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燃料電池汽車作為新能源汽車的重要部分,2018年以來中國整車生產(chǎn)和推廣應(yīng)用規(guī)??焖贁U(kuò)大,其中2019年國內(nèi)共生產(chǎn)燃料電池商用車超過3000輛,生產(chǎn)和應(yīng)用規(guī)模躍居全球第一。2020年燃料電池汽車產(chǎn)銷分別為1199輛和1177輛。
1 中國燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈總體情況
燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈主要包含上游(燃料電池動力系統(tǒng)及關(guān)鍵部件)和下游(整車生產(chǎn))兩大部分。與傳統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)鏈相比,燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈主要新增了燃料電池系統(tǒng)和車載供氫系統(tǒng),其中燃料電池系統(tǒng)是核心結(jié)構(gòu)。主要部件構(gòu)成如圖1所示。
燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈內(nèi),已經(jīng)集聚了數(shù)量較多的國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)。國內(nèi)燃料電池汽車關(guān)鍵部件及整車主要生產(chǎn)企業(yè)如下表所示。
2 中國燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈特點
商用車是目前中國燃料電池汽車的主要應(yīng)用領(lǐng)域,產(chǎn)品種類主要包括大中型客車、輕型客車、輕型貨車(物流車)。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。乘用車方面國內(nèi)較早涉足的僅有上汽(榮威950),近期發(fā)布燃料電池汽車乘用車樣車的企業(yè)包括武漢格羅夫和愛馳汽車(甲醇燃料電池汽車),長城(02333)、廣汽(02238)、奇瑞、吉利(00175)(甲醇燃料電池)等車企規(guī)劃3~5年內(nèi)推出其燃料電池車型。
但截至目前,燃料電池乘用車總體上均處于研發(fā)驗證階段。在產(chǎn)品路徑上,當(dāng)前中國以商用車產(chǎn)品為主,而日本和韓國以乘用車為主,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,在乘用車領(lǐng)域中國純電動和插電式汽車發(fā)展迅速,性價比不斷提升,已經(jīng)贏得了一定的市場空間,在商用車領(lǐng)域,純電動和插電式技術(shù)路徑在續(xù)駛里程、便利性等方面弊端突出,給燃料電池汽車發(fā)展提供了一定的空間。
二是市場層面,燃料電池汽車整車成本高于燃油車和純電動汽車,參照中國推廣純電動和插電式汽車的經(jīng)驗,國內(nèi)城市公交主要由地方財政支持購買和運營,較適宜設(shè)立專項資金等方式彌補(bǔ)購車和運營成本的大幅上升。另外,當(dāng)前氫燃料汽車推廣的主要制約是氫能基礎(chǔ)設(shè)施不足,在發(fā)展初期,定點定線運行的商用車解決氫能加注問題較乘用車更易于實現(xiàn)。
三是技術(shù)與法規(guī)層面,與日韓車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(dǎo)致電堆體積較大,不便于在乘用車上布置,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領(lǐng)域。
另外,中國尚未建立四型瓶的使用規(guī)范,目前采用三型瓶無論是35MPa還是70MPa,體積和質(zhì)量都較四型瓶大很多,不便于在乘用車上進(jìn)行布置,而商用車對體積和質(zhì)量增加的敏感度低于乘用車。
國內(nèi)外產(chǎn)品路徑的差異是技術(shù)、市場、法規(guī)等多重因素綜合選擇的結(jié)果,對中國來說,燃料電池汽車從商用車切入,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,但總體來看利大于弊。
首先是中國在乘用車方面純電動和插電式汽車發(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(jì)性優(yōu)勢,從商用車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正好彌補(bǔ)純電動商用車在續(xù)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(jiān)控,從而保障運營安全。
燃料電池電堆、燃料電池系統(tǒng)、車載高壓供氫系統(tǒng)等核心主要部件總體實現(xiàn)從無到有。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(tǒng)集成、大功率燃料電池汽車用DC/DC、儲氫瓶、高壓儲氫瓶用鋁合金;企業(yè)數(shù)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(kuò)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。鑒于無增濕燃料電池電堆已成為發(fā)展趨勢,且中國新源動力等企業(yè)也已研發(fā)出無增濕燃料電池電堆,增濕器目前產(chǎn)業(yè)空白的影響可忽略。
受國內(nèi)工業(yè)基礎(chǔ)能力依然薄弱的影響,若追溯到關(guān)鍵基礎(chǔ)材料、核心基礎(chǔ)零部件、元器件的層面,批量化產(chǎn)品的應(yīng)用仍需依賴進(jìn)口。依賴進(jìn)口的原因主要有兩種,一種是國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈尚存空白;另一種是國內(nèi)有供應(yīng)商,但產(chǎn)品性能或供應(yīng)商配套能力不能滿足要求。
如下圖所示,圖中黑色陰影部分的產(chǎn)品是目前國內(nèi)產(chǎn)業(yè)空白,完全依賴進(jìn)口的產(chǎn)品,灰色陰影部分代表國內(nèi)雖然有相應(yīng)產(chǎn)品,但由于性能不足或車標(biāo)配套能力不足,目前階段也主要依賴于進(jìn)口的領(lǐng)域,在燃料電池汽車核心部件方面,中國目前主要掌握的是電堆和電堆系統(tǒng)的集成、車載儲氫瓶的集成。
燃料電池試制及生產(chǎn)設(shè)備,如專用涂布機(jī)等,目前國內(nèi)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(shè)備目前主要依賴進(jìn)口,比如膜電極、高壓儲氫瓶、供氫閥件的測試設(shè)備主要來自加拿大GREENLIGHT公司(GLRE.US)、日本ESPEC和德國CTS公司等。
另外,加氫站用設(shè)備包括空氣壓縮機(jī)、各類管路和閥件以及加氫槍等目前也主要依賴于國外進(jìn)口。其中站用壓縮機(jī)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(jī)主要由德國Linde和美國AP公司供應(yīng)。
下圖給出了1995—2019年中國燃料電池汽車相關(guān)企業(yè)數(shù)量。截至2019年2月,中國燃料電池汽車相關(guān)企業(yè)數(shù)量近250家,其中近三年來相關(guān)企業(yè)數(shù)量增速加快,并初步形成了長三角、華南及環(huán)京幾大產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)。
另外,中部、西部、東北一些電動汽車產(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(qū),也是布局燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)的重要區(qū)域。
2017年以來,上汽集團(tuán)、濰柴集團(tuán)、長城集團(tuán)、雪人股份等國內(nèi)大型企業(yè)紛紛調(diào)整業(yè)務(wù)戰(zhàn)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30家。
大型企業(yè)集團(tuán)進(jìn)入燃料電池核心零部件產(chǎn)業(yè),憑借資金實力和渠道優(yōu)勢以及大規(guī)模的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)投入,加速了產(chǎn)業(yè)鏈的構(gòu)建和集聚,加快了燃料電池汽車國產(chǎn)重要部件性能提升和規(guī)?;a(chǎn)的時間表。國內(nèi)部分燃料電池汽車相關(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個省、市、地區(qū)出臺相關(guān)規(guī)劃、政策,鼓勵當(dāng)?shù)貧淠芗皻淙剂想姵仄嚨陌l(fā)展。其中長三角、珠三角省市政策數(shù)量占地方政策總數(shù)的60%左右,這些政策涉及加氫站建設(shè)補(bǔ)貼、車輛推廣應(yīng)用補(bǔ)貼、氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、重點項目研發(fā)等諸多方面。多地區(qū)通過氫能小鎮(zhèn)、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發(fā)展。
地方政府當(dāng)前積極發(fā)展氫能及氫燃料電池汽車, 一方面有立足地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)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)路線缺乏了解情況下,受資本和部分相關(guān)企業(yè)的推動而盲目決策。
日本在燃料電池汽車方面領(lǐng)先全球,不止在于技術(shù)優(yōu)勢,還在于其強(qiáng)大的供應(yīng)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(tǒng)、空氣供給系統(tǒng)的主要供應(yīng)商基本為本土企業(yè),其中電裝、豐田自動織機(jī)、愛信精機(jī)、豐田紡織、捷太格特主要供應(yīng)商均為豐田公司控股企業(yè)。
而國內(nèi)典型客車產(chǎn)品核心部件的供應(yīng)商主要集中于歐美日等國,國內(nèi)企業(yè)目前主要從事電堆集成、電堆系統(tǒng)集成、氫氣供應(yīng)系統(tǒng)集成的工作。
3 結(jié)論
受制于材料、加工制造等基礎(chǔ)工業(yè),中國燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈布局呈現(xiàn)“倒金字塔”形,集成類企業(yè)多,關(guān)鍵材料及核心部件生產(chǎn)企業(yè)相對少。
整車、電堆、電堆系統(tǒng)的集成方面較強(qiáng),電堆核心材料如氣體擴(kuò)散層,車載供氫系統(tǒng)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(shè)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國家競爭力的重要產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié),需重點加以科技研發(fā)及產(chǎn)業(yè)布局。