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性能提升、成本下降是燃料电池产业化的关键

作者: | 发布日期: 2019 年 07 月 24 日 9:19 | 分类:

中国氢能联盟发布《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》(2019年),认为氢能将成为中国能源体系的重要组成部分,预计2020~2025年国内氢燃料电池汽车达到5万辆;2026~2035年达到130万辆;2036~2050年达到500万辆。2018年国内氢燃料电池汽车销量为1619辆,发展空间大。

以每辆燃料电池车电堆功率60kW计算,分别对应2025年、2035年、2050年销量目标计算, 2025年、2035年、2050年国内燃料电池系统产值分别为:144亿、720亿和990亿元;国内燃料电池电堆的产值为:104亿元、518亿元和713亿元。

2025~2050年主要核心零部件的产值如下表:
质子交换膜的产值分别为:39亿元、194亿元和267亿元;
扩散层的产值分别为:27亿元、137亿元和188亿元;
催化剂的产值分别为:27亿元、137亿元和188亿元;
双极板的产值分比为:7亿元、36亿元和50亿元;
辅助系统(空气、氢气循环系统)的产值分别为:39亿元、194亿元和267亿元。

性能提升、成本下降是燃料电池产业化的关键

氢燃料电池车要实现大规模商业化,一方面电池性能要不断提升,另一方面成本要持续下降。燃料电池系统是燃料电池车核心技术的体现,也是成本的主要来源,因此燃料电池系统的成本下降和性能提升是关键。

性能提升的核心指标:比功率、耐久性

国内燃料电池整体技术水平与日本、韩国等领先国家存在差距。自“十五”新能源汽车重大科技专项启动以来,在一系列重大项目的支持下,燃料电池技术取得了一定的进展,初步掌握了燃料电池电堆与关键材料、动力系统于核心部件、整车集成等核心技术;部分关键技术试验室水平已经接近国际先进水平。但国内工程化、产业化水平相对滞后,总体技术水平与日、韩等国家还有差距,具体表现在整车性能上,中国燃料电池车在动力性能、综合效率、电堆功率、耐久性上,与日韩还有差距。

根据美国能源部(DOE)发布的《Fuel Cell Technical Team Roadmap》(2017年),
为了实现商业化目标,燃料电池系统需满足以下要求:
1)比功率:2020年达到650W/kg,2025年达到900W/kg;
2)耐久性:2020年达到5000h,2025年达到8000h;
3)规模生产成本:2020年达到40 USD/kW,2025年达到35 USD/kW。

根据《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》(2019年),“燃料电池系统技术未来发展将会有四个方向:
1) 持续开发高功率系统产品;
2) 通过系统结构设计优化提高产品性能;
3) 通过策略优化提高产品寿命;
4) 通过零部件优化及规模化效应持续降低成本。

燃料电池系统成本:质子交换膜、扩散层,空气循环系统成本下降空间大

2017年美国燃料电池系统年产50万套成本已从2006年的124美元/Kw下降到5美元/Kw,根据DOE 《Fuel Cell System Cost–2017》的预测,2020年将下降到40美元/Kw。当产量达到50万台套时,规模效应将加速成本下降,燃料电池系统的成本将下降到45$/kWnet,电堆成本将下降到19$/kWnet。

质子交换膜、扩散层,空气循环系统成本下降空间大。具体看电堆的主要核心零部件成本下降的幅度,其中质子交换膜、扩散层成本下降的空间最大,以公交车为例,如果产量翻4倍,达到1000套/年,燃料电池系统成本下降38%,其中,质子交换膜和扩散层的成本下降幅度分比为58%和56%。辅助系统中,空气循环系统和氢气循环系统的下降空间也可观。双极板和催化剂成本下降的空间相对小一些。

从燃料电池系统成本构成来看,以年产1000套公交车为例,电堆成本占比72%(其中:质子交换膜27%、扩散层19%、催化剂19%、双极板占比5%),辅助系统占比27%。

根据《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》(2019年)中的目标,燃料电池系统的成本要从2019年的8000元/KW下降到2025年4000元/KW ,2035年下降到800元/KW ,2050年进一步下降到300元/KW,如果单车燃料电池系统的功率为100 KW,则单车燃料电池系统的成本可控制在3万左右。核心零部件制造技术的不断发展和突破,燃料电池的成本有望不断下降。目前我国燃料电池核心部件的技术与发达国家相比尚有较大差距,许多关键材料仍需进口,国产化率偏低,造成成本费用高昂,成本也有很大的下降空间。

文章来源:华泰证券

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