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氢能2023:关键之年

  既然氢能重卡有诸多优势,为什么氢能重卡的推广数量还比较有限?最主要的还是成本上的劣势。我们按照燃油、氢电、锂电三种不同能源类型的车辆,分别测算客车、重卡、乘用车三类用途车辆的成本,考虑的成本主要包括:(1)车辆购置成本按照汽车使用年限计算的“折旧”成本;(2)年度燃料使用成本;(3)年度维修保养成本;(4)年度保险及停车等税费。单位能源假设分别是燃油成本8元/L、氢气成本35元/kg、电费为0.5元/kwh。从我们推算的结论而言,在目前的技术路线下,无论是客车、重卡还是乘用车,锂电都有绝对的成本优势,我们测算锂电类型的客车/重卡/乘用车年度成本分别为23/35/3万元,而氢电类型的客车/重卡/乘用车成本分别为43/72/7万元,氢电的成本基本比锂电成本高 1倍以上。因此从经济性而言,锂电是目前最有竞争优势的车型。如果考虑燃料电池示范应用城市的补贴金额和覆盖期限,氢能车目前考虑补贴下,我们测算实际的年度成本为33/62/4万元,依然明显高于锂电。

  如果将氢能重卡与燃油重卡成本比较,从初始购车费用和日常维护成本的角度,两者差异不大,主要的差别在于燃料成本。我们按照行业平均的燃料消耗水平,燃油重卡每百公里耗油35L,氢燃料重卡每百公里消耗氢气约12kg,按照8 元/L和35元/kg的单位燃料成本测算,百公里燃料成本分别为280/420元。因此,以目前的成本体系和水平,若要在运行过程中实现平价,则需氢气的价格降至25元/kg左右。

  9、燃料电池商用车降本路径展望:2025年成本有望较目前下降30%

  那么未来氢能大型商用车降本的节奏如何?我们先从车辆构成开始拆分(测算),目前一辆氢能重卡或者大巴车的制造成本大约120~130万元,比例而言,电池系统占比最高,大约占到60%,即一套电池系统的成本大约70万~80 万元,汽车车骨、零部件成本大约分别占比10%,电控、电驱系统各占8%~10%。如果再将电池系统拆分,其中核心的成本占比是电池电堆,其次是储氢系统,之后是压力、增湿系统等。电堆本身大约占到整个车辆成本的33%。可见,燃料电池系统是氢能车成本构成占比最大的一部分,因此未来如果燃料电池电堆成本能够不断下降,对燃料电池车的降本也有积极效果。

  从过去几年的产业发展看,国内电堆以及电池系统的价格已经出现了明显的下降,根据行业内龙头公司国鸿氢能的招股书中披露数据,国鸿氢能2019年平均销售电堆价格为3441元/KW,至2022年上半年价格已降至1554元/KW,四年成本累计下降55%。同样,电堆价格自2019年的15213元/KW降至2022年的4117元/KW,降幅超过70%。国内龙头企业降本也带动了整个行业降本,从行业平均水平看,2016-2017年,国内刚开始销售燃料电池车时,电堆成本大约在7000~8000元/KW,至2020年成本实现了减半,我们预计2022年成本有望再次实现减半,降至1500~2000元/KW。电池系统而言,剔除电堆成本以外的价格也出现了快速下降。以国鸿氢能披露的数据,剔除电堆之外的价格, 2019-2022年上半年电池系统BOP价格也有70%~80%的下降。

  电堆和电池系统成本的持续下降主要得益于两大路径:一是技术进步带来的材料国产化;二是制造规模化和自动化带来的规模效应。以电堆成本而言,主要由双极板和膜电极两大部分组成,其中成本又以膜电极为主,约占电堆成本的60%~65%。膜电极核心的材料有三类:质子交换膜、催化剂和气体扩散层。质子交换膜与气体扩散层国产化率还非常低,一方面量产的产线很少,气体扩散层材料还没有大规模量产的产线;另一方面,国内龙头电堆企业对国产的两类材料验证比例较低,产品的升级和迭代都受到很大的制约,所以这两类产品的成本过去几年降本效果并不明显,未来如果国产化有突破,预计还会有比较大的降本空间。催化剂材料而言,目前国内企业产品性能已经达到了国际一流水平,但是贵金属铂金类的材料占比相对还比较高,未来如果铂金材料的用量下降50%,预计催化剂的成本也可以下降30%。从膜电极部件整体角度考虑,虽然核心材料在国产化和成本下降方面依然有空间,但是过去两年,随着膜电极产品批量化的需求增加,膜电极生产加工的工艺升级(如自动化的双面涂布、更合理的材料配比设计)、规模化效应也帮助膜电极制造环节实现有效降本。根据国鸿氢能招股书中的预期,膜电极产品的价格在2022年预计会下降到860元/KW,2025年有望下降 到510元/KW,成本下降的幅度或超过40%,按照国鸿氢能预计相应的商用车型如果用150KW的电堆,单车的膜电极成本有望累计降低5万元左右。

  对于双极板而言,国内目前的主流路线还是以石墨双极板为主,其典型的特征就是易于加工、耐腐蚀寿命长,根据高工氢电的统计,目前石墨板的成本构成大致包括30%的材料成本,30%的人工成本,35%的刀具成本,5%的其他制造费用,未来石墨板降本途经包括:(1)优化流场设计、减少流槽数量。(2)适当降低流槽机械加工精度;(3)提高加工设备自动化程度;(4)还可通过材料升级的方式来提升加工效率,降低成本。比如国鸿氢能的采用低成本的柔性膨胀石墨板路线,减轻了石墨板的脆性,也有效降低了成本。另外一类双极板的路线是金属双极板,优势就是厚度薄,可进一步提升电堆的单位体积效率,适合大功率高效电堆使用。金属双极板的主要加工工序有开模、冲压、涂层、封装,其中涂层是最重要的环节,直接影响双极板的寿命,同时也是成本最高的环节(占整个成本的50~60%),其生产设备组占据总成本的大部分,现阶段国内的大部分厂商采用的是进口设备,设备折旧金额大,因此金属板的规模化降本效应非常显著。石墨双极板国内技术已比较成熟,金属板在国外制造设备的引进下,规模降本也逐步显现,未来双极板降本的效果预计主要来源于设计工艺的改良以及生产规模的进一步扩大。

  除了上述电堆相关材料端自身的技术进步之外,规模化对降本的贡献到底有多大?我们以动力电池龙头宁德时代的成本数据做参考,我们将公司动力电池成本拆分为材料成本和非材料成本,非材料成本包含人工、折旧及制造费用等,这一项目的变化可以在一定程度上体现出规模效应对成本下降的影响,2015-2021 年,宁德时代电池销量从2.19GWH上升到133.41GW,CAGR为98%,单位非材料成本的年均复合变动率为-14.6%,可见规模效应对降本推动非常显著。我们预测2022年全国燃料电池出货量为0.35GW,且到2025年出货量或达到 2.6GW,对应2022-2025年CAGR为95%,预计燃料电池费材料类的降本速度也可参考动力电池龙头公司的降本速度,对应2022-2025年CAGR在14%~ 15%之间。我们预计,随着国内技术进步以及规模化效应的叠加,未来国内氢能车成本或有持续的降本,目前氢能重卡的成本约140万元/辆,预计2025年可以降至100万元/辆,至2030年可降至80万元/辆,基本可以实现与锂电、柴油相应车型的平价。对于主要明细项目的下降幅度,预计电堆成本2025年成本累计下降25%~30%,2030年成本累计下降20%;储氢系统成本至2025年累计下降30%,2030年成本累计下降15%。

  我们预计随着氢能车的降本叠加经济的恢复,2023年销量或超过9000辆,其中大型客车及大型卡车销量分别为1250、2000辆左右;轻型货车或物流车由于种类多、应用场景丰富,依然是销量最多的车型,预计销量接近6000辆。我们按照上述车辆假设,预测2023年单日新增氢气需求量约为42吨,假设单站平均加氢能力在500kg/日,预计新增加氢站约为84座。从另一个角度来预估,按照当下比较常见的车、站比例100:1计算,预计2023年合理新增的加氢站应该在100座,由此预计2023年加氢站新增量或在85~100座。

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【编辑:叶先生