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燃料电池电堆向大功率进阶的背后 重卡将成为最先应用的场景

2021-01-13 10:36:25    来源:中国汽车报网

“自主燃料电池电堆向大功率发力,背后对应的是企业对燃料电池汽车应用场景的探索。无论整车企业还是零部件供应商,大家都逐渐把目光投向了长续驶、高重载的商用车。但需要强调的是,相比于过度追求大功率,现阶段把产品的可靠性和寿命做好更为关键。”

首批燃料电池汽车示范城市群公布在即,自去年11月申报截止后,众多企业敬候佳音,蓄势待发。

示范城市群名单虽尚未揭晓,但“以奖代补”政策驱动力已然释放。记者了解到,自新政发布以来,多家自主燃料电池电堆企业布局的最新一代产品,均以大功率、长寿命、高功率密度等性能亮相。这种趋势的背后,除了政策的助推之外,还有对燃料电池汽车最先开启大规模应用场景的判断。燃料电池汽车的大规模商用虽还在路上,但电堆产业格局剧变的大幕已被拉开。

■燃料电池电堆向大功率发力

此前,燃料电池电堆的功率大都在30~60kW。去年,诸多电堆企业扎堆推出新品,超110kW的大功率产品占据绝大多数。比如,氢璞创能发布的一款面向未来5~10年的电堆产品Nowogen V,功率达到了150kW;清极能源推出的E90燃料电池发动机系统,额定输出功率为100kW,质量功率密度更是达到了680W/kg;上海氢晨自主研发的第二代燃料电池电堆H2150F,额定输出功率为150kW;捷氢科技推出的新一代车用质子交换膜燃料电池电堆PROMEM3H,功率高达130kW,电堆功率密度达3.8kW/L,拥有10000h的超长耐久性。

作为目前在国内电堆产能最大、市占率最高的国鸿氢能,去年也推出了鸿芯GI电堆产品和鸿途G系列燃料电池动力模块产品。其中,鸿途G110净输出功率为110kW,体积比功率555W/L,系统最高效率达到61%,额定点系统效率44%。

此外,新源动力发布的最新款金属双极板燃料电池模块HYMOD?-110,额定输出功率为110kW,由370节单电池串联组成,较此前发布的相同节数的HYMOD?-70,额定输出功率提升了57%,实测峰值输出功率可达到130kW。重塑科技推出的全新平台氢燃料电池系统PRISMA镜星系列,采用一体式模块化设计,搭载全新自主知识产权电堆,具有寿命长、集成度高、扩展性高、可靠性高等优点,系统更是包含了中、高功率产品系列,功率横跨60~110kW。

“燃料电池电堆现阶段做到100kW以上没有问题。大功率电堆需要用在适合的运营场景中。”对于燃料电池额定功率不断提升的现象,东方氢能总经理黄果表示,现阶段和未来需要多大功率的燃料电池,一方面需要由关键部件的匹配情况决定,另一方面则取决于燃料电池的性价比是否能够满足大功率场景客户的需求。

记者了解到,自主燃料电池电堆向大功率发力,背后对应的则是企业对燃料电池汽车应用场景的探索。正如上海重塑能源科技有限公司董事长林琦所说,从过去几年的市场增长来看,行业不仅对产品应用场景,而且对提升氢燃料电池功率的技术进行了探索。

■重卡将成为最先应用的场景

“无论整车企业还是零部件供应商,大家都逐渐把目光投向了长续驶、高重载的商用车。”林琦说,“作为重要的生产工具,重卡常常应用于重载或省际长途运输中,具有长时间运行、高负载率和持续高速工况等特点,这就对燃料电池系统的功率及电堆的寿命提出了更高要求。”过去三四年时间里,全球范围尤其是中国市场的燃料电池商用车数量保持了快速增长。目前可以看到的是,行业逐渐把燃料电池汽车的应用场景锁定在长途重载应用领域。

据悉,氢璞创能的Nowogen V是一款专为重型车载应用开发的碳复合板电堆产品;清极能源的E90燃料电池发动机系统也针对中重载型应用;国鸿氢能的鸿途G110产品已应用于4.5吨城市物料车、31吨自卸车、49吨重卡牵引车等多款车型;上海氢晨的第二代燃料电池电堆H2150F用于36吨以上的重卡等应用场景;重塑科技的PRISMA镜星系列燃料电池系统可以应用在轻、中、重型商用车上,适用于市内物流、城市公交、市政服务、城际货运及省际长途运输等场景。

大功率电堆频繁亮相,市场的火爆背后离不开政策的推动。此前,财政部、工信部、科技部、发改委、国家能源局五部委联合发布的《关于开展燃料电池汽车示范应用的通知》强调,本次将采取“以奖代补”的方式,重点推动燃料电池汽车在中重型商用车领域的产业化应用。

不过,黄果也提到,相比于过度追求大功率,现阶段把产品的可靠性和寿命做好更为关键。除了大功率之外,氢能长途重载还有长寿命和高可靠三大瓶颈亟待突破。风氢扬总经理刘军瑞也表示,重型卡车根据运营场景需匹配110~200kW燃料电池系统;重卡需满足8年或3万小时寿命需求,远期需满足15年或5万小时寿命需求;同时,重卡运行路况、环境等复杂多变,需以高可靠性保障长时间稳定运营。

某证券公司一位不愿具名的燃料电池行业研究员告诉记者,“以奖代补”政策作为初始推动力,将在重卡领域开启燃料电池汽车对燃油车的替代。随着替代过程的推进,成本会越来越低,使得产业向储能渗透,开启第二个巨大的市场,其规模有可能比重卡市场还要大。而随着成本继续下降,燃料电池会渗透到乘用车领域,在这个过程中,使用柴油机的船舶、轨道交通、工程机械都将是替代的目标市场。

■2021年或将掀起价格战

据悉,燃料电池主要分成三大分系统,即电堆、辅助系统、氢气系统,而核心技术主要集中于电堆系统的膜电极、双极板、催化剂和碳纸。燃料电池系统的成本占整车成本的50%~60%,电堆的成本约占燃料电池系统成本的50%~60%,而膜电极的成本又占整个电堆成本的60%~70%。

值得注意的是,在燃料电池“以奖代补”的政策出台之后,在电堆向大功率方向发展的同时,国内企业逐步实现了电堆核心材料的技术自主和本土化生产,使得燃料电池成本进一步下降。据介绍,雄韬氢瑞最新一代电堆A1采用了国产核心零部件及低铂载膜电极,拥有大批量供应能力,在售价上极具吸引力:一次性订购200台起,1999元/kW;一次性订购2000台起,1599元/kW;一次性订购10000台起,1199元/kW。

国鸿氢能总经理陈晓敏认为,随着具有完全自主知识产权的电堆鸿芯系列的推出,市场发展已迎来电堆成本在千元/kW、系统成本低于6000元/kW的新阶段,这还是在燃料电池销量没有大幅增加的前提下。

可以看出,整个电堆产业链的成本下降速度极快,已超出很多行业人士此前的判断。随着燃料电池电堆功率的提升,进入2021年,价格战也一触即发。上海骥翀氢能科技有限公司董事长付宇表示,去年金属板电堆已有打价格战的苗头,而无论金属板电堆还是石墨板电堆,预计今年在成本上将有大幅度的下降。

行业最关注的首批燃料电池汽车示范城市群公布之后,将推动产业进一步快速进步。据前述证券分析师介绍,2021年燃料电池装车量大概率超万辆,明年可能就是3万辆左右的规模,与之前两三千辆相比将实现爆发式增长,而成本还会大幅下降,燃料电池将在重卡领域实现全寿命平价。

不过,新源动力总经理刘常福强调,燃料电池通过规模化降本,应该在保证质量的前提下。在他看来,资本市场应该针对某一个场景集中投资,比如重卡或矿山卡车,用万辆级订单把整个燃料电池汽车的产业链拉动起来。数量成规模后,再结合数据发现问题,从而进行产品改进和迭代。“不要急功近利,3~4年打磨一个好产品,再通过规模化把成本降下来,这样进行商业化探索,就会越来越成功。”他说。

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