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氫能源系列專題:核心技術(shù)逐步攻克 燃料電池啟動在即

鉅大鋰電  |  點(diǎn)擊量:0  |  2020年02月19日  

1.政策持續(xù)支持,燃料電池商業(yè)化元年即將到來


當(dāng)前國內(nèi)燃料電池的基礎(chǔ)研究與海外的差距在縮小,大部分零部件已能實(shí)現(xiàn)國產(chǎn),車用燃料電池系統(tǒng)的商業(yè)化應(yīng)用元年即將到來,產(chǎn)業(yè)鏈投資機(jī)會挖掘正當(dāng)時。


1.1.燃料電池與鋰離子電池路線互補(bǔ),共同打造綠色交通


自新能源汽車行業(yè)發(fā)展伊始,動力鋰電路線or燃料電池路線就備受爭議。而我們在《寧德時代:改變?nèi)蚴f億汽車供應(yīng)鏈格局的大國重器》報告中就層明確提出,我們認(rèn)為,未來鋰電與燃料電池也不會是替代關(guān)系,而是互補(bǔ)關(guān)系,燃料電池更適合要跑長途的大車增程使用。我國新能源汽車泰斗歐陽明高院士在2018年六月的電動汽車百人會上也明確提出鋰離子電池系統(tǒng)更適合替代汽油機(jī),氫燃料電池系統(tǒng)更適合替代柴油機(jī)。


燃料電池車銷量基數(shù)較低,潛力可期。國內(nèi)燃料電池相比之下,國內(nèi)車用鋰離子電池的商業(yè)化進(jìn)程已全球領(lǐng)先,車用燃料電池技術(shù)也在不斷趕超。根據(jù)中汽協(xié)數(shù)據(jù),2018年我國燃料電池車總銷量達(dá)1,527輛,均為商用車,而新能源汽車總銷量達(dá)125.6萬輛,即燃料電池車的新能源汽車占比僅0.12%。即使燃料電池在國內(nèi)僅替代傳統(tǒng)商用車,空間也十分可觀。根據(jù)中汽協(xié)數(shù)據(jù),我國2018年商用車銷量達(dá)到了437.1萬輛,即燃料電池商用車的滲透率僅0.03%。


1.2.政策全方位支持,補(bǔ)貼未見退坡


我國對燃料電池發(fā)展政策方面的支持由來已久。2015年五月國務(wù)院公布的《我國制造2025》,強(qiáng)調(diào)了要大力推動重點(diǎn)領(lǐng)域突破發(fā)展,燃料電池汽車屬于七大領(lǐng)域之一,繼續(xù)支持電動汽車、燃料電池汽車發(fā)展,并明確要求到2020年要生產(chǎn)1000輛左右的燃料電池汽車,并進(jìn)行示范運(yùn)行。在國內(nèi)多項(xiàng)政策扶持下,各研發(fā)機(jī)構(gòu)和公司積極加大對燃料電池的研發(fā)。


表1國內(nèi)燃料電池政策統(tǒng)計(jì)


資料來源:國家發(fā)改委,國家能源局,財(cái)政部,交通部,我國證券報,天風(fēng)證券研究所


根據(jù)財(cái)政部多部委公布的新能源汽車補(bǔ)貼政策,與電動汽車補(bǔ)貼逐年退坡相比,燃料電池車補(bǔ)貼一直維持不變,且國補(bǔ)與地補(bǔ)比例高達(dá)1∶1。


表2燃料電池汽車國補(bǔ)


資料來源:財(cái)政部,天風(fēng)證券研究所


2.國內(nèi)燃料電池車產(chǎn)業(yè)鏈日趨完善


質(zhì)子交換膜燃料電池應(yīng)用最為廣泛。按電解質(zhì)種類劃分,燃料電池重要可分為質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)磷酸鹽型燃料電池(PAFC)、熔融碳酸鹽型燃料電池鋰離子電池廠家(MCFC)、固體氧化物型燃料電池(SOFC)。質(zhì)子交換膜燃料電池得益于工作溫度低,并且體積小、發(fā)電單元模塊化,可靠性高,因此組裝和維修都很方便,目前研究和應(yīng)用最為廣泛。根據(jù)TheFuelCellIndustryReview的統(tǒng)計(jì),2014-2017年質(zhì)子交換膜電池出貨量一直遠(yuǎn)超其他類型的燃料電池,預(yù)計(jì)2018年出貨量占比達(dá)57%。目前車用燃料電池也基本走質(zhì)子交換膜路線,因此本文針對燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈的討論也圍繞質(zhì)子交換膜電池展開。


表32014-2018年按種類全球燃料電池出貨量(千組)


資料來源:TheFuelCellIndustryReview2018,天風(fēng)證券研究所


表42014-2018年按種類全球燃料電池出貨量(兆瓦)


資料來源:TheFuelCellIndustryReview2018,天風(fēng)證券研究所


燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈較之鋰電更為復(fù)雜。一方面基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)更為復(fù)雜:除了加氫站建設(shè)外,還需考慮氫氣來源于運(yùn)輸問題;另一方面,燃料電池本質(zhì)上差別于鋰電,一個是發(fā)電裝置,一個是儲能裝置,燃料電池除反應(yīng)電堆外要更多的輔助部件來配合工作。


燃料電池系統(tǒng)重要部件包括:電堆、空壓機(jī)、加濕器、氫氣循環(huán)泵、高壓氫瓶等。燃料電池單體串聯(lián)組成電堆,電堆是化學(xué)反應(yīng)的場所,是燃料電池的核心。然而,想要通過燃料電池驅(qū)動負(fù)載并獲得有競爭力的功率,不僅要依靠優(yōu)秀供氣系統(tǒng),也要整合整車控制系統(tǒng)、輔助電源系統(tǒng)以及驅(qū)動電機(jī)與控制系統(tǒng)。


圖1燃料電池汽車動力系統(tǒng)組成示意圖


資料來源:天風(fēng)證券研究所整理


2.1.燃料電池單體核心部件


和鋰離子電池類似,燃料電池單體要堆疊組合成電堆,再通過DC/DC升壓去驅(qū)動電機(jī)。而電池單體重要由膜電極、雙極極板組成。而膜電極是燃料電池核心之核心,重要由催化劑、氣體擴(kuò)散層(碳紙)、質(zhì)子交換膜組成。


催化劑:常用的商用催化劑是Pt/C。由于鉑的價格高,催化劑成為電堆中成本最高的部件之一。目前國內(nèi)外研究通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、使用合金材料等方式來降低鉑的用量。貴研鉑業(yè)在Pt/C制備上已具備較為成熟的技術(shù)。


碳紙:鋰離子電池加工后成為氣體疏散層。國內(nèi)在碳纖維領(lǐng)域的研究與海外仍有差距,目前國內(nèi)外公司重要采購日本東麗、巴拉德。


質(zhì)子交換膜:核心作用為傳導(dǎo)質(zhì)子,隔絕兩極。目前主流使用全氟材料,與氯堿行業(yè)所使用的交換膜類似,技術(shù)難度較低,目前國內(nèi)已具備較好制備的技術(shù),且成本下降空間較大。國外優(yōu)質(zhì)供應(yīng)商:杜邦、戈?duì)?、陶氏?M、旭化成;國內(nèi)優(yōu)質(zhì)供應(yīng)商:東岳集團(tuán)。


雙極板:重要用于氫氣和氧氣的分隔與傳導(dǎo),并收集電流。目前主流路線有石墨極板、金屬極板、復(fù)合板這三種。其中,石墨板和金屬極板較為常見。金屬極板制造方便且體積小,但存在腐蝕問題,影響電堆壽命。


2.2.車用燃料電池系統(tǒng)部件


除電堆外,車用燃料電池系統(tǒng)中還需裝備空壓機(jī)、輔助電源系統(tǒng)(鋰電或鉛酸電池)、儲氫瓶、氫氣循環(huán)泵及電機(jī)驅(qū)動與控制系統(tǒng)等。


空壓機(jī):用于空氣進(jìn)氣端控制進(jìn)氣壓強(qiáng)與速度,對壓力波動有較之傳統(tǒng)空壓機(jī)有更嚴(yán)格的要求。目前來看,空壓機(jī)價格較高,有較大降成本空間,重要由離心式和雙螺桿兩條技術(shù)路線。國內(nèi)參與空壓機(jī)環(huán)節(jié)的公司重要包括雪人股份與廣順新能源。


輔助電源系統(tǒng):一般來說,燃料電池車上也要配備儲能電池用于輔助工作,包括啟動、加速、制動時輔助電堆工作。


儲氫瓶:重要為碳纖維瓶。儲氫瓶的技術(shù)難度相對較低,國內(nèi)有較多公司具備制造儲氫瓶的實(shí)力,包括:中材科技、富瑞特裝等。


氫氣循環(huán)泵:重要用于提升在電堆反應(yīng)過程中氫氣使用效率,保障電堆壓強(qiáng),以延長整個燃料電池系統(tǒng)的使用壽命。目前國內(nèi)在該領(lǐng)域缺乏代表性公司。


表5國內(nèi)燃料電池系統(tǒng)代表性公司


資料來源:Wind,天風(fēng)證券研究所


綜上,在整個燃料電池系統(tǒng)中,大多數(shù)核心零部件我國已掌握核心技術(shù),具備量產(chǎn)的實(shí)力,燃料電池車的商業(yè)化基礎(chǔ)已現(xiàn)雛形。


3.我國市場+我國制造,氫燃料電池大有可為


國內(nèi)車用燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈初步完備,政策持續(xù)扶持力度不減,商業(yè)化元年即將到來。經(jīng)過長時間的研發(fā)與積累,我國在質(zhì)子交換膜、催化劑、雙極板、車用燃料電池控制系統(tǒng)、儲氫瓶等領(lǐng)域都已經(jīng)具備一流的制造公司,其他關(guān)鍵零部件領(lǐng)域也初步具備量產(chǎn)實(shí)力。加上一直以來政策的大力支持,越來越多燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈中的公司具備與全球第一梯隊(duì)燃料電池公司競爭的實(shí)力。


當(dāng)前燃料電池車基數(shù)低,而商用車運(yùn)營模式日趨成熟,具備高增長潛力。我國汽車市場的潛力有目共睹,海外知名燃料電池公司也積極尋求與國內(nèi)公司合作,拓展我國市場的機(jī)會。根據(jù)巴拉德(BLDP.O)的官網(wǎng)披露,早在2016年七月,巴拉德就與國內(nèi)公司廣東國鴻簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議,為國內(nèi)商用車供應(yīng)燃料電池。2018年八月,巴拉德又再度于官網(wǎng)披露與濰柴的合作。我們預(yù)計(jì),巴拉德與濰柴的合作將加速燃料電池系統(tǒng)在重卡、船舶等領(lǐng)域替代柴油機(jī)。根據(jù)我國證券報報道的2019年即將執(zhí)行的十城千輛計(jì)劃,將加速燃料電池商用車運(yùn)營模式的成熟。


我國市場+我國制造,燃料電池成本下降空間超乎想象。由于行業(yè)整體出貨量仍然較低,整體制造成本、設(shè)備折舊與研發(fā)費(fèi)用偏高導(dǎo)致燃料電池系統(tǒng)的售價居高不下。我們認(rèn)為,隨著我國市場的打開與國內(nèi)公司量產(chǎn)能力的提升,不久后車用燃料電池系統(tǒng)成本將與近5年的動力鋰電池一樣,經(jīng)歷成本快速下降的過程。根據(jù)DOE測算鋰離子電池,當(dāng)燃料電池產(chǎn)量能夠達(dá)到年產(chǎn)1,000套時,燃料電池系統(tǒng)成本可降至180美金/kw。


在標(biāo)的的選擇上,1)優(yōu)先關(guān)注掌握核心技術(shù)并具備量產(chǎn)能力的公司;2)關(guān)注我國目前較為成熟的燃料電池系統(tǒng)環(huán)節(jié);3)燃料電池基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)或領(lǐng)先于整車銷售,建議關(guān)注制氫環(huán)節(jié)。建議關(guān)注標(biāo)的:雄韜股份(電堆、膜電極、系統(tǒng))、雪人股份(鉅大鋰電空壓機(jī),參股Hydrogenics)、富瑞特裝(制氫)、貴研鉑業(yè)(催化劑)、美錦能源(膜電極、整車)、濰柴動力(參股巴拉德)。


東莞市鉅大電子有限公司成立于2002年,總部位于我國廣東省東莞市南城區(qū)高盛科技園,是一家為全球用戶在移動電源、儲能電源、動力電源和備用電源的個性化需求,供應(yīng)特種鋰電系統(tǒng)定制化方案和產(chǎn)品的國家級高新技術(shù)公司。

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