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燃料電池汽車(chē)作為新能源汽車(chē)的重要部分,2018年以來(lái)中國整車(chē)生產(chǎn)和推廣應用規??焖贁U大,其中2019年國內共生產(chǎn)燃料電池商用車(chē)超過(guò)3000輛,生產(chǎn)和應用規模躍居全球第一。2020年燃料電池汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)分別為1199輛和1177輛。
1 中國燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈總體情況
燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈主要包含上游(燃料電池動(dòng)力系統及關(guān)鍵部件)和下游(整車(chē)生產(chǎn))兩大部分。與傳統汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈相比,燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈主要新增了燃料電池系統和車(chē)載供氫系統,其中燃料電池系統是核心結構。主要部件構成如圖1所示。
燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈內,已經(jīng)集聚了數量較多的國內生產(chǎn)企業(yè)。國內燃料電池汽車(chē)關(guān)鍵部件及整車(chē)主要生產(chǎn)企業(yè)如下表所示。
2 中國燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈特點(diǎn)
商用車(chē)是目前中國燃料電池汽車(chē)的主要應用領(lǐng)域,產(chǎn)品種類(lèi)主要包括大中型客車(chē)、輕型客車(chē)、輕型貨車(chē)(物流車(chē))。主要參與企業(yè)包括宇通、中通、北汽福田、佛山飛馳、上海申沃、南京金龍、上汽大通、東風(fēng)(00489)、奧新新能源等。
另外,中國重汽(03808)已推出一款氫燃料電池港口牽引重卡。乘用車(chē)方面國內較早涉足的僅有上汽(榮威950),近期發(fā)布燃料電池汽車(chē)乘用車(chē)樣車(chē)的企業(yè)包括武漢格羅夫和愛(ài)馳汽車(chē)(甲醇燃料電池汽車(chē)),長(cháng)城(02333)、廣汽(02238)、奇瑞、吉利(00175)(甲醇燃料電池)等車(chē)企規劃3~5年內推出其燃料電池車(chē)型。
但截至目前,燃料電池乘用車(chē)總體上均處于研發(fā)驗證階段。在產(chǎn)品路徑上,當前中國以商用車(chē)產(chǎn)品為主,而日本和韓國以乘用車(chē)為主,究其產(chǎn)品路徑差異的原因,主要在以下方面。
一是產(chǎn)業(yè)層面,在乘用車(chē)領(lǐng)域中國純電動(dòng)和插電式汽車(chē)發(fā)展迅速,性?xún)r(jià)比不斷提升,已經(jīng)贏(yíng)得了一定的市場(chǎng)空間,在商用車(chē)領(lǐng)域,純電動(dòng)和插電式技術(shù)路徑在續駛里程、便利性等方面弊端突出,給燃料電池汽車(chē)發(fā)展提供了一定的空間。
二是市場(chǎng)層面,燃料電池汽車(chē)整車(chē)成本高于燃油車(chē)和純電動(dòng)汽車(chē),參照中國推廣純電動(dòng)和插電式汽車(chē)的經(jīng)驗,國內城市公交主要由地方財政支持購買(mǎi)和運營(yíng),較適宜設立專(zhuān)項資金等方式彌補購車(chē)和運營(yíng)成本的大幅上升。另外,當前氫燃料汽車(chē)推廣的主要制約是氫能基礎設施不足,在發(fā)展初期,定點(diǎn)定線(xiàn)運行的商用車(chē)解決氫能加注問(wèn)題較乘用車(chē)更易于實(shí)現。
三是技術(shù)與法規層面,與日韓車(chē)輛的電堆多采用金屬雙極板不同,中國電堆企業(yè)主要是采用石墨雙極板,石墨雙極板體積功率較金屬雙極板低20%~30%,導致電堆體積較大,不便于在乘用車(chē)上布置,而石墨雙極板壽命是金屬雙極板循環(huán)壽命1.5倍以上,更適合在壽命需求更高的商用車(chē)領(lǐng)域。
另外,中國尚未建立四型瓶的使用規范,目前采用三型瓶無(wú)論是35MPa還是70MPa,體積和質(zhì)量都較四型瓶大很多,不便于在乘用車(chē)上進(jìn)行布置,而商用車(chē)對體積和質(zhì)量增加的敏感度低于乘用車(chē)。
國內外產(chǎn)品路徑的差異是技術(shù)、市場(chǎng)、法規等多重因素綜合選擇的結果,對中國來(lái)說(shuō),燃料電池汽車(chē)從商用車(chē)切入,雖然有電堆技術(shù)要求較低,不利于電堆及零部件技術(shù)的迅速提升的弊端,但總體來(lái)看利大于弊。
首先是中國在乘用車(chē)方面純電動(dòng)和插電式汽車(chē)發(fā)展較快,已經(jīng)確立了一定的技術(shù)自主可控性和產(chǎn)品經(jīng)濟性?xún)?yōu)勢,從商用車(chē)切入一方面可以避免對原有投入的浪費,另一方面燃料電池商用車(chē)正好彌補純電動(dòng)商用車(chē)在續駛里程、便利性方面的先天不足。
其次是從安全性方面考慮,在發(fā)展初期,公交等公共交通服務(wù)領(lǐng)域配套的加氫站便于安全監控,從而保障運營(yíng)安全。
燃料電池電堆、燃料電池系統、車(chē)載高壓供氫系統等核心主要部件總體實(shí)現從無(wú)到有。其中產(chǎn)業(yè)鏈比較密集的領(lǐng)域有燃料電池電堆集成、燃料電池系統集成、大功率燃料電池汽車(chē)用DC/DC、儲氫瓶、高壓儲氫瓶用鋁合金;企業(yè)數量較少產(chǎn)業(yè)鏈相對薄弱的領(lǐng)域有膜電極、雙極板、催化劑、質(zhì)子膜;
產(chǎn)業(yè)鏈尚屬空白的領(lǐng)域有炭紙、氣體擴散層、氫氣循環(huán)泵、增濕器、碳纖維儲氫材料、塑料儲氫材料、瓶口組合閥、高壓管路、減壓器。鑒于無(wú)增濕燃料電池電堆已成為發(fā)展趨勢,且中國新源動(dòng)力等企業(yè)也已研發(fā)出無(wú)增濕燃料電池電堆,增濕器目前產(chǎn)業(yè)空白的影響可忽略。
受?chē)鴥裙I(yè)基礎能力依然薄弱的影響,若追溯到關(guān)鍵基礎材料、核心基礎零部件、元器件的層面,批量化產(chǎn)品的應用仍需依賴(lài)進(jìn)口。依賴(lài)進(jìn)口的原因主要有兩種,一種是國內產(chǎn)業(yè)鏈尚存空白;另一種是國內有供應商,但產(chǎn)品性能或供應商配套能力不能滿(mǎn)足要求。
如下圖所示,圖中黑色陰影部分的產(chǎn)品是目前國內產(chǎn)業(yè)空白,完全依賴(lài)進(jìn)口的產(chǎn)品,灰色陰影部分代表國內雖然有相應產(chǎn)品,但由于性能不足或車(chē)標配套能力不足,目前階段也主要依賴(lài)于進(jìn)口的領(lǐng)域,在燃料電池汽車(chē)核心部件方面,中國目前主要掌握的是電堆和電堆系統的集成、車(chē)載儲氫瓶的集成。
燃料電池試制及生產(chǎn)設備,如專(zhuān)用涂布機等,目前國內有自行研發(fā),但主要是企業(yè)自用,尚未形成通用產(chǎn)品。測試設備目前主要依賴(lài)進(jìn)口,比如膜電極、高壓儲氫瓶、供氫閥件的測試設備主要來(lái)自加拿大GREENLIGHT公司(GLRE.US)、日本ESPEC和德國CTS公司等。
另外,加氫站用設備包括空氣壓縮機、各類(lèi)管路和閥件以及加氫槍等目前也主要依賴(lài)于國外進(jìn)口。其中站用壓縮機生產(chǎn)企業(yè)主要有美HYDRO-PAC公司、美國PDC 公司、德國Linde公司,站用高壓儲氫罐代表生產(chǎn)企業(yè)為美國AP、美國CPI公司,氫氣加注機主要由德國Linde和美國AP公司供應。
下圖給出了1995—2019年中國燃料電池汽車(chē)相關(guān)企業(yè)數量。截至2019年2月,中國燃料電池汽車(chē)相關(guān)企業(yè)數量近250家,其中近三年來(lái)相關(guān)企業(yè)數量增速加快,并初步形成了長(cháng)三角、華南及環(huán)京幾大產(chǎn)業(yè)集聚區。
另外,中部、西部、東北一些電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)相對落后,或工業(yè)副產(chǎn)氫以及光電水電資源較為豐富,以及氣候極寒等地區,也是布局燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的重要區域。
2017年以來(lái),上汽集團、濰柴集團、長(cháng)城集團、雪人股份等國內大型企業(yè)紛紛調整業(yè)務(wù)戰略或增加業(yè)務(wù)版塊,快速布局氫能與氫燃料電池核心零部件產(chǎn)業(yè),其中上市公司超過(guò)30家。
大型企業(yè)集團進(jìn)入燃料電池核心零部件產(chǎn)業(yè),憑借資金實(shí)力和渠道優(yōu)勢以及大規模的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)投入,加速了產(chǎn)業(yè)鏈的構建和集聚,加快了燃料電池汽車(chē)國產(chǎn)重要部件性能提升和規?;a(chǎn)的時(shí)間表。國內部分燃料電池汽車(chē)相關(guān)上市企業(yè)及產(chǎn)業(yè)布局方向如下表所示。
截至2020年5月,全國有近50個(gè)省、市、地區出臺相關(guān)規劃、政策,鼓勵當地氫能及氫燃料電池汽車(chē)的發(fā)展。其中長(cháng)三角、珠三角省市政策數量占地方政策總數的60%左右,這些政策涉及加氫站建設補貼、車(chē)輛推廣應用補貼、氫能產(chǎn)業(yè)規劃、重點(diǎn)項目研發(fā)等諸多方面。多地區通過(guò)氫能小鎮、氫能產(chǎn)業(yè)園、氫能科技園等多種形式,鼓勵氫能及氫燃料電池汽車(chē)發(fā)展。
地方政府當前積極發(fā)展氫能及氫燃料電池汽車(chē), 一方面有立足地方經(jīng)濟發(fā)展和產(chǎn)業(yè)轉型升級,尋找新的發(fā)展抓手的積極因素,但也不乏有些地方政府在對技術(shù)路線(xiàn)缺乏了解情況下,受資本和部分相關(guān)企業(yè)的推動(dòng)而盲目決策。
日本在燃料電池汽車(chē)方面領(lǐng)先全球,不止在于技術(shù)優(yōu)勢,還在于其強大的供應鏈體系,以豐田(TM.US)Mirai燃料電池核心部件為例,如下表所示,其電堆、氫氣供給系統、空氣供給系統的主要供應商基本為本土企業(yè),其中電裝、豐田自動(dòng)織機、愛(ài)信精機、豐田紡織、捷太格特主要供應商均為豐田公司控股企業(yè)。
而國內典型客車(chē)產(chǎn)品核心部件的供應商主要集中于歐美日等國,國內企業(yè)目前主要從事電堆集成、電堆系統集成、氫氣供應系統集成的工作。
3 結論
受制于材料、加工制造等基礎工業(yè),中國燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈布局呈現“倒金字塔”形,集成類(lèi)企業(yè)多,關(guān)鍵材料及核心部件生產(chǎn)企業(yè)相對少。
整車(chē)、電堆、電堆系統的集成方面較強,電堆核心材料如氣體擴散層,車(chē)載供氫系統的核心材料如碳纖維儲氫材料、塑料儲氫材料,關(guān)鍵閥件如瓶口閥、減壓器、高壓管路等尚屬空白,研發(fā)測試設備是較大短板。
綜上所述,電堆核心部件及關(guān)鍵材料、儲氫瓶核心部件及關(guān)鍵材料,是提升中國燃料電池汽車(chē)國家競爭力的重要產(chǎn)業(yè)環(huán)節,需重點(diǎn)加以科技研發(fā)及產(chǎn)業(yè)布局。