氫能產(chǎn)業(yè)鏈下游應(yīng)用包括加氫站、燃料電池的各種應(yīng)用（包括車輛、固定式電站、便攜式電子、分布式發(fā)電等）、傳統(tǒng)石化工業(yè)應(yīng)用（石化應(yīng)用是目前氫的主要應(yīng)用，據(jù)統(tǒng)計(jì)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(fā)展。

 

 

燃料電池車相比傳統(tǒng)汽車，具有無污染、零排放、無噪聲的優(yōu)勢(shì)，相比電動(dòng)車具有續(xù)航里程長(zhǎng)，充氫時(shí)間段的有點(diǎn)，是目前關(guān)注度最高的應(yīng)用領(lǐng)域。燃料電池作為動(dòng)力電池，已經(jīng)在乘用車、巴士/客車、叉車以及其他以燃料電池作為動(dòng)力的車輛中得以應(yīng)用，例如特種車輛、物料搬運(yùn)設(shè)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(yùn)輸領(lǐng)域居然率先發(fā)展起來的是叉車搬運(yùn)市場(chǎng)，目前主要集中在美國(guó)。

 

據(jù)美國(guó)能源部2016年5月統(tǒng)計(jì)顯示，2008年美國(guó)燃料電池叉車數(shù)量在500輛左右，2016年美國(guó)26州燃料電池叉車數(shù)量超過11000輛，年復(fù)合增速高達(dá)56%。燃料電池叉車主要客戶是大的消費(fèi)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(dòng)力設(shè)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(fā)現(xiàn)建立綠色足跡的好處遠(yuǎn)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(yīng)用燃料電池叉車，供應(yīng)商主要是美國(guó)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(chǎng)主要供應(yīng)商

 

主要從事氫燃料電池技術(shù)和“turnkey”系統(tǒng)設(shè)計(jì)的Nuvera Fuel Cells在2014年被叉車巨頭Hyster-Yale物料搬運(yùn)公司收購后，產(chǎn)品的商用化進(jìn)程加快， Hyster-Yale也因此成為首個(gè)將燃料電池技術(shù)整合到材料處理設(shè)備組合中的叉車制造商。今年4月，亞馬遜獲得了收購美國(guó)氫燃料電池制造商Plug Power 23%的股權(quán)的權(quán)利，亞馬遜將為其11個(gè)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(yīng)用屬性的燃料電池客車，在歐美多國(guó)以及我國(guó)都在被積極用于示范運(yùn)營(yíng)，但都沒有形成產(chǎn)業(yè)化規(guī)模。

 

據(jù)2016年羅蘭貝格發(fā)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(jīng)投放市場(chǎng)示范使用，分布在8個(gè)國(guó)家的17個(gè)城市和地區(qū)。到2020年，歐洲將投放300-400輛燃料電池大中客車。

 

美國(guó)能源署國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室2016年《Hydrogen Fuel Cell Bus evaluations》顯示，在美國(guó)正在示范運(yùn)營(yíng)的燃料電池客車共24輛，分布在9個(gè)城市。美國(guó)最初規(guī)劃了65輛示范燃料電池大中客車，現(xiàn)在僅24輛在進(jìn)行示范使用，這些項(xiàng)目主要是驗(yàn)證并改進(jìn)FCEB的可用性和穩(wěn)定性。在日本，據(jù)《豐田汽車內(nèi)部報(bào)告》，只有2輛燃料電池大客車在東京和中部地區(qū)示范使用。我國(guó)燃料電池汽車也是從客車領(lǐng)域展開，但前期均屬于示范項(xiàng)目，沒有進(jìn)入正式商業(yè)化運(yùn)營(yíng)。2008年北京奧運(yùn)會(huì)期間，福田歐輝與清華大學(xué)共同研發(fā)的3輛燃料電池客車參與示范運(yùn)行；2010年，3輛同濟(jì)大學(xué)研發(fā)和3輛清華大學(xué)研發(fā)，共6輛燃料電池客車亮相上海世博會(huì)；2010年新加坡青奧會(huì)期間，海格和清華大學(xué)合作研發(fā)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(yù)計(jì)2017年一季度末將會(huì)有100多臺(tái)配備億華通燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)的車上路運(yùn)行；2016年5月，福田歐輝簽訂100輛8.5米氫燃料電動(dòng)客車銷售合同，開啟氫燃料電動(dòng)客車的商業(yè)化運(yùn)作。2016年9月，佛山全國(guó)首條氫能源城市公交試運(yùn)營(yíng)示范線路，12臺(tái)氫能源公交車投入使用。

 

3.  燃料電池乘用車商業(yè)化進(jìn)程加快

 

燃料電池汽車領(lǐng)域中，乘用車約占80%的比重，小型燃料電池車現(xiàn)在正處于商業(yè)化轉(zhuǎn)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(xiàn)代也相繼加入燃料電池車行列，其中日本豐田成為領(lǐng)跑者，在2015年已經(jīng)開始向歐美發(fā)售其新款Marai燃料電池車。

 

 

國(guó)際主要燃料汽車產(chǎn)商相關(guān)產(chǎn)品

 

資料來源：ISI EMIS Intelligence

 

Marai與普通電動(dòng)車相比在性能上有很大的優(yōu)勢(shì)。續(xù)航距離約700km，足夠普通家庭日常使用一周以上，是普通電動(dòng)車的四到五倍，并且隨著行駛里程的加長(zhǎng)，在系統(tǒng)成本上相對(duì)于普通電動(dòng)車也將占優(yōu)勢(shì)。此外，加氫時(shí)間僅需3分鐘，最低啟動(dòng)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(jì)劃是2015年在日本國(guó)內(nèi)銷售400輛、向海外出口300輛燃料電池汽車，主要銷往美國(guó)和歐洲。Marai發(fā)售后，在日本訂單超過3000輛，在美國(guó)約2000輛的訂單，遠(yuǎn)超公司預(yù)期。為此豐田采取措施分階段提省Marai的產(chǎn)能，到2016年產(chǎn)能增至2000輛，2017年增至3000輛，并計(jì)劃2020年前全球范圍內(nèi)銷售總量達(dá)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(zhǎng)坡，加速踏板被踩到節(jié)氣門全開位置時(shí)，Mirai燃料電池升壓變頻器產(chǎn)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(chǎng)反應(yīng)大大超出車企的預(yù)期，主要面向個(gè)人消費(fèi)者的燃料電池乘用車的真正大規(guī)模商用，仍面臨著一系列的挑戰(zhàn)，尤其是加氫站的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)問題（氫的儲(chǔ)運(yùn)請(qǐng)見上篇周報(bào)）。

 

二、世界加氫站建設(shè)布局

 

加氫站的建設(shè)至關(guān)重要，對(duì)于汽車企業(yè)來說，沒有能源站，就沒辦法賣車。

 

目前，儲(chǔ)氫問題及加氫站數(shù)量不足成為燃料電池乘用車發(fā)展的阻礙之一。目前加氫站在北美、歐洲、日本、中國(guó)、韓國(guó)和澳大利亞雖有分布，但全球在運(yùn)總數(shù)不足300座，加之加氫站建設(shè)的投資和周期較長(zhǎng)，很難實(shí)現(xiàn)快速布局。目前各國(guó)政府大力支持積極推進(jìn)加氫站建設(shè)，其中美洲增速最快，歐洲數(shù)量最多，亞洲也在積極布局中。

 

據(jù)LBST于2017年2月21日發(fā)布的第9期全球加氫站統(tǒng)計(jì)報(bào)告，2016年全球新增92座加氫站，創(chuàng)增長(zhǎng)數(shù)新高。截止到2017年1月，全球正在運(yùn)營(yíng)的加氫站達(dá)到274座，其中有4座是2017年初開放。

 

 

全球加氫站統(tǒng)計(jì)

 

資料來源：LBST

 

新增的92座加氫站中，有83座是對(duì)公眾開放的，其余9座則是專門為公交車或車隊(duì)客戶提供服務(wù)。日本憑借新增45座位列加氫站增長(zhǎng)數(shù)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(guó)，德國(guó)公共加氫站總數(shù)增至22座。另外，德國(guó)還有29座加氫站正在建設(shè)或即將開放，超過美國(guó)，后者正在建設(shè)的加氫站有24座。歐洲計(jì)劃于2019年底前建成覆蓋全歐洲的“氫氣高速公路”網(wǎng)絡(luò)。
 

 

歐洲加氫站分布示意圖

 

目前全球正在運(yùn)營(yíng)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(shù)的2/3。去年，有幾座僅用于示范項(xiàng)目的舊加氫站也被新的公共加氫站所替代，這表明氫基礎(chǔ)設(shè)施的商業(yè)化正在逐漸開展。

 

目前，加氫站的技術(shù)路線有站內(nèi)制氫技術(shù)（電解水制氫、天然氣重整制氫）和外供氫技術(shù)。歐洲大多數(shù)加氫站都采用站內(nèi)電解水制氫技術(shù)；外供氫氣技術(shù)中氫氣來自于鋼鐵企業(yè)的副產(chǎn)氫氣，使用高壓氫氣瓶集束拖車運(yùn)輸。由于傳統(tǒng)加氫站建設(shè)和運(yùn)維成本較高，近幾年一些新型的加氫站開始進(jìn)入應(yīng)用，比如太陽能加氫站和移動(dòng)加氫車：

 

太陽能加氫站：相比大型加氫站具有兩個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)：其一，體積小巧，甚至可以直接安裝在家中花園或門口，對(duì)于建設(shè)用地和氫氣儲(chǔ)藏設(shè)施沒有額外特殊要求；其二：節(jié)能環(huán)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(shí)不會(huì)產(chǎn)生CO2?；诖耍柲芗託湔究梢凿佋O(shè)成數(shù)量更大、更廣泛的臨時(shí)加氫網(wǎng)，以便滿足氫燃料電池汽車的臨時(shí)性加氫需要。

 

移動(dòng)加氫車：被譽(yù)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(shè)的加氫站建成前，為消費(fèi)者提供氫氣。Air Products公司的移動(dòng)加氫車使用蓄電池以及太陽能發(fā)電制氫，加氫車每次可以為Mirai加注半個(gè)罐氫氣，提供150英里的續(xù)航里程。移動(dòng)加氫車的儲(chǔ)氫能力為85kg，每罐可以滿足30多輛車的加氫需求。

 

三、依賴補(bǔ)貼的加氫站，還需規(guī)模效應(yīng)降成本

 

在產(chǎn)品技術(shù)成熟的基礎(chǔ)上，燃料電池汽車的大規(guī)模應(yīng)用對(duì)加氫站的建設(shè)數(shù)量和分布合理性必然有一定的要求。

 

但是，由于沒有實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，目前加氫站建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本還大大高于傳統(tǒng)加油站。目前全球的主流還是政府主導(dǎo)加氫站投資及運(yùn)營(yíng)，并給予高額補(bǔ)貼，政府補(bǔ)貼的幅度均超過50%。普遍看，一個(gè)新的加氫站的建設(shè)成本在200-500萬美元左右。日本建設(shè)一座中型加氫站（300Nm3/h）投資在500~550萬美元；在美國(guó)，約需要280~350萬美元。

 

根據(jù)日本產(chǎn)經(jīng)省的數(shù)據(jù)，日本建設(shè)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(shè)成本的5倍。另外，加氫站每年還要承擔(dān)4000~5000萬日元（約合300萬元人民幣）運(yùn)營(yíng)成本。

日本加氫站的主要成本構(gòu)成

 

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

 

加氫站的建設(shè)中，設(shè)備采購成本占建設(shè)投資的70%。加氫站的主要設(shè)備：包括：儲(chǔ)氫裝置、壓縮設(shè)備、加注設(shè)備、站控系統(tǒng)等，其中壓縮機(jī)占總成本較高（約30%）。歐美日已經(jīng)完全掌握加氫站系統(tǒng)三大核心設(shè)備氫氣壓縮機(jī)、高壓儲(chǔ)氫罐、氫氣加注機(jī)的制造技術(shù)，我國(guó)與其差距巨大。

 

以一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)充氣壓力標(biāo)準(zhǔn)為例，歐美日加氫站普遍采用與汽車配套的70MPa壓力標(biāo)準(zhǔn)，并實(shí)現(xiàn)設(shè)備量產(chǎn)，而我國(guó)示范性加氫站及燃料電池客車車載供氫系統(tǒng)尚處于35MPa壓力的技術(shù)水平，核心設(shè)備還需要主要依賴進(jìn)口。

 

日本從制度上鼓勵(lì)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(shè)備來看，氫氣壓縮機(jī)：美國(guó)PDC等公司已掌握具有三層金屬隔膜結(jié)構(gòu)的氫氣壓縮機(jī)制造技術(shù)，輸出壓力上限超過85MPa；高壓儲(chǔ)氫罐：美國(guó)、加拿大、日本等國(guó)均可自主生產(chǎn)耐壓超過70 MPa的碳纖維復(fù)合材料和鋁合金內(nèi)膽等材料制成的高壓儲(chǔ)氫容器；氫氣加注機(jī)：德國(guó)林德、美國(guó)空氣化工等企業(yè)生產(chǎn)70MPa氫氣加注機(jī)安全性與智能化較高，并實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

國(guó)內(nèi)加氫站的主要設(shè)備

 

資料來源：ISI EMIS Intelligence