燃料电池业发展亟须破解两大瓶颈

燃料电池产业热度迅速上升。从目前情况看,国内制氢技术相对成熟,且具备一定产业化基础。化石能源制氢和工业副产氢已具相当规模,碱性电解水制氢技术成熟。但氢能储运技术以及燃料电池等终端应用技术方面与国际先进水平仍存在较大差距。

专家认为,燃料电池未来在交通领域应用大有可为。氢燃料电池汽车具有动力性能高、加氢快、充电快、续航里程长、接近零排放等优点,是新能源汽车市场的有力竞争者,促进燃料电池汽车商业化的关键是降低成本,包括电堆以及相关核心材料等。同时,加氢站数量少制约了产业发展。

产业热度上升

两会期间,多位代表委员提出了发展氢燃料电池产业的建议。主要包括战略地位提升、加大技术研发投入、完善补贴政策和基础设施等。氢燃料电池产业市场关注度迅速升温。

“此次燃料电池产业升温和以前不一样。”某知名氢能源企业高管告诉中国证券报记者,“国内零部件公司参与度高。比如,空压机,原来国内找不到。现在十余家做空压机的公司找到我们,测试完样品发现指标不比国外的产品差,且成本下降60%以上。”

对于氢燃料电池热度上升的原因,业内人士介绍,氢能是理想清洁高效的二次能源。氢燃料电池通过氢气和氧气电化学反应产生电能,具有能量密度高、零排放等特点,是极具潜力的能源替代方式。此外,燃料电池的特殊优势使其在汽车、无人机、IDC、通信设备等领域潜力巨大。根据富士经济的预测,未来十年燃料电池市场空间将达到3400亿元以上。

多部委密集出台了支持氢能产业发展的政策。2016年10月,工信部组织制定的《节能与新能源汽车技术路线图》明确提出,2020年实现5000辆级燃料电池汽车应用,2025年实现5万辆级的应用。2016年12月,国家发改委、能源局联合印发《能源技术革命创新行动计划(2016—2030)》,将可再生能源制氢、氢能与燃料电池技术创新作为重点任务。

补贴方面对氢燃料电池汽车的政策有所倾斜。目前,2019年新能源汽车补贴政策暂未出台。根据以往经验,纯电动和插电式混合动力的补贴都逐步退坡,而氢燃料电池的补贴方案大体未调整。2018年,燃料电池乘用车、轻型客车和货车、大中型客车和中重型货车单车补贴上限分别为20万元/辆、30万元/辆、50万元/辆。值得注意的是,2020年电动汽车的补贴退出后,氢燃料电池汽车的补贴至少还将维持3至5年。

业内人士认为,现行补贴政策对国内氢燃料电池的发展路径有直接影响。与海外丰田、现代等燃料电池生产企业发展路线不同,国内氢燃料电池汽车企业主要分布在商用车领域。氢燃料电池商用车已实现量产,而氢燃料电池乘用车仍处于示范运行阶段。根据中国汽车工业协会公布的数据,2018年,燃料电池汽车销量为1527辆。其中,客车1400余辆、货车100余辆。

目前,国内氢燃料电池汽车走的是“电电混动”的特色发展路线。该技术路线相当于将传统插电混动汽车的内燃机系统替换为氢燃料电池系统,让氢燃料电池与动力电池组成新的混动系统。

某车企燃料电池技术负责人给中国证券报记者算了一笔账:“一台商用车,如果里面放一台(最大输出功率)30千瓦的燃料电池,再配一台动力电池,可以拿到中央加地方补贴100万元,成本大大降低。同样的搭配放到轿车上,补贴只能拿40万元。目前国内的燃料电池客车技术具有优势,但乘用车技术与国外水平存在一定差距。”

推进国产化进程

在燃料电池产业化发展过程中,电堆是关键因素之一。低成本、高性能、批量供应的电堆是燃料电池汽车成本下降并与传统汽车竞争的关键。

丰田、通用等外国车企对电堆的定位,大多为100千瓦以上的高功率密度电堆。而国内在电堆方面已初步形成研发体系和制造能力。国鸿氢能引进巴拉德技术后,能够推出30-80千瓦的燃料电池电堆,目前在广东省云浮市装载了70辆燃料电池大巴车投入运行。

中国工程院院士衣宝廉认为,2018年氢燃料电池汽车产业化快速发展,燃料电池关键零部件实现了不同程度的国产化。如北京亿华通推出的基于石墨板的第四代燃料电池发动机,采用自主研发的国产电堆,功率密度达到2.0kWL;武汉喜马拉雅广电攻克了燃料电池催化剂量产技术,产能达到200g/天的规模。在质子交换膜、气体扩散层、催化剂、双极板、密封胶等环节,东岳集团、武汉理工、江苏行动、新源动力、上海神力和氢璞创能等公司的原材料国产化进程在不同程度地推进。

中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高表示,与锂离子电池和纯电动汽车相比,氢燃料电池产业链长、前景好。“锂离子电池的产业链太短,而氢产业链将从制氢、储氢、运氢到加氢,再加上燃料电池产业,构成了很长的产业链,也是新能源的黄金产业链。”

不过,这从另一个角度显示出氢燃料电池汽车的技术壁垒,这条全新的产业链所需要的材料,有很多国内生产厂商目前仍不具备生产能力。

上述车企燃料电池技术负责人向中国证券报记者指出,目前氢燃料电池的国产化突破,工程工艺方面较多。“这两年从海外回来一批人员,带回技术成立了公司。这些技术多是部件级别,因此,现在国内做部件的多了起来。而电堆中的核心材料,包括催化剂、质子膜、碳纤维、高压氢的管道等仍然需要依靠进口。国产材料方面,目前大多停留在研究机构。产业链的根本突破,长期来看就是拼材料。”

油氢混合站是方向

当下制约燃料电池产业发展主要有两大瓶颈:燃料电池组成本过高和加氢站数量少。

加氢站建设是目前迫切需要解决的问题。从世界范围看,截至2017年底,全球运行的加氢站328座,亚洲119座,欧洲139座,北美68座。其中,日本91座,德国45座,美国40座。到2018年底,国内共建成加氢站12座并投入运营,在建的加氢站33座。这一数字距离2020年目标建成100座仍相差较大。

上海氢能利用工程技术研究中心副主任吴浩洪认为,加氢站建设在规划、核准等政策方面缺乏顶层设计。由于行业归类不明确,导致政府职能部门操作无依据,产业发展出现盲目跟风和无序发展等问题。

建设成本高企也是企业不愿投入加氢站的重要原因。据中国证券报记者了解,目前一座可供10辆燃料电池公交车使用的加氢站,建设费用大约为800万元。

宇通客车公交新能源产品部一位燃料电池开发工程师告诉中国证券报记者,由于燃料电池车辆较少,加氢需求不多,投资回报周期较长,企业不愿意在加氢站方面做过多投放。而资质审批主管单位不明确、审批手续较为繁琐也限制了加氢站建设。目前的土地资源对加氢加油、加氢加气合建站有国家标准,但在国内还没有实施案例。采取合建站的形式可以有效解决土地资源的问题。

清华工业开发研究院副院长朱德权认为,油氢混合站是未来的发展方向。“中国的土地这么贵,一个加氢站建下来怎么受得了,所以油气混合站是未来。目前工研院在推动此事,中石化在北京正在规划建设一个油气混合示范站。”

目前,中石化等能源企业正在介入这一领域。《中国氢能与燃料电池年度报告2018》显示,在国内已经建成和正在建设的加氢站中,加氢站的投建单位除了主营业务为加氢设备技术研发相关的企业外,还有8座加氢站的投建单位为传统能源化工企业。中石化集团在加氢站建设方面正在做总体部署和安排,将利用油站网络、安全生产管理经验以及石化资源和制氢技术进行氢能供应。2018年10月,中石化与亿华通签订了《战略合作框架协议》,双方将在氢气供应、车辆加氢、加氢站运营等方面展开全面深入合作。

燃料电池组的成本方面,产量低直接导致了燃料电池组的单价居高不下。目前,国内车用燃料电池成本高达5000元/kW以上,整车成本远高于动力电池汽车和燃油车。多位业内人士表示,随着生产规模的扩大,未来燃料电池汽车成本有望和燃油车的成本相当,甚至比动力电池汽车更低。

国家发改委能源研究所助理研究员刘坚表示,电堆是燃料电池成本的主要组成部分。电堆中除铂催化剂外,其他材料包括石墨、聚合物膜、钢等,几乎不存在类似于锂、钴、镍等稀缺材料对锂电池成本的刚性限制。此外,单位功率铂用量可大幅下降,且铂可以回收利用,将有效降低电堆成本。