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龙8国际社会
分析预测 | 燃料电池汽车市场的“鲶鱼”
时间:2021-02-22   访问量:1149  【打印此页】  【关闭

年关将至,又到了整理一年成果,设立来年目标,展望美好未来的时节。2021年1月13日,中汽协发布2020年汽车工业经济运行情况。

数据显示,12月,燃料电池汽车产销分别完成264辆和229辆,同比分别下降81.3%和83.7%;2020年全年,燃料电池汽车产销分别完成1199辆和1177辆,而根据中汽协《2019年12月汽车工业经济运行情况》显示,2019年分别完成2833辆和2737辆,2020年燃料电池产销量均出现大幅下降。

图 1所示为从中国汽车工业协会官网获取的各月《汽车工业经济运行情况》中统计而来的各月燃料电池汽车产销情况。其中:《2020年7月汽车工业经济运行情况》中,未公布当月燃料电池汽车产销情况,且1-7月累计情况与《2020年8月汽车工业经济运行情况》相关数据无法对齐,而其后发布的相关《汽车工业经济运行情况》1-x月份累计情况均与《2020年8月汽车工业经济运行情况》数据对齐,因此,本统计图中7月份当月产销情况按照“1-8月累计产销量”-“1-6月累计产销量”-“8月当月产销量”)计算。


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图1 / 国内燃料电池汽车月度产销量

从图 1所示数据可以发现,2月产销数据均为0,这主要受疫情影响。3月份,随着党中央的坚强领导下,我国的疫情得到一定程度的控制,同时,大规模的复工复产逐渐开始,燃料电池汽车的产销逐渐恢复,但始终未能恢复到1月水平。按照3-8月的恢复生产趋势估计,2020年已无法实现2019年的全年产销量。而到了9月份,燃料电池汽车的销量再次跌至个位数。本次变化主要受“以奖代补”政策公布在即影响,各家均在观望过程,使得产销量双双下降。10月份,随着“以奖代补”政策公布,燃料电池汽车产销量再次提振,且11月与12月出现了超过200辆的产销额。然而,纵观10-12月,其当月产销量同比分别下降53.5%、50.4%(10月),34.4%、29.1%(11月)和81.3%、83.7%(12月),也就是说,即使政策已明确支持方式,但是由于“城市群”最终花落谁家仍未确定,燃料电池汽车的产销量仍未大幅增加。

2020年的产销量震荡情况让人不禁陷入深思:燃料电池汽车产业如此依赖政策的扶持,何时它才能“断奶独立”,真正成为万钢部长从提出的“三横三纵”中可以支撑我国新能源汽车产业的最后一“纵”。

以史为鉴,观察纯电动汽车的发展历程,也许能够为我国燃料电池产业发展带来一定的启示:中国燃料电池汽车的发展,需要搅动沙丁鱼群的鲶鱼,正如特斯拉上海工厂的开工,带来的中国优质电动车的大规模出现。


纯电动汽车的发展历程


在此前20年内,纯电动汽车的发展历程,几乎就可以代表我国新能源汽车的发展历程。20年来,我国新能源汽车从无到有,迎来高速发展,大致经历了下列三个阶段:

萌芽期:以新能源汽车示范推广为主;

该阶段主要时间为2001年-2008年,从万钢部长提出“三横三纵”战略开始,到2008年北京奥运会示范运行。这段时间成为了我国新能源汽车行业的战略规划期,以政府、企事业单位为主导的示范项目证明了新能源汽车的可行性。

快速成长期:补贴刺激行业高速发展;

该阶段主要时间为2009年-2016年。从“十城千辆”项目到大规模的补贴为发端,新能源汽车的产销量爆发式增长。彼时,国家补贴甚至高于新能源汽车的制造成本,因此,即使贴钱卖车,厂家也有利可图。因此,出现了大量的骗补行为。

“冷静调整期”:骗补事件&后补贴时代。

2016年,财政部曝光了多家车企的骗补行为。为了防止骗补,2017年之后,陆续发布了新的补贴政策,严格了补贴发放方式,并且大幅减少了补贴额度。按照国家规划,2020年我国新能源汽车的补贴原计划只保留燃料电池汽车部分,而纯电动、混动方面,原本会面对补贴取消的情况。然而,突如其来的新冠疫情对我国经济造成了严重的影响,为了提振经济,促进汽车消费,2020年4月23日,财政部、工信部、科技部、国家发改委等四部委发布关于完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知。通知指出,综合技术进步、规模效应等因素,将新能源汽车推广应用财政补贴政策实施期限延长至2022年底。

图 2所示为2013年至今的新能源汽车销量变化图。从图中可以看出,在2016年之前,新能源汽车的销售增速极高,但是在“骗补事件”后,增长速率开始下降。特别是在2019年,由于政策退坡,出现了销量的下降。可见,在补贴时代,我国新能源汽车过的过分安逸,对补贴的依赖十分严重,一旦补贴退出,销量下降随之而来。

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图2 / 2013-2020年中国新能源汽车销量及增长率

2020年,国内新能源汽车销量逆势增长,根据《2020年12月汽车工业经济运行情况》数据,1-12月,汽车产销分别完成2522.5万辆和2531.1万辆,同比分别下降2%和1.9%。而1-12月,新能源汽车产销分别完成136.6万辆和136.7万辆,同比分别增长7.5%和10.9%。

宏观来看,新能源汽车的逆势增长,与补贴政策的保留有一定的关系,由于政策延续到2022年,在一定程度上提振了新能源汽车的信心。

然而,微观来看,2020年12月,新能源汽车销量的前三名分别为1、五菱宏光mini ev;2、特斯拉Model 3;3、长城欧拉黑猫。其中,五菱宏光mini ev由于续航里程不足300km,无法享受补贴;特斯拉Model 3部分配置因为售价过高,无法享受补贴。与宏观政策影响机理相违背的是,新能源汽车销量的前两名居然都是不享受补贴的车型。由此可见,即使没有补贴,新能源汽车也可以完成销售任务。


那么,究竟是什么,

让新能源汽车在2020年逆势增长呢?


2018 年 4 月,工信部发布《汽车产业中长期发展规划》,宣布将放宽外资汽车厂商在华运营生产合作企业时的出资限制,并于 2025 年前提高目前定为 50% 的出资上限。随后,马斯克火速赶往中国,意欲打开中国建厂之路。会面后三个月,马斯克与上海市政府签署了合作备忘录,2018 年年底,工厂开始建设,2019 年 1 月,马斯克来到中国参加奠基仪式,工厂正式破土动工。10 月 17 日,特斯拉上海工厂获得批准,开始生产 Model 3。

特斯拉超级工厂选址上海临港,同时还获得了35 亿元人民币的无抵押贷款,贷款利率为央行年基准利率的 90%。上海政府为了特斯拉放弃了蔚来汽车,最终使得蔚来汽车落户合肥,其后意图显而易见:通过引入电动汽车的标杆企业,迅速抢占新能源汽车的高地。于此同时,外来生物「特斯拉」究竟是鲨鱼还是鲶鱼的问题,也在国内业界引发了讨论。

一年下来,我们很欣喜地看到特斯拉真的是一条优质的鲶鱼。新能源汽车的逆势增长,五菱荣光Mini EV开进大街小巷,传统大车企纷纷针对私人用户推出高端新能源汽车品牌,拉开“造新车”的大幕。这一切,都预示着我国新能源汽车的美好未来。


丰田:“鲶鱼”还是“鲨鱼”?


对燃料电池汽车稍有了解的人,可能第一个想到的汽车是丰田Mirai,它在燃料电池领域的江湖地位近乎特斯拉的Model s:作为第一款量产燃料电池汽车,Mirai确实与Model S有着很多相似之处。而在第二代Mirai发布之后,其作为一款售价仅为710万日元(约合43.60万人民币)的“大号亚洲龙”,确实让人有了物美价廉的感觉。

然而,进一步了解我国燃料电池产业与国家扶持方向之后,对于丰田Mirai成为这条“鲶鱼”,也许会产生疑惑。从我国的“以奖代补”政策规划防线以及当年“三横三纵”政策提出的初衷来看,燃料电池汽车在我国本就不以发展乘用车为重点,其相较于锂离子电池的大功率、长续航、快速加注的特点,放在常常用于上下班通勤的乘用车上,确实有种“杀鸡用牛刀”的感觉。而在商用的货运、客车上,燃料电池的特性则更加合适。

因此,此前笔者一直以为那条“搅动沙丁鱼群的鲶鱼”将会是同样名字来源与那个发明交流电的伟大科学家的尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla)的另一家公司:美国明星新造车公司尼古拉汽车。

尼古拉汽车与特斯拉汽车确实有这些许相似之处,他们不但有同源的公司名,相同的创始国度,其开发的样品车也和特斯拉汽车初代车一样,饱含科技感,甚至Nikola真正被大众熟知,就是来自于它与特斯拉的“碰瓷”——2018年,Nikola起诉特斯拉,称后者的Semi卡车与自家的Nikola One过于相似(图 3),侵犯其设计专利,并要求赔偿20亿美元,虽然这件事最后不了了之,但它成功把Nikola送上舞台,抓住大众的眼球。

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图3/ Nikola One与特斯拉Semi卡车

2020年9月8日,美国汽车巨头与尼古拉汽车达成战略合作协议。根据协议,两家公司将联手生产电动皮卡和燃料电池商用卡车,以挑战特斯拉。此外,通用汽车还将收购尼古拉11%的股份,这些股份价值20亿美元。

然而,一个外表看上去风光无限的初创公司,却在2020年9月16日被爆出存在“欺诈”行为:沽空机构HindenburgResearch发表了一份关于电动卡车制造商尼古拉(Nikola)的报告,报告称,尼古拉是一个“错综复杂的骗局”,米尔顿发表数十次关于氢燃料电池技术的虚假陈述并与大型汽车制造商建立了合作关系,其实这些氢燃料电池技术他们从未拥有过。尼古拉股票应声大跌,9月21日,特雷佛-米尔顿(TrevorMilton)已自愿提出辞去公司执行董事长职位,即刻生效。现任董事会成员史蒂芬-戈尔斯基(StephenGirsky)将接替他任董事长。

至此,人们才清晰的认识到,尼古拉公司虽然已成为美国市值第三的汽车公司,但事实上其一直鼓吹的“掌握核心技术”可能并未完成,且其至今出货量还不及国内诸如宇通、中通等一众以燃料电池客车为主攻点的公司。

那么,哪家汽车公司可能成为燃料电池汽车领域的“鲶鱼”呢?

答案可能再一次回到了丰田,但这一次不是丰田Mirai,而是丰田基于Kenworth T680平台改造的新型8级卡车以及以此为代表的丰田未来可能推出的燃料电池卡车(图 4)。据悉,该款卡车已经在洛杉矶港开始服役,丰田物流服务公司(Toyota Logistics Services)和南方县快递公司(Southern Counties Express)都收到了一辆卡车,而根据合约的剩余卡车,也将在2021年陆续交付。

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图4 / 丰田基于Kenworth T680平台改造的新型8级卡车

相对而言,丰田基于Kenworth T680平台改造的新型8级卡车出现时间较晚,国内早在2019年就已经有多款同类型的燃料电池挂车在工信部公告中出现,这意味着仅就组装时间来说,我国燃料电池货车并未落后国外燃料电池客车过多。然而,以第二代Mirai的参数来看,丰田生产的燃料电池电堆无论在性能、耐久性方面,均可以满足我国燃料电池补贴要求,而其整车低廉的售价,可能都低于同功率国内厂商燃料电池电堆系统的报价,若丰田入场,很可能是一条“鲨鱼”而不是一条“鲶鱼”。

丰田燃料电池电堆的成本优势很可能让国内厂商毫无招架之力。2020年12月3日,氢瑞科技在发布电堆新品的同时,抛出了1199元/kw的最低价。但就2020年全国燃料电池汽车销量来看,其限定的“黑金合作伙伴”所需的10000台起订量几乎就是遥遥无期,因此该价格可能过于激进。以该激进价格反算,燃料电池电堆系统最终的售价可能为3000元/kw左右,合计134kw(以Mirai二代电堆功率计算)的电堆售价可能高达40.2万人民币。而如上文所述,配备134kw电堆的丰田二代Mirai,其售价仅为710万日元,合计43.6万人民币。若丰田直接入场,国内厂商将毫无招架之力。

事实上,丰田早已开始入场中国燃料电池市场,2019年,丰田频频在中国达成龙8国际领域合作,其本质大多是利用丰田在龙8国际源汽车方面的优势技术,结合中国合作方的销售能力,将产品导入中国市场。4月,清华大学成立“清华大学-丰田联合研究院”,研究方向包括氢动力和未来出行等。系统供应商亿华通,决定采购丰田的电堆 和零部件,配备到北汽福田生产及销售的氢燃料电池大巴上。7月,丰田把同样的合作模式,复制到一汽股份、苏州金龙及上海重塑上。不满足于销售电堆和相关组件,丰田在今年9月又联合中国一汽和广汽集团,将与后两者共同制造氢燃料乘用车。

幸运的是,清能股份总经理张弛指出:丰田电堆此前经验均基于其乘用车产品,进入中国市场后,面对的是一个以商用车为主的应用端,尤其在大功率长距离场景方面,国产电堆已有做示范运营,丰田产品离上路还很远,产品可靠性无法保证。

以目前情况来看,随着国内燃料电池厂商技术的进步以及众多厂商实际上已经开始与丰田展开合作,我国燃料电池与丰田之间的技术差距将逐渐减小。由此可见,丰田作为国际先进的代表,可能成为一条“吃沙丁鱼的鲶鱼”,加速我国燃料电池工业的集群化、优势企业大发展。


“鲶鱼”的其他形式


“鲶鱼”除了显而易见的以丰田为代表的国外头部企业外,还有可能来自其他领域。

近日,科技部将“十四五”国家重点研发计划“龙8国际技术”、“新能源汽车”等重点专项2021年度项目申报指南向社会征求意见和建议,征求意见时间为2021年2月1日至2021年2月21日。

在“龙8国际技术”专题中,涉及燃料电池的方向有以下几个:

1.    跨温区新型全氟质子膜研究

2.    低成本长寿命碱性膜燃料电池电堆研制

3.    电站用高效长寿命膜电极技术

4.    住宅用质子交换膜燃料电池综合供能系统集成关键技术

5.    管式固体氧化物燃料电池发电单元及电堆关键技术

6.    高精度电堆组装及成套批量制造装备技术

而在“新能源汽车”专题里,涉及燃料电池的方向有:

7.    车用固体氧化物燃料电池关键技术开发

众所周知,目前无论是以丰田为代表的国外厂商,还是国内的众多燃料电池汽车产业参与者,其选择的技术路线均为低温质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)。其突出特点是使用了固化膜可以有效地隔绝氢气与氧气,同时,其使用温度仅为60-80℃,与传统燃油车的冷却水温度控制范围一致。因此,一直以来,业界都认为PEMFC是FCV的未来。

但分析指南精神可知,科技部或许希望尝试其他可能:

PEMFC存在的突出问题是需要使用贵金属铂作为催化剂,为了提高性能,常常需要较高的铂用量;而基于铂的特性,一氧化碳等工业氢中常见的杂质气体可能使得铂中毒。科研人员与产业链也尝试使用非铂催化剂进行替代,但是酸性条件下,过渡金属族系的材料耐久性问题仍然未被解决,导致至今仍没有低成本、高性能、长耐久的燃料电池产品。

为了解决PEMFC的问题,人们首先尝试提高PEMFC的使用温度,由Bulter-Volmer(巴特勒-伏尔摩)方程可知,温度升高,可以有效地提高反应速率。然而,以杜邦生产的Nafion膜为代表的质子交换膜不耐高温,该特性虽然使得PEMFC在冷启动、散热方面有一定的优势,但是最终使用效率仍不能与内燃机拉开差距。因此,改变质子交换膜的性能,以使得其温度适用范围变宽,既适应低温冷启动的要求,也满足启动后高性能的需求,将成为未来的重要方向,亦即高温质子交换膜燃料电池(High Temperature- Proton Exchange Membrane Fuel Cell,HT-PEMFC)。因此,“跨温区新型全氟质子膜研究”成为了“十四五”国家重点研发计划“龙8国际技术”中燃料电池相关方向的领头羊。

事实上,碱性燃料电池(alkaline fuel cell,AFC)的发展远早于现在的PEMFC。AFC是第一个燃料电池技术的发展,最初由美国航空航天局的太空计划,同时生产电力和水的航天器上。然而,AFC传输离子为氢氧根,其尺寸大于氢气,因此,无法简单的通过限制孔径尺寸来隔绝氢渗透。长久以来,液体电解质也是AFC的一大痛点,因此,需要对碱性电解质进行固化,成为碱性膜燃料电池(Alkaline anion exchange membrane fuel cell,AAEMFC)。近年来,随着武汉大学庄林课题组在碱性膜燃料电池关键材料-碱性膜方面取得突破,碱性膜燃料电池具备的低成本、高耐久、耐杂质气体的突出优势逐渐受到关注。因此,在“十四五”国家重点研发计划“龙8国际技术”中,“低成本长寿命碱性膜燃料电池电堆研制”成为继高温燃料电池之后的一个重要方向。

另一个车用PEMFC的搅局者来自钦定的车用替代者:固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)。SOFC的工作温度通常在500至1,000°C之间。在这些温度下,固体氧化物燃料电池不需要昂贵的铂催化剂材料,并且不易受一氧化碳催化剂中毒的影响。传统来说,SOFC由于使用温度较高,对振动的耐受性较差,一直都未被当做车用燃料电池的主流方向。相反,其在家用热电联产与电站用储能设备中一直大放异彩。现今,随着科技的进步,SOFC的使用温度正在逐渐降低,达到了车载可用的程度,因此,其高效率与低成本逐渐被重视,成为了“十四五”国家重点研发计划中“新能源汽车”专题里的唯一燃料电池产品。

综合来看,本次科技部“十四五”国家重点研发计划中,传统车用的PEMFC似乎在博弈中被踢出了前沿科技方向的范畴。而HT-PEMFC,AAEMFC与SOFC成为了本次“十四五”国家重点研发计划的重点支持对象。他们是否能够成为搅动车用燃料电池市场的“鲶鱼”,让我们拭目以待。



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撰稿 / 刘登程

校对 / 时光

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