注：本文系天堂硅谷智能制造事業(yè)部原創(chuàng)作品，作者為陳兆華團隊投資經(jīng)理葉伶俐
國內氫燃料電池產(chǎn)業(yè)目前進入市場導入期，下游應用主要為政府引導示范類的客車和商用車。2016-2019年氫燃料汽車市場發(fā)展迅速，實現(xiàn)累計銷量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%，一方面來自于新冠疫情對產(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)在進入大規(guī)模市場化仍存在諸多瓶頸，但從長遠的角度看不影響氫燃料電池長期向好的趨勢。隨著關鍵部件成本的下降、車輛規(guī)模的增加和加氫站等基礎設施的不斷完善，單車成本和加氫站單位運營成本將會逐步下降，后面可較快實現(xiàn)放量突破，整體會呈現(xiàn)一個先難后易的過程。
目前行業(yè)發(fā)展過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)中占比達到61%，電堆中關鍵部件膜電極、雙極板成本高，是未來成本降低的主要突破點。
質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、較好的機械強度和導電性能。質子交換膜成本在73.75美元/kw以上，但當產(chǎn)量擴大至50萬臺時，相應的成本可降低至5美元/kw以下。規(guī)模化的生產(chǎn)將帶來質子交換膜成本的快速下降。
催化劑鉑是膜電極降本的關鍵之一，億華通30kw的燃料電池發(fā)動機用鉑量為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。國外最新的研究能將鉑用量下降至0.06g/kw。未來鉑用量預計將繼續(xù)大幅下降或者市場會出現(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械加工，其中加工一塊500cm2的雙極板加工費在700元以上，加工成本占雙極板費用的80%。后續(xù)新型加工方法的開發(fā)是石墨雙極板降本的重要方向。
目前國內廠商包括上海捷氫、上海神力等都已自主研發(fā)電堆并配套相關車型，捷氫近日發(fā)布的PROME M3H電堆功率達到130kw，體積功率密度3.8kw/L，最低可以實現(xiàn)零下30度低溫啟動，其58個一級零部件已實現(xiàn)全部國產(chǎn)化。國內電堆已經(jīng)實現(xiàn)初步的國產(chǎn)化成效，2019年國產(chǎn)電堆價格已下降至6000-8000/kw，降幅達到25%以上；國產(chǎn)膜電極關鍵指標也已接近海外廠商水平，將成為下一個規(guī)模國產(chǎn)化的突破口。
車載儲氫系統(tǒng)包括儲氫瓶及輔助系統(tǒng)，系統(tǒng)總成本在整車成本中占比達到14%，其中儲氫罐的碳纖維材料成本較高。目前高端碳纖維技術為日本、美國掌握，未來隨著高端碳纖維技術的國產(chǎn)化，碳纖維的單位成本有望進一步降低。
關鍵技術發(fā)展緩慢
燃料電池電堆的技術難點主要在于性能的提升，包括能量效率、功率密度、電堆壽命等。在上述關鍵技術上，中國與國外先進水平仍存在一定的差距，主要因為海外氫能產(chǎn)業(yè)市場化程度高，產(chǎn)品成熟度高，而國內缺乏成熟的原材料及組件產(chǎn)線，無法全面支持商業(yè)化。
加氫站及其他配套設施薄弱
加氫站及配套設施的發(fā)展仍處于初期，截止2019年，國內總共建成的加氫站61座，但很大部分為場內測試站與撬裝站，加氫量在500kg/天以下，無法滿足后期規(guī)模化運營需求。加氫站建設成本較高，日加氫500kg，35MPa的加氫站投入在1200萬元，其中包括氫氣壓縮機和氫氣加注機等關鍵設備需要進口，設備成本占比超過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貼來縮短投資回收期。同時，加氫站建設審批流程和運營政策的不完善也阻礙了市場化運營。
受益于工業(yè)副產(chǎn)物制氫及規(guī)模化運輸，氫氣使用價格有望逐步進一步降低。目前氫氣的成本較高，到站價格80元/kg，補貼后價格為50元/kg，而當氫氣使用成本在30元/kg時，燃料電池的使用成本才與燃油車使用成本相近。氫氣成本未來下降的空間主要在制氫和儲運兩方面。
燃料電池在重卡商用車領域率先發(fā)力
和電動汽車相比，燃料電池具備續(xù)航歷程更長，氫氣加注時間更短、耐低溫、電堆無衰減現(xiàn)象等優(yōu)勢，適用于大功率重載的物流貨運車或者城際交通的客車，未來有機會率先實現(xiàn)燃料電池規(guī)模化。
重型貨運卡車
純電動重卡目前由于電池包重量重、續(xù)航里程短、充電時間長等問題，主要集中在場地用車的短途場景。尤其是電池包的重量對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500公斤。另外燃料電池能實現(xiàn)-30℃低溫條件下的啟動，可以適應北方冬天低溫環(huán)境或者高緯度惡劣天氣條件。
由于氫能重卡動力系統(tǒng)功率大，耗氫量大，氫氣使用成本成為影響成本關鍵因素之一，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，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。尼古拉納斯達克上市更是掀起了氫能重卡的熱潮，尼古拉成為全球首個上市的氫燃料整車企業(yè)，直接與電動車領域的特斯拉進行抗衡。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，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)展離不開政府采購行為的支持，氫燃料客車是較好的切入口。首先，中國人口密度大，對公共交通需求較海外發(fā)達國家更加旺盛。其次，公交客車運營時間長，需要滿足長時間的可靠運營，而純電動公交需要裝載數(shù)噸鋰電池來滿足公交車單日續(xù)航里程的需求。在充電效率上，電動公交車充電普遍需要3-6小時，氫燃料客車加注氫氣在10分鐘內。氫燃料公交純電動公交具備明顯的競爭優(yōu)勢。
乘用車
氫燃料乘用車對燃料電池體積、能量密度等要求較商用車高，而國內相關零部件的成熟度低，短期內無法實現(xiàn)高性能的要求，因此乘用車國內產(chǎn)業(yè)化進程發(fā)展緩慢。但目前上汽、長城、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)車型上市計劃。
對于乘用車來說，鋰電池能量密度提升的空間有限，如果未來無法克服續(xù)航里程和充電時間的問題，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)未來發(fā)展
我國純電動汽車行業(yè)逐步進入成熟化，主要得益于國家從技術、補貼、充電基礎設施等各個方面政策的扶持，目前純電動行業(yè)從“補貼時代”逐步過渡到“市場化時代”。
國內燃料電池行業(yè)發(fā)展將近20年，但產(chǎn)業(yè)化進程遠遠落后于電動行業(yè)，前期由于成本居高不下無法批量生產(chǎn)等問題，長期處于試驗階段，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一步傳導至國內開始小規(guī)模示范運行，2022年張家口東奧會更是成為國內燃料電池行業(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，國內對氫能產(chǎn)業(yè)重視大幅提升，從國家到各地地方政府相繼出臺一系列政策扶持氫燃料電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，關鍵部件國產(chǎn)化進程加快，上下游企業(yè)大力加快布局速度，資本市場投融資活躍，中國氫燃料電池產(chǎn)業(yè)未來有望復制鋰電發(fā)展成功的路徑。
