2030年将大周围产业化?燃料电池三部弯:市场分析、产业分析、玩家分析

来源:未知 作者:admin 发表于:2018-12-16 20:18  点击:
双极板材料主要包括石墨、金属以及复相符材料三类。 1 导言:氢燃料电池车是异日汽车产业技术竞争的制高点。根占有关规划,吾国到2030年要实现氢燃料电池汽车的保有量200万辆,这

  双极板材料主要包括石墨、金属以及复相符材料三类。

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  导言:氢燃料电池车是异日汽车产业技术竞争的制高点。根占有关规划,吾国到2030年要实现氢燃料电池汽车的保有量200万辆,这是否意味着氢燃料电池车已经迎来“新风口”?本文从市场、产业、玩家详细分析燃料电池。市场分析涵盖四大上风、三大行使、产业元年等,产业分析涵盖六大分类、制储运添、洋葱模式等,玩家分析涵盖西洋四龙头、日韩三巨头、国内两超争霸等。

  GDL 气体扩散层:核心是碳纸,国内幼周围生产

  2016 年本田发布 Clarity Fuel Cell,售价 766 万日元(约相符人民币 44 万元)

  全氟磺酸膜成型工艺可分为三类:PESIM挤出成型工艺、溶液浇铸成型工艺和复相符成型工艺。

  膜电极(membrane electrode assembly,MEA)是质子交换膜燃料电池发生电化学逆答的场所,是传递电子和质子的介质,为逆答气体、尾气和液态水的进出挑供通道,膜电极是质子交换膜燃料电池的心脏。膜电极清淡由5 片面构成,即中心的质子交换膜、两侧的阳极催化层和阴极催化层,最外侧的阳极气体扩散层和阴极气体扩散层。

  1. 历史

  2018 年 4 月最先实走《乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并走管理手段》。

  根据行使温度分类如下

  3)交通运输行使

  10. 燃料电池体系/发动机:电堆、DC/DC、空气体系、氢气体系

  奉上衣老一段视频,衣宝廉,中国工程院院士、燃料电池行家。

  燃料电池要大周围产业化,还必要氢能产业链基础设施的建设,核心是降矮消耗者行使成本。

  3. 政策:国内补贴 2020 年前不退坡,国外需求侧与供给侧并举

  各栽制氢手段成本如下

  交通运输行使主要包括汽车、无人机、搬运车等。

  添氢站的技术路线有站内制氢技术(电解水制氢、天然气重整制氢)和外供氢技术,吾们看好站内制氢添氢方案发展前景

  日韩三巨头,国内两超争霸!

  日本富士经济展望,2025 年全球燃料电池市场有看达到 5.2 万亿日元(相符约人民币 3400 亿元)。

  4)改善能源组织

  2. 分类:6 大类,PEMFC 质子交换膜为主

  原理:行使质子交换膜技术,使氢气在遮盖有催化剂的质子交换膜作用下,在阳极将氢气催化分解成为质子,这些质子经过质子交换膜到达阴极,在氢气的分解过程中开释出电子,电子经过负载被引出到阴极,云云就产生了电能。

  日本引领技术发展,中国国际排名第三

  2)国外补贴:需求侧与供给侧并举

  产业分析:西洋四龙头,

  1)移动式行使

  技术分析:六大分类,

  2)清华 亿华通

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  9. 燃料电池汽车:燃料电池体系/发动机 辅助电池体系 储氢瓶 电机 电控

  截至 2017 岁暮,全球共有 328 座正在运营的添氢站

  3)潍柴动力 巴拉德

  

  丰田氢燃料电池车销量在全球氢燃料电池车总销量的占比超过 75%

  1)技术关:关键零部件倚赖进口制约国产燃料电池汽车商业化

  燃料电池堆是电池体系的心脏,成本占电池系同一半以上

  2)固定式行使

  美国能源部(Department of Energy,DOE)对燃料电池汽车的成本题目进走了体系分析,对整车、电堆、电池层层分解,得出了各片面成本的详细比例。

  储氢瓶是车辆续航里程的决定因素,常用的储氢瓶分为 5 栽类型。

  3)Bloom Energy(布鲁姆能源):固体氧化物 SOFC 燃料电池龙头

  2)Plugpower(普拉格公司):叉车燃料电池龙头

  6. 储氢:高压气态为主,固态相符金是异日倾向

  根据美国能源部(DOE)发布的《Multi-Year Research, Development, andDemonstration Plan》,为了实现商业化现在标,燃料电池体系需已足以下请求:

  催化剂作用于氢气,使电子脱离氢原子。现在 Pt/C  载体型催化剂是 PEMFC  最常用的催化剂 剂,由纳米级的 Pt 颗粒(3~5nm)和赞成这些 Pt 颗粒的大比外貌积活性炭构成。

  做事原理:空气经过压缩机添压之后,经过添湿处理送入到燃料电池逆答堆,在那里和来自于氢源的氢气发生电化学逆答,输出电能用于动力输出。输入气体在消耗了片面氧气之后,排出逆答堆,通太甚水,往雾之后,经过膨大器从压力气体中回收片面压力能,将其转化为死板能逆馈到空气压缩机,从而撙节供气单元所必要的电能。

  燃料电池体系现在成本约为每千瓦 4000 元人民币,随着产量升迁会逐渐降低,展望 2020 年降低到 2500 元/kW,2025 年降低到 800 元/kW,2030 年降低到 200 元/kW。

  2002 年成立,Steel Cell TM 技术,源自英国帝国理工学院,研发 16 年,拥有约 50 项专利,具有功率密度高、制造成本矮等上风。2018 年 5 月,潍柴动力(000338,股吧)拟经过认购其片面发走股份的手段,投资 4000 余万英镑,持有 Ceres Power 20% 股权。

  受好交通行使拉动,PEMFC 质子交换膜燃料电池展现跨越式发展,详细数据请关注本公多号(史晨星 shichenxing1)参照上篇市场分析。

  PAFC 磷酸燃料电池:效果较矮(40%),幼型电站行使

  从 1968 年第一辆氢燃料电池车问世到 2018 年,累计销量 6475 辆,50 年销量仅 6000 台。

  双极板是电堆的核心组织零部件,首到均匀分配气体、排水、导炎、导电的作用,占整个燃料电池 60% 的重量和 20% 的成本。

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  DMFC 甲醇燃料电池:运走温度适中(60~130度),主要行使于消耗电子

  

  到 2020 年,中国规划建成 100 座添氢站。

  3)洁净能源

  超过 50% 的氢燃料电池车在添利福尼亚州售出,其余销量中日本占了大片面

  2014 岁暮,丰田首款燃料电池乘用车 Mirai 成功上市,售价为 723 万日元(约 44 万人民币),补贴后 520 万日元(约 31 万人民币),极具吸引力。

  燃料电池(Fuel cell),是一栽经过氧化还原逆答将燃料(氢气)转换成电力的装置,最早由英国物理学家威廉·格鲁夫爵士发明。

  采取“剥洋葱模式”,层层深入,将技术链逐环解耦

  对比三栽分别化石能源行使效果(内燃机37%,燃料电池45.7%,锂电池49.2%),锂电池和燃料电池较传统燃油汽车都具有较大上风。

  2018 年 8 月 29 日,潍柴动力以 1.63 亿美元(11.12 亿人民币)获得巴拉德 19.9% 的股份,成为最大股东。

  单体燃料电池由双极板、膜电极组件(MEA)、密封圈等部件构成,其中膜电极组件成本占燃料电池堆的 60%,主要是由质子交换膜、催化剂层、气体扩散层构成。

  2)本田 Clarity

  13. 双极板:石墨板行使普及,金属板能量密度高,国内幼周围生产

  2. 市场:三大行使,汽车为主

  第一个层次,研发燃料电池的同化动力体系,发动机外协

  重卡、叉车、矿山汽车等周围也稀奇正当采用氢燃料电池。

  

  制氢主要分为 5 栽技术路线

  依托清华大学技术,亿华通氢燃料电池电堆的功率已达 60 kW,旗下神力科技凝神国产电堆研发。

  日本导入家用燃料电池(ENE.FARM TYPES)后,家庭购买电力量降低约80%。 截至 2016 岁暮日本已经累计推广 20 万台 ,2016 岁暮的售价为 127 万日元(约为 7.5 万元人民币),补贴降矮到 15 万日元(约为 8800 元)。

  

  看看丰田Mirai生产线安置底盘和燃料电池体系装置过程

  11. 燃料电池堆:占体系成本 50%,核心是膜电极、双极板

  固定电源包括主要备用电源、家用燃料电池、通信基站备用电源、不中断电源、偏远地区自力电站等。

  2017 年是中国燃料电池产业化元年,燃料电池汽车产量达到 1247 辆。

  

  MCFC 熔融碳酸盐燃料电池:运走温度高(600度),大型电站行使

  全球来看,现在主要的制氢材料 96% 以上来源于传统能源的化学重整,日本盐水电解的产能占一切制氢产能的 63%

  PEMFC 质子交换膜燃料电池:矮温运走(80度),主要行使于交通周围

  1)国内补贴:2020 年前不退坡

  现在日本的添氢成本在 1000 日元/kg,折相符人民币大约在 65 元/kg 旁边,折相符公里成本大约在 0.5 元/公里的燃料成本。

  实走路径图:体系→发动机→电堆→膜电极→催化剂&质子交换膜

  催化剂:单车铂用量 < 10g,国内可幼周围生产

  其中全球燃料电池汽车市场有看扩大到 2.91 万亿日元(相符约人民币 1900 亿元),占团体市场一半以上,添长潜力重大。

  

  1839 年,格罗夫发明气体伏打电池,被称为燃料电池之父。

  2025 年,中国燃料电池的技术性能和成本指标有看别离达到产业化发展的初期阶段,而到 2030 年,中国燃料电池电堆的成本有看降矮到 200 元/Kw,从而最先迎来燃料的大周围产业化发展的阶段。

  1)丰田 Mirai

  综相符比较,吾们认为纯电动汽车正当短途,同化动力汽车正当中途,燃料电池汽车正当远程。

  2018 年 5 月 22 日,中国汽车工业协会说相符中国汽车动力电池产业创新联盟正式对外公示汽车动力蓄电池和氢燃料电池走业白名单(第一批)。

  5. 5 栽制氢手段:煤气化(000968,股吧)/焦炉气副产成本最矮 10 元/Kg,电解水环保 30 元/Kg

  1)Ballard(巴拉德公司):PEMFC 全球龙头

  2018 年 3 月,中科院大连化物所持股企业新源动力开发HYMOD?-300 型车用燃料电池电堆模块,成为吾国首例自立研发的超越 5000 幼时耐久性的燃料电池电堆。

  1)上汽 中科院大化所

  车载供氢体系包括压力流量调整元件、氢气泄露传感器、供氢管路、限制体系、 氢气再循环体系等,核心是储氢瓶。

  15. 氢气供给体系:核心是储氢瓶

  4. 技术路线图:功率密度 > 2kW/kg,耐久性 > 5000h

  5. 日韩三车企:丰田、本田、当代

  1)全球

  关键零部件(如催化剂、碳纸、金属双极板、空压机、70MPa 储氢瓶和氢循环装置等)技术匮乏是制约国内燃料电池汽车产业发展主要因为。

  PEMFC 质子交换膜燃料电池具有高比功率、可快速启动、无侵蚀性、逆答温度矮、氧化剂需求矮等上风,是现在燃料电池汽车的首选。

  3. 行使场景:短途纯电动、中途混动、远程燃料电池,坦然不是题目

  2008 年奥运会示范,2010 年国外新添坡示范,2011—2012 年说相符国 UNDP 全球洁净城市示范,2016 开发世界首台燃料电池有轨电车,2017 年最先燃料电池客车商业化。

  1999 年成立,主打产品是用于叉车的 PEMFC 燃料电池体系 GenDrive,2017 年亚马逊参股 plugpower,两边达成战略配相符。

  展望氢气单价可降矮到 40 元人民币,每公里燃料成本 0.3 元/公里,远远优于内燃机的行使成本。

  2)中国:从示范考核、行使扩展,到燃料电池客车成套商业化

  8. 添氢站:三站相符一,站内制氢为主,中心制氢增添

  氢气理论能量密度是汽油的 3 倍,是锂电池的 100 倍。

  70 MPa 储氢瓶 是异日趋势

  4. 西洋四龙头:Ballard、Plugpower、Bloom Energy、Ceres Power

  1979 年成立,1983 年最先研发燃料电池,2017 年成为第一家为公共汽车挑供服务超过 1000 万公里的燃料电池公司,被公认为全球燃料电池龙头。

  7. 运氢:大量气态管道运输,少量固液车船运输

  历史纵向看,能源的进化史原形上是一场脱碳的革命。煤炭相比薪柴更洁净,石油相比煤炭更洁净;到了氢,因为不含碳,燃烧后的产物是水,所以可看作是“零碳排放”的清廉净能源。

  3. 产业链:上游氢气制备运输蓄积,中游燃料电池,下游行使

  

  4. 产业周期:2017 产业元年,中国燃料电池汽车产量达到千辆

  

  6. 国内两超争霸:新源动力、亿华通

  1966 年通用制造世界首辆燃料电池汽车 Electrovan,为 NASA 登月项现在服务。

  气体扩散层清淡由基底层和微孔层构成,基底层清淡行使多孔的碳纤维纸、碳纤维织布、 碳纤维非纺材料及碳暗纸,主要首到赞成微孔层的催化层的作用,微孔层主要是改善基底层孔隙组织的一层碳粉,现在标是降矮催化层和基底层之间的接触电阻,使得流道气体以及产生水均布分配。

  储氢瓶:70 MPa 是异日趋势,国内已有样品

  燃料电池可一次性解决续航忧忧郁题目

  

  16. 专利

  移动式行使包括笔记本电脑、手机、收音机及其他必要电源的移动设备。燃料电池的能量密度清淡是可充电电池的5到 10 倍,已有直接甲醇燃料电池DMFC 和 PEMFC 被行使为军用单兵电源和移动充电装置上。成本、安详性和寿命将是燃料电池行使于便巧式移动电源的所必要解决的技术题目。

  专利技术经历高速添长后的回落过程中

  储氢手段有三栽,别离是气态储氢、液态储氢、固态储氢。

  

  质子交换膜类型主要包括全氟磺酸质子交换膜、非全氟化质子交换膜、无氟化质子交换膜、复相符膜以及高温膜。

  上汽荣威 950 整车额定功率 55kW,最大输出功率约 110kW,最大续航里程 400 km,该车型距国际先辈程度仅有约 1 代差距。

  大多国家把补贴放在了消耗环节,以购置税费抵免或者购置补贴的样式发放,仅德国将补贴放在了开发制造环节。

  第四个层次,研发燃料电池膜电极,核心是质子交换膜和催化剂

  质子交换膜:全氟磺酸膜是主流,国内具备量产能力

  3)当代 NEXO

  综上,吾们认为燃料电池产业化路径为 2020 年商用车,2025 年乘用车,2030 年大周围产业化。

  

  制储运添,洋葱模式!

  14. 空气循环体系:核心是涡轮/螺杆空气压缩机

  欧阳先生的《节能与新能源汽车技术路线图》为吾国燃料电池汽车的发展指清新倾向:电堆的比功率和寿命是主要的技术参数现在标,全产业链均有技术创新需求。

  市场分析篇:四大上风,三大行使,产业元年!

  

  

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  第三个层次,研发燃料电池电堆,燃料电池膜电极外协

  各栽储氢手段对比如下

  根据做事温度、电池内载流子和前端燃料的分别,燃料电池分为以下 6 大类。

  添氢站、添油站、添气站三站相符建,解决城市用地难和坦然管理题目。

  SOFC 固体氧化物燃料电池:运走温度高(800度),异日潜力较大

  燃料电池下游主要包括移动式、固定式、交通运输三大行使。

  AFC 碱性燃料电池:成本偏高,主要行使于航天周围

  常见的运输手段有液化汽车运输、高压气体汽车运输和管道运输(手段一、二、三),现在各国正在研发氢载体手段运输氢(手段四),采用各栽基本运输手段的组相符运输样式。

  2)成本关:体系成本 < 200 元/kW

  第二个层次,研发了燃料电池发动机,燃料电池的电堆外协

  1)理论能量密度最高,一次性解决续航忧忧郁题目

  1. 技术原理:氧化还原逆答

  2)充气时间 3 分钟

  新兴产业的形成、发展和成熟都要经历从「当局主导」到「准市场过渡」再到「市场主导」的轨迹,现在燃料电池汽车处在「当局主导」阶段,当局必须不息声援补贴。

  氢气压缩机、高压储氢罐、氢气添注机是添氢站体系的三大核心装备。

  2. 三道关:技术关、成本关、产业链关

  7. 三大策略:商用车先导、当局不息补贴、企业技术研发

  可改善吾国能源组织

  商用车带动添氢站建设,降矮氢气与燃料电池成本,后续拓展到幼我用车周围。商用车(尤其是客车)能够浅易地经过添添储氢瓶添添续航能力,对储氢技术的请求不高,同时国家的补贴力度大,对成本敏感性矮,最先爆发的是商用车市场,之后在技术挺进与降成本的带动下,乘用车市场才会有大周围行使。

  NEXO 是当代汽车第二代氢燃料电池车,370 英里的续航里程超越丰田Mirai(312英里)和本田Clarity(365英里),是现在最大里程的燃料电池乘用车。

  企业技术攻关四大倾向:基础技术、集成技术、关键零部件和基础设施。

  1. 四大上风:能量密度、充气速度、洁净能源、能源组织

  日本钻研试验终局外明,在汽油车和氢燃料电池汽车别离燃料泄露和着火条件下,3 秒时汽油车下方漏油着火,而氢气则是敏捷冲高在汽车上方着火。一分半钟以后燃料电池汽车的明火已经灭火,而汽油车火势正旺终极烧得只剩车架。

  燃料电池主要由正极、负极、电解质三片面构成,原理是氧化还原逆答,逆答内心是燃料和氧气发生逆答生水或者其他产物。

  12. MEA 膜电极:催化剂、质子交换膜、气体扩散层

  车企掌握产业技术话语权,丰田、日产、本田、松下、东芝居前

  空气循环体系主要由空气压缩机、膨大机、电机、连接管道等构成,总成本占燃料电池体系的 22%,做事能耗占燃料电池输出功率的 20~30%。

  3)产业链关:行使成本 < 0.5 元/公里

  4)Ceres Power:固体氧化物 SOFC

  2001 年成立,2018 年 7 月美国新上市燃料电池独角兽企业。2016 年,苹果在其位于北卡罗来纳州的数据中心安置了 24 台“Bloom Energy Server”,总容量达到 1000 万瓦特。

  质子交换膜的主要作用有两个:一方面为电解质挑供氢离子通道,一方面行为隔膜阻隔两极逆答气体。此外,质子交换膜还必要对催化剂层首到赞成作用。

  8. 产业化:2020 商用车,2025 乘用车,2030 周围化

 

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