在补贴标准的外部动力和赶超世界先进的内在动力作用下,国内燃料电池汽车的功率从30KW一路攀升,目前已超过150KW。作为电力来源,国内主流电堆产品也一直呈现向大功率发展的趋势。
目前,国家燃料电池示范城市群项目将补贴的功率标准限制在了110KW,国际上丰田、巴拉德的车用电堆功率也暂时停留在100KW级别。仅就单堆功率而言,国内已经达到了世界先进水平,但国内电堆向大功率发展的脚步并没有停止。
氢云链了解到,目前已经有高成绿能、氢晨科技、爱德曼和国鸿氢能等多家企业发布了单堆功率超过了200KW的产品,并有多家厂商已经完成研发但未正式发布。氢云链整理了相关产品和参数情况,如图表1所示。
图表1 单堆200kW以上电堆产品情况
有电堆企业市场人员向氢云链笑谈:“早两年,100KW、150KW电堆就能拿来炫好一阵子了。到现在,200KW的大功率电堆甚至已经不太能拿来宣传,毕竟好像大家都有了的样子。”
国内电堆厂商正在快速向更高的200KW乃至300KW等级前进。从2016到2018年的30~60kW,到2019年破百KW,再到目前国内实际上车的电堆功率超过150kW,在研产品超过300KW,电堆功率背后反映的是电堆环节的发展驱动力和主要应用市场正在悄然变化。
电堆功率快速提高背后的产业变化
1、驱动力的变化:从满足补贴标准到满足应用需求
补贴标准是电堆功率提升的早期动力。早年的补贴政策中,燃料电池汽车的国补以整车功率30kW为补贴门槛,出于成本考虑,企业基本压着30KW的补贴线生产燃料电池汽车,对于电堆功率的要求自然有限,发展速度相对缓慢。
随着产业热度提升,“以奖代补”的预期出现,为满足补贴标准的要求,国内燃料电池汽车的功率也快速上升。
满足应用需求逐渐成为主要动力。在示范城市群项目中,国家补贴对于50kW以下的汽车给予核减的方式计算,并将补贴功率的上限设为110KW。
但随着“双碳”政策确立和国家专项产业规划出台,市场前景得到确认,企业并未像此前一般压着补贴线设计产品,满足市场实际需求成为主流意见。重卡应用的快速推广,机车、船舶、非道路重型机械、大型热电联供等应用场景动力替换需求的出现,大功率燃料电池电堆产品的需求凸显。
某燃料电池系统企业负责人曾向氢云链表示:“随着燃料电池在重卡等重型机械领域的应用,现阶段的燃料电池功率已经不能满足实际需求。2022年,燃料电池系统的高功率特征将更加明显,各厂家将陆续发布200KW乃至300KW系统产品!这样的情况下,对于电堆功率的要求也水涨船高。”
2、应用市场的变化:从物流-客车,到重卡,再到多元化应用
主要应用市场从客车向货车转变。早期国内燃料电池汽车市场呈现物流车-客车的二元化情况,这两类车型对动力要求较低,对高功率燃料电池需求有限。
2021年后,重卡市场崛起。重卡对于动力有着很高的要求,高功率燃料电池产品成为刚需。以49吨重卡为例,其需求一般为400马力(按照8马力/吨的计算),折合约300KW,目前主流的100KW级别的系统产品已经难以满足市场需求。如近期英美能源投入使用的矿卡输出功率就高达2MW,其中燃料电池系统功率高达800KW,采用了8个巴拉德动力模块,其系统复杂程度可想而知。
值得注意的是,国内重卡超载现象仍大量存在。某车企市场负责人对氢云链反馈:“燃料电池重卡必须考虑超载的情况。曾有一家物流商试用我们的49吨重卡,结果直接装到了100吨以上。幸好我们的产品经受住了考验。”
因此,重卡市场推动电堆厂商开发更高级别功率的产品,满足重卡运输场景的需求,降低燃料电池系统集成的难度。
未来市场将呈现多样化特征。
在氢能及燃料电池产业前景得到政策明确的情况下,企业开始探讨氢能在更多场景下的应用,以扩大氢能市场规模。
目前,有轨电车、船舶、区域热电联产、发电等场景受到企业重视,原因在于这些场景市场规模较大,有利于形成规模效应。这些场景往往也有大功率的特点,出于降低开发成本,缩短开发时间等目的,企业往往会开发出平台型技术以满足各类应用,因此大功率电堆也成为刚需。
某电堆厂商表示:“尽管不同应用领域对于电堆和系统的要求有所差别,但毕竟基本的原理相近。我们的能力足以开发出平台类型的技术,在实际应用中仅需进行一定的适配,就能够快速交付给客户。”
电堆作为燃料电池产业的核心零部件,其技术发展一直受到产业内外的密切关注,其中功率、比功率和寿命是关注度最高的几个参数。功率和比功率已经逐渐完成了“赶超先进”的阶段性目标,背后除了反映出国内燃料电池技术的快速发展、燃料电池产业链的快速成长,同时也反映出国内产业发展阶段、产业驱动力等正在发生着重大的转变。
相关产品情况
一、国鸿氢能
2022年4月,国鸿氢能发布了新一代电堆产品——鸿芯GIII电堆,新一代石墨板电堆实现单堆输出功率超过200kW,比功率密度超过4.5kW/L,使用寿命超过30000小时,满足重卡等商用车全生命周期使用需求。
二、爱德曼
2022年4月6日,爱德曼自主研发的223KW金属板单电堆燃料电池顺利通过了国家机动车检测中心强检,体积功率密度达到5.18KW/L。爱德曼自主开发并量产了30KW-223KW燃料电池电堆系列产品,装备的氢能车辆累计行驶里程已超过1700万公里。
三、氢晨科技
2022年1月,氢晨科技发布了自主研发的单堆230kW大功率燃料电池电堆。该电堆实现了性能、寿命和可靠性的大幅度提升。在H2代电堆技术的基础上,氢晨科技投入超1亿元的研发经费,开发了新一代H3技术和230kW电堆。H3技术是氢晨科技采用的全新模块化设计理念,功率密度达到6.0kW/L。
四、高成绿能
2022年4月,高成绿能发布了自主研发的STKCI系列石墨板燃料电池电堆,最大功率可至240kW,将运用于重卡配套系统和氢储能电站发电系统,使用寿命最长达40000小时,使用自增湿技术,结构紧凑,比功率密度为4.5kW/L。