氫能產業鏈下游應用包括加氫站、燃料電池的各種應用（包括車輛、固定式電站、便攜式電子、分布式發電等）、傳統石化工業應用（石化應用是目前氫的主要應用，據統計氫60%被用于合成氨，38%用于煉廠石油和煤炭的深加工，這部分不屬于本文分析范疇），本文主要探討燃料電池汽車的發展。

 

 

燃料電池車相比傳統汽車，具有無污染、零排放、無噪聲的優勢，相比電動車具有續航里程長，充氫時間段的有點，是目前關注度最高的應用領域。燃料電池作為動力電池，已經在乘用車、巴士/客車、叉車以及其他以燃料電池作為動力的車輛中得以應用，例如特種車輛、物料搬運設備和越野車輛的輔助供電裝置等。

 

 

有意思的是，燃料電池用于運輸領域居然率先發展起來的是叉車搬運市場，目前主要集中在美國。

 

據美國能源部2016年5月統計顯示，2008年美國燃料電池叉車數量在500輛左右，2016年美國26州燃料電池叉車數量超過11000輛，年復合增速高達56%。燃料電池叉車主要客戶是大的消費品公司和超市，2014年，沃爾瑪斥巨資為535輛氫燃料電池叉車配置1738套氫動力設備。起初只是引用成本效益來證明投資的合理性，但是隨后他們發現建立綠色足跡的好處遠不止這些。如今沃爾瑪、寶潔和可口可樂等大零售商都有采購應用燃料電池叉車，供應商主要是美國的PlugPower、Nuvera Fuel Cells和Oorja Protonics，加拿大的Hydrogenics，丹麥的H2Logic。

燃料電池叉車市場主要供應商

 

主要從事氫燃料電池技術和“turnkey”系統設計的Nuvera Fuel Cells在2014年被叉車巨頭Hyster-Yale物料搬運公司收購后，產品的商用化進程加快， Hyster-Yale也因此成為首個將燃料電池技術整合到材料處理設備組合中的叉車制造商。今年4月，亞馬遜獲得了收購美國氫燃料電池制造商Plug Power 23%的股權的權利，亞馬遜將為其11個倉庫的叉車配備氫燃料電池，從而以更快的速度充電、提高效率。

 

 

具有公共應用屬性的燃料電池客車，在歐美多國以及我國都在被積極用于示范運營，但都沒有形成產業化規模。

 

據2016年羅蘭貝格發布的《Fuel Cell Electric Buses–Potential for Sustainable Public Transport in Europe》顯示，在歐洲一共有84輛燃料電池大中客車已經投放市場示范使用，分布在8個國家的17個城市和地區。到2020年，歐洲將投放300-400輛燃料電池大中客車。

 

美國能源署國家可再生能源實驗室2016年《Hydrogen Fuel Cell Bus evaluations》顯示，在美國正在示范運營的燃料電池客車共24輛，分布在9個城市。美國最初規劃了65輛示范燃料電池大中客車，現在僅24輛在進行示范使用，這些項目主要是驗證并改進FCEB的可用性和穩定性。在日本，據《豐田汽車內部報告》，只有2輛燃料電池大客車在東京和中部地區示范使用。我國燃料電池汽車也是從客車領域展開，但前期均屬于示范項目，沒有進入正式商業化運營。2008年北京奧運會期間，福田歐輝與清華大學共同研發的3輛燃料電池客車參與示范運行；2010年，3輛同濟大學研發和3輛清華大學研發，共6輛燃料電池客車亮相上海世博會；2010年新加坡青奧會期間，海格和清華大學合作研發的2輛燃料電池客車參與示范；2016年4月，宇通客車與億華通簽訂100輛氫燃料電池客車合作意向書，預計2017年一季度末將會有100多臺配備億華通燃料電池動力系統的車上路運行；2016年5月，福田歐輝簽訂100輛8.5米氫燃料電動客車銷售合同，開啟氫燃料電動客車的商業化運作。2016年9月，佛山全國首條氫能源城市公交試運營示范線路，12臺氫能源公交車投入使用。

 

3.  燃料電池乘用車商業化進程加快

 

燃料電池汽車領域中，乘用車約占80%的比重，小型燃料電池車現在正處于商業化轉化中。從1994年戴姆勒公司成功研制了首款燃料電池車NECAR1以來，先后有豐田、本田、通用和現代也相繼加入燃料電池車行列，其中日本豐田成為領跑者，在2015年已經開始向歐美發售其新款Marai燃料電池車。

 

 

國際主要燃料汽車產商相關產品

 

資料來源：ISI EMIS Intelligence

 

Marai與普通電動車相比在性能上有很大的優勢。續航距離約700km，足夠普通家庭日常使用一周以上，是普通電動車的四到五倍，并且隨著行駛里程的加長，在系統成本上相對于普通電動車也將占優勢。此外，加氫時間僅需3分鐘，最低啟動溫度可在零下30度，并且行駛過程零排放二氧化碳。

 

 

豐田的燃料電池汽車Marai

 

Marai上市伊始 ，豐田的計劃是2015年在日本國內銷售400輛、向海外出口300輛燃料電池汽車，主要銷往美國和歐洲。Marai發售后，在日本訂單超過3000輛，在美國約2000輛的訂單，遠超公司預期。為此豐田采取措施分階段提省Marai的產能，到2016年產能增至2000輛，2017年增至3000輛，并計劃2020年前全球范圍內銷售總量達到3萬輛。不過今年2月，豐田汽車公司通知將召回已售出的全部2840輛Mirai燃料電池汽車，原因是在特別的駕駛條件下，例如車輛使用巡航控制爬長坡，加速踏板被踩到節氣門全開位置時，Mirai燃料電池升壓變頻器產生的輸出電壓可能超過最大電壓，存在安全隱患。

 

可見，但即便市場反應大大超出車企的預期，主要面向個人消費者的燃料電池乘用車的真正大規模商用，仍面臨著一系列的挑戰，尤其是加氫站的建設和運營問題（氫的儲運請見上篇周報）。

 

二、世界加氫站建設布局

 

加氫站的建設至關重要，對于汽車企業來說，沒有能源站，就沒辦法賣車。

 

目前，儲氫問題及加氫站數量不足成為燃料電池乘用車發展的阻礙之一。目前加氫站在北美、歐洲、日本、中國、韓國和澳大利亞雖有分布，但全球在運總數不足300座，加之加氫站建設的投資和周期較長，很難實現快速布局。目前各國政府大力支持積極推進加氫站建設，其中美洲增速最快，歐洲數量最多，亞洲也在積極布局中。

 

據LBST于2017年2月21日發布的第9期全球加氫站統計報告，2016年全球新增92座加氫站，創增長數新高。截止到2017年1月，全球正在運營的加氫站達到274座，其中有4座是2017年初開放。

 

 

全球加氫站統計

 

資料來源：LBST

 

新增的92座加氫站中，有83座是對公眾開放的，其余9座則是專門為公交車或車隊客戶提供服務。日本憑借新增45座位列加氫站增長數榜首。而在北美新開放的25座加氫站中，有20座位于加利福尼亞州。歐洲新增22座，其中6座位于德國，德國公共加氫站總數增至22座。另外，德國還有29座加氫站正在建設或即將開放，超過美國，后者正在建設的加氫站有24座。歐洲計劃于2019年底前建成覆蓋全歐洲的“氫氣高速公路”網絡。
 

 

歐洲加氫站分布示意圖

 

目前全球正在運營的274座加氫站中，有106座位于歐洲，101座位于亞洲，64座位于北美，2座位于南美，1座位于澳大利亞。其中188座加氫站向公共開放，占全球總加氫站數的2/3。去年，有幾座僅用于示范項目的舊加氫站也被新的公共加氫站所替代，這表明氫基礎設施的商業化正在逐漸開展。

 

目前，加氫站的技術路線有站內制氫技術（電解水制氫、天然氣重整制氫）和外供氫技術。歐洲大多數加氫站都采用站內電解水制氫技術；外供氫氣技術中氫氣來自于鋼鐵企業的副產氫氣，使用高壓氫氣瓶集束拖車運輸。由于傳統加氫站建設和運維成本較高，近幾年一些新型的加氫站開始進入應用，比如太陽能加氫站和移動加氫車：

 

太陽能加氫站：相比大型加氫站具有兩個顯著優點：其一，體積小巧，甚至可以直接安裝在家中花園或門口，對于建設用地和氫氣儲藏設施沒有額外特殊要求；其二：節能環保，通過太陽能電池的電力，來電解水提取氫，并且在制造氫時不會產生CO2。基于此，太陽能加氫站可以鋪設成數量更大、更廣泛的臨時加氫網，以便滿足氫燃料電池汽車的臨時性加氫需要。

 

移動加氫車：被譽為汽車家族的充電寶。2015年12月，豐田公司與 Air Products公司合作，在加州新建設的加氫站建成前，為消費者提供氫氣。Air Products公司的移動加氫車使用蓄電池以及太陽能發電制氫，加氫車每次可以為Mirai加注半個罐氫氣，提供150英里的續航里程。移動加氫車的儲氫能力為85kg，每罐可以滿足30多輛車的加氫需求。

 

三、依賴補貼的加氫站，還需規模效應降成本

 

在產品技術成熟的基礎上，燃料電池汽車的大規模應用對加氫站的建設數量和分布合理性必然有一定的要求。

 

但是，由于沒有實現規模化生產，目前加氫站建設和運營成本還大大高于傳統加油站。目前全球的主流還是政府主導加氫站投資及運營，并給予高額補貼，政府補貼的幅度均超過50%。普遍看，一個新的加氫站的建設成本在200-500萬美元左右。日本建設一座中型加氫站（300Nm3/h）投資在500~550萬美元；在美國，約需要280~350萬美元。

 

根據日本產經省的數據，日本建設一座加氫站的投資成本約4.5億日元（約合3000萬元人民幣），是日本加油站建設成本的5倍。另外，加氫站每年還要承擔4000~5000萬日元（約合300萬元人民幣）運營成本。

日本加氫站的主要成本構成

 

為配合氫能源路線的推進，日本政府專門制定了“氫氣供給設備整備事業費輔助金”制度，自2013年起對加氫站建設項目補貼其導入成本的一半，上限為2.5億日元，2014年又增加了定額性補貼政策，上限達到2.8億日元，基本能夠覆蓋掉“大頭兒”的設備采購成本。車企也積極投入加氫站的建設，豐田、本田、日產三大車企聯手投資4892萬美元(約合3億元人民幣)用于扶持加氫站項目，如此一來，在日本，加氫站50%的建設費用由政府予以補貼，30%由三家車企承擔，其余20%的建設費用由日本其他企業贊助。

 

加氫站的建設中，設備采購成本占建設投資的70%。加氫站的主要設備：包括：儲氫裝置、壓縮設備、加注設備、站控系統等，其中壓縮機占總成本較高（約30%）。歐美日已經完全掌握加氫站系統三大核心設備氫氣壓縮機、高壓儲氫罐、氫氣加注機的制造技術，我國與其差距巨大。

 

以一個關鍵技術指標充氣壓力標準為例，歐美日加氫站普遍采用與汽車配套的70MPa壓力標準，并實現設備量產，而我國示范性加氫站及燃料電池客車車載供氫系統尚處于35MPa壓力的技術水平，核心設備還需要主要依賴進口。

 

日本從制度上鼓勵車載氫瓶單次充氣壓力的安全上限值從70MPa提高到88MPa。從具體設備來看，氫氣壓縮機：美國PDC等公司已掌握具有三層金屬隔膜結構的氫氣壓縮機制造技術，輸出壓力上限超過85MPa；高壓儲氫罐：美國、加拿大、日本等國均可自主生產耐壓超過70 MPa的碳纖維復合材料和鋁合金內膽等材料制成的高壓儲氫容器；氫氣加注機：德國林德、美國空氣化工等企業生產70MPa氫氣加注機安全性與智能化較高，并實現量產。

國內加氫站的主要設備

 

資料來源：ISI EMIS Intelligence