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一文看懂中國氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈和核心部件供應商

時間:2021-08-09 09:44來源:科技與創(chuàng) 作者:樊春艷 朱成 蔡國欽
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1 研究背景

產(chǎn)業(yè)鏈完整度是衡量產(chǎn)業(yè)競爭力的重要指標。近年來, 戰(zhàn)略性、支柱性產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈完整度持續(xù)引發(fā)重要關注。新能源汽車是中國汽車產(chǎn)業(yè)由大變強的重要技術路徑,其產(chǎn)業(yè) 鏈完整度在一定程度上決定了汽車強國戰(zhàn)略的成敗。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)和推廣應用規(guī)模快速擴大,其中 2019 年國內共生產(chǎn)燃 料電池商用車超過 3 000 輛,生產(chǎn)和應用規(guī)模躍居全球第一。與此同時,國內燃料電池汽車相關產(chǎn)業(yè)也加速布局,在規(guī)模 化推廣之前,有必要對燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈進行梳理與分 析,認清產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢及薄弱點,瞄準產(chǎn)業(yè)布局著力點,從而 提升產(chǎn)業(yè)的國家競爭力。

1.1 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)是核心結構。主要部件構 成如圖 1 所示。



2 中國燃料燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈特點

2.1 下游整車產(chǎn)業(yè),大品類齊全,實際量產(chǎn)以商用車為主

商用車是目前中國燃料電池汽車的主要應用領域,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、奧新新能源等。另外, 中國重汽已推出一款氫燃料電池港口牽引重卡。

乘用車方面國內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、廣汽、奇瑞、吉利(甲 醇燃料電池)等車企規(guī)劃 3~5 年內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, 在商用車領域,純電動和插電式技術路徑在續(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,國內城市公交主要由地方財政支持購買和運營,較適宜設立專項 資金等方式彌補購車和運營成本的大幅上升。另外,當前氫燃料汽車推廣的主要制約是氫能基礎設施不足,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 35 MPa 還是 70 MPa,體積和質量都較四型瓶大很多,不便于在乘用車上進行布置,而商用車對體積和質量增加的敏感度低于乘用車。


國內外產(chǎn)品路徑的差異是技術、市場、法規(guī)等多重因素綜合選擇的結果,對中國來說,燃料電池汽車從商用車切入, 雖然有電堆技術要求較低,不利于電堆及零部件技術的迅速提升的弊端,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)確立了一定的技術自主可控性和產(chǎn)品經(jīng)濟性優(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領域配套的加氫站便于安全監(jiān)控,從而保障運營安全。

2.2 上游部件產(chǎn)業(yè):主要部件總體實現(xiàn)從無到有,部分尚存空白

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)鏈相對薄弱的領域有膜電極、雙極板、催化劑、質 子膜;產(chǎn)業(yè)鏈尚屬空白的領域有炭紙、氣體擴散層、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。

2.3 實際量產(chǎn)中,依賴進口的核心部件和關鍵基礎材料仍較多

受國內工業(yè)基礎能力依然薄弱的影響,若追溯到關鍵基礎材料、核心基礎零部件、元器件的層面,批量化產(chǎn)品的應用仍需依賴進口。依賴進口的原因主要有兩種,一種是國內產(chǎn)業(yè)鏈尚存空白;另一種是國內有供應商,但產(chǎn)品性能或供應商配套能力不能滿足要求。

如圖 2 所示,圖中黑色陰影部分的產(chǎn)品是目前國內產(chǎn)業(yè)空白,完全依賴進口的產(chǎn)品,灰色陰影部分代表國內雖然有相應產(chǎn)品,但由于性能不足或車標配套能力不足,目前階段也主要依賴于進口的領域,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。



2.4 生產(chǎn)和研發(fā)測試設備是較大短板

燃料電池試制及生產(chǎn)設備,如專用涂布機等,目前國內有自行研發(fā),但主要是企業(yè)自用,尚未形成通用產(chǎn)品。測試設備目前主要依賴進口,比如膜電極、高壓儲氫瓶、供氫閥件的測試設備主要來自加拿大 GREENLIGHT 公司、日本 ESPEC 和德國 CTS 公司等。另外,加氫站用設備包括空氣壓縮機、各類管路和閥件以及加氫槍等目前也主要依賴于國外進口。其中站用壓縮機生產(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,氫氣加注機主要由德國 Linde 和美國 AP 公司供應。

2.5 近年產(chǎn)業(yè)集聚加速,初步形成幾大集聚區(qū),有助于產(chǎn) 業(yè)鏈的加速完善

圖 3 給出了1995—2019 年中國燃料電池汽車相關企業(yè)數(shù)量。截至2019年2月,中國燃料電池汽車相關企業(yè)數(shù)量近 250 家,其中近三年來相關企業(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。


2.6 大型企業(yè)集團進場,加快產(chǎn)業(yè)鏈構建和集聚

2017 年以來,上汽集團、濰柴集團、長城集團、雪人股份等國內大型企業(yè)紛紛調整業(yè)務戰(zhàn)略或增加業(yè)務版塊,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)集團進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。國內部分燃料電池汽車相關上市企業(yè)及產(chǎn)業(yè)布局方向如表 2 所示。


2.7 地方政府積極推動,有助于產(chǎn)業(yè)鏈進一步健全

截至2020年5月,全國有近50個省、市、地區(qū)出臺相關規(guī)劃、政策,鼓勵當?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補貼、車輛推廣應用補貼、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)濟發(fā)展和產(chǎn)業(yè)轉型升級,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路線缺乏了解情況下,受資本和部分相關企業(yè)的推動而盲目決策。

2.8 中日典型燃料電池汽車主要部件供應商對比

日本在燃料電池汽車方面領先全球,不止在于技術優(yōu)勢,還在于其強大的供應鏈體系,以豐田 Mirai 燃料電池核心部件為例,如表 3 所示,其電堆、氫氣供給系統(tǒng)、空氣供給系統(tǒng)的主要供應商基本為本土企業(yè),其中電裝、豐田自動 織機、愛信精機、豐田紡織、捷太格特主要供應商均為豐田公司控股企業(yè)。而國內典型客車產(chǎn)品核心部件的供應商主要 集中于歐美日等國,國內企業(yè)目前主要從事電堆集成、電堆系統(tǒng)集成、氫氣供應系統(tǒng)集成的工作。

3 結論

受制于材料、加工制造等基礎工業(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,電堆核心材料如氣體擴散層,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)測試設備是較大短板。綜上所述,電堆核心部件及關鍵材料、儲氫瓶核心部件及關鍵材料,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。 (責任編輯:子蕊)
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