重塑股份:燃料电池电堆技术国产化再下一城 | 赛道Hyper

作者: 周源
受初期车辆购置成本较高、储氢、加氢等基础设施不完善、企业发展初期财务成本高等综合因素的影响,导致行业规模不足和成本较高,行业尚未形成规模经济和可观的盈利空间。

燃料电池电堆技术国产化再向前迈进一大步。

作为业内最重要的展会之一,于6月10日结束的第六届国际氢能与燃料电池汽车大会(FCVC 2021)上,众多燃料电池企业集中展示和发布了最新研发成果。

华尔街见闻注意到,其中也包括了目前正处于科创板IPO上市阶段的燃料电池技术提供商重塑股份的子公司重塑科技。

该公司发布了一款名为PRISMA 12+镜星十二+的 130 kW燃料电池系统。这套系统配套了其自主开发的电堆ELECTRA,电堆体积功率密度达4.4kW/L。根据中国氢能联盟的数据,国际现在业界平均水平为3.1kW/L。

但是,燃料电池汽车行业整体在国内仍处于产业化初期阶段。

受初期车辆购置成本较高、储氢、加氢等基础设施不完善、企业发展初期财务成本高等综合因素的影响,导致行业规模不足和成本较高,行业尚未形成规模经济和可观的盈利空间。

就燃料电池对于汽车行业来说,整体能效转化率较高,碳排放较低,符合碳达峰和碳中和要求。一旦核心部件国产替代形成规模经济效应,未来行业将快速发展。

PRISMA 12+ 130kW性能优势

PRISMA 12+是重塑科技在2020年推出的PRISMA镜星燃料电池系统系列中的一款大功率升级产品,其多项技术指标有所提升:质量功率密度达702W/kg,系统额定功率下BOP(Balance Of Plant:辅助设备)功耗减少近10kW,系统效率提升约10%,电堆体积功率密度4.4kW/L,较上一代产品提升25%。

另外,基于对PRISMA 12+燃料电池系统及其配套ELECTRA电堆性能指标的实际检测结果,德国TÜV莱茵在此次FCVC上向重塑科技授予了针对这两项燃料电池产品的“性能指标评估证书”。

这是TÜV莱茵首次向燃料电池企业授予此种认证。

TÜV莱茵是一家涉及诸多领域的综合检测认证机构,成立于1872年,提供约2500种服务,业务集中在39个领域,共涉及6大服务范畴:工业、交通、产品、莱茵学院与生命关怀、数字化和信息安全及管理体系服务。

德国等欧洲国家的工业品认证工作主要由诸如TÜV莱茵这样的商业公司完成,而国内则由政府机构主导工业品市场认证。

值得一提的是,就在不久前,该系列产品中的PRISMA 6镜星六燃料电池系统成为中国国内首个获得国际适用范围最广的汽车电子EMC法规——ECE R10认证的燃料电池产品。EMC是衡量汽车质量、性能、安全性的一个重要指标,同时也是燃料电池开发中的关键挑战之一。

燃料电池汽车与动力电池汽车最大的不同,是利用了氢氧反应生电。燃料电池系统主要由电堆、燃料处理器、功率调节器、空气压缩机组成。每一个系统组成部件都有其特有的关键技术,其中电堆技术最为关键。

 

据中国氢能联盟和长江证券研究所数据,燃料电池电堆体积功率密度当前国际业界水平为3.1kW/L,额定功率等级为60kW-80kW。据华尔街见闻获悉,PRISMA 12+系统中配套的ELECTRA电堆额定功率为93.53kW,体积功率密度为4.4kW/L。

为满足一定的输出功率和输出电压需求,通常将燃料电池(FC)单体按照一定的方式组合在一起构成燃料电池堆,并配置相应的辅助设备(BOP:Balance Of Plant),同时在燃料电池控制单元的控制下,实现燃料电池的正常运行,共同构成燃料电池系统,作为车辆的动力源。

燃料电池电堆是燃料电池系统的核心部件,BOP维持电堆持续稳定安全地运行。

降本:国产技术替代和规模化

目前,燃料电池汽车行业整体处于产业化初期阶段。

2018-2020年全市场每年新增燃料电池汽车仅在千辆级别水平,储氢、加氢等氢能基础设施匮乏及氢气使用成本等问题,导致行业规模不足、整体市场规模较小、行业成本较高,行业尚未形成规模经济和可观的盈利空间。

这种特征与纯电动汽车早期运营存在充电桩建设滞后、充电成本高、规模效应不足等问题类似。

在行业发展初期阶段,短期内是否盈利并非衡量燃料电池行业运营商商业合理性的必要条件,夯实产品与服务质量、打造市场品牌、扩大市场规模等,亦属于产业初期阶段的商业逻辑。

随着运营规模扩大和产业链各环节的逐步成熟,商业公司的运营成本将会逐步摊薄,加之燃料电池技术具有广阔的应用前景,属于全球能源低碳化背景之下的重要技术路线。

因此,在国家战略和地方政策的支持下,燃料电池行业运营商及相关产业资本等通过及早进入相应领域,积累运营经验、建设专业团队并构建具有规模经济的运营网络,有助于在未来行业快速发展的预期下加速扩张,燃料电池行业运营商的商业模式具备合理性。

汽车领域新技术的推广往往需要规模、技术、基础设施等诸多条件的前置,因此短期内政府扶植是燃料电池产业化起步之关键。

目前,该行业应用市场主要集中于产业政策支持较大,基础设施较为完善的重点推广区域,因此下游终端应用市场集中度较高。

燃料电池系统核心部件的国产替代是降低综合成本的重要攻坚方向,而攻克电堆技术并扩大电堆年产规模,可大幅降低燃料电池系统的总成本。

重塑股份内部人员告诉华尔街见闻,燃料电池汽车产业链从上游制氢到中游零部件制造再到下游应用,中间涉及的环节数量众多。“从生产成本角度看,燃料电池系统约占整车成本的60%,其中电堆占燃料电池系统成本比重的60%,电堆当中催化剂、双极板和质子交换膜等核心部件又占相当比重。”

在PRISMA 12+燃料电池系统的电堆中,膜电极(MEA)及氢循环系统等均为重塑科技自主本土化生产,有助于进一步降低燃料电池系统成本。

根据DOE(美国能源部:Department Energy)预测,燃料电池电堆年产1000套时,系统和电堆成本分别为215美元/kW和153美元/kW,年产规模达到10万套时,系统和电堆成本分别可降低至59美元/kW和31美元/kW,降幅超过70%。

重塑燃料电池的产业应用

2020年中央经济工作会议将“做好碳达峰、碳中和工作”作为2021年要抓好的重点任务,提出“要抓紧制定2030年前碳排放达峰行动方案,支持有条件的地方率先达峰”。

生态环境部于2020年8月发布的《中国移动源环境管理年报(2020)》显示,2019年,全国机动车四项污染物排放总量为1603.8万吨。

汽车是污染物排放总量的主要贡献者,其排放的一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化物(NOx)和颗粒物(PM)超过90%。按车型分类,货车排放的氮氧化物(NOx)和颗粒物(PM)明显高于客车,其中重型货车占四项污染物排放比例为最高,然而同期中重型商用车保有量仅占汽车保有量的6.7%。

由此可见,中重型商用车是排放的重灾区,也将是“碳中和”优化能源结构的重点领域。

通过衡量各能源类型车辆全产业链——包括从能源制取、到核心零部件生产、到车辆使用过程排放再到车辆报废处理——平均二氧化碳排放水平看,燃料电池平均排放水平为130g/km-230g/km,低于电动车的160g/km-250g/km与传统燃油车的180g/km-270g/km(数据来源:长江证券)。

根据中国电动汽车百人会相关资料,引入Well-to-Wheel(从油井到车轮,即能源生产到交通使用过程中的能耗)分析,若采用天然气制氢方式,燃料电池汽车整体能效转化率能达到40%,高于纯电动与传统汽油车。

除了清洁环保以及能效转化高等优点,燃料电池汽车的可靠性也已接近传统车。华尔街见闻从重塑科技获悉,搭载PRISMA 12+的卡车在实际运营中,平均故障间隔超过8.4万公里。

PRISMA系列燃料电池系统目前已被应用于18吨-49吨的多款重卡车型,包括搅拌车、自卸车和牵引车等,服务市内运输、垃圾清运、洒水和渣土运输等多个典型重卡场景。

截至今年6月初,采用重塑科技燃料电池技术的车辆总运营里程超过6300万公里,应用于国内长三角、珠三角、华北、华中等地,以及德国、日本和马来西亚等国外市场。

重塑股份董事长兼总裁林琦在4月17日举办的长三角论坛中表示,“重卡占中国道路碳排放总量的三分之一。2020年,中国商用车市场逆势上扬,重卡市场全年销量162万辆。如将这些由燃油驱动的重卡全部或部分换成氢燃料电池系统驱动,会对减少碳排量作出重要贡献。”

就业内横向对比看,重塑股份为当前业内最大的燃料电池系统产品供应商,亿华通是其主要竞对,但出货量规模有所不如。

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