燃料電池行業(yè)發(fā)展研究報告

1、 燃料電池行業(yè)發(fā)展研究報告 1.綜述：獎補政策推動產(chǎn)業(yè)規(guī)?；袠I(yè)降本拓寬未來空間1.1 黎明已至,當下燃料電池正如 2012-2013 鋰電池燃料電池產(chǎn)業(yè)與鋰電產(chǎn)業(yè)發(fā)展路徑十分類似，前期技術(shù)突破瓶頸后，依靠政府政策推 動實現(xiàn)規(guī)模放大與成本下降，后續(xù)產(chǎn)業(yè)通過內(nèi)生驅(qū)動成本下降，擴大規(guī)模。不同的是， 鋰電池經(jīng)歷過消費電池產(chǎn)業(yè)化，成本已有較大幅度下降，而燃料電池發(fā)展時間較短， 仍處于早期。燃料電池具備高功率密度、長續(xù)航，適用于重載車；與鋰電池乘用車互 為補充。中國燃料電池產(chǎn)業(yè)目前與 2012-2013 年鋰電池極為相似。政策自上而下支持，技術(shù) 達到產(chǎn)業(yè)化條件，產(chǎn)業(yè)開啟有條件的商業(yè)化運營，產(chǎn)業(yè)鏈國產(chǎn)化

2、迅速，企業(yè)加快布局 速度，資本市場投融資熱度持續(xù)上升。我們判斷，中國燃料電池產(chǎn)業(yè)處于產(chǎn)業(yè)上行初 期，伴隨成本下降，3-5 年內(nèi)將進入高速成長期。1.2 國家政策支持力度加大，行業(yè)規(guī)模預(yù)計提升數(shù)倍中國對于燃料電池發(fā)展支持處于循序漸進狀態(tài)，我國從 2001 年就確立了“863 計 劃電動汽車重大專項”項目，確定三縱三橫戰(zhàn)略，以純電動、混合電動和燃料電池汽 車為三縱，以多能源動力總成控制、驅(qū)動電機和動力蓄電池為三橫。近期隨著燃料電 池產(chǎn)業(yè)發(fā)展逐漸成熟，中國在燃料電池領(lǐng)域的規(guī)劃綱要和戰(zhàn)略定調(diào)已經(jīng)出現(xiàn)苗頭，支 持力度逐漸加大。9 月 21 日，財政部、工信部、科技部和能源局等聯(lián)合下發(fā)關(guān)于開展燃料電池汽車

3、 示范應(yīng)用的通知（財建2020394 號），對燃料電池汽車的購置補貼政策調(diào)整為 燃料電池汽車示范應(yīng)用支持政策，對符合條件的城市群開展燃料電池汽車關(guān)鍵核心 技術(shù)產(chǎn)業(yè)化攻關(guān)和示范應(yīng)用給予獎勵，形成布局合理、各有側(cè)重、協(xié)同推進的燃料電 池汽車發(fā)展新模式。根據(jù)燃料電池汽車城市群示范目標和積分評價體系，示范城市補 貼上限分最多可以拿到 1.7 萬分，1 分獎勵 10 萬元，對應(yīng)獎勵總額 17 億元。參考電 動車曾經(jīng)的十城千輛，假設(shè)最終示范城市有 10 個，則國家總獎勵可達到 170 億（4 年），平均每年獎勵 42.5 億元，而 2019 年燃料電池汽車產(chǎn)輛 2833 輛，對應(yīng)國補總 金額 11.3 億

4、元，燃料電池產(chǎn)業(yè)實際補貼總額將迎來大幅提升，相應(yīng)產(chǎn)業(yè)規(guī)模也將迎 來數(shù)倍提升。全國以富氫優(yōu)勢、棄電較多或者產(chǎn)業(yè)領(lǐng)先為代表的地區(qū)重視燃料電池發(fā)展，多地市興 建氫能產(chǎn)業(yè)園區(qū)，氫能小鎮(zhèn)和產(chǎn)業(yè)集群等，推動燃料電池公交、物流車示范運營，目 前已有 18 城市群申報氫能示范城市。北京、上海和廣東等多地先后發(fā)布最新氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)劃北京市氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā) 展規(guī)劃(2020-2025 年)提出 2025 年前，培育 5-10 家具有國際影響力的氫燃料電池 汽車產(chǎn)業(yè)鏈龍頭企業(yè)，力爭實現(xiàn)氫燃料電池汽車累計推廣量突破 1 萬輛，氫燃料電池汽車全產(chǎn)業(yè)鏈累計產(chǎn)值突破 240 億元；上海市燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展實施計 劃提

5、出到 2023 年，上海燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展實現(xiàn)“百站、千億、萬輛”總體目 標，規(guī)劃加氫站接近 100 座并建成運行超過 30 座，形成產(chǎn)出規(guī)模約 1000 億元，推 廣燃料電池汽車接近 10000 輛。廣東省加快氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展實施方案提 出開展氫燃料電池汽車規(guī)模化推廣應(yīng)用，加快推進加氫站規(guī)劃建設(shè)和多渠道增加氫 源供應(yīng)。1.3 燃料電池成本下降超預(yù)期，長期行業(yè)規(guī)模將達萬億中國燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈國產(chǎn)化進入快速通道，2017 年燃料電池系統(tǒng)國產(chǎn)化程度 30%， 僅掌握系統(tǒng)集成、雙極板、和 DCDC，其他零部件均依賴進口，2020 年燃料電池系 統(tǒng)國產(chǎn)化程度 60%左右，電堆、膜電極、空壓機和增

6、濕器均自主可控；氫循環(huán)泵、 氣體擴散層、催化劑和質(zhì)子交換膜環(huán)節(jié)均處于加速研發(fā)中，國產(chǎn)化率有望繼續(xù)提升。得益于燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈國產(chǎn)化，燃料電池成本與售價迅速下降，2020 年 10 月，電 堆龍頭國鴻氫能發(fā)布會提到，公司鴻芯 G1 電堆給到戰(zhàn)略合作伙伴的售價為 1999 元 /kW，價格降幅大超預(yù)期。根據(jù)測算，2018 年行業(yè)燃料電池系統(tǒng)和電堆平均成本分 別為 11214 元/kW、3920 元/kW；預(yù)計 2021 年系統(tǒng)和電堆平均成本分別為 3827 元 /kW、1700 元/kW，期間成本降幅 60%左右。燃料電池前中期應(yīng)用于商用車，遠期應(yīng)用場景涵蓋交通、儲能和發(fā)電等領(lǐng)域，遠期市 場規(guī)模達到

7、萬億級別。氫燃料電池的發(fā)展離不開加氫站普及，商用車線路固定，加氫 站需求少，是最適合發(fā)展燃料電池的應(yīng)用場景，氫燃料電池將首先起量在商用車，中 長期看商用車的柴油發(fā)動機完全可以被氫燃料電池替代，遠期應(yīng)用將拓展至交通（乘 用車、商用車、輪船和列車）、發(fā)電和儲能領(lǐng)域。根據(jù)中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè) 白皮書，氫能未來將成為中國能源體系的重要組成，預(yù)計到 2050 年氫能需求量接 近 6000 萬噸，年經(jīng)濟產(chǎn)值超過 10 萬億元。2.整車：重卡時代將要來臨2.1 產(chǎn)銷仍處于小規(guī)模，車型功率持續(xù)提升燃料電池汽車產(chǎn)銷仍處于小規(guī)模，預(yù)計 2021 年將達到萬臺級規(guī)模。根據(jù)中汽協(xié)數(shù)據(jù)， 2019 年燃料電池汽車產(chǎn)

8、量 2833 輛，同比增長 86%；2020 年因為獎補政策直到 9 月 23 日出臺，示范城市審批結(jié)果預(yù)計年底或者 21 年出才能出臺，1-9 月燃料電池汽車 產(chǎn)銷分別完成 570 輛和 579 輛，同比分別下降 56.7%和 53.7%；伴隨獎補政策逐漸 落地，預(yù)計 2021 年燃料電池汽車將迎來萬臺級產(chǎn)銷。2018 年目錄上榜車型燃料電池功率大多集中在 30KW，2019 年的車型功率集中在 40KW-50KW，2020 年車型功率大多在 60KW-80kW 區(qū)間，2021 年車型將以 80kW 功率為主。據(jù)交強險數(shù)據(jù)口徑，2019 年國內(nèi)燃料電池汽車上牌數(shù)目合計 3190 臺。分車型看

9、， 燃料電池運輸車共計搭載 1244 臺，占比 39%，配套系統(tǒng)裝機總量 39.6MW，單車配 套系統(tǒng)功率均值 31.8kW；燃料電池客車搭載 1176 臺，占比 37%，配套系統(tǒng)總裝機 49.2MW，單車系統(tǒng)均值 41.8kW；此外保溫車、冷藏車等專用車型共計搭載燃料電 池系統(tǒng) 770 臺，裝機量合計 37.6MW。交強險數(shù)據(jù)顯示 2019 年中通客車全年上牌量 1096 輛，占比達到 34%，為全國首 位；上海申龍全年上牌量 860 輛，占比 27%，居于次席；此外上汽大通、佛山飛馳、 鄭州宇通、金龍汽車（包含廈門金龍、廈門金旅聯(lián)合、南京金龍、金龍聯(lián)合）上牌數(shù) 均超過百輛，北汽福田、金華青

10、年、中植汽車、南通皋開上牌量超過 50 輛。2.2 商業(yè)化運營規(guī)模持續(xù)擴大截止目前投入運營車輛約 1462 輛，其中公交 617 輛左右，物流車約 756 輛，輕客 89 輛。其中，燃料電池物流車在上海已經(jīng)商業(yè)化運營超過 2 年時間，目前在運營數(shù) 量達到 300 輛左右（加氫站限制），運營里程超過 3000 萬 km，用戶包括京東、申通 快遞、盒馬鮮生、宜家等物流用戶。2.3 重卡車型將成為主流燃料電池具備高能量密度，長續(xù)航歷程，運營階段零排放的特點，是目前重載領(lǐng)域電 動化的最優(yōu)方案。國內(nèi)燃料電池汽車推廣由公交及輕卡物流車等商用車型切入，公交 客車、輕卡物流車是目前國內(nèi)燃料電池汽車產(chǎn)銷、運營的

11、主力車型。重卡對系統(tǒng)功率 提出更高要求，目前國內(nèi)多家系統(tǒng)廠商產(chǎn)品功率超過百千瓦，使用壽命多突破 10000h，提供了重卡車型的國產(chǎn)化前提，重卡車型成為 FCV 整車推廣的新鮮面孔。 2019 年 9 月，江鈴汽車 SXQ4180J1A2FCEV 重汽牽引車成為國內(nèi)首款進入工信部 道路機動車輛生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品公告的燃料電池重卡，搭載江蘇清能聯(lián)合上海杰寧 新能源合作開發(fā)的 95kW 燃料電池系統(tǒng)，續(xù)航里程超過 300km，第一批車輛在 2020 年 1 月投放寶鋼運營。10 月，3 輛氫能源集卡車在山東青島投入實景測試運營，開 啟國內(nèi)重卡港口運營模式的嘗試。截止目前，已有佛山飛馳、上汽紅巖、陜汽集團

12、、 江蘇奧新等燃料電池重卡車型亮相，系統(tǒng)功率多在百千瓦上下，續(xù)航里程在 300400km 左右。此外，2019 年 12 月，由濰柴動力、中國氫能聯(lián)盟與國家能源集團聯(lián)合研發(fā)的國產(chǎn) 200 噸以上氫燃料電池混合能源礦用自卸車成功下線，充分體現(xiàn) 了氫能在重載領(lǐng)域的應(yīng)用潛力，也證明了國內(nèi)企業(yè)已經(jīng)初步具備在重載、超重載領(lǐng)域 實現(xiàn)燃料電池對柴油機的替代能力。獎補政策鼓勵車型朝大功率與重載方向發(fā)展。根據(jù)燃料電池汽車城市群示范目標和 積分評價體系，對于貨車和客車來說，功率和載重越大，對應(yīng)的國家獎勵金額則越多。 以 2020 年積分標準測算，50kW 車型，獎勵 13 萬/輛，80kW&12 噸車型獎勵 22

13、.9 萬/輛，110kW&25 噸+車型獎勵 47.3 萬/輛，110kW&31 噸+車型獎勵 54.6 萬；假設(shè) 地補 1:1 的話，則 50kW 總補貼 26 萬；80kW&12 噸總補貼 45.8 萬；110kW&25 噸 +總補貼車 94.6 萬；110kW&31 噸+總補貼車 109.2 萬。一方面燃料電池適用于重載 領(lǐng)域，另一方面獎補政策的鼓勵進一步刺激產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)向燃料電池重卡方向發(fā)展，我 們預(yù)計未來燃料電池主要應(yīng)用車型將是重卡。3. 中游燃料電池：國產(chǎn)化率達到 70%，技術(shù)與成本優(yōu)勢企 業(yè)有望提升市占率3.1 系統(tǒng)集成顯現(xiàn)國際化競爭力，行業(yè)格局將在未來三年奠定系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈國產(chǎn)化達到

14、 70%，成本快速下降，預(yù)計到 2020 年成本下降至 5000 元 /kW。中國燃料電池產(chǎn)業(yè)化歷經(jīng)三年時間，產(chǎn)業(yè)鏈國產(chǎn)化程度從 2017 的 30%提升至 目前的 70%，電堆、空壓機、DCDC、加濕器均實現(xiàn)不同程度的國產(chǎn)化，同時燃料電 池系統(tǒng)成本也隨之快速下降，2018-2021 預(yù)計燃料電池系統(tǒng)平均售價分別為 15139 元/kW、11354 元/kW、7948、4592 元/kW。技術(shù)水平持續(xù)提升，國際化競爭力開始顯現(xiàn)。中國燃料電池系統(tǒng)在功率密度、冷啟動 溫度方面不遜色于國外一流企業(yè)，億華通 YHTG60SS、重塑科技鏡星 11 系統(tǒng)功率 密度達到 500W/kg，超越 Ballard

15、 和 Hydrogenics 產(chǎn)品；在壽命方面也與國外產(chǎn)品差 距不大，重塑科技 CAVEN 系列產(chǎn)品達到 1.2 萬小時，超越 Hydrogenics 產(chǎn)品壽命。 中國燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)品競爭力強勁，開始拓展海外市場， 2019 年第 46 屆東京車展 上，三菱扶?？ㄜ嚭凸财嚬荆∕itsubishi Fuso Truck and Bus Corporation） 展示其首款氫燃料電池輕型卡車 FUSO Vision F-Cell，車輛系統(tǒng)由中國燃料電池系 統(tǒng)龍頭重塑科技提供。日本為全球燃料電池技術(shù)的領(lǐng)頭羊，三菱扶桑選擇重塑科技作 為系統(tǒng)供應(yīng)方，充分說明了商用車燃料電池系統(tǒng)領(lǐng)域里，國產(chǎn)龍頭的技

16、術(shù)已經(jīng)可以媲 美國際領(lǐng)先水平。具備先發(fā)、技術(shù)和成本優(yōu)勢企業(yè)將贏得長跑。燃料電池系統(tǒng)行業(yè)資金壁壘較低，2018 年產(chǎn)業(yè)開始急速升溫，創(chuàng)業(yè)企業(yè)大量增加，產(chǎn)能也隨之快速上升，根據(jù)統(tǒng)計 2019 年 國內(nèi)燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)能超過 1.6 萬套；然而產(chǎn)業(yè)尚處于導(dǎo)入期，規(guī)?；瘧?yīng)用時期尚未 到來，燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)能短期相對富余，但并不嚴重。當前燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)格局初顯，但是各企業(yè)之間差距并不巨大，系統(tǒng)環(huán)節(jié)仍處于充 分競爭的階段，未來三年后龍頭企業(yè)有望和其余企業(yè)拉開數(shù)千臺級別裝機差距，彼時 行業(yè)格局將要奠定。當前具備先發(fā)優(yōu)勢的龍頭企業(yè)上海重塑裝機量超過 1600 輛車， 緊隨其后的億華通裝機量 800 輛左右，其余

17、企業(yè)裝機量大多在百臺級或者數(shù)十臺量 級，行業(yè)龍頭和后續(xù)企業(yè)量級差距在數(shù)百臺，差距并不十分明顯；未來伴隨產(chǎn)業(yè)發(fā)展， 國內(nèi)燃料電池汽車有望在 2021 年達到萬臺產(chǎn)銷量級別，行業(yè)二梯隊企業(yè)和龍頭企業(yè) 可能會有數(shù)千輛的裝機差距，產(chǎn)業(yè)將形成寡頭格局。成本、可靠性和壽命，是系統(tǒng)環(huán)節(jié)最重要的比拼指標。產(chǎn)業(yè)前期，上游供應(yīng)鏈并不完 全成熟，各家系統(tǒng)企業(yè)面臨相同的上游供應(yīng)鏈，比拼的主要是各企業(yè)對系統(tǒng)和燃料電 池的理解，具備強研發(fā)能力的企業(yè)可以率先研發(fā)出高可靠性的系統(tǒng)，然后憑借穩(wěn)定性 優(yōu)勢擴大下游運營規(guī)模。在產(chǎn)業(yè)中后期，系統(tǒng)公司將會切入上游電堆、DCDC、空壓 機、氫循環(huán)泵等核心零部件環(huán)節(jié)，以圖提升價值量和上游壁

18、壘，此時各企業(yè)成本和性 能會有明顯差異，龍頭企業(yè)將會明顯壟斷市場。3.2 電堆實現(xiàn)國產(chǎn)替代，強者恒強技術(shù)路線方面，石墨板電堆和金屬板電堆技術(shù)研發(fā)并行發(fā)展；應(yīng)用層面，石墨板電堆 占據(jù)絕對主流。當前中國燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈成本較高，加氫站基礎(chǔ)設(shè)施缺乏，商用車兼 具補貼較高和加氫站依賴程度相對較低優(yōu)點，是目前主要商業(yè)化應(yīng)用場景。石墨板電 堆因為耐腐蝕，具備長壽命優(yōu)點，當前因為應(yīng)用場景主要集中于商用車，所以石墨板 電堆在下游應(yīng)用占據(jù)絕對份額；金屬板電堆體積功率密度高，啟動快，但因為燃料電 池弱酸環(huán)境下，壽命相對較短，更加適合于乘用車。考慮到燃料電池應(yīng)用商業(yè)模式， 我們認為石墨板電堆將在未來 5-10 年時間

19、仍是主流地位；金屬板電堆將在 2025 年 后逐步放量。國產(chǎn)電堆功率密度快速上升，可靠性和壽命仍待觀察。提高電堆功率密度一方面有 利于降低成本，另一方面有利于車型配套，目前國內(nèi)金屬板電堆功率密度達到 3.1kW/L，和豐田 Mirai 電堆功率密度一致；國內(nèi)新一代石墨板功率密度較高者達到 3kW/L 以上，部分企業(yè)在研發(fā)石墨板電堆功率密度超過 4kW/L，相對巴拉德 9ssl 電 堆 1.7kW/L 有大幅提升。國產(chǎn)電堆的短板主要是在可靠性和壽命方面，國產(chǎn)石墨板 電堆壽命大部分在 1 萬小時左右，低于巴拉德 9ssl 電堆；國產(chǎn)金屬板電堆壽命基本 不超過 5000 小時，電堆壽命和可靠性仍需跟

20、蹤。技術(shù)引進實現(xiàn)國產(chǎn)替代，國鴻氫能占據(jù)市場絕大部分份額。目前國內(nèi)電堆廠商主要 有兩類：（1）自主研發(fā)，以上汽捷氫、新源動力、神力科技和氫璞創(chuàng)能等為代表；（2） 引進國外成熟電堆技術(shù)，以廣東國鴻和濰柴動力為代表。自 2017 年開始，國鴻氫能 引進壽命超過 2 萬小時巴拉德 9ssl 電堆生產(chǎn)技術(shù)，國產(chǎn)電堆開始實現(xiàn)國產(chǎn)化。2018 年燃料電池電堆出貨 48.6MW，國產(chǎn)化率達到 80%；2019 年燃料電池電堆出貨量達 到 95MW，國產(chǎn)化率達到 95%；得益于 9ssl 電堆的高可靠性和長壽命，國鴻氫能連 續(xù)兩年市占率超過 70%，成為國內(nèi)市場龍頭企業(yè)。電堆創(chuàng)業(yè)公司大量增加，將迎來激烈競爭，成

21、本優(yōu)勢龍頭將持續(xù)提升市占率。電堆行 業(yè)具備資金壁壘不高和技術(shù)壁壘高特點；年產(chǎn)能 1 萬臺電堆產(chǎn)線資本開支在 1 億左 右，伴隨海內(nèi)外燃料電池創(chuàng)業(yè)人才增加，近兩年國內(nèi)電堆創(chuàng)業(yè)企業(yè)大量增加，截止 2019 年國內(nèi)燃料電池電堆公司數(shù)量超過 20 家。目前先行公司如國鴻氫能、上汽捷 氫、氫璞創(chuàng)能和江蘇清能等，實現(xiàn)批量供貨，國鴻氫能 2018 和 2019 年市占率達到 70%左右；其余大部分公司產(chǎn)品在小批量驗證和路測階段，預(yù)計在 2021 年絕大部分 公司產(chǎn)品完成可靠性驗證，屆時電堆產(chǎn)業(yè)競爭將進入異常激烈時刻。電堆是燃料電池 系統(tǒng)最重要部件，成本占比最高，可靠性和成本是下游評價主要指標，我們認為具備

22、成本優(yōu)勢的企業(yè)市占率將持續(xù)提升。3.3 膜電極國產(chǎn)化開啟，2020 年開始批量供貨2019 年膜電極國產(chǎn)化元年，各家企業(yè)經(jīng)歷小批量驗證，2020 年將開始批量供貨，實 現(xiàn)國產(chǎn)替代。2019 年國內(nèi)主要三家膜電極企業(yè)鴻基創(chuàng)能、擎動科技和武漢理工氫電 均投產(chǎn)了卷對卷涂布產(chǎn)線，武漢理工氫電 1 月 14 日產(chǎn)線投產(chǎn)，膜電極產(chǎn)能達到 2 萬 平米/年；蘇州擎動 2 月 23 日自主研發(fā)的“卷對卷直接涂布法”膜電極生產(chǎn)線正式投 產(chǎn)，膜電極年產(chǎn)能 100 萬片；鴻基創(chuàng)能膜電極產(chǎn)線 3 月 27 日竣工，發(fā)布 HyKey10 產(chǎn)品。三家膜電極企業(yè)產(chǎn)品均開始批量供貨，理工氫電膜電極長期供給國外 Plug Po

23、wer 叉車系統(tǒng)；擎動膜電極已經(jīng)供給國內(nèi)氫璞創(chuàng)能等電堆公司，搭載擎動膜電極 的奧新燃料電池物流車在 2019 年 5 月份投入德州運營；鴻基創(chuàng)能膜電極 2019 年 8 月份開始投產(chǎn)，產(chǎn)品已經(jīng)經(jīng)過下游電堆廠家驗證，性能出色。國產(chǎn)膜電極功率密度突破 1W/cm2，替代進口后有望驅(qū)動電堆成本下降 30%和電堆 功率密度提升。三家企業(yè)膜電極功率密度普遍超過 1W/cm2，高于國外巴拉德膜電極， 鉑金載量低于 0.3mg/cm2，預(yù)期壽命普遍在 5000-1000 小時區(qū)間，實際情況仍需裝 車檢驗。膜電極占電堆成本達到 60%以上，過去國內(nèi)膜電極主要是進口巴拉德、莊 信萬豐等企業(yè)，產(chǎn)品價格居高不下，伴

24、隨國內(nèi)膜電極產(chǎn)品導(dǎo)入，2020 年電堆成本下 降 30%。當前 MEA 生產(chǎn)工藝主要是 CCM 法，制備方法由噴涂走向涂布。膜電極技術(shù)經(jīng)歷了 三代發(fā)展，大體上可以分為熱壓法、CCM（catalyst coating membrane）法和有序 化膜電極三種類型。目前大部分廠商選擇第二代 CCM 三合一膜電極技術(shù)，2019 年 以前國內(nèi)絕大部分企業(yè)采用噴涂法制備 CCM，2019 年開始，領(lǐng)先企業(yè)轉(zhuǎn)換用涂布法 制備 CCM。有序化膜電極是當下工藝發(fā)展趨勢。有序化膜電極能兼顧超薄電極和結(jié) 構(gòu)控制，擁有巨大的單位體積的反應(yīng)活性面積及孔隙結(jié)構(gòu)相互貫通的新奇特性，可以 達到高效三相傳輸、高 Pt 利用率

25、、高耐久性，使其成為了 PEMFC 領(lǐng)域的研究熱點， 也是下一代膜電極制備技術(shù)的主攻方向。3.4 質(zhì)子交換膜主要依賴進口，國產(chǎn)產(chǎn)品性能與壽命仍有提升空間質(zhì)子交換膜是質(zhì)子交換膜燃料電池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC） 的核心部件，對電池性能起著關(guān)鍵作用。它不僅具有阻隔作用，還具有傳導(dǎo)質(zhì)子的作 用。全氟磺酸膜是主流質(zhì)子交換膜。質(zhì)子交換膜根據(jù)含氟情況進行分類主要包括全氟磺 酸膜、非全氟化質(zhì)子交換膜、無氟化質(zhì)子交換膜和復(fù)合膜。目前世界上主流質(zhì)子交換 膜是全氟磺酸膜，全氟磺酸聚合物具有聚四氟乙烯結(jié)構(gòu)，其碳-氟鍵的鍵能高，使其 力學性能和化學穩(wěn)定性優(yōu)異，

26、其聚合物膜的使用壽命遠遠好于其他膜材料的使用壽 命，其次分子鏈上的親水性磺酸基團具有優(yōu)良的氫離子傳導(dǎo)特性。全氟磺酸膜也是目 前在 PEMFC 中唯一得到廣泛應(yīng)用的質(zhì)子交換膜，如美國杜邦的 Nafion 膜、陶氏公 司的 Dow 系列質(zhì)子交換膜、日本旭化成公司的 Aciplex 膜和日本旭哨子公司的 Flemion 膜，其中 Nafion 膜應(yīng)用最廣泛。質(zhì)子交換膜國產(chǎn)企業(yè)有在持續(xù)研發(fā)，國內(nèi)東岳集團可量產(chǎn) DF260 系列膜，但是目前 主要依賴進口。目前市場上主要生產(chǎn)全氟磺酸膜的企業(yè)主要來自于美國、日本、加拿 大以及中國，其中戈爾的 Select 復(fù)合膜廣泛應(yīng)用于燃料電池，豐田 Mirai、本田

27、Clarity 和現(xiàn)代 ix35 均采用戈爾 Select 系列膜。除此以外，質(zhì)子交換膜還有杜邦的 Nafion 系 列膜、陶氏化學（Dow Chemical）的 Xus-B204 膜、3M 的全氟磺酸膜、日本旭化 成的 Alciplex 系列膜、旭硝子的 Flemion 系列膜、加拿大 Ballard 的 BAM 膜和比利 時 Solvay 的系列膜。在國內(nèi)，山東東岳集團質(zhì)子交換膜性能出色，具備規(guī)?；a(chǎn)能力。2004 年，東岳 集團聯(lián)合上海交通大學研發(fā)出質(zhì)子交換膜，經(jīng)日本豐田公司和德國 Fuma.Tch 公司 分別檢測，東岳公司生產(chǎn)的質(zhì)子交換膜性能出色不遜于同類產(chǎn)品。目前，東岳 DF260

28、 膜厚度做到 15um，在 OCV 情況下耐久性大于 600 小時；膜運行時間達到 6000 小 時；在干濕循環(huán)和機械穩(wěn)定性方面，循環(huán)次數(shù)都超過 2 萬次。東岳 DF260 膜技術(shù)已經(jīng)成熟并已定型量產(chǎn)，11 月 18 日，東岳質(zhì)子交換膜 150 萬平米質(zhì)子交換膜生產(chǎn)線 一期工程投產(chǎn)。3.5 催化劑仍需進口，國內(nèi)企業(yè)正在起步催化劑是燃料電池的關(guān)鍵材料之一，其作用促進氫、氧在電極上的氧化還原過程。目 前最好的催化劑仍是 Pt 和 Pt 基催化劑，當前鉑金用量已經(jīng)降至可接受水平，根據(jù) DOE 數(shù)據(jù)，2015 年 Pt 含量達到 0.16g/kw，質(zhì)量比活性大于 0.5A/mg。目前，本田 FCV 和

29、豐田二代 Mirai 燃料電池催化劑 Pt 含量降至 0.12g/kw?？紤]到鉑金昂貴和稀有，降低 Pt 用量一直是催化劑研究主要方向。對于質(zhì)子交換膜 燃料電池 Pt 用量的降低，一方面通過提高催化劑的催化活性來實現(xiàn) Pt 用量降低，Pt 質(zhì)量比活性可以通過提高表面 Pt 的面積比活性來改善，改變表面 Pt 面積比活性的 重要理論指導(dǎo)是 Pt 與其他金屬發(fā)生相互間作用后，Pt 原子的幾何結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)發(fā) 生改變。主要研究方向有 Pt 合金催化劑、Pt 單層催化劑、Pt 納米管和 Pt 核殼等； 另一方面尋找替代 Pt 的催化劑，包括鈀基催化劑和非貴金屬催化劑。催化劑海外企業(yè)領(lǐng)先，國內(nèi)正起步。在

30、燃料電池催化劑領(lǐng)域， 海外企業(yè)處于領(lǐng)先地 位，已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)批量化生產(chǎn)，而且性能穩(wěn)定，其中英國 Johnson Matthey 和日本 田中（本田燃料電池車 Clarity 催化劑供應(yīng)商）是全球鉑催化劑的巨頭。國內(nèi)企業(yè)尚 處于研究階段，有三類機構(gòu)：（1）催化劑創(chuàng)業(yè)企業(yè)，如上海濟平、喜馬拉雅等；（2） 膜電極企業(yè)，如蘇州擎動、鴻基創(chuàng)能等；（3）研究機構(gòu)，大連化物所等。3.6 國內(nèi)氣體擴散層還處于小規(guī)模生產(chǎn)多孔氣體擴散層將膜電極組合體夾在中間，主要起氣體擴散的作用。多孔擴散層的主 要功能包括：實現(xiàn)氣體在催化層表面的擴散；提供機械支撐；導(dǎo)通電流；排 除反應(yīng)生成水。擴散層的材質(zhì)是經(jīng)疏水材料處理的碳基材料

31、（碳紙或碳布）。疏水材 料的作用是防止水在擴散層孔中積聚，影響氣體擴散。氣體擴散層材料按照基材的不同主要有碳纖維紙基材，碳布基材和金屬基材等類型。 其中碳纖維紙憑借制造工藝成熟、性能穩(wěn)定、成本相對較低和適于再加工等優(yōu)點，成 為目前商業(yè)化的首選材料。氣體擴散層是目前燃料電池堆各部件中技術(shù)條件最成熟，商業(yè)化利用潛力最好的產(chǎn) 品。目前，氣體擴散層面臨的主要挑戰(zhàn)除了大電流密度下水氣通暢傳質(zhì)的技術(shù)難點外， 還存在缺乏大量生產(chǎn)的問題，這使得其成本在燃料電池堆的總成本中仍占相當一部 分。DOE 基于巴拉德（Ballard）動力系統(tǒng)公司生產(chǎn)的 GDL 進行成本估算，如大量生 產(chǎn)（每年批量生產(chǎn) 50 萬個電堆）

32、，其價格可下降到 4.45 美元/m2 。因此，在研究提 高擴散層的性能的同時，開發(fā)擴散層大規(guī)模生產(chǎn)工藝同樣是研究重點。目前碳紙產(chǎn)品主要由幾個國際大生產(chǎn)商壟斷，包括日本東麗（Toray）和德國 SGL 等。 東麗目前占據(jù)較大的市場份額，且擁有的碳紙相關(guān)專利較多，生產(chǎn)的炭紙具有高導(dǎo)電 性、高強度、高氣體通過率、表面平滑等優(yōu)點。國內(nèi)產(chǎn)品尚處于小規(guī)模生產(chǎn)。上海河 森公司和上海濟平公司有小批量碳紙產(chǎn)品，臺灣碳能科技公司的碳紙產(chǎn)品價格較低， 獲得了一定市場認可。3.7 石墨雙極板實現(xiàn)國產(chǎn)化，金屬板小批量供貨雙極板是電堆中的“骨架”，與膜電極層疊裝配成電堆，在燃料電池中起到支撐、收 集電流、為冷卻液提供通

33、道、分隔氧化劑和還原劑等作用。雙極板材料主要包括石墨、 金屬以及復(fù)合材料三類。石墨基雙極板在燃料電池的環(huán)境中具有非常良好的化學穩(wěn) 定性，同時具有很高的導(dǎo)電率，是目前質(zhì)子交換膜燃料電池研究和應(yīng)用中最為廣泛的 材料。金屬材料相比石墨材料具有更好的導(dǎo)電和熱傳導(dǎo)性能，同時金屬材料良好的機 加工性能會大大降低雙極板的加工難度。復(fù)合材料雙極板能較好地結(jié)合石墨板與金 屬板的優(yōu)點，使電堆裝配后達到更好的效果。石墨雙極板因為耐久性長，廣泛應(yīng)用于商用車，基本實現(xiàn)國產(chǎn)化。石墨基雙極板的主 流供應(yīng)商有美國 POCO、美國 SHF、美國 Graftech、日本 FujikuraRubber LTD、日 本 Kyushu

34、 Refractories、英國 Bac2 等。石墨雙極板難度較低，基本已實現(xiàn)國產(chǎn)化， 國產(chǎn)廠商主要有上海弘楓、杭州鑫能石墨等。乘用車燃料電池具有高能量密度需求，金屬雙極板相較于石墨及復(fù)合雙極板具有明 顯優(yōu)勢。如日本豐田 Mirai 燃料電池汽車用金屬雙極板 PEMFC 模塊的功率密度達到 3kW/L，英國 Intelligent Energy 的新一代 EC200-192 金屬雙極板燃料電池模塊的功 率密度達到 5kW/L。金屬雙極板使 PEMFC 模塊的功率密度大幅提升，金屬雙極板 已成為乘用車燃料電池的主流雙極板。目前金屬雙極板主要供應(yīng)商有瑞典 Cellimpact、 德國 Dana、德

35、國 Grabener、美國 treadstone 等。國內(nèi)上海治臻、佑戈等已經(jīng)開發(fā) 了包括氫空/氫氧、空冷/水冷等適用于各種環(huán)境的多款量產(chǎn)金屬雙極板，治臻金屬板 已經(jīng)小批量供給上汽捷氫金屬板電堆。復(fù)合材料雙極板近年來也開始有應(yīng)用,如石墨/樹脂復(fù)合材料、碳/碳復(fù)合材料等，國內(nèi) 具備研制能力。3.8 空壓機：中低端空壓機國產(chǎn)替代，價格大幅下滑空壓機向系統(tǒng)供應(yīng)壓縮空氣，是燃料電池系統(tǒng)關(guān)鍵零部件之一，其性能直接影響燃料 電池系統(tǒng)的效率、緊湊性和水平衡特性。燃料電池的化學反應(yīng)對空氣的溫度、濕度、 壓力和流量等參數(shù)有著嚴格的要求，普通的工業(yè)壓縮機無法滿足燃料電池的工作要 求，因此性能優(yōu)越且與燃料電池系統(tǒng)匹

36、配良好的空壓機，對于燃料電池系統(tǒng)至關(guān)重要。 無油、高效、小型化、低成本、低噪聲、喘振線在小流量區(qū)和良好的動態(tài)響應(yīng)能力等 是對燃料電池系統(tǒng)專用空壓機的基本要求。燃料電池空壓機領(lǐng)域主流技術(shù)路線分別是機械式（羅茨式、螺桿式）和離心式，離心 式空壓機又分機械軸承與空氣軸承兩種方案。羅茨式空壓機屬于容積回轉(zhuǎn)壓縮機，這種壓縮機靠轉(zhuǎn)子軸端的同步齒輪使兩轉(zhuǎn)子保 持嚙合。轉(zhuǎn)子上每一凹入的曲面部分與氣缸內(nèi)壁組成工作容積，在轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)過程找那 個從吸氣口帶走氣體，當移到排氣口附件與排氣口相連通的瞬時間，因有較高壓力的 氣體回流，此時工作容積中的壓力突然升高，然后將氣體輸送到排氣通道。兩轉(zhuǎn)子互 不接觸，靠嚴密控制的間隙

37、實現(xiàn)密封，故排出的氣體不受潤滑油污染。豐田 Mirai 使 用高效六葉螺旋羅茨方式空壓機，在低負載時流量約為 100 L/min，在高負載時約為 5 000 L/min，最大壓比約為 3。DOE 與美國伊頓公司基于 P 級和 R 級羅茨式壓 縮機研制了新型空氣供應(yīng)系統(tǒng)。改進后的壓縮機可以提供壓比 2. 5、流 量 92 g/s 的壓縮空氣，并由電機和膨脹機聯(lián)合驅(qū)動，通過調(diào)整 峰值效率點，使其適用 80 kW 燃料電池系統(tǒng)。羅茨式空壓機在 做功能力、功率密度以及經(jīng)濟性等方面具有較大的 優(yōu)勢。螺桿式空壓機利用螺桿間的空氣槽壓縮空氣，使用脂潤滑 軸承的無油螺桿壓縮機能 夠保證供氣中絕對無油。它能夠提

38、供可變壓比，在燃料電池低負載時，可以保持水平 衡特性。噴水螺桿壓縮機可以提供系統(tǒng)部分用水，還可以降低供氣溫度，避 免水平 衡由于環(huán)境或者溫升而破壞，提高壓縮機的效率，增加燃料電池系統(tǒng)的能量密度，是 比較理想的燃料電池專用空壓機。離心式空壓機具有結(jié)構(gòu)緊湊、響應(yīng)快、壽命長和效率高等特點。它通過旋轉(zhuǎn)葉輪對氣 體做功，利用離心升壓和降速擴壓作用，將機械能轉(zhuǎn)換為氣體壓力能，但在低流量時 發(fā)生的喘振現(xiàn)象，會嚴重影響系統(tǒng)性能和使用壽命。本田公司 Clarity 燃料電池汽車、 現(xiàn)代 ix35 燃料電池汽車和戴姆勒 GLC F-Cell 燃料電池汽車均采用離心式空壓機，其 中本田公司旗下 Clarity 燃料

39、電池汽車采用的是兩級電動增壓方式。國產(chǎn)空壓機突破，價格斷崖式下跌。在 2018 年以前，國內(nèi)氫燃料電池空壓機市場基 本被國外品牌所壟斷，主要進口美國 UQM,美國蓋瑞特等企業(yè)產(chǎn)品，進口空壓機價格 居高不下，單臺價格超過 10 萬/臺。2018 年以后，隨著國產(chǎn)空壓機技術(shù)提升，空壓 機開始迅速國產(chǎn)化，用于商用車的中低端空壓機基本使用國產(chǎn)品牌，高端乘用車空壓 機仍需進口，伴隨國產(chǎn)產(chǎn)品導(dǎo)入，空壓機價格也快速下跌，單臺價格在 2-5 萬區(qū)間。 目前國產(chǎn)空壓機廠商可分為兩類，一類是傳統(tǒng)的壓縮機廠商，通過并購或者自主研發(fā) 切入燃料電池空壓機領(lǐng)域，如雪人股份、漢鐘精機、金通靈和冰輪環(huán)境等；一類是燃 料電池專

40、用空壓機研發(fā)廠商，如勢加透博、廣順新能源等。雪人股份開發(fā)的空壓機具有重量輕、耐磨性好、效率高、體積小、防腐蝕、高精度等 特點。其中 OA075 型空壓機最大空氣流量可達 100g/s，壓比可達 2.8，具有 IP67 的 防護等級，達到國際先進水平。勢加透博公司開發(fā)的 XTFCC300 離心空壓機，采用兩級增壓，壓比達到 2.5，流量 108g/s，應(yīng)用空氣箔片軸承，具有超過 10 萬次的啟停壽命。3.9 氫氣循環(huán)設(shè)備：氫循環(huán)泵是當前主流，引射器并行發(fā)展在質(zhì)子交換膜燃料電池中，保持質(zhì)子交換膜的水平衡對電堆的壽命有重要意義。一方 面，水含量過低會產(chǎn)生干膜現(xiàn)象，妨礙質(zhì)子的傳輸；另一方面，水含量過高

41、會產(chǎn)生水 淹現(xiàn)象，阻礙多孔介質(zhì)中氣體的擴散，導(dǎo)致電堆輸出電壓降低。此外，從陰極側(cè)穿透到陽極的雜質(zhì)氣體不斷累積，也會對電堆的性能造成影響。針對以上堵水和氣體滲透的問題，通常采用排氫的方法，將電堆內(nèi)部生成的水和累積 的雜質(zhì)氣體排出。排氫頻率太低，容易導(dǎo)致堵水和雜質(zhì)氣體累積，從而導(dǎo)致電堆性能 下降；排氫頻率太高，則既浪費了氫氣，又帶來潛在危險。為保證 PEMFC 穩(wěn)定高效 運行，同時提高氫氣利用率，通常采用氫氣循環(huán)的方法，即氫氣把電堆內(nèi)部生成的水 帶出后，經(jīng)水氣分離裝置將液態(tài)水分離，再將氫氣循環(huán)送回到電堆陽極重復(fù)使用，同 時對新鮮氫氣進行加濕。目前主要的氫氣循環(huán)設(shè)備有氫循環(huán)泵和引射器兩類設(shè)備，具體方

42、案可采取單級引射 器、雙級引射器并聯(lián)、單級循環(huán)泵、引射器和循環(huán)泵并聯(lián)等。傳統(tǒng)循環(huán)泵在涉氫涉水環(huán)境下，易發(fā)生“氫脆”，氫循環(huán)泵在結(jié)構(gòu)和材料的設(shè)計上不 同于傳統(tǒng)循環(huán)泵，技術(shù)難度要高很多，氫循環(huán)泵需要具備密封設(shè)計好（氫氣容易泄 露）、耐水性強（經(jīng)過電堆反應(yīng)后剩余的氫氣帶有少量水蒸氣）、流量大（適應(yīng)大功率 電堆）、壓力輸出穩(wěn)定（低壓轉(zhuǎn)為高壓）、無油（保證氫氣純度）等特點。氫循環(huán)泵難 度較大，目前國內(nèi)產(chǎn)品處于研發(fā)驗證階段，尚不成熟，國內(nèi)系統(tǒng)企業(yè)主要是進口德國 普旭氫循環(huán)泵，普旭在中國市占率達到 90% 。引射器利用高速噴射工作流體造成的壓差將噴出的氣體不斷吸入并再噴出，相比氫 氣循環(huán)泵，這種裝置無移動部

43、件、結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠，而且無寄生功率，是實現(xiàn)燃 料電池氫氣循環(huán)利用的理想裝置。已有的質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)系統(tǒng)引射器 設(shè)計多采用開環(huán)設(shè)計，無法體現(xiàn)其應(yīng)用于實際系統(tǒng)時的工作特性。引射器的設(shè)計工況 點通常為最佳工況點，通過優(yōu)化引射器的設(shè)計尺寸改變其工作特性和最佳工況點。設(shè) 計上，引射器的最佳工作區(qū)間應(yīng)該能夠覆蓋 PEMFC 系統(tǒng)的全部工作區(qū)間。以往的研 究大多采用增加引射器移動部件或采用引射器與循環(huán)泵并聯(lián)的方法實現(xiàn)設(shè)計目標。國內(nèi)企業(yè)涉足氫氣循環(huán)泵的主要有雪人股份、大洋電機、思科渦旋、艾爾航空、漢鐘 精機、濟南思明特、浙江恒友、伯肯節(jié)能等。思科渦旋產(chǎn)品主要是渦旋式氫氣循環(huán)泵， 今年 4

44、月 15 日，公司收到東風（武漢）工程咨詢有限公司組織的東風汽車集團股份 有限公司技術(shù)中心FCEV-回氫泵采購 3項目的中選通知書；艾爾航空開發(fā)出 爪式氫氣循環(huán)泵，實現(xiàn)小批量供貨。3.10 燃料電池 DCDCDC/DC 是新能源汽車中不可或缺的輔助性電子設(shè)備，是指將一個固定的直流電壓變 換為可變的直流電壓，也稱為直流斬波器。在新能源汽車領(lǐng)域，分小功率 DC/DC 和 大功率 DC/DC 兩種應(yīng)用場景。其中小功率 DC/DC 作為高壓轉(zhuǎn)低壓裝置及 12V 電壓 穩(wěn)定器使用。大功率 DC/DC 的作用為高壓升壓器，燃料電池汽車在國內(nèi)當前的電電 混合技術(shù)路線下，大功率 DC/DC 是必不可少的器件。

45、在燃料電池轎車的實際應(yīng)用中,一方面考慮到目前燃料電池價格較高,而單節(jié)燃料電 池電壓較低(0.7V左右),且工作電壓大小因負載而定,因此有必要將燃料電池輸出電壓 與負載正常工作電壓之間進行合理轉(zhuǎn)換。另一方面,考慮到在燃料電池氫氣和空氣供 給過程中出現(xiàn)的一些擾動會使燃料電池堆的輸出電壓發(fā)生波動,從而母線電壓也會產(chǎn) 生一定幅度的波動,如果在母線和用電器之間沒有抗擾動裝置的話,燃料電池轎車上 用電器的工作電壓可能處于過壓或者低壓狀態(tài),長時間運行的話,會影響所配設(shè)備的 壽命,這就要求所配降壓 DC/DC 具有較好的抗干擾性能,當負載突然變化時,輸出電壓 能夠盡快恢復(fù)平衡。燃料電池系統(tǒng) DC/DC 除了實

46、現(xiàn)功率變換功能以外，具備以下特殊性：1）實現(xiàn)整車 能量分配控制，優(yōu)化整車動力性和經(jīng)濟性；2）彌補燃料電池電氣特性，實現(xiàn)寬范圍 電壓輸入和穩(wěn)定輸出；3）快速提升燃料電池溫升，實現(xiàn)低溫快速啟動；4）在線診斷 燃料電池狀態(tài)，延長電堆壽命。DC/DC 效率差距不大，功率密度和一致性等落后于日韓，成本依賴半導(dǎo)體行業(yè)降本。 燃料電池 DC/DC 代表企業(yè)主要有美國 Victor、lucent、日本 Cosel、本田和現(xiàn)代等； 國內(nèi)燃料電池 DC/DC 企業(yè)有欣銳科技、英威騰、合康動力、中科綠能等。國產(chǎn)企業(yè) 效率普遍在 95%以上，與日韓先進產(chǎn)品差距不大，但是體積功率密度上遠低于日韓 先進企業(yè)，國內(nèi) DC/

47、DC 體積功率密度低于 1.6kW/L，而日韓產(chǎn)品功率密度可達 8kW/L 以上，此外國內(nèi)產(chǎn)品一致性和可靠性有待提升。降本方面，燃料電池汽車采用的 DC/DC 依托于半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展。4.氫氣：降本路徑明確4.1 氫氣制?。簠^(qū)域稟賦決定制氫方式我國氫氣來源廣泛且低廉，目前年制氫量 2000 萬噸左右，是全球第一大產(chǎn)氫國，當 前氫氣主要來源為化石能源制氫，占比 96%，水電解制氫占比 4%當下燃料電池汽車規(guī)模較小，主要制氫依靠工業(yè)副產(chǎn)氫，制氫成本 14.3-16.5 元/kg； 隨著燃料電池車規(guī)模的提升，天然氣/煤制氫可以提供大規(guī)模、低成本的氫氣供應(yīng) （6.6-16.5 元/kg）；未來棄風棄光

48、電解制氫將成為最潔凈環(huán)保的能源利用方式，電解 水制氫成本與電價高低密切相關(guān)。4.2 儲運：短期氣氫拖車運輸，中長期液氫遠距離運輸氣氫拖車是目前及未來一段時間的主要運輸方式。20MPa 長管拖車是當下主流運氫 方式，百公里充裝及運輸成本達到 8.8 元/kg，500km 運輸成本達 30.8 元/kg；接下 來長管拖車會升級到 45MPa 儲氫瓶車。中期將使用液氫罐車進行中長距離儲運，液氫運輸能力是氣氫拖車的十倍以上，配合 大規(guī)模可再生能源或者核電的棄電，是燃料電池大規(guī)模部署后的氫氣解決方案；液氫 百公里運輸成本達到 8.36 元/kg（包括液化和運輸），500km 運輸成本達到 10.34 元

49、 /kg。管道氫氣運輸運營成本低、運輸規(guī)模龐大，但最致命的缺點是投資成本高且只能點對 點，因此在一段時間內(nèi)很難成為主流；有機和固態(tài)儲氫材料是未來氫氣儲存與運輸?shù)闹匾芯糠较颍壳岸继幱谘芯炕蛘?小規(guī)模實驗狀態(tài)。5.加氫站：成本快速下降，建設(shè)速度加快5.1 加氫站構(gòu)成依據(jù)土建方式不同，加氫站可分為移動式加氫站與固定式加氫站：1）移動式加氫站：多為撬裝形式，壓縮機等加氫站設(shè)備集成安裝于整體底座上，占 地面積小，安裝工作量小，便于移動遷移。除移動撬裝式加氫站外，集成儲氫及加注 設(shè)備的加氫車也是移動式加氫站的一種。2）固定式加氫站：與普通加油站形式類似，加氫站設(shè)備需在現(xiàn)場安裝固定，設(shè)備分 散分布，占地

50、面積大，加氫噪聲小，通常固定式加氫站儲氫量及日加注能力大于移動 式加氫站。早期國內(nèi)固定式加氫站多數(shù)專門提供氫氣加注功能，近年來中石化、中石 油加入加氫網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建進程，將原有加油站改建為油氫合建站，2019 年新建成佛山樟 坑、浙江嘉興、上海西上海、安智共 4 座加油加氫合建站，提供了傳統(tǒng)能源供應(yīng)企業(yè) 利用原有能源補給網(wǎng)絡(luò)建設(shè)加氫站的可行方案。除油氫合建站外，油氣氫電綜合供能 站也是針對未來車輛能源多樣化供應(yīng)的合理方案，2019 年建成油氣氫電綜合供能站 1 座，在建 1 座。依據(jù)氫氣來源不同，加氫站可分為站內(nèi)制氫加氫站與外供加氫站：1）站內(nèi)制氫加氫站（制氫加氫一體站）：于站內(nèi)配套電解水制氫、天然

51、氣重整制氫等 制氫設(shè)備生產(chǎn)氫氣，經(jīng)壓縮機增壓后完成氫氣加注等后續(xù)環(huán)節(jié)。站內(nèi)制氫加氫站額外 增加制氫設(shè)備，但減省氫氣運輸、卸氣環(huán)節(jié)。目前德國、日本已批量建成制氫加氫一 體站，2019 年雄韜股份于山西大同建成國內(nèi)首座站內(nèi)制氫加氫站大同經(jīng)雄制氫 加氫一體站，設(shè)計加注能力 500kg/d。2）外供氫加氫站：無需現(xiàn)場制氫，氫氣由氫源外運，經(jīng)過加壓后完成加注、存儲。 不同氫氣運輸形式下，加氫站設(shè)備同樣存在差異：對于高壓氣氫運輸方式，加氫站需 配置卸氣柱及與長管拖車氣壓匹配的氫氣壓縮機組；當采用液氫運輸，需要在站內(nèi)增 設(shè)氣化器等配套設(shè)施，完成液氫氣化。3）混合式加氫站：將站內(nèi)制氫與外供氫氣結(jié)合，雙重氫源保

52、證供氫可靠性。日本、 德國等地曾建成多座混合式加氫站。目前國內(nèi)加氫站以氣氫拖車外供氫加氫站為主，氫氣通過管束槽車運輸至加氫站，經(jīng) 氫氣壓縮機增壓后儲存至站內(nèi)的高壓儲罐中，再由加氫機為燃料電池汽車加注氫氣， 具體流程包括：1）氫氣運輸：氫氣運輸環(huán)節(jié)通常由制氫企業(yè)或氣體公司承擔，運輸管束槽車儲氫管 束中氫氣壓力維持于 20MPa 左右，典型拖車配置管束儲氫量 4000Nm3，約合 350380kg。氫氣運輸方式、運輸距離對到站氫氣價格影響顯著，目前百公里運氫成 本約 4.5 元/kg ，超過 100km 以后，氫氣成本快速增加，300km 時，運氫成本超過 26.8 元/kg。2）卸氣增壓：氫氣運

53、至加氫站后，借助站內(nèi)氫氣壓縮機增壓存至站內(nèi)儲氫瓶組。國 內(nèi)燃料電池汽車車載儲氫瓶儲氣壓力多為 35MPa，配套加氫站儲氫壓力通常在 45MPa 上下，高于車載管束氫氣（20MPa），氫氣從低壓側(cè)流向高壓側(cè)需要借助氫 氣壓縮機做功。在進氣壓力低于拖車管束內(nèi)氫氣壓力時，氫氣可從管束內(nèi)流出。受壓 縮機進氣壓力約束，管束內(nèi)氫氣有效卸氣量占比在 7080%，約合 250300kg。氫 氣加注過程中當站內(nèi)儲氫罐的壓力降低至設(shè)定值時，控制系統(tǒng)將啟動氫氣壓縮機對 儲氫罐重新充裝增壓。3）分級儲存：加氫站氫氣儲存于專用儲氫罐或儲氫瓶組，氣氫拖車管束也可作為站 點儲氫裝置。為降低壓縮機功耗，優(yōu)化加氫控制過程，GB

54、 505162010加氫站技 術(shù)規(guī)范推薦儲氫環(huán)節(jié)采取二級或三級儲氫，即多個儲氫罐/儲氣瓶組分組設(shè)置不同 壓力等級。4）氫氣加注：氫氣加注是加氫流程最后一個環(huán)節(jié)，由儲氫配合加注系統(tǒng)完成。加氫 機氫氣輸入端與儲氫設(shè)備、氫氣壓縮機排氣口互連，加氫控制系統(tǒng)可依據(jù)儲氫瓶組儲 氫量、儲氫壓強等選擇合適瓶組或直接從氫氣壓縮機獲取氫氣完成加注。5.2 壓縮機、儲氫瓶、加氫機為加氫站三大核心設(shè)備（一） 氫氣壓縮機氫氣壓縮機是將拖車管束內(nèi)氫氣卸裝，加壓至儲氫目標壓強的關(guān)鍵設(shè)備。依據(jù)工作 原理差異，主流氫氣壓縮機可分為往復(fù)隔膜式壓縮機、活塞式壓縮機。由于燃料電池汽車對氫氣純度要求較高（99.99%），隔膜式壓縮機能

55、夠較好保證氣體純凈度，是 目前的主流選擇。隔膜式壓縮機由液壓系統(tǒng)及氣體壓縮系統(tǒng)組成，膜片將兩大系統(tǒng)完全隔離。工作狀 態(tài)下，液壓系統(tǒng)中由電機驅(qū)動壓縮機曲軸，推動活塞在液壓缸內(nèi)往復(fù)運動，產(chǎn)生液壓 油壓力，推動膜片往復(fù)振動完成進氣、壓縮、排氣。由于壓縮氣體不與任何潤滑劑、 摩擦副接觸，可以最大限度保證壓縮氣體純凈度。加氫站對氫氣純度要求嚴格且排氣壓力較高（4590MPa），當前氫氣壓縮機供應(yīng)商 仍以海外為主，如美國 PDC Machine、英國 Howden 等。國內(nèi)氫能產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展， 自主壓縮機品牌逐步推出適用于加氫站的氫氣壓縮機產(chǎn)品，并在國內(nèi)加氫站應(yīng)用，代 表企業(yè)包括中鼎恒盛、北京天高、京城壓縮

56、機、恒久機械等。PDC Machine：PDC Machine 于 1977 年開始制造往復(fù)隔膜式壓縮機，公司與全球 領(lǐng)先的氫氣供應(yīng)商、科研院校合作，形成完善的氫壓縮解決方案，持續(xù)促進氫能商業(yè) 化應(yīng)用。PDC 專門為燃料電池汽車、公交車和物料運輸設(shè)備的氫能裝置提供全面的 氫壓縮解決方案。公司壓縮機產(chǎn)品線和壓縮系統(tǒng)設(shè)計交鑰匙工程，滿足從小型示范到 大型商用氫燃料加注站的各種應(yīng)用要求。目前，PDC 在全球共有超過 350 臺氫氣壓 縮機應(yīng)用于加氫站中。豪頓：英國豪頓集團創(chuàng)建于 1854 年，為全球領(lǐng)先的壓縮機制造廠商。公司業(yè)務(wù)范圍 覆蓋全球，1994 年 10 月設(shè)立豪頓華工程有限公司進入中國市場

57、。豪頓壓縮機涵蓋 螺桿式、往復(fù)式、離心式多類別，1916 年公司下屬研發(fā)成功全球首臺金屬隔膜式壓 縮機，可確保任何氣體的無污染、無泄漏壓縮，開創(chuàng)了壓縮機市場的新領(lǐng)域。2019 年 6 月 27 日，豪頓與國內(nèi)加氫站建運及加氫站設(shè)備供應(yīng)商上海氫楓合作研發(fā)的 45Mpa 高性能氫氣隔膜壓縮機正式落地。中鼎恒盛：成立于 2008 年，隔膜壓縮機為公司核心業(yè)務(wù)。早期公司氫氣壓縮機在精 細化工領(lǐng)域已有應(yīng)用，面向加氫站用氫氣壓縮機為公司新的業(yè)務(wù)方向，目前中鼎恒盛 能夠提供 45MPa、70MPa 的加氫站隔膜壓縮機，其中 45MPa 加氫站隔膜壓縮機流 量最大能夠做到 2000kg/天。目前公司已向多個加

58、氫站提供了壓縮機設(shè)備，包括武漢 雄眾、安徽明天氫能、佛山荔村、上海金山化工園區(qū)等。（二） 儲氫罐加氫站是利用站內(nèi)儲氫容器和車載氫瓶間的壓差實現(xiàn)氫氣加注，要求站內(nèi)儲氫壓力 高于車載供氫系統(tǒng)。目前車載氫瓶壓強分為 35MPa 及 70MPa 兩類，相應(yīng) 35MPa 加 氫站設(shè)計壓力在 45MPa 上下，70MPa 加氫站儲氣壓力在 90MPa 附近。為降低卸氣 過程壓縮機能耗，提升氫氣加注過程可控性，加氫站儲氫罐或儲氫瓶組通常按照 23 級壓力分級設(shè)置，如 35MPa 加氫站可選擇配置 45+22MPa 儲氫罐組合，70MPa 加 氫站則可配置 90+65+40MPa 組合。以 35MPa 加氫站

59、為例，卸氣過程中若僅配置 45MPa 儲氫罐，卸氣過程中氫氣壓縮 機需要將拖車管束中 20MPa 氫氣全部增壓至 45MPa；若配置 45MPa+22MPa 的儲 氫罐組合，部分拖車管束 20MPa 氫氣僅需增壓至 22MPa，減小壓縮機做功。加注 過程中，通常自 22MPa 低壓氫罐開始，當車載儲氫系統(tǒng)氫氣壓力達到設(shè)定值，切換 至 45MPa 高壓氫罐。整個加注過程儲氫罐與車載氫瓶間的壓差控制在合理范圍，相 較僅采用 45MPa 儲罐加注更易控制氫氣加注速率。目前國內(nèi)儲氫罐建設(shè)周期相較儲氫瓶組更長，且造價高約 40%。內(nèi)加氫站儲氫設(shè)備 供應(yīng)企業(yè)包括中集安瑞科等。中集安瑞科：國內(nèi)能化與食品裝備

60、業(yè)內(nèi)具有領(lǐng)先地位的集成業(yè)務(wù)服務(wù)商與關(guān)鍵設(shè)備 制造商。公司發(fā)揮壓力容器制造領(lǐng)域的經(jīng)驗優(yōu)勢，在氫能儲運、加注環(huán)節(jié)著力布局。 2010 年，公司為上海世博會提供 45MPa 加氫車、加氫站儲氫瓶組；2011 年，為深 圳大運會提供 45MPa 加氫車、加氫站儲氫瓶組，并成功研制出國內(nèi)首臺 300m高真 空多層結(jié)構(gòu)液氫貯罐；2013 年，300m液氫貯罐成功交付海南文昌衛(wèi)星發(fā)射基地； 2017 年，完成 25MPa型車載氫氣瓶開發(fā)，啟動 45MPa 氫氣壓縮機開發(fā)；2018 年，參與建設(shè)國家 863 項目國內(nèi)首座 70MPa 加氫站，設(shè)計制造的 87.5MPa 纏繞大 容積儲氫容器填補國內(nèi)空白。（三）