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二、燃料电池行业市场现状分析
1、燃料电池行业市场规模
2015年我国燃料电池行业出货量约10.5MW,同比2014年的9.2MW增长了14.13%,近几年我国燃料电池行业出货量情况如下图所示:
2010-2015年中国燃料电池行业出货量走势
资料来源:公开资料,智研咨询整理
2、燃料电池行业盈利水平
目前,国外企业PlugPower(PEMFC燃料电池系统集成商)的毛利率水平已经达到了27%左右,国内燃料电池生产企业平均毛利率在15%左右。
3、燃料电池行业成本构成
工业化和商业化的绝大多数问题都可以归结到成本之上,燃料电池亦不例外。近10年来,燃料电池的成本控制一直是研究机构和实业界最重要的目标之一。孜孜不倦的努力也取得了回报,基于2013年的技术水平,在年产50000套的规模下,车用80kW功率的PEMFC燃料电池成本降低到55美元/kW(请注意上述各种约束条件!),较之2002年的275美元/kW下降了80%,距离2017年30美元/kW的目标仅数步之遥(对此需要指明两点:其一,30美元/kW的成本在2008年左右还是2015年计划实现的目标;其二,2012年成本估算曾经低至47美元/kW,但基于更严格的热排放指标和最新的Pt金属价格,这一估算在2013年被调高了)。
DOE测算的燃料电池成本趋势单位:美元/kW
资料来源:公开资料整理
不同生产规模下的电池成本及拆分
资料来源:公开资料整理
不过必须指明的是,55美元/kW的成本估算源自美国Argonne国家实验室的模型估算而非工业企业的实际情况,这一点在国内市场经常受到误解。可作为工业参照的是,Ballard目前最新的动力燃电系统售价1.5万美元左右(应当是80-100kW电池系统),考虑其合理利润需求,实际成本应当不会显著低于100美元/kW。
进一步地,我们对燃料电池成本模型的下降路线进行略微深入的分析:2010年之前,催化剂Pt密度的降低对于成本下降的贡献非常明显,但2010年之后似乎到达了极限(0.2g/kW),甚至有所回升,燃料电池成本下行的速度也明显减缓,此后的成本压缩基本都来自系统成本中非催化剂方面的压缩,而2013年Pt价格假设大幅上调之后,燃料电池成本显著反弹。足见通过降低Pt含量压缩成本的路径可能暂时遭遇了阻碍,在没有显著技术突破之前,2017年实现30美元/kW的电池成本挑战不小。
燃料电池系统成本估算中的细节参数
资料来源:公开资料整理
固定式燃料电池系统成本显著高于车用燃料电池,DOE为小型CHP系统燃料电池设定的成本目标是到2020年实现1500美元/kW。而基于2013年的水平,只需要通过扩大生产规模即可能将成本控制到2000美元/kW以下,根据估算,如果能够将制造控制在1000美元/kW以下,固定式燃料电池就足以在没有任何补贴的情况下获得推广(热电联供系统和辅助电源的推广成本区间分别在450-650美元和500-700美元/kW)。
固定式燃料电池成本
资料来源:公开资料整理
占总成本近半的Pt催化剂是影响燃料电池成本的核心因素。目前领先的工业化水平下每100kW燃料电池催化剂消耗Pt在30g左右(略高于DOE测算的理论水平)。以汽车为例,按功率100kW计,单车Pt的需求量为30g,合单车催化剂成本超过8000元人民币。
不过不应当忽略的一点是燃油车的尾气清洁催化剂同样对Pt存在需求,目前的水平大约在5-10g/辆。
因此在目前技术水平下,使用燃料电池汽车取代燃油车的Pt消耗增量在20-25g/辆。2020年全球100万辆燃料电池车保有量预期对应20-25吨Pt;中长期看,若燃电汽车实现10%的保有率和20%的年产量占比,对应的Pt保有需求超过2000吨,考虑固定电站等其他应用,总需求量不低于4000吨,超过全球Pt资源量的1/4;而燃电汽车生产的年Pt需求将达到4-50吨(插一句闲话,这还比不上中国一年用来做首饰的Pt消耗多,2013年这个数字是59吨,爱美之心是环保大敌),差不多也占全球年消费的1/4左右;无论从经济还是资源的角度都难以承受。
目前,减少燃料电池Pt含量的手段主要是改进催化剂结构(例如使用包覆Pt的颗粒取代纯Pt颗粒)或者改进催化剂配方。其最终优化目标是在2020年左右将催化剂Pt需求量控制在5g/100kW,一旦实现这一单耗目标并解决报废系统Pt回收问题,则燃电和燃油车对Pt的消耗基本在同一水平,产品替代不再产生Pt需求增量,Pt的成本和资源限制将不再是问题。
燃料电池催化剂Pt减量技术路线图及成本控制预期
资料来源:公开资料整理
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