- 世界氢能与燃料电池汽车产业发展报告·2019
- 中国汽车工程学会编著
- 3908字
- 2020-06-25 15:33:43
一、全球氢能与燃料电池汽车产业已开启规模化发展势头
(一)大规模发展氢经济已成为全球主要国家的基本共识和合作焦点
世界主要国家已就氢经济发展路线图进行规划,强调构建便利可靠的氢能供应体系及完善的应用市场,为大规模发展氢经济提供战略支撑。2019年,韩国、欧盟和日本相继发布氢经济路线图,从以燃料电池为动力的移动出行领域、发电领域、氢气供应体系及安全监管领域做出了面向未来的发展规划,着重解读大规模发展氢经济将带来的巨大经济、社会和环境效益。其中日本的《氢能和燃料电池发展战略路线图》完成第三次修订,该路线图还从氢能与燃料电池可获得性角度着重强调成本下降路线,为大规模发展氢经济提供战略性的指导。韩国国土、基础设施、交通和旅游部于2019年10月宣布了“氢试点城市推广战略”,氢将作为主要能源满足试点城市如制冷、供暖、电力和交通等城市功能。2019年11月,德国联邦运输和数字基础设施部与H2 Mobility公司签署合作协议,就进一步扩大氢能产业布局达成共识:到2021年底具备高效的加氢能力,能满足6万辆燃料电池乘用车和500辆燃料电池商用车的运营。此外,德国政府还于2019年底颁布了《国家氢能发展战略》。
国家间达成共识且相互合作日益强化,氢能将在世界向可持续能源发展的过渡期发挥关键作用。在2019年6月召开的第二届G20环境能源部长级会议上,氢能成为各国关注的焦点,会议在联合声明中强调日本、欧洲、美国将加强凝聚力,以加速氢能与燃料电池技术的发展,降低成本,扩大使用范围,并在氢能技术领域展开广泛合作。会上,国际能源署(International Energy Agency,IEA)发布首份氢能发展报告,从政策、市场等角度指出当前氢能已达到规模化应用、大幅降低成本的关键时期。随后,9月举行的第二届氢能源部长级会议发布了一个雄心勃勃的目标:全球10年内建设1万座加氢站和投入包括货车、飞机和汽车在内的1000万辆燃料电池交通工具。氢能和燃料电池汽车产业迈入快速成长期。
(二)燃料电池在交通方面运用的领域和规模持续扩大
全球燃料电池汽车保有量突破万辆大关,截至2018年底,全球燃料电池汽车销量达12952辆,主要以燃料电池乘用车为主。其中,得益于美国加利福尼亚州(以下简称加州)相对完善的加氢基础设施体系,美国是目前燃料电池汽车的主要市场,燃料电池汽车保有量占比达45.5%。截至2018年,全球燃料电池汽车累计销售量占比如图1 -1所示。
燃料电池乘用车新车型迭代涌现,销售量持续上涨。北美、欧洲以及亚洲的日本、韩国仍然是燃料电池乘用车的主要市场,截至2019年9月,作为燃料电池乘用车代表车型的丰田Mirai全球销售量已接近1万辆,丰田于2019年10月发布Mirai第二代车型,将于2020年实现量产;韩国现代2018年推出的第二代燃料电池汽车Nexo全球销售量已突破千辆,并于2022年计划将Nexo产能提高到每年4万辆。
图1-1 全球燃料电池汽车累计销售量占比(截至2018年)
注:数据来源于IEA。
燃料电池客车示范运营已在全球多地开展,成为多国构建“零排放城市”的突破口。截至2019年9月,在欧盟燃料电池及氢能合作组织(FCH JU)多个项目助推下,60多辆燃料电池客车在欧洲超过5个国家进行示范运营,未来欧洲还将增加约450辆燃料电池客车,示范运营的范围将扩展至超过20个国家;美国在联邦政府、国家计划等项目支持下,截至2019年9月,美国运营的燃料电池客车达35辆,未来还将有超过39辆的燃料电池客车投入运营。此外,日本、韩国政府及整车企业也在积极推动燃料电池客车的示范运营。韩国现代于2018年为平昌冬奥会提供6辆燃料电池客车,2019年提供30辆燃料电池客车在韩国6个城市进行示范运营。丰田将为日本2020年东京奥运会提供100辆燃料电池客车(Sora)进行示范运营。
燃料电池货车成为“零排放货运”的解决方案,正受到越来越多的重视。在轻型货车方面,以联邦快递(FedEx)、UPS和DHL等物流公司为主推动燃料电池厢式货车在物流领域的示范运营,其中,DHL到2020年将燃料电池厢式货车的数量增加到500辆;日本丰田将为7-Eleven便利连锁店开发燃料电池厢式货车,三菱扶桑推出了燃料电池厢式货车样车。在中、重型货车方面,燃料电池整车及相关企业持续发力,康明斯推出了燃料电池重型货车样车;丰田、尼古拉等整车企业已开发出新一代燃料电池货车,并陆续进入路试阶段;韩国现代的新一代海王星燃料电池重型货车概念车也已亮相;2019年9月,江铃重汽推出国内首辆燃料电池牵引车,目前正在申报工业和信息化部(简称工信部)机动车产品公告。随着车型的逐渐成熟,未来燃料电池汽车在中、重型货车领域将发挥越来越重要的作用。
燃料电池叉车的使用成为港口、货运中心及仓库等实现“低碳”“零排放”的重要举措。截至2019年9月,全球燃料电池叉车保有量超过2.5万台。得益于美国能源部与产业界的共同推进,美国成为燃料电池叉车的最大市场,燃料电池叉车全球销量占比达96.7%。
燃料电池列车开始以全新姿态进入大众视野。2019年6月,英国展出燃料电池列车,并宣布将于2020年开始在英国铁路线上进行测试;2019年9月,全球首列燃料电池列车于德国正式投入运营;2019年11月,阿尔斯通公司在荷兰测试其燃料电池列车;2019年11月,佛山高明燃料电池有轨电车正式试运行。截至2019年9月,燃料电池车辆全球示范运营量见表1-1。
表1-1 燃料电池车辆全球示范运营量(2019年9月)(单位:辆)
注:数据来源于IPHE&调研。
(三)加氢基础设施网联化、供氢体系全球化进程加速
全球加氢基础设施快速发展,网联化加速。截至2019年9月,全球建成的加氢站达395座。其中,日本拥有全球最多的加氢站,达109座,主要围绕东京、大阪、名古屋、福冈等大城市圈,兼顾氢高速公路向周围辐射。美国建成的加氢站达46座,其中41座位于加州,美国加州加氢站规划注重站与站之间的连接,已基本形成以洛杉矶和旧金山为中心的两大加氢站集群及沿途连接站所组成的加氢站网络。韩国已建成加氢站28座,根据韩国2019年发布的《韩国氢经济路线图》,韩国计划到2019年建成86座加氢站,实现加氢站网络化发展,到2022年规划建设加氢站310座,扩大加氢网络覆盖范围。我国已经建成加氢站45座,2019年5月,中国汽车工程学会受上海、如皋等城市委托,在长三角合作办公室指导下编制并发布《长三角氢走廊建设发展规划》,将分阶段以长三角城市群城际间带状及网状加氢基础设施建设为重点,形成长三角加氢站网络化发展格局。
全球化的供氢体系逐渐建立,为氢经济发展提供廉价、稳定的氢源。日本致力于打造国际氢能供给体系,日本川崎重工与澳大利亚政府合作开展褐煤制氢试点项目,并建立海上氢运输体系,目前已经开展跨越9000km的世界首个液氢运输试验。日本还先后与新西兰、文莱、挪威等国合作开展氢能海外制氢项目。韩国也计划打造海外氢能生产基地,以稳定国内氢气的供给。
(四)全球化的燃料电池汽车产业链体系已开始探索成本下降路径
日本、韩国、美国以及欧洲等传统汽车大国经过几十年的研发与产业化投入,已掌握从基础材料到系统集成、终端应用的核心技术,由燃料电池整车为带动的较为完善供应链体系已基本形成,车载燃料电池及关键零部件经过了系统的实车验证,技术臻于成熟,燃料电池汽车实现了真正意义上的产业化,并开始探寻建立成本最优的商业化体系,为大规模发展氢能与燃料电池技术提供基础。
各大整车企业通过控股、发展子公司等模式建立起以自供应为主的燃料电池汽车供应链体系,实现核心技术的自掌控及成本的精细化控制。如日本丰田通过控股多家全球领先的日本本土汽车零部件厂商,打造出燃料电池核心零部件本地化的内部供应网络。日本本田燃料电池系统也以自主研发与自主供应为主,韩国现代则通过现代摩比斯(零部件子公司)来自主研发燃料电池系统及核心零部件。此外,德国奔驰的燃料电池汽车零部件也主要由集团内部或旗下子公司供应。
燃料电池整车企业通过与产业链的核心环节,如质子交换膜、碳纸、催化剂等供应商合作开发核心基础材料,实现性能优化和成本分摊。如美国戈尔(GORE)公司与丰田共同开发超薄增强型质子交换膜,并应用于丰田燃料电池系统,实现了性能的优化和成本的大幅降低。韩国现代燃料电池新车型Nexo采用的是来自德国SGL的气体扩散层。
在产业发展初期阶段,燃料电池整车企业之间开放合作、共享专利、共摊成本的方式已逐渐形成。日本丰田为推动燃料电池汽车产业发展,已开放超过8000项氢能和燃料电池相关专利;奥迪与韩国现代就燃料电池汽车签署多年专利交叉许可协议,共享燃料电池汽车相关专利;通用汽车与本田联合在美国成立合资公司,共同合作开发燃料电池系统,以降低成本。
(五)产品的迭代及头部企业的加入加速技术的进步
国际上,以燃料电池乘用车为代表的燃料电池技术已开始迭代,技术水平大幅提升。韩国现代继Tucson燃料电池汽车后,于2018年推出新一代产品Nexo,其燃料电池系统效率、续驶里程等得到大幅提升。丰田于2019年发布了第二代Mirai概念车,搭载丰田全新的燃料电池系统,功率密度等各项性能进一步提升,预计2020年实现量产。第二代Mirai的量产标志着燃料电池乘用车技术进入了一个新阶段。此外,燃料电池零部件企业也加速其产品的迭代。巴拉德于2019年6月公布了其用于重型动力第八代高性能燃料电池模块FCmove-HD,全生命周期成本将降低35%,可靠性显著提高。美国戈尔公司于2019年9月在第四届国际氢能与燃料电池汽车大会上发布了其全新一代12μm的质子交换膜产品,其氢渗透电流密度和耐久性与15μm产品相当。
全球汽车零部件巨头企业纷纷涉足燃料电池领域,布局开展燃料电池业务。2019年2月,德国汽车零部件巨头采埃孚宣布将为英国燃料电池双层巴士制造商亚历山大丹尼斯公司(ADL)提供电驱动系统;博世成立“Fuel Cell Mobility Solutions”部门,于2019年7月宣布计划每年投资1亿欧元启动燃料电池汽车核心零部件开发;舍弗勒于2019年10月在第46届东京车展上展示其最新研发的金属双极板电堆产品,正式宣布涉足燃料电池产业;弗吉亚于2019年上海车展期间宣布每年将投入约1500万欧元研发燃料电池技术。