燃料電池電堆行業(yè)成本構(gòu)成及企業(yè)競爭格局分析

燃料電池電堆行業(yè)成本構(gòu)成及企業(yè)競爭格局分析

燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈方面,上游主要是構(gòu)成燃料電池電堆的零部件：膜電極（質(zhì)子交換膜、催化劑、氣體擴散層）、雙極板等,以及氫氣系統(tǒng)的零部件：空壓機、增濕器、氫循環(huán)泵、儲氫瓶等；中游是整個燃料電池動力系統(tǒng)的組裝；下游主要包括由固定發(fā)電、交通運輸以及包含軍事、航天在內(nèi)的特殊領(lǐng)域.氫能作為配套的產(chǎn)業(yè)鏈,主要包括制氫、儲運氫和加氫站.燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)圖

一、電堆的成本構(gòu)成

電堆是燃料電池最關(guān)鍵的部分,由多個單體電池以串聯(lián)方式層疊組合構(gòu)成.將雙極板與膜電極交替疊合,各單體之間嵌入密封件,經(jīng)前、后端板壓緊后用螺桿緊固拴牢,即構(gòu)成燃料電池電堆.目前國內(nèi)燃料電池電堆正在逐步起步,企業(yè)數(shù)量不斷增長,并且通過自主研發(fā)和技術(shù)引進已實現(xiàn)量產(chǎn).

燃料電池電堆的生產(chǎn)規(guī)模較小,成本較高,目前成本在70美元/kW左右.膜電極是燃料電池的成本核心,量產(chǎn)有助于成本下降.電堆中最核心的組成部分是膜電極組件,占據(jù)電堆成本的65%以上.未來隨著鴻基創(chuàng)能的量產(chǎn)規(guī)模逐步擴大,膜電極（質(zhì)子交換膜+催化劑+氣體擴散層）在電堆成本中的占比有望從70%（年產(chǎn)1000套電堆）下降至57%（年產(chǎn)50萬套電堆）.DOE預計,到2020年,鉑金屬用量由0.16降低到0.125g/kW,雙極板成本從7美元/kW降低到3美元/kW,50萬臺批量成產(chǎn)成本將在2020年下降到40美元/kW,最終目標將會實現(xiàn)30美元/kW.生產(chǎn)1000套電堆成本構(gòu)成

生產(chǎn)50萬套電堆成本構(gòu)成

規(guī)模效應(yīng)對電堆和輔助設(shè)備系統(tǒng)成本的影響

電堆質(zhì)量構(gòu)成占比

電堆體積構(gòu)成占比

全球范圍內(nèi)燃料電池車的生產(chǎn)規(guī)模普遍不高,規(guī)模效應(yīng)降本是當前主導方式,當生產(chǎn)規(guī)模從百套/年到千套/年數(shù)量級變化時,各組件的制造成本均有顯著降低；當生產(chǎn)規(guī)模增長至1萬套每年時,雙極板、催化劑、質(zhì)子交換膜和氣體擴散層成本仍具有規(guī)?；当究臻g,其他組件已開始不是特別明顯；當生產(chǎn)規(guī)模由1萬套/年增長至50萬套/年時,質(zhì)子交換膜和氣體擴散層成本仍舊會隨著規(guī)模擴大而降低,但此時電堆成本主要由電極催化劑和雙極板的材料用量及價格決定,這與技術(shù)及工藝水平密切相關(guān).不同生產(chǎn)規(guī)模下電堆各組件成本占比

根據(jù)2016年10月發(fā)布的節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖,中國燃料電池車發(fā)展目標為2020年達到5000輛,2025年達到5萬輛,2030年燃料電池車輛保有量達到100萬輛.由于燃料電池車未來發(fā)展的主要目標為商用車,預計未來燃料電池車商用車與乘用車比例約為4:1；預計未來乘用車電堆功率約為100kW,商用車功率約為120kW.中國燃料電池車未來產(chǎn)能預測

乘用車與商用車電堆成本構(gòu)成比較

二、企業(yè)競爭格局

國內(nèi)外電堆企業(yè)可分為三類：第三方電堆企業(yè)、系統(tǒng)企業(yè)、全產(chǎn)業(yè)鏈布局的車企或其他企業(yè).國外燃料電池電堆技術(shù)領(lǐng)先的企業(yè)有日本：豐田、本田；韓國：現(xiàn)代、斗山；美國：PlugPower、通用汽車；歐洲：SFC、奔馳、寶馬、PowerCell、IntelligentEnergy等.其中豐田Mirai燃料電池電堆最大輸出功率達到了114kW,由370片單電池串聯(lián)組成,單電池厚度1.34mm.歐洲PowerCell電堆產(chǎn)品主要是S2和S3兩款,其中S2產(chǎn)品功率覆蓋5-35kW,S3產(chǎn)品功率可達到125kW.2018年全球氫燃料電池電堆企業(yè)Top10

國內(nèi)領(lǐng)先的企業(yè)有：國鴻氫能、濰柴動力、新源動力、神力科技、氫璞創(chuàng)能等.國鴻氫能是全球最大的燃料電池電堆生產(chǎn)商之一,企業(yè)引進巴拉德9ssl電堆技術(shù),電堆額定功率為3.8~30kW,設(shè)計壽命1.2萬小時,實際9ssl電堆運營時長超出3萬hr.目前公司電堆年產(chǎn)能20000臺,位居全球首位,2018年國鴻氫能電堆國內(nèi)市占率達到70%；2018年濰柴動力收購Ballard19.9%股權(quán),獲得BallardLCS電堆技術(shù)在中國的獨家生產(chǎn)和模塊組裝授權(quán),同時,雙方已就4.0kW/L及以上未來技術(shù)的合作框架達成一致；新源動力自主研發(fā)的第三代薄金屬雙極板PEMFC電堆HYSTK