dòng)織機(jī)
公司簡(jiǎn)介: 豐田自動(dòng)織機(jī)株式會(huì)社(Toyota Industries)成立于 1926 年,多款產(chǎn)品市場(chǎng)份額位居世界第一,如噴氣式織機(jī)占世界市場(chǎng)份額 39%,汽車空調(diào)用壓縮機(jī)占 38%,叉車占世界份額 25%(2002 年)。
核心技術(shù): 豐田自動(dòng)織機(jī)為 Mirai 燃料電池系統(tǒng)開發(fā)了六葉螺桿羅茨式空壓機(jī)、氫氣循環(huán)泵和氫氣循環(huán)泵逆變器。
(3)電裝
公司簡(jiǎn)介: 日本株式會(huì)社電裝(Denso)是全球頂級(jí)汽車零部件及系統(tǒng)供應(yīng)商,成立于 1949 年,在環(huán)境保護(hù)、發(fā)動(dòng)機(jī)管理、車身電子產(chǎn)品、駕駛控制與安全、信息和通訊等領(lǐng)域,成為全球主要整車生產(chǎn)商的合作伙伴。
核心技術(shù): 電裝為 Mirai 燃料電池系統(tǒng)開發(fā)了冷卻系統(tǒng)中的散熱器、水泵、節(jié)溫器(三通閥)等,加氫系統(tǒng)中的氫罐、壓力傳感器、**線發(fā)射器等。
(4)愛信
公司簡(jiǎn)介: 日本愛信(Aisin)成立于 1969 年,專門生產(chǎn)自動(dòng)變速箱。 由愛信和博格華納合資建立,是愛信精機(jī)(Aisin Seiki)株式會(huì)社的子公司,豐田集團(tuán)持 22.2%股份。
核心技術(shù): 愛信為豐田 Mirai 燃料電池系統(tǒng)開發(fā)了空氣閥門模塊和電堆端板等。
(5)捷太格特
公司簡(jiǎn)介: 捷太格特(JTEKT)是原光洋精工和原豐田工機(jī)在 2006 年 1 月合并后成立的新公司。 捷太格特?fù)碛惺澜绲谝坏霓D(zhuǎn)向系統(tǒng)行業(yè)市場(chǎng)份額,并結(jié)合軸承行業(yè)、機(jī)床行業(yè)、傳動(dòng)行業(yè)成為主要的四大行業(yè)。
核心技術(shù): 捷太格特為 Mirai 燃料電池系統(tǒng)開發(fā)了氫罐閥門和減壓閥。 高壓氫罐閥門控制氣體進(jìn)出電堆,減壓閥將氫罐壓力從 70MPa 降到 1MPa,以滿足燃料電池堆內(nèi)壓力要求。
(6)愛三工業(yè)
公司簡(jiǎn)介: 豐田旗下生產(chǎn)大新發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的供應(yīng)商,成立初期生產(chǎn)化油器,八十年代后主力產(chǎn)品轉(zhuǎn)為電子控制燃油噴射(EFI)裝置。
核心技術(shù): 主要產(chǎn)品有燃油泵模塊、節(jié)氣門體、碳罐等,為豐田 Mirai 生產(chǎn)氫氣噴射器。
(7)東麗
公司簡(jiǎn)介: 東麗(Toray)株式會(huì)社成立于 1926 年,是世界著名的以有機(jī)合成、高分子化學(xué)、生物化學(xué)為核心技術(shù)的高科技跨國企業(yè)。
核心技術(shù): 東麗為 Mirai 燃料電池系統(tǒng)提供了各種碳纖維材料,比如氫罐的高強(qiáng)度碳纖維、電堆中氣體擴(kuò)散層和汽車車身結(jié)構(gòu)方面的碳纖維增加塑料等。
(8)科特拉
公司簡(jiǎn)介: 科特拉(Cataler)成立于 1967 年,為全球客戶提供凈化空氣和水的觸媒和活性炭產(chǎn)品。 在混合動(dòng)力車、汽柴油車等汽車尾氣凈化用觸媒方面,該公司技術(shù)領(lǐng)先。
核心技術(shù): 科特拉運(yùn)用排氣觸媒和活性炭技術(shù),與豐田汽車公司共同開發(fā)的最先端電極觸媒被采用。
(9)住友理工
公司簡(jiǎn)介: 住友理工株式會(huì)社(Sumitomo Riko)成立于 1929 年,總部位于日本愛知縣名古屋市。 主打汽車減震器、剎車管、發(fā)動(dòng)機(jī)罩、座椅頭枕和橡膠制壓力傳感器等。
核心技術(shù): 由于具備生成傳統(tǒng)汽車抗震橡膠的技術(shù),住友理工在此基礎(chǔ)上,通過高精度成形技術(shù)開發(fā)了可在大溫度范圍內(nèi)長(zhǎng)久密封的高性能密封,并應(yīng)用于為豐田 Mirai。
(10)日寫
公司簡(jiǎn)介: 日寫(Nissha)成立于 1929 年,提供高品質(zhì)藝術(shù)品印刷、觸摸傳感器、氣體傳感器、醫(yī)療設(shè)備等。
核心技術(shù): 為了防止氫氣泄露,確保 Mirai 燃料電池汽車的使用安全性,需要在車身安裝氫氣濃度傳感器,以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車內(nèi)氫氣濃度值。 日寫公司旗下 Fis 開發(fā)的氫氣濃度傳感器可以實(shí)現(xiàn) 1 秒內(nèi)快速響應(yīng)和長(zhǎng)久工作,并且可在車輛啟動(dòng)前監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)氫氣濃度值。
5.2 國內(nèi)企業(yè)概況:眾多企業(yè)積極參與,質(zhì)量不斷進(jìn)步
2016 年以前,布局氫能源電動(dòng)車的車企寥寥無幾; 2016 年以后,在政策與補(bǔ)貼的大力推動(dòng)下,越來越多的車企逐步布局氫能源產(chǎn)業(yè),各地區(qū)也推出了相應(yīng)的配套政策來搶占先機(jī)。
從數(shù)據(jù)上來看,目前研發(fā)出的燃料電池車輛數(shù)量不多,但考慮目前深耕燃料電池研究的車企眾多,如已在多地開展試點(diǎn)的客車龍頭宇通客車、把燃料電池作為未來發(fā)展路線之一的乘用車制造商上汽集團(tuán)、長(zhǎng)城汽車,疊加車輛開發(fā)需要一定的時(shí)間,我們認(rèn)為,氫燃料車的數(shù)量在技術(shù)與基礎(chǔ)設(shè)施積累達(dá)到一定程度以后會(huì)出現(xiàn)大規(guī)模增長(zhǎng),但目前的成熟度仍很低。
從車企和上市公司兩個(gè)投資對(duì)象來看氫能源產(chǎn)業(yè)的投資情況:
1) 車企:
各大車企在對(duì)投資氫能源產(chǎn)業(yè)十分積極。 一方面,車企加速布局氫燃料電池汽車,關(guān)鍵技術(shù)已取得突破,成本下降路徑明顯,有望被市場(chǎng)接受。 另一方面,在核心部件領(lǐng)域,越來越多的車企開始通過兼收并購或者股權(quán)投資等方式 布局具有技術(shù)壁壘的燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)
2) 上市公司:
目前,眾多上市公司在氫能源產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域做了布局,且主要在核心電堆、催化劑、制氫和關(guān)鍵輔助系統(tǒng)等領(lǐng)域。 其中,大部分的上市公司是與地方**去聯(lián)手布局氫能源產(chǎn)業(yè)。
5.3 國內(nèi)領(lǐng)先企業(yè)
(1)上汽集團(tuán):最為綜合全面的燃料電池整車企業(yè)
上汽集團(tuán)是國內(nèi)唯一一家氫燃料商用車和乘用車均實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的整車企業(yè),從乘用車到客車、從商務(wù)車 到輕卡,上汽集團(tuán)在一步一步實(shí)現(xiàn)其燃料電池汽車 “商乘并舉”的宏大布局。
公司于 2006 年成立了燃料電池車事業(yè)部; 2010 年公司與同濟(jì)、清華合作的 174 輛燃料電池車在世博會(huì)運(yùn)行,其中有 6 輛燃料電池客車、68 輛燃料電池轎車、100 輛燃料電池觀光車。
2016 年,公司推出榮威 950 氫燃料電池乘用車,該車?yán)m(xù)航里程達(dá) 430 公里,是當(dāng)時(shí)國內(nèi)第一個(gè)采用70MPA 儲(chǔ)氫系統(tǒng)、且當(dāng)年唯一一款上榜工信部推薦目錄的燃料電池乘用車。 榮威 950 在 2016 年銷售出 51輛,現(xiàn)在轉(zhuǎn)變模式做分時(shí)租賃,單車最大運(yùn)行 4 萬-5 萬公里。
2017 年,上汽大通推出 FCV80 氫燃料電池客車。 該車采用燃料電池系統(tǒng)為主、動(dòng)力電池為輔的雙動(dòng)力源,最長(zhǎng)續(xù)駛里程可達(dá) 500 公里。 安全性方面: FCV80 通過在高強(qiáng)度氫瓶加裝密封機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了被動(dòng)安全防護(hù),通過乘員艙、氫瓶艙多方位加設(shè)氫泄漏傳感器、**線通訊信息交互模塊,實(shí)現(xiàn)了主動(dòng)氫安全防護(hù)。 運(yùn)營方面: 該車目前在上海、佛山、撫順等地已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化運(yùn)營,其中,在上海、佛山等工業(yè)園區(qū) FCV80承擔(dān)著通勤職責(zé),在遼寧撫順,則承擔(dān)著三條鄉(xiāng)鎮(zhèn)小客運(yùn)專線和一條全縣域旅游包車的任務(wù)。 從 2018 年 4月份至今,在撫順運(yùn)營的 FCV80,單車最高里程達(dá)到 30000 公里以上,平均里程超過 2.5 萬公里,車輛總累積行駛里程超過 100 萬公里。
2018 年,上海申沃推出 SWB6128FCEV01 型燃料電池城市客車。 該車由上汽前瞻技術(shù)研究部、上汽商用車技術(shù)中心和申沃客車聯(lián)合研發(fā),采用燃料電池系統(tǒng)為主、動(dòng)力電池為輔的雙動(dòng)力源,車載儲(chǔ)氫系統(tǒng)可儲(chǔ)存 21kg 氫,儲(chǔ)氫壓力為 35MPa,最長(zhǎng)續(xù)駛里程可達(dá) 560 公里。 安全性方面: 為了保障安全,車輛具備氫濃度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及保護(hù)、氫氣過壓保護(hù)、自斷氫保護(hù)、高壓安全設(shè)計(jì)保護(hù)、碰撞安全設(shè)計(jì)保護(hù)等功能。 運(yùn)營方面: 2018年9月27日, 6輛申沃牌SWB6128FCEV01型全低地板燃料電池城市客車正式交付嘉定公交,在嘉定 114 路上線運(yùn)營。
2019 年2 月,上汽大通燃料電池商務(wù)車FV76(內(nèi)部代號(hào))也試裝下線。 這款車最高續(xù)航里程達(dá) 650 公里,整車實(shí)現(xiàn)-30℃啟動(dòng)和運(yùn)營。
(2)濰柴動(dòng)力:收購巴拉德股份,引進(jìn)領(lǐng)先技術(shù)
2018 年 11 月 13 日(加拿大當(dāng)?shù)貢r(shí)間),濰柴動(dòng)力通過其全資子公司濰柴動(dòng)力(**)國際發(fā)展有限公司認(rèn)購 BallardPowerSystemsInc. 19.9%股份,成為加拿大巴拉德第一大股東。 同日,公司與加拿大巴拉德簽署《研發(fā)合作協(xié)議》,由加拿大巴拉德向公司提供技術(shù)研發(fā)服務(wù),公司將支付研發(fā)費(fèi)用 9000 萬美元。
2018 年 11 月 26 日,公司與加拿大巴拉德全資子公司共同出資設(shè)立合資公司——濰柴巴拉德氫能科技有限公司,公司持股 51%,加拿大巴拉德間接持股 49%。
加拿大巴拉德主營業(yè)務(wù)為設(shè)計(jì)、開發(fā)、制造、銷售可應(yīng)用于不同領(lǐng)域的質(zhì)子交換膜燃料電池產(chǎn)品并提供相關(guān)服務(wù),包括膜電極、燃料電堆、燃料電池模組、燃料電池系統(tǒng)和動(dòng)力管理系統(tǒng)。
(3)宇通客車:專注燃料電池客車
宇通 2016 年推出第三代燃料電池客車,續(xù)航里程提升至 600km,產(chǎn)品壽命達(dá) 5000h,并且實(shí)現(xiàn)成本下降(綜合成本下降 50%)。
技術(shù)特點(diǎn): 1)采用最新升級(jí)???3.0 技術(shù)、動(dòng)力電池管理技術(shù)及綜合熱管理系統(tǒng),有效控制電池艙體溫度。 2)采用高效動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)和五合一集成控制器,高壓節(jié)點(diǎn)減少 55%,體積減少 63%,有效降低故障率。
合作伙伴: 大連新源動(dòng)力(燃料電池系統(tǒng))。
(4)國鴻氫能:引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)消化吸收,以燃料電池為核心
公司全稱“廣東國鴻氫能科技有限公司”, 成立于 2015 年 6 月 30 日,公司主營業(yè)務(wù)包括電堆和系統(tǒng)集成生產(chǎn)、銷售和研發(fā),以氫燃料電池為核心產(chǎn)品。
產(chǎn)品層面:
1、9SSL 系列燃料電池電堆,能夠滿足車用變載動(dòng)態(tài)特性要求,具有良好的單電池均一性,根據(jù)組裝電池?cái)?shù)的不同,額定功率為 3.8kW-30kW,工作壽命超過 12000 小時(shí);
2、貨車與客車需求的 MP30 燃料電池模塊,護(hù)等級(jí)可達(dá) IP67, ;
3、中小型客車、貨車動(dòng)力系統(tǒng)需求 MD30 燃料電池模塊;
4、大中型客車、貨車動(dòng)力系統(tǒng)需求的 HD85 燃料電池模塊;
5、純氫燃料備用電源,該系統(tǒng)采用氫燃料電池技術(shù),具有完整的集成電源管理系統(tǒng),可配置成集成或**模塊;
6、甲醇重整燃料電池系統(tǒng)。
技術(shù)層面: 一方面,公司以引進(jìn)技術(shù)為主,在國內(nèi)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn),公司與加拿大 Ballard 公司和上海重塑分別成立合資公司,專門負(fù)責(zé)燃料電池電堆和系統(tǒng)集成的規(guī)?;a(chǎn); 另一方面,公司借助科研院校的研發(fā)能力提升自己的研發(fā)實(shí)力,并與清華、**、西南交大北京理工、華南理工、上海大學(xué)、南方科大、中科院大連化物所等科研院校通過聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室等形式結(jié)成緊密合作關(guān)系,全力推動(dòng)氫燃料電池及上下游各環(huán)節(jié)的市場(chǎng)化應(yīng)用。 同時(shí),公司為了掌握核心技術(shù),開發(fā)了自主電堆,目前國鴻電堆性能已達(dá)到2.5kW/L。
產(chǎn)業(yè)化層面: 公司電池電堆已經(jīng)實(shí)現(xiàn)規(guī)?;a(chǎn)和市場(chǎng)銷售,公司已建成年產(chǎn) 2 萬臺(tái)電堆的電堆生產(chǎn)線和年產(chǎn) 5000 套集成系統(tǒng)的系統(tǒng)集成生產(chǎn)線,公司產(chǎn)品的壽命是 1 萬 5 千小時(shí)以上,基本滿足商業(yè)車使用要求。 2018 年國鴻電堆市場(chǎng)占有率超過 70%,目前采用國鴻燃料電池電堆已經(jīng)裝車超過 2000 輛,并且廣泛在市場(chǎng)中投入運(yùn)營,在上海的燃料電池物流車實(shí)際運(yùn)行已超過 600 萬公里,已經(jīng)取得良好的使用效果。
(5)億華通:專注于氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)
公司全稱“北京億華通科技股份有限公司”,成立于 2004 年,公司專注于氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化,致力打造更好的氫能解決方案。
產(chǎn)品層面: 公司主要產(chǎn)品是氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī),2016 年公司研發(fā)出第三代氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī),產(chǎn)品覆蓋 10KW、30KW、60KW 和 200KW, 目前產(chǎn)品進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化量產(chǎn)階段。 同時(shí),目前已經(jīng)形成了以氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)為核心,包括雙極板、電堆、智能 DC/DC、氫系統(tǒng)、測(cè)試臺(tái)等在內(nèi)的縱向一體化產(chǎn)品體系。
技術(shù)層面: 公司依托清華大學(xué)節(jié)能與新能源汽車工程中心,結(jié)合整車研發(fā),形成了由多能源動(dòng)力系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)、燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)臺(tái)、控制器開發(fā)平臺(tái)、電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)、蓄電池組合 超級(jí)電容試驗(yàn)臺(tái)組成的先進(jìn)開發(fā)與測(cè)試體系,為完成氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)研發(fā)及相關(guān) 產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)提供強(qiáng)有力的保證。
產(chǎn)業(yè)化層面: 一方面,公司分別與宇通、福田、中通、申龍、蘇州金龍、安凱、中植、東風(fēng)、重汽、陜汽、北汽、廣汽、長(zhǎng)安等主流車企聯(lián)合推出客車、物流車、乘用車、叉車、有軌電車、固定電源等全系列產(chǎn)品,企業(yè)覆蓋與公告車型數(shù)量均實(shí)現(xiàn)大幅領(lǐng)先。 另一方面, 公司圍繞北京、上海、張家口、濱州、鄭州、成都、蘇州等核心城市的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ),采用“點(diǎn)-線-面”發(fā)展模式逐層滲透,推動(dòng)當(dāng)?shù)貧淠墚a(chǎn)業(yè)生態(tài)建構(gòu)。
(6)美錦能源:增資布局氫能各產(chǎn)業(yè)鏈
美錦能源緊跟國家和行業(yè)政策導(dǎo)向,根據(jù)公司“一點(diǎn)(整車制造)、一線(燃料電池上下游產(chǎn)業(yè)鏈)、一網(wǎng)(加氫站網(wǎng)絡(luò))”的總體規(guī)劃,在氫能領(lǐng)域進(jìn)行全產(chǎn)業(yè)鏈布局。 美錦能源目前擁有年產(chǎn) 660 萬噸(含托管)焦炭的產(chǎn)能,煉焦過程中焦?fàn)t煤氣富含 50%以上氫氣,可以降低成本制氫,制氫和發(fā)展加氫站擁有得天獨(dú)厚的條件,切入新能源具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。
產(chǎn)品層面: 美錦能源持有佛山市飛馳汽車制造有限公司 51.2%,飛馳汽車是國內(nèi)最大的氫燃料汽車公司,已實(shí)現(xiàn)國內(nèi)氫燃料電池汽車的首次出口。 2019 年上半年生產(chǎn)和加工車輛共計(jì) 314 輛,其中生產(chǎn)新能源車 293輛,加工車 21 輛,實(shí)現(xiàn)收入 36,120.16 萬元,比上年同期增長(zhǎng) 545.53%,實(shí)現(xiàn)凈利潤 2,257 萬元,比上年同期增長(zhǎng) 916.67%。
產(chǎn)業(yè)鏈方面: 公司在氫能源領(lǐng)域布局重點(diǎn)在粵港澳大灣區(qū),在控股華南地區(qū)最具規(guī)模的氫燃料電池整車生產(chǎn)企業(yè)——佛山市飛馳汽車制造有限公司的基礎(chǔ)上,通過合作投資平臺(tái)控股國內(nèi)首家實(shí)現(xiàn)質(zhì)子交換膜燃料電池膜電極 MEA 規(guī)模化生產(chǎn)的企業(yè)——鴻基創(chuàng)能科技(廣州)有限公司,增資國內(nèi)知名的燃料電池電堆生產(chǎn)商和國內(nèi)全面的燃料電池系統(tǒng)供應(yīng)商——廣東國鴻氫能科技有限公司,并在佛山和云浮兩地控股兩個(gè)從事加氫站建設(shè)和運(yùn)營的公司。
(7)中氫科技:與企業(yè)高校合作研發(fā)氫燃料電池及配套系統(tǒng)
公司全稱“中能源工程集團(tuán)氫能科技有限公司”,是**能源工程集團(tuán)有限公司的所屬子公司。 **能源工程集團(tuán)與航天動(dòng)力研究所、清華大學(xué)核能與新能源研究院建立了三方戰(zhàn)略合作,以目前在車用氫燃料電池與系統(tǒng)集成方面的合作為基礎(chǔ),合資組建中氫科技,旨在發(fā)展氫燃料電池與系統(tǒng)集成先進(jìn)技術(shù)及其在車輛、無人機(jī)、備用電源、分布式能源等領(lǐng)域的應(yīng)用。
產(chǎn)品層面: 公司業(yè)務(wù)范圍涵蓋氫燃料電池及配套系統(tǒng)集成的技術(shù)研發(fā)及生產(chǎn)制造、加氫站的運(yùn)行,產(chǎn)品線包括: 1)液冷金屬板和石墨板燃料電池及系統(tǒng)集成系列產(chǎn)品,適用于乘用車、 越野車、大巴、物流車、重卡等,功率為 30KW、60KW、90KW、120KW、200KW、300KW、400KW,或非標(biāo)定制; 2)空冷金屬板和石墨板燃料電池及系統(tǒng)集成系列產(chǎn)品,適用于分布式能源、備用電源、叉車及無人機(jī)等,功率為1KW、2KW、3KW、5KW、10KW、20KW、30KW,或非標(biāo)定制; 3)氫氣加注系統(tǒng): 加氫機(jī)、加氫站運(yùn)行; 4)氫氣儲(chǔ)存系列: 35MPa、70MPa 氫氣瓶。
技術(shù)層面: 一是中氫科技聯(lián)合清華大學(xué)核研院開發(fā)的25KW電堆模塊 SINOHEC25 石墨板氫燃料電池,適用于 25KW 及以上商務(wù)車、物流車氫燃料電池汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、移動(dòng)電源、備用電源中,該技術(shù)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán),是氫燃料電池領(lǐng)域的一項(xiàng)較為成熟的創(chuàng)新技術(shù)。 二是**能源工程集團(tuán)的最新研發(fā)產(chǎn)品SINOHEC50/30 金屬板氫燃料電池,該電池體積功率密度 4.0KW/L,超出國家科技部 2020年同類項(xiàng)目驗(yàn)收指標(biāo)的 30%,**能源工程集團(tuán)聯(lián)合擁有該項(xiàng)技術(shù)的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán),是國內(nèi)外氫燃料電池領(lǐng)域的一項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)。
產(chǎn)業(yè)化層面: 公司與**動(dòng)力合作,把氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)帶到**市場(chǎng)。 第三,公司與奇瑞集團(tuán)達(dá)成合作共識(shí),在蕪湖成立合資公司生產(chǎn)氫燃料電池車用系統(tǒng)集成,用于商用車和乘用車。 另外,公司與宇通集團(tuán)、國機(jī)智駿汽車的合作也在推進(jìn)中
(8)氫雄云鼎:地區(qū)支持,培育氫能產(chǎn)業(yè)
公司全稱“大同氫雄云鼎氫能科技有限公司”,成立于 2018 年 03 月 23 日,由深圳雄韜股份公司聯(lián)合上海田鼎投資管理有限公司、大同攸云企業(yè)管理有限公司投資成立,是一家經(jīng)營范圍覆蓋氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)、生產(chǎn)、銷售、服務(wù)等的創(chuàng)新型科技公司。
產(chǎn)品層面: 公司主要產(chǎn)品是氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。 此外,公司與五洲龍共同開發(fā)的“F1 未來”系列 10.5 米氫燃料電池城市客車于 2018 年正式在山西省大同市進(jìn)行試運(yùn)營。
技術(shù)層面: “F1 未來”系列燃料電池通勤車由氫雄提供整車動(dòng)力系統(tǒng)并完成總裝,采用 30kW 氫燃料電池系統(tǒng)+磷酸鐵鋰電池(功率型)的混合動(dòng)力技術(shù)路線,低溫啟動(dòng)達(dá)到了-20℃,燃料電池裝車使用壽命可達(dá)10000h 以上。 一次加氫只需 5 分鐘,可以續(xù)航 430km。 除了水滴流線型的新穎造型外,“F1 未來”整車控制安全可靠,滿足或高于《GB/T7258-2017 機(jī)動(dòng)車安全運(yùn)行技術(shù)條件》,同時(shí)還滿足《GBT-24549-2009 燃料電池電動(dòng)汽車安全要求》
產(chǎn)業(yè)化層面: 2018 年 9 月,由雄韜氫雄投資的山西省首條燃料電池系統(tǒng)自動(dòng)化生產(chǎn)線正式投產(chǎn),一期規(guī)劃年產(chǎn)能 3 萬套。 未來兩年,大同氫雄云鼎氫能科技有限公司將實(shí)現(xiàn)大同地區(qū) 3000 臺(tái)氫能發(fā)動(dòng)機(jī)整車推廣,參與全省 5000 臺(tái)氫能發(fā)動(dòng)機(jī)整車投放,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)值 40 億元。 同時(shí),公司發(fā)起設(shè)立大同氫能產(chǎn)業(yè)促進(jìn)協(xié)會(huì),幫助大同加速“氫都”建設(shè)步伐。
6.燃料電池產(chǎn)業(yè)機(jī)遇分析
? 整體來看,燃料電池行業(yè)處于初步發(fā)展階段,在此情況下,我們認(rèn)為行業(yè)關(guān)注點(diǎn)
需要搶先去布局成本高、技術(shù)難的細(xì)分環(huán)節(jié)。 從燃料電池成本結(jié)構(gòu)可以看到,目前電堆所占的成本比較大。 而結(jié)合氫燃料電池的成本結(jié)構(gòu),可以優(yōu)先布局電堆領(lǐng)域的催化劑、膜電極、儲(chǔ)氫系統(tǒng)、供氫系統(tǒng)、氫循環(huán)系統(tǒng)等核心細(xì)分領(lǐng)域。
來源:山西證券
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