氢燃料电池：下一代新能源车核心动力

11月2日，国务院办公厅印发《新能源汽车产业发展规划（2021—2035年）》。

 

 

规划提出，加快车用操作系统开发应用。围绕车用操作系统，构建整车、关键零部件、基础数据与软件等领域市场主体深度合作的开发与应用生态。还要求攻克氢能储运、加氢站、车载储氢等氢燃料电池汽车应用支撑技术。

 

 

从扶持力度上看，近年来我国对燃料电池汽车补贴力度较大，且短期内没有退坡。

 

从扶持方法上看，我国目前一方面通过购置补贴来降低价格、刺激需求端；另一方面，频频发布氢能与燃料产业战略规划，并投入大量资金作为研发支持，不断为供给端释放积极信号。

 

据高工产业研究院(GGII)统计，截至今年2月，国家重点研发计划“新能源汽车”重点专项项目公示清单达到四批，其中对于燃料电池汽车的研发支持资金近8.27亿元。

 

 

近年来全球燃料电池汽车高速发展：

 

2013~2017年全球氢燃料电池汽车销量仅为6475辆，其中大部分为丰田的Mirai系列。

 

2018年销售量有了较大幅度的增长，合计销售5525辆；2019年全球销量增至7500辆，其中主要增量来自于中国。

 

国内的燃料电池汽车从2016年的629辆迅速扩张到2018年1527辆，在2019年实现2737辆，同比增长80%，增速明显。

 

根据规划来看，我国氢燃料电池汽车的发展愿景是到2030年实现百万辆氢燃料电池汽车上路行驶，到2050年与纯电动汽车共同实现汽车零排放。

 

 

燃料电池(FuelCell，FC)是一种能有效控制燃料和氧化剂的化学反应，并将其中的化学能直接转化为电能的电化学装置，是一种把燃料中的化学能转换成电能的能量转换器。

 

被誉为继火电、水电及核电之外的第4种发电方式，其下游应用广泛。

 

燃料电池能量密度高、效率高，同时不改变用户习惯的燃料电池汽车，长期来看很可能取代目前的燃油车，及纯电动汽车。

 

在车用场景中，燃料电池可解决锂电池里程焦虑，且燃料电池充氢时间短，在重载、长距离场景中优势明显。但目前燃料电池仍存在成本高、循环衰减性能差、加氢站建设不足等问题，仍处产业化初期阶段。

 

图表来源：电动邦

 

从燃料电池汽车产业链来看，主要是由燃料电池系统、储氢瓶、驱动电机、辅助系统等构成，其中燃料电池系统为核心部分。

 

燃料电池系统由电堆和辅助系统两部分组成，目前燃料电池系统和储氢系统占据整车成本的65%，远高于锂离子纯电动汽车的电池成本占比。

 

辅助系统还包括空压机、控制器、氢循环泵等，系统中最核心的部分是燃料电池电堆和空压机，其在燃料电池系统中的占比最高，分别为49%和21%。

 

也就是说，目前来看加强燃料电池电堆和空压机的研发，可以大幅降低燃料电池的整车成本，其技术的进步尤为重要。

 

 

燃料电堆催化剂主要为铂金属，且国内用量远高于国外，成本高昂，成为制约燃料电池发展的巨大瓶颈，因此，降低催化剂中的铂用量是需要重点攻克的技术难点。

 

在燃料电池全产业链核心技术方面，我国除了石墨双极板、石墨板电堆在性能价格方面当前可与国外产品媲美外，其余产品差距还较大，国内普遍处于小批量，样品阶段，原因主要是早期国内产业链企业较少；研发基础弱；技术积累时间短。

 

图表来源：方正证券

 

从氢燃料电池全球格局来看，日本和美国对氢燃料电池技术研发处于主导地位。

 

1998~2005年日本和美国的相关专利数量迅速增加，分别达到峰值2783件和1285件。

 

日本的增长趋势明显，得益于其1993年开展的WE-NET项目，该项目投资2亿美元，将日本氢能发展分成了1993~1998年和1999~2002年两个阶段，一定程度上促使了日本氢燃料电池技术专利数量的增长。

 

2006~2018年，由于前期技术积累，日本和美国的专利申请数量呈下降趋势。

 

目前国外氢燃料电池汽车已经完成了整车的技术、性能研发工作，整车性能已能接近传统汽车水平，部分领先车企产品的成熟度已接近产业化阶段。

 

如日本丰田、本田和韩国现代汽车，其中丰田Mirai汽车销量处于领先水平。

 

 

中国燃料电池技术起步较晚，但市场潜力巨大，吸引巴拉德、Hydrogenics、Nedstack等国外电堆企业在国内布局。

 

中国于1993年开始持续出现相关专利；后期专利数量上升明显，分别在“十一五”、“十二五”期间各有一次增长高峰，可见与专利数量上升与国家氢能及燃料电池政策规划息息相关。

 

从增长趋势看，中国后续专利数量会继续增长，或超过日本、美国，其潜力较大。

 

 

我国氢燃料电池汽车初期以公交及商用车为主，在新能源汽车高速发展的大背景下，国内汽车企业积极参与前瞻部署。

 

2019年上海申龙完成903辆燃料电池客车，中通客车686辆，上汽大通307辆，稳居前三甲。

 

2017~2019年累计产量居市场前三强为中通客车、上海申龙与佛山飞驰，分别对应1476、937、704辆。总体而言，基数较小，后续增长潜力大。

 

根据我国氢燃料电池发展路线图，加氢站的规模需要与氢燃料电池汽车相匹配。

 

我国当前主要以35Mpa加氢站为主，2020年后，氢燃料电池轿车开始推向市场，70Mpa加氢能力的加氢站显著增加。同时，随着加氢站数量的增加，加氢站与加油站、充电站的混合形式能源站成为主要形式。

 

 

从汽车行业的生命周期来看，目前传统燃油车处于相对成熟阶段，在新能源汽车高速发展倒逼下，传统车企加速转型，部分国内外领先车企持续加码氢燃料电池汽车的开发与应用。

 

目前，在我国中东部沿海经济、技术实力较强的珠三角、长三角和北京等地区，聚集了我国燃料电池发展的主要企业。

 

近几年燃料电池投资热情持续升温，由几年前的数十家发展到现在的近千家燃料电池企业。

 

从终端来看，燃料电池汽车面临购置成本与使用成本的“双高”局面，一方面加氢站等基础设施的缺失推升了使用过程之中的隐性成本，需求难以释放，另一方面燃料电池系统因其国产化难度大，制造成本高企，导致整车售价仍高。

 

据中国汽车工业协会预测，到2035年，我国氢燃料电池汽车将会形成428万辆保有量规模。未来十余年，燃料电池汽车将有望成为全球汽车市场增速最快的细分领域。