儒余研究 | 氢燃料电池车商业化推广现实之困

发表时间:2024-04-29    文章来源:儒余股份

今年3月,小米SU7的入局为我国新能源汽车产业发展再添“新柴”,行业内卷进一步升级。作为新能源汽车中的细分赛道之一,氢燃料电池车兼具补能快、无排放等优点,一直被视为交通领域实现的碳中和的“终极解决方案”,全球主要国家均大力支持谋划氢燃料电池车产业发展。

 

截至2023年底,我国氢燃料电池车累计保有量约1.8万辆,建成加氢站400余座,与之相对应的是同期纯电新能源车保有量超过2000万辆,充电基础设施总量接近860万台。与过去几年中大规模推广的纯电汽车相比,我国氢燃料电池车商业化推广普及还有很长的路要走。

 

技术真的可行吗?购车成本太高了?

1KG氢气耗的电量够纯电车开几百公里了,何必呢?

加氢居然比加油还贵?

氢气加注站在哪里?

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本文将聚焦探讨现阶段我国氢燃料电池车推广应用面临的主要瓶颈,为地方政府就是否适合发展氢燃料电池车产业,以及如何发展氢燃料电池车产业提供部分思路。


一、我国氢燃料电池车及加氢站推广迅猛,数量全球领先

氢燃料电池车产业具有产业链条绵长复杂、成熟技术研发门槛高、依赖氢源供应、基础设施建设成本高等特征,商业化门槛高,需要政府在技术研发、普及推广、标准制定等方面予以持续支持。

 

在能源安全和“双碳”目标驱动下,我国高度重视氢燃料电池车产业发展,并出台了一系列鼓励发展的政策措施。2020年以来,财政部、工信部等五部委批复5个氢燃料电池汽车示范城市群,覆盖41座城市,“以奖代补”给予支持。2022年3月,国家发改委与国家能源局联合印发了《氢能产业发展中长期规划(2021—2035年)》,规划第一次明确了氢的能源属性,并提出了具体的发展路线图和举措,明确到2025年实现氢燃料电池车保有5万辆的发展成绩。各省市的规划更为激进,根据对各省市的规划统计,目前已有27个省市确定了到2025年的氢燃料电池车产业规模,预计累计推广氢车超11.69万辆,加氢站1148座。那么我国氢燃料电池车现阶段推广应用的成绩到底如何呢?

 

在氢燃料电池车总量及年增速方面,我国氢车及加氢站普及总量全球领先,但增速已经开始放缓。氢燃料电池车方面,截至2023年年末,我国累计保有氢燃料电池车约1.8万辆,仅次于韩国。加氢站方面,我国同期累计建成加氢站407座,数量位列世界第一。值得一提的是,我国氢燃料电池车(34%)和加氢站(18%)同比增速均有所下行。

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图表 1 我国氢能源普及建设成果

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图表 2 我国加氢站普及建设成果

在氢燃料电池车分布方面,示范城市群城市是我国氢车推广的主战场。根据公开数据统计,我国氢燃料电池车主要集中在上海、广东、北京等早期示范城市,截至2023年10月,保有量分别达到3210辆、3152辆和2651辆。河北、河南等新晋示范城市群发展较快。江浙、川渝、湖北、山西、陕西等省市也有一定保有量,未来增长潜力有待进一步释放。


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图表 3 我国各省市氢能源车保有量(截至202310月)

在应用场景方面,我国氢燃料电池车目前主要聚焦在商用车领域,正不断丰富推广车型。商用车因工况简单、集成度低、行驶路线相对固定、对部件体积和可靠性要求较低等因素,是目前我国氢车推广的主要方向。当前我国氢车示范运行覆盖城市、物流、运输、工程、港口、园区等多元场景。物流车、公交车、牵引车是主要的推广车型,截至2023年10月,保有量分别达到5530辆、3872辆和2929辆,占氢燃料电池车总保有量的70.4%。在推广速度上,以重卡为主的牵引车和物流车开始接续发力,而公交车型的推广速度逐步放缓。

图表 4 我国氢能源车各年度增量结构(截至2023年10月)

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客观来看,相较引导政策的“热情”,我国氢燃料电池车实际的发展却显得颇为“冷静”。要如期实现国家2025年规划目标,氢燃料电池车保有量需要以每年66.7%的速度增长,而要完成省市规划目标,氢车保有量则需以超过250%的速度“狂飙”。面对如此高的推广压力,我们的氢燃料电池车产业各环节都准备好了吗?

二、氢燃料电池车大规模推广面对的三处矛盾

儒余股份研究发现,目前氢燃料电池车发展面临产业链各环节技术不够成熟,购买和使用的成本高企等主要矛盾:

(一)可用氢气体量少与终端用氢需求之间的矛盾

作为世界第一大产氢国,我国氢气年产量超过3000万吨,但下游的加氢站和用户一直在抱怨氢气又贵又稀缺。我们发现,这是因为我国在氢气的制、储、运等环节仍然有一系列技术难题待攻关,导致庞大的氢气产能难以转换为对加氢站足量的氢气供应,使得加氢站的氢气价格高企。具体来看:

 

首先,在制氢端,氢气产需结构和燃料电池对氢气质量的要求使得我国燃料氢气结构性短缺,氢气“产的多但能用的少”。具体来看,燃料电池车用氢气质量标准有14项严苛的指标要求,其中关键性指标有氢气纯度≤99.97%,CO含量<0.2ppm,总硫含量<4ppb等。我国目前占主流的工业用氢,如果要将其转化为燃料用氢,还需要诸如一氧化碳、硫的深度脱除等技术壁垒要攻关,叠加工业企业自身的用氢需求,实际能对外出售给加氢站使用的燃料氢气数量少之又少。另一方面,产氢纯度较高的电解水制氢技术也有能耗高、装备成本高等问题,质子交换膜电解槽国内仍处于技术攻关阶段,核心部件仍依赖进口,种种因素导致各地制氢成本居高不下。

 

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其次,在储运端,我国的氢能储运体系目前还无法实现氢气的大批量、低成本转移输送,进一步导致终端氢气价格高企。我国氢气产能呈现“北多南少、西多东少”的分布特征,与需求端存在显著的错位问题,依赖储运体系实现资源的转移配送。但我国当前在储运装备方面的发展较为落后,氢气储运距离短、体量小、成本高。具体来看,当前我国以20MPa的气态长管拖车为主,单次运氢量最多0.4吨,低成本活动半径仅有200km,而效率更高的储运氢手段仍有较多技术难题需要克服。例如高压储氢罐和管道运氢需要克服“氢脆”问题,液氢方面需要突破大规模低能耗氢液化等技术,深冷-高压超临界储氢和带压固态储氢则仍处于前期探索中,商业化推广尚需时日。

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(二)燃料电池成本、产品力与商业化高要求之间的矛盾

氢燃料电池车目前光凭售价就能“吓退”不少人,现阶段国内燃料电池系统的产品力和成本仍无法支持氢燃料电池车正式“破局”。具体来看:

 

我国燃料电池在能耗、寿命、可靠性等产品力指标尚无法满足商业化需求。随着运营经验的丰富,用户端更关注氢燃料电池车的全生命周期成本和应用场景的效能,对燃料电池的能耗、寿命和可靠性等产品力提出更高要求。受制于产业技术发展阶段,当前我国相关产品在性能上只是堪堪够用。例如在寿命方面,氢能重卡的燃料电池系统水平须达到3万-3.5万小时或120万-150万公里,而当前我国燃料电池寿命仅为1.5万-1.8万小时,仅为市场化运营标准的一半,无法满足终端用车客户的需求。

 

燃料电池系统成本距离平价化仍有较大差距,且后续降本难度逐步提升,整车价格平民化仍需时日。当前行业内燃料电池系统的成本已经下探至2500-3000元/kW,但距离氢燃料电池车与纯电动车平价的200元/kW还有较大差距。在高零部件成本压力下,氢燃料电池车整车售价仍然“尽显奢华”。以乘用车为例,当前上市的车型价格普遍超过70万,已经达到了豪华品牌旗舰车型的水平,而仅需1/4-1/3的价格就能购得同品质的燃油车或纯电车,商用车方面部分车型价格甚至达到150万/辆。然而,未来的氢燃料电池车降本之路并非一路通畅。随着我国燃料电池的国产化已步入“深水区”,当前我国燃料电池系统已经基本完成国产替代,仅质子交换膜、催化剂和气体扩散层等关键材料的国产品质和寿命难以满足需求而存在一定替代空间,研发攻关难度较大,未来降本速度可能放缓。

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(三)加氢站建设难、运营难与大规模建设推广之间的矛盾

加氢站是氢燃料电池车普及运用必不可少的一环。目前我国氢燃料电池车主要应用在公交、市政工程车、重卡等场景的主要原因也是因为加氢站点位固定,限制了氢燃料电池车的推广。据观察,我国当前一些建成的加氢站迟迟未能投运,而投运后能实现盈利也屈指可数,甚至出现“加一枪亏一枪”的情况。我们认为,受建站成本高、落地开运难,以及商业回路尚未打通等多重因素影响,加氢站面临建设与运营成本“双高”之困,具体来看:

 

加氢站建站成本高、审批繁琐,“建不起”又“等不起”,造成建设积极性不高、建而不用。氢气性质导致加氢站工艺复杂,加上加注设备、储氢罐等关键设备依赖进口,加氢站的初始投资成本达到千万级别,远高于加油站和充电站。此外,目前我国加氢站的审批流程包括立项报批-用地申请-审评建设-竣工验收-取证经营几大阶段,整个流程繁复冗长,叠加土地资源紧张、管理法规不统一不完善和难以落地的建站补贴等问题,加氢站面临“想建却资金不够”“有了钱却找不到地方建站”“找到合适的地段却得不到建设批准”“建成了却拿不到证投运”“投运了却拿不到事先说好的补贴”的层层窘境。

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图表 9 加氢站建设成本结构(500kg/d加注能力)

现有商业模式下,加氢站能源成本高,高氢价令氢车“加不起”“跑不动”,限制了氢燃料电池车的运营范围。数据显示,2024年2月,我国燃料电池汽车示范城市群加注端氢气售价高达50元/kg,非示范城市群售价更是超过70元/kg。即便是在补贴后,绝大部分加氢站的氢气售价也超过30元/kg。根据中金公司的测算,以主流的49吨重卡平台为例,在该氢价下,氢能重卡全生命周期成本(TCO)达到386万元,远高于燃油重卡和纯电重卡,其中补能成本210万元,占TCO比重高达54%,比同行驶里程下燃油重卡燃油购买费用还要高近30%,表明当前在补贴下仍未能实现平价,而加注端氢气高成本是最大阻碍。在高氢价“压榨”下,一些运营商为避免亏损,选择让氢燃料电池车减少用氢运营时间,甚至完全按照完成考核指标来运作,将示范运营做成了面子工程。

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图表 10 49吨氢能重卡全生命周期成本(TCO)测算

总而言之,因核心技术环节发展尚不成熟,进一步影响到下游端出现加氢站和氢燃料电池车投运数量越来越少的恶性循环,限制了氢燃料电池车推广应用和产业快速发展。当前全国氢燃料电池车投运数量占保有量比重不足30%,导致多数已投运的加氢站日均加注负荷仅有10%—20%,而根据有关研究,主流的固定式外供氢加氢站若要盈利,日均负荷率需达到70%。运营端由此陷入“氢车来站加氢少-加氢站亏损停运-氢车加氢难进一步减少运营”的恶性循环,拖累整个产业发展放缓。

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图表 11 氢能源车产业困境概览

三、推动克氢燃料电池车推广普及瓶颈,地方政府能做些什么?

我们认为,当前氢燃料电池车虽进入放量提速期,但面对产业发展和示范应用面临的相关问题,地方政府不应期待氢燃料电池车的产销盛况自动延续,而应针对推广运营主要瓶颈,持续优化顶层设计和政策支持,助力关键环节降本增效,提升氢燃料电池车经济性。对此我们提出4条路径:

 

(一)氢气制储运端:构建多元氢能供给体系,实现源头降本

 

大力推动绿氢制取及蓝氢灰氢提纯工作,确保燃料用氢供应。绿能资源丰富的地区,加快光伏、风机等项目装机,加快推动“风氢一体化”“光氢一体化”项目建设,积极引入大规模、大容量电解水制氢项目,扩大可再生能源制氢规模。氢燃料电池车发展领先的地区,可积极与绿氢制取丰富的地区,共同探索互利共赢的商业模式。再者,当前工业副产氢仍是燃料氢气的主要来源,各地应秉持“先立后破”的原则,根据本地氢燃料电池车产业的发展需求,按照燃料氢气质量标准,支持产氢厂家加大氢气提纯净化装置应用,保障氢气供应。

 

搭建快捷、联通的氢气储运体系。注重规划氢气储运走廊建设,支持氢气储运新技术、新工艺及装备的开发应用等。目前,上海提出探索建立长江氢能运输走廊,布局沪外、海外氢源生产基地和进口码头,构建多渠道氢能保障供给体系。广东提出建立“一环三线”氢走廊的设想,着力打通氢运输路径,推动氢源和产业分布不匹配现象缓解,为保障氢燃料电池车中远距离交通运输领域的推广应用。

 

(二)氢气加注端:科学规划,模式创新,促进加氢站持续发展

 

提升加氢站规划精准度,推动“氢-站-车”协同发展,提升加氢站的实际使用率。各地政府应通过细致的摸排调研,明确本地氢车实际运营数量和应用场景,确保加氢站建设规划既“超前”又“适度”。例如上海和广州两大示范城市群就根据加氢站实际的建设运营情况,适度下调了规划建设目标。此外,各地在规划中也应当加强对加氢站建设的统筹引导。例如郑州、张家口、青岛等城市已出台详细明确的规划,落实到加氢站建设的具体路线,在全域统筹的基础上助力加氢站稳定落地。

 

鼓励“制储加”一体站等新型加注站模式,提升加氢站盈利能力。支持利用现有加油站或加气站土地,建设油气氢电等综合补能站点,以油气加注收入支持氢能加注。放宽非化工园区制氢限制,鼓励“制储加”一体站、可移动撬装式加氢站等多种加氢站开发模式。此外,还应建立包容审慎的加氢站与氢燃料电池车建设与管理机制,提升申请审批效率。

 

(三)应用场景端:因地制宜创新示范,精准补贴促降本增效

 

立足本地物流、交通及市政基础,因地制宜搭建示范运营场景。各地应结合本地实际,积极推动氢燃料电池车在跨城际、城镇、城乡、港口的物流配送、交通客运、市政工程等典型应用场景的示范应用。例如,内蒙古利用其能源化工产业基础好,绿能丰富的优势,大力部署绿氢示范项目,瞄准“中长途+中重载”采运矿车和物流车辆,开展氢燃料电池车替代。符合条件的城市,可积极申报示范城市群和省级氢燃料电池汽车示范区(示范点)。

 

针对产业发展及示范运营实际痛点精准补贴,降低氢车推广阻力。例如,路桥费占中长途物流运输车辆全生命周期成本(TCO)的比重较高。对此,山东省出台政策,自今年3月1日起对氢能车辆免收高速通行费,从路权角度另辟蹊径赋能氢燃料电池车推广。该项政策出台后,可为每辆氢能车省去十几万元高速通行费。49吨氢能重卡的TCO也将显著降低28%至266万元,相较燃油重卡经济性凸显。

 

必须指出,氢燃料电池车产业现阶段对应用场景规模、基础设施完备性和补贴投入额度要求较高,对于缺乏足够规模应用场景和财力基础的地区,不建议为了求新而引入氢燃料电池车产业。

 

(四)技术研发端:支持产业链科技创新发展,引领技术破局

 

鼓励产业链企业自主创新,持续推动关键核心领域技术攻关突破。加大政府端引导力度,围绕工信部指明的氢燃料电池车“八大件”等产业链重点与薄弱环节,鼓励支持整车企业及核心零部件和材料企业加大研发投入,积极借鉴现代等国际先进企业做法,加强研发机构和创新团队建设,支持多元技术路线探索。

 

完善产业创新生态,在人才、创新体制等多方面予以支持。各地应推动地方高校和研究机构加快氢能及氢燃料电池车相关学科建设,建立跨专业、多学科交叉融合的新型学科体系,加大产业链人才培养力度。出台专项人才政策,针对产业稀缺、易流失的高价值技术型人才,予以就业、住房、医疗、薪酬、子女教育等多维支持。针对中长期关键核心技术攻关需求,先期布局高水平产学研结合的公共研发平台与机构。

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