氢燃料电池车行业分析Word格式文档下载.docx

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催化剂、质子交换膜、双极板、制氢、储氢。

1）催化剂：

目前主流是用贵金属铂，由于铂资源稀导致成本高。

解决办法一方面提升铂镀层技术、减少铂用量；

另一方面是研发新型催化剂代替，如今所有的替代品都处于实验室阶段，还没有有效可靠的解决方案。

2）质子交换膜：

质子交换膜具有足够高的机械强度和结构强度，以及膜表面适合与催化剂结合等性能。

达到燃料电池汽车质子交换膜使用要求的目前只有美国杜邦公司的Nafion质子交换膜等少数几家公司的高端产品。

中国国内装配燃料电池所用的质子交换膜主要依靠进口，

3）双极板：

目前石墨双极板是主流应用，加工成本高，约占极板成本80%，同时加工时间长，限制了大规模供应。

4）制氢：

目前制氢多采用电解盐水、冶炼等高碳排放技术，由于该种制氢方法成本高，效率相对较低，同时碳排放量大，也在一定程度上限制了氢燃料电池汽车的产业化。

随着全球氢社会建设的加快，氢消费量也将快速增加，从2015年的小于1万亿上升到2050年的6.5万亿左右。

在此期间，氢的价格也会逐渐下降。

根据日本新能源产业技术综合开发机构的测算，刨除加氢站的利润，2013年的供氢成本为1立方米120日元左右，而这个价格在2015年降低到90日元，到2020年仅为60日元。

图表4供氢成本下降趋势（单位：

日元/立方米）

5）储氢：

氢气要安全储藏和运输成本相对于普通能源要高很多。

丰田Mirai中设计了一大一小两个储氢罐，通过高压的方式尽可能多充入一些氢气。

以目前的主流储存技术，丰田选用了700个大气压的高压储气罐，两个储氢罐一共的容量是122.4升，采用700个大气压储存，能容纳约5公斤的氢气，续航里程达到650km。

目前，欧日储氢技术已达到成熟水平，但安全性问题仍没有得到可靠的解决。

在汽车领域，燃料电池系统的高成本增加了整个汽车的成本，未来的主攻方向是如何在减小成本的同时延长使用寿命。

降低燃料电池系统的成本从理论上讲是可行的，并且很大程度上决定了整个汽车的成本。

但是高压罐的成本却很难下降，因为高压罐的成本很大程度上取决于昂贵的复合材料，所以目前的研发重点集中在降低高压罐的复合材料成本。

电池和电力控制系统的成本随着技术的进步都会有一定的下降，因为材料的限制不会下降得太多，但是高技术的融入会延长电池使用寿命，从而提高整个汽车的使用性能。

2015年，丰田公司宣布最新的氢燃料电池汽车在试运行期价格是6万美元，但是该价格可能主要反映的是客户的支付意愿，而不是生产汽车的成本，因为氢燃料电池汽车目前主要是针对高收入群体和汽车技术爱好者，并且要求在居住地附近有相应的加氢站。

4氢燃料电池车优点

（1）无污染

氢燃料电池对环境（空气、土壤等）无污染，它是通过电化学反应的方式提供电力，只会产生热和水。

如果氢气本身是通过可再生能源产生的（风电或光伏发电等），那么整个循环就可达到零有害物质排放。

氢燃料电池同时可以减少温室气体的排放，可为“把全球平均气温升幅控制在工业革命前水平以上低于2°

C之内”这一目标服务。

相较于氢燃料电池，传统意义的电力来源于燃烧（汽、柴油）和储能（锂电池等）。

燃烧会释放碳、氮、硫等气体氧化物和粉尘，造成空气污染；

蓄电池内的化学物质（如铅）则会造成严重的土壤和水污染，并可能对身体健康造成伤害。

（2）噪声小

氢燃料电池运行安静，噪声大约在55分贝，相当于人们正常交谈的水平。

这使得氢燃料电池适用于室内，或是在室外对噪声有限制的地方。

（3）高效率

传统的火力发电站燃烧能量大约有70%要消耗在锅炉和汽轮发动机这些庞大的设备上。

氢燃料电池是将电化学能转化为电能，不需要经过热能和机械能（发动机）的中间变换，能量转换率可以达到60%-80%。

（4）能够提高能源普及率

氢燃料电池可以作为连接能源供给侧和需求侧的纽带，提高能源供需的灵活性。

将氢燃料电池引入偏远地区，可在减少温室和有害物质排放的同时扩大离网型电力部署；

并且在可能出现的由于供过于求产生弃光、弃电的情况下承担调电的责任。

5氢燃料电池车问题

（1）成本高

氢燃料电池成本最高的部分是电池组，其次是氢燃料罐和电池配件。

电池组中成本最高的包括铂催化剂、电解质膜和双极板。

催化剂由于稀缺导致生产成本极高。

未来要实现更广泛的商业化，并与内燃机汽车竞争，必须降低电池组的成本。

2007年本田汽车制造公司推出了第一款“氢燃料电池车”，由于造价昂贵（每千瓦输入功率成本高达$3500），只生产了200辆。

得益于技术的突破（包括用更少的催化剂产出同等功率），电池组的成本以指数级下降。

如果这个降价趋势继续并且电池组能够每年量产50万台，未来其成本可降至每千瓦仅$50，这就与建造内燃机的成本相当了。

与现有的燃料能源相比，液化氢的售价大概每千克$14，是汽油价格的6倍。

要想引入市场，液化氢每千克售价需下降至少3倍。

（2）燃料来源

传统工业制氢的方法以化石材料制氢（甲烷的催化重整，效率70%-85%，技术成熟），和电解水（效率65%-78%，已商业化）为主。

现阶段大部分电解水所需的能源来自于煤电，发电过程能量损耗大，并且不环保。

随着对大规模制氢需求的提高，生物质氢、热化学制氢和太阳光催化光解制氢等方法也在广泛应用。

如何克服成本和技术壁垒大规模、低成本制氢，任重道远。

（3）配套设施

阻碍氢燃料电池车的最主要因素是配套基础设施的缺失；

加氢站的覆盖率小，其高昂的建设成本也使得加氢站的建设只能作为实验性经营。

从图表5展示的全球主要地区现有和计划建设公共加氢站数量可以看出，欧美日韩等发达国家和地区在氢燃料电池的应用上处于领先地位。

中国到2017在运营的加氢站只有6个，分别在北京、上海、深圳、郑州、大连和佛山，且主要是为研发型及示范性汽车提供加注服务，暂未实现全商业化运营。

图表5：

主要地区现有和计划建设公共加氢站分布

加氢站的主要设备包括储氢装置、压缩装置、加注设备和站控系统等，其中压缩机占成本较高（约30%）。

国内加氢站稀缺的主要原因是建设加氢站所需的关键部件没有量产的成熟产品，大多依靠进口；

目前设备制造的发展方向主要是加速氢气压缩机的国产化进程，从而降低加氢站的建设成本，促进氢能产业链的发展。

此外，国内建设加氢站的成本回收周期较长，加氢站的基础设施需要依靠车辆充电、加氢规模效应平衡收支来盈利，而国内氢燃料电池乘用车保有量远远低于日韩和欧美等地区。

（4）储藏与安全

通常氢气以三种形态存储和运输：

高压气态、液态和氢化物状态。

短期内，高压罐储氢仍是主要氢气储存、运输手段。

但从长期来看，需要具备高储氢容量、高安全性、吸/放氢速率快、长寿命和低成本的储氢材料。

因此，轻质储氢材料、有机液态储氢材料等低压或常压储氢材料将成为未来发展的重点。

图表6展示了现阶段储氢技术的成本、生命周期和成熟度等信息。

图表6：

储氢技术的功率、转化率、投资成本、生命周期和成熟度介绍

就安全方面而言，氢燃料电池在汽车领域的应用应从储氢安全、车载供氢系统安全和汽车碰撞安全三个方面考虑。

1）液氢优于气氢。

多方文献分析了氢燃料电池车采用液氢、高压气氢和金属氢化物储氢3种不同储氢方案的安全性和实用性。

结果表明液氢方案的加注站安全性、泄露安全性和易操作性优于气氢方案；

2）车载供氢系统应包括气罐压力读数器和气罐安全泄压等，保证气罐在安全的工作范围之内；

3）考虑氢气泄露和氢气罐保护。

氢是最轻的元素，比液体燃料和其它气体燃料更容易从小孔中泄露。

如果发生泄漏，氢气会迅速扩散。

由于氢在空气中的体积比在4%和74.2%之间就可燃烧，且纯氢氧混合气在燃烧时发出的光不在可见光范围内，因此接近氢气火焰的人可能不知道火焰的存在，从而增加了危险性。

高压气罐的固定支架和钢带应有足够的强度，以保证在碰撞过程中，气罐的位移不会太大，避免造成连接管路的断裂、变形，导致氢气泄漏。

6氢燃料电池车当前现状

1、国外：

（1）北美

美国和加拿大是燃料电池研发和示范的主要区域。

在美国能源部（DOE）、交通部（DOT）和环保局（EPA）等部门的支持下，燃料电池技术近年来取得了很大的进步，通用、福特、丰田、戴姆勒奔驰、日产、现代等整车企业都在美国加州参加了燃料电池电动汽车的技术示范运行，并培育了联合技术公司（UTC，美国）、巴拉德（Ballad，加拿大）等国际知名的燃料电池研发和制造企业。

美国在2006年专门启动了国家燃料电池公共汽车计划（NationalFuelcellCityBusProgram，NFCBP），进行了广泛的车辆研发和示范工作。

2011年美国燃料电池公共汽车实际道路示范运行单车寿命最长超过11000小时；

到2015年，运行的公交车平均累计运行时间已经达到9000小时（仍然在运行），最长的车辆寿命超过了18000小时。

到2016年底，美国燃料电池公共汽车的使用寿命将达到2万~3万小时，车辆的性能达到传统柴油客车的水平，实现每天19小时的运行和出勤率，故障间隔里程大于4000英里。

通用曾经于2007年投放了100辆雪佛兰Equinox燃料电池电动汽车直接给消费者使用，2009年达到了100多万英里的行驶里程。

在降低成本和提升燃料电池的性能上，通用新一代燃料电池体积比雪佛兰Equinox缩小了一半，重量减轻了220磅，使用的铂金仅为原来的1/3。

预计到2017年，100kW燃料电池发动机的铂金用量将下降到10~15g，达到传统内燃机三效催化剂的铂金用量水平，将为量产做好准备。

预计到2020年，在年生产量20万辆的条件下，随着燃料电池技术的进步（100kW电堆铂用量下降到10g），燃料电池轿车成果将低于3万美元。

（2）欧洲

欧洲的燃料电池客车示范计划（HYFLEET-CUTE）从2003年至2010年在10个城市示范运行了30辆第一代戴姆勒燃料电池客车，累计运行130万英里。

这些车辆采用“电池+12kW的氢燃料电池”的动力形式。

在此基础上，欧洲燃料电池客车示范项目（CHIC：

CleanHydrogeninEuropeanCities）在5个城市开展了26辆第二代燃料电池公共汽车示范运行，期限从2011年至2017年，目标是实现燃料电池电动汽车性能达到目前燃油汽车的标准。

该项目由联合技术倡议（JTI：

JointTechnologyInitiative’s）燃料电池及氢能合作计划（FCH-JU）和相关企业资助。

在德国，主要的汽车和能源公司与政府一起承诺：

到2015年建立广泛的全国氢燃料加注网络。

2013年初，宝马公司决定与丰田汽车公司合作，由丰田公司向宝马公司提供燃料电池技术。

（3）日韩

从全球范围看，日本和韩国的燃料电池研发水平目前处于全球领先的水平，尤其是丰田、日产和现代汽车公司，在燃料电池电动汽车的耐久性、寿命和成本等方面逐步超越了美国和欧洲。

2014年12月，丰田发布当今最具成本优势、性能最先进的Mirai燃料电池电动汽车。

新车售价723.6万日元（约37.8万人民币），日本政府补贴后，实际价格520万日元（约27.1万人民币）。

根据丰田的官方数据，在参照日本JC08燃油模式测试的情况下，Mirai的巡航里程达到650公里，完成单次氢燃料补给仅需约3分钟，10秒内可以完成百公里加速，完全能够应付平常的行车需求。

韩国从2002开始研发燃料电池电动汽车，2005年采用巴拉德的电堆组装了32辆SUV，2006年推出了自己研发的第一代电堆，组装了30台SUV和4辆大客车，并进行了示范运行；

2009-2012年间，开发了第2代电堆，装配了100台SUV，开始在国内进行示范和测试，并对电堆性能进行改进；

2012-2015年，推出了第3代燃料电池SUV和客车，开始全球示范。

2013年，韩国宣布提前2年开展千辆级别的燃料电池SUV（现代的ix35）生产，在全球率先进入燃料电池电动汽车千辆级别的小规模生产阶段。

该SUV采用了100kW燃料电池、24kW锂离子电池和100kW电机，70MPa的氢瓶可以储5.6kg氢气，NEDC循环工况续驶里程588km，最高车速160km/h。

2015年，美国华德公司（Ward）将该燃料电池发动机评为北美年度十佳量产的发动机之一，这是燃料电池首次入选。

2、国内：

在国家“863”计划“十·

五”电动汽车重大科技专项、“十一·

五”节能与新能源汽车重大项目、“十二·

五”电动汽车关键技术与系统集成重大项目的支持下，通过产学研联合研发团队的刻苦攻关，我国的燃料电池电动汽车技术研发取得重大进展，初步掌握了燃料电池电堆和关键材料、动力系统与核心部件、整车集成和氢能基础设施的核心技术，基本建立具有自主知识产权的燃料电池轿车与燃料电池城市客车动力系统技术平台，也初步形成燃料电池发动机、动力电池、DC/DC变换器、驱动电机、供氢系统等关键零部件的配套研发体系，实现百辆级动力系统与整车的生产能力，先后在北京奥运会和上海世博会上进行示范运行。

3、国内外现状对比

图表7整理了部分汽车制造商发布的氢燃料电池车。

欧洲和日本现阶段占据大部分市场份额，中外合资的氢燃料电池车研发也迅速跟进。

大众汽车中国区负责人2017年11月16日宣布，大众将在2025年之前在中国投资100亿欧元用于研发新能源汽车，并且大众将于新的合资方安徽江淮汽车集团于明年上半年开始生产电动汽车。

今年8月，雷诺和日产与长期合作伙伴东风汽车共同成立了一家新的电动车合资企业。

同时，福特也宣布将在中国投资7.5亿美元与本土合作伙伴安徽众泰汽车共同生产和出售电动汽车。

可以说，未来10年电动车的市场化趋势将势不可挡。

从加氢时间来看，高压液氢能在几分钟之内加满液氢罐，与充电汽车相比，大大下降了用户的时间成本。

就续航里程而言，现阶段大部分氢燃料电动车可满足500公里左右的巡航里程，如果解决了加氢站大面积布局问题，那么未来氢燃料电池车的市场还是相当乐观的。

图表7：

现有氢燃料电池车型、加氢时间、续航里程和市场价格一览表

我国燃料电池轿车和国外典型产品的性能对比，在整车总布置、动力性、经济性、续驶里程等方面与国际的差距不大，混合动力系统集成和控制的水平差距也不大。

但是燃料电池发动机的功率明显低于国外水平，国内典型轿车例如上汽的燃料电池发动机在35~50kW左右，但是国外的基本在90~100kW的水平。

根本原因在我国装车的燃料电池发动机的体积比功率密度远远低于国外先进水平，而轿车可以提供燃料电池安装空间有限，从而限制了我们的燃料电池发动机的总功率。

尽管在“十二五”期间我国已经突破了金属双极板电堆的关键技术，样堆的功率密度达到了2kW/L，但是该电堆还没有形成完整的燃料电池发动机并装车。

预计“十三·

五”期间该差距将明显缩短，从而可以提高我国轿车燃料电池发动机的整体功率水平。

我国燃料电池城市客车性能多数指标（加速时间、最高车速、续驶里程、氢气消耗量等）和国外产品水平相当，其中氢耗指标和整车成本还有一定优势。

我国的客车的燃料电池混合动力系统的构型和集成水平在国际上是处于先进水平，但是由于我国的燃料电池发动机本身的耐久性和国外相比还比较低，使得我国燃料电池客车耐久性（3000h）和寿命明显低于国外燃料电池客车（10000h）的水平。

目前我国已经装车的燃料电池发动机，尚未采用高功率密度的金属双极板，而采用的是碳板或者复合板。

与国外采用碳板或者复合板的燃料电池发动机相比，我们的发动机功率密度基本相当，在1kW/L的水平；

但与采用金属双极板的电堆相比，功率密度差距明显；

国外基本在2.5kW/L~3kW/L的水平。

我国的燃料电池发动机的耐久性和国外有明显的差距，国外的电堆在客车工况下已经寿命达到了18000小时，我们的电堆寿命还只有几千小时。

在燃料电池发动机关键零部件方面，我国与国外水平相比差距较大，基本没有成熟产品，产业链配套体系很不完善，而这些附件非常重要，是影响电堆性能和寿命的关键。

其中空压机组件（包括空压机加上空压机电机等）不仅是限制燃料电池发动机功率密度（从而降低成本）的重要原因之一，也是影响发动机的可靠性和耐久性的重要部件。

又如氢气再循环泵是解决电堆水管理的重要部件，也是影响燃料电池发动机的耐久性的重要部件，但是我国尚未有研发并批量生产的企业，需要针对这些零部件开展研制攻关和国际合作。

世界主要汽车工业发达国家都制定了氢能基础设施的发展技术路线图，并由能源公司牵头大力建设加氢站等基础设施，我国目前还没有明确的加氢站等基础设施的建设规划。

国外已经发展到70MPa的车载储氢系统和对应的加氢站，我国目前还只有35MPa，也限制车载氢系统的储氢能力。

图表8.现有各国加氢站对比

因此，总得来看我国燃料电池行业的发展主要限制因素在于燃料汽车行业配套设施的不完善以及部分关键零部件技术水平较低。

但从另一个方面看，也意味着燃料电池行业目前尚处于行业发展初期，未来市场前景具有很大的空间。

7氢燃料电池车前景分析

（1）市场环境推动

众所周知，从今年开始，政府对纯电动、插电式混合动力汽车的财政补贴已经开始退坡，但对氢燃料电池的补贴持续到2020年。

图表9新能源汽车补贴标准

“从2016年开始，做燃料电池的企业都明显感觉到了市场的升温，特别是2017年，双积分制对燃料电池是一个很大的促进。

”中国汽车工程学会技术发展部产业研究院王菊在论坛上表示：

“这也是催生民间对燃料电池技术热心的主要原因。

”

根据《中国制造2025》对燃料电池汽车产业发展的规划，2020年生产1000辆燃料电池汽车并示范运行。

2025年的目标是实现加氢站等配套基础设施的完善，有专家预计，到2030年国内燃料电池和氢能的大规模推广应用，届时氢燃料电池的年销量规模可达百万以上，相关设备投资规模达到500亿元。

据预测，2030年度燃料电池汽车全球市场规模将超过198万辆，市场增长潜力巨大，根据中国汽车工程学会2016年10月26日发布的《节能与新能源汽车技术路线图》中的数据，2030年，中国燃料电池汽车的规模将达到百万辆。

随着各国政府对氢燃料电池汽车产业的扶持及关键技术的突破，未来几年燃料电池汽车产业将迎来爆发式增长。

目前，各地也正积极推动燃料电池发展。

2017年9月，上海首个氢能源基础设施投资建设运营平台成立，力争在3至5年内建成“环上海加氢站走廊”。

同月，上海发布《上海市燃料电池汽车发展规划》，规划到2020年，上海将聚集超过100家燃料电池汽车相关企业，于2025年建成50座加氢站，到2030年实现燃料电池汽车技术和制造总体达到国外同等水平，上海燃料电池汽车全产业链年产值突破3000亿元。

（2）我国客车行业市场前景预测

由于燃料电池行业的主要下游应用是燃料电池客车，因此我们通过对我国客车行业的分析来简介分析燃料电池行业的未来发展情况。

根据中国汽车工业协会发布的数据显示，2015年我国客车整车累计销售为59.54万辆，同比增长12.42%。

可见未来几年我国客车市场仍处于增长期。

值得注意的是我国新能源客车行业在2015年销量达到7万辆，同比增长244.83%。

虽然根据最新的补贴政策来看对客车的影响较大，但在燃料电池方面的补贴政策没有变化，因此在未来节能环保的大趋势下，燃料电池客车或将替代电动客车成为新能源客车增长的主力。

我国燃料电池汽车一直处于示范运行阶段，技术上仍在跟踪国际先进水平。

我国燃料电池客车的推广落后于欧美，福田欧辉百辆客车订单对燃料电池客车市场化具有重要意义。

欧美很早就开始投入燃料电池的使用。

根据罗兰贝格的报告，欧洲目前共有84辆燃料电池客车，分布在8个国家的17个城市和地区，预计到2020年，这一数量将增至400以上。

美国能源部的报告显示，美国目前正在示范运营的燃料电池客车共24辆，分布在9个城市。

相较而言，我国燃料电池客车规模则小得多，均属于示范项目，而没有进入正式商业化运营。

2016年五月，福田欧辉公告称，已获得有车（北京）新能源汽车租赁有限公司购买100辆氢燃料电池电动客车的订单。

福田欧辉也因此成为了第一个签订全球最大批量氢燃料电动客车订单的公司。

这批燃料电池大巴的续航里程可达250~500公里，加一次氢气可用1~2天，性能与国外车型基本相当。

在我国推出多项燃料电池政策的背景下，百辆燃料电池客车的投放无疑具有划时代意义，有望加速我国燃料电池客车商业化进程。

3.燃料电池行业发展前景预测

受益于我国燃料电池客车的商业化开始，燃料电池行业将直接受益，2015年我国燃料电池出货量10.5MW，同比增长14.13%。

可见目前燃料电池行业还处于行业发展初期，借鉴新能源纯电动汽车行业的发展经验来看，在时机成熟时，燃料电池行业将迎来井喷式发展。

根据国务院发布的《中国制造2025》规划中提到的，关于燃料电池汽车行业的发展，到2020年，生产1000辆燃料电池汽车并进行示范运行；

到2025年，制氢、加氢等配套基础设施基本完善，燃料电池汽车实现区域小规模运行。

而2015年国内燃料电池客车销售量仅为10辆，截止到目前国内在运行的燃料电池客车也仅有40辆，因此未来市场前景空间巨大。

据2016年下半年发布的《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书（2016）》预计，到2020年，我国加氢站数量将达到100座，燃料电池车辆将达到10000辆，行业总产值将达到3000亿元。

按照每辆燃料电池车50KW的单车使用燃料电池量，预计到2020年燃料电池汽车方面燃料电池需求量将达到500MW，年复合增长率将达到116.55%。

8氢燃料电池车行业政策

总体来说，国家近年来大力扶持氢燃料电池车的发展。

科技部部长万钢在一个国际研讨会上指出，氢能燃料电池目前在寿命、可靠性、使用性能上基本达到车辆使用要求，我国必须加强协同创新，加快推动氢能燃料电池产业全面发展。

诚然，氢燃料电池车体现了中国新能源战略发展的重要方向，与欧美日等国家和地区相比，中国的电动车行业标准尚不完善，体现在政策、法规、标准还不完备。

2015年，财政部与四部委联合发布《2016年新能源汽车推广应用补助标准》，提出燃料电池乘用车可享受每辆20万元补贴，燃料电池客车、货车可享受30万元补贴，大中型客车、中重型货车可享受50万元补贴。

并且直至2020年，这一补贴标准不在退坡之列。

这一政策的颁布，可促进新能源和小排量汽车的发展，助力淘汰超标排放汽车。

在中、长期来看，有利于缓解能源和环境压力，推动汽车产业结构优化和消费升级，培育新的经济增