近年來鉛酸電池行業(yè)在進(jìn)行了一系列的改革整治,行業(yè)洗牌加速的同時(shí),鋰電池和氫能源電池異軍突起,已經(jīng)開始蠶食鉛蓄電池的市場份額。本文主要從鉛蓄電池產(chǎn)業(yè)地位與發(fā)展趨勢、面臨挑戰(zhàn)以及回收過程存在的問題入手,同時(shí)介紹鋰電池和氫能源電池的現(xiàn)狀,加之鉛蓄電池、鋰電池和氫能源電池的優(yōu)劣勢比較,以及對未來發(fā)展前景進(jìn)行了全面分析。
一、鉛蓄電池
(一)鉛蓄電池產(chǎn)業(yè)地位與發(fā)展趨勢
中國是全球最大的鉛酸蓄電池生產(chǎn)國和鉛酸蓄電池消耗國。根據(jù)全球鉛酸電池產(chǎn)能來看,中國鉛酸電池的產(chǎn)量在全球鉛酸電池的產(chǎn)量中占比45%,占比最高;美國鉛酸電池的產(chǎn)量緊隨其后,占比為32%,日本鉛酸電池的產(chǎn)量在全球中的占比不到我國鉛酸電池占比的三分之一,為13%。
全鉛酸電池產(chǎn)能區(qū)域分布
我國鉛酸電池的產(chǎn)量在全球占比較多的原因是,近年來,我國通過引進(jìn)歐美日韓等國家在我國投資建廠,并吸納、消化國外技術(shù),使我國鉛酸電池的的制造技術(shù)已經(jīng)接近了國際先進(jìn)水平。
數(shù)據(jù)顯示,2010-2017年,全球鉛酸蓄電池市場規(guī)模穩(wěn)步增長。2013年,全球鉛酸蓄電池市場規(guī)模首次突破400億美元,此后均保持在400億美元以上。2017年,全球鉛酸蓄電池市場規(guī)模約為429億美元,同比增長0.70%。
據(jù)統(tǒng)計(jì),2015年鉛酸蓄電池占電池市場一半以上份額約為54.67%。從全球范圍來看,2015年鉛酸蓄電池市場規(guī)模為422億美元,這一市場規(guī)模仍將保持2%-5%的年增長率,預(yù)計(jì)2018-2023年,鉛酸蓄電池市場規(guī)模難有大幅度上漲,但仍將維持在400億美元水平上。
“十一五”期間,鉛蓄電池市場規(guī)模迅速擴(kuò)大,每年產(chǎn)量平均以約20%的增速上升。據(jù)SMM統(tǒng)計(jì),截止2018年底,鉛蓄電池行業(yè)產(chǎn)能已超出4億KVAh。在未來的幾年里,鉛酸蓄電池行業(yè)仍將在國民經(jīng)濟(jì)中占據(jù)重要地位。
鉛蓄電池銷售收入在整個(gè)電池行業(yè)中所占比例較大,盡管在儲(chǔ)能領(lǐng)域被鋰離子電池部分替代,但難以動(dòng)搖鉛蓄電池的市場地位。
據(jù)統(tǒng)計(jì),鉛約占鉛蓄電池總成本的70%。市場上60V20AH的鉛蓄電池重量一般是在35kg左右,鉛酸電池的含鉛量一般在65%左右,也就是有22.75kg的鉛,即鉛蓄電池平均每度電需要消耗18.96kg的鉛。結(jié)合鉛蓄電池的市場占比過半并仍有緩慢增長之勢,短暫來看鉛蓄電池對于金屬鉛的需求仍是值得期待的。
(二)鉛酸蓄電池發(fā)展的重要政策支持
2012年7月1日,《鉛蓄電池行業(yè)準(zhǔn)入條件》正式實(shí)施以來,鉛酸蓄電池行業(yè)在加快淘汰落后產(chǎn)能、提高產(chǎn)業(yè)集中度、促進(jìn)轉(zhuǎn)型升級(jí)和綠色發(fā)展方面,取得了顯著成績??v觀整個(gè)鉛酸蓄電池市場,從競爭數(shù)量、退出壁壘、同質(zhì)化程度,以及競爭層次來看,鉛酸蓄電池行業(yè)處于成熟階段。
今年上半年,國家市場監(jiān)督管理總局、國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)正式批準(zhǔn)發(fā)布國家標(biāo)準(zhǔn)《廢鉛酸蓄電池回收技術(shù)規(guī)范》,同時(shí)也結(jié)束了我國廢鉛酸蓄電池回收行業(yè)多年來無“法”可循的窘境。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了社會(huì)流通領(lǐng)域廢鉛酸蓄電池的收集、貯存、運(yùn)輸、轉(zhuǎn)移過程的處理方法及管理措施,并將于2019年10月1日起正式實(shí)施。
(三)鉛蓄電池面臨重重挑戰(zhàn)
1、電動(dòng)自行車新國標(biāo)的沖擊:
2018年5月15日,根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)管理程序,工業(yè)和信息化部組織修訂的《電動(dòng)自行車安全技術(shù)規(guī)范》強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)(GB 17761-2018),由國家市場監(jiān)督管理總局、國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)公告(2018年第7號(hào))》批準(zhǔn)發(fā)布,自2019年4月15日正式實(shí)施。
新國標(biāo)嚴(yán)格限定了電動(dòng)自行車的整車重量,對于鉛酸電池來說,電池自重偏大(或者說能量密度過低)無法在現(xiàn)有的技術(shù)框架下獲得突破,那么如果新國標(biāo)車型想要沿用鉛酸電池,只能以犧牲續(xù)航為代價(jià)。以48V12Ah鉛酸電池為例,通常該規(guī)格電池的重量在16Kg以上,這意味著整車不含電池重量要控制在38Kg以下,并且整車的尺寸還不能超過標(biāo)準(zhǔn),這對于車輛設(shè)計(jì)提出了極大挑戰(zhàn)。
據(jù)SMM調(diào)研了解,自去年初,電動(dòng)自行車新國標(biāo)草案出臺(tái),鉛蓄電池企業(yè)陸續(xù)就新國標(biāo),開始對鉛酸蓄電池開展“輕量化”技改。其中,少數(shù)企業(yè)已于5-6月完成技改試驗(yàn),并于7月份隨《電動(dòng)助力車用閥控式鉛酸蓄電池》(GB/T22199-2017)實(shí)施,正式向市場批量銷售“減重”后的電池。另據(jù)鉛蓄電池生產(chǎn)企業(yè)反映,完成電池“減重”技改后,當(dāng)月原材料中用鉛量較技改前下降約5%。
2、新能源汽車崛起令鉛蓄電池前路渺茫?
鉛酸蓄電池也是目前世界上產(chǎn)量最大、用途最廣的一種電池,但自2015年新能源汽車產(chǎn)業(yè)爆發(fā)之后,鉛酸蓄電池的地位就受到了挑戰(zhàn)。有報(bào)道指出,自2015年以來,國內(nèi)鉛酸蓄電池產(chǎn)出已開始呈現(xiàn)小幅下滑態(tài)勢。主要因?yàn)橐詡鹘y(tǒng)的鉛酸蓄電池為動(dòng)力的電動(dòng)自行車行業(yè)發(fā)展已達(dá)到飽和階段,對國內(nèi)鉛酸蓄電池的應(yīng)用推動(dòng)有所放緩。隨著新能源汽車電池部分對傳統(tǒng)汽車鉛酸蓄電池的逐漸替代,尤其是2020年及以后,其替代影響和沖擊將進(jìn)一步攀升。因此國內(nèi)鉛酸蓄電池產(chǎn)銷有不斷收縮可能,后期整體國內(nèi)鉛酸蓄電池行業(yè)的發(fā)展或?qū)⑻幱谙鄬Ρ粍?dòng)的格局中。
與此同時(shí),2016年1月1日起對鉛蓄電池征收消費(fèi)稅、鋰離子電池免征消費(fèi)稅、《促進(jìn)汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)方案》、《汽車動(dòng)力電池行業(yè)規(guī)范條件》、新能源汽車免征車輛購置稅等政策法規(guī)也在不斷促進(jìn)新能源汽車發(fā)展。
二、鋰電池
(一)鋰電池產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀
由于我國對環(huán)保事業(yè)的重視,從近幾年我國的新能源汽車銷量情況來看,市場對新能源汽車的需求上升較快。其中,2018年新能源汽車產(chǎn)銷分別完成127萬輛和126萬輛,同比增長59.9%和61.7%。其中純電動(dòng)汽車產(chǎn)銷分別完成98.6萬輛和98.4萬輛,同比增長48%和50.9%;插電式混合動(dòng)力汽車產(chǎn)銷分別完成28.4萬輛和27.2萬輛,同比增長121.9%和117.6%。
目前,國內(nèi)新能源汽車仍然在采用磷酸鐵鋰和三元鋰電池,車型續(xù)航里程基本上都能夠達(dá)到300公里,我國動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展,推動(dòng)各環(huán)節(jié)技術(shù)水平快速提升。電芯有望實(shí)現(xiàn)三元NCM811電池的量產(chǎn)應(yīng)用,產(chǎn)品單體能量密度達(dá)到260Wh/kg,系統(tǒng)能量密度達(dá)到180 Wh/kg。從全球各個(gè)國家來看,主要車企廠商配備的還是日韓動(dòng)力電池,以三元鋰電池為主續(xù)航里程基本可以達(dá)到350公里。
目前我國鋰電池行業(yè)存在部分中小企業(yè),規(guī)模小,技術(shù)水平低,生產(chǎn)的鋰電池產(chǎn)品較為低端。企業(yè)生產(chǎn)鋰電池購買原料成本過高,給企業(yè)帶來的生產(chǎn)經(jīng)營成本相對較高。
鋰電池在某些特定情況下會(huì)發(fā)生燃燒、爆炸等情況,比如使用不當(dāng),極端環(huán)境中都有可能發(fā)生危險(xiǎn),考慮到技術(shù)方面的不足,有些時(shí)候也成了限制鋰電池發(fā)展的缺點(diǎn)。
鋰電池成為汽車的動(dòng)力存儲(chǔ)來源,在中國不斷加碼環(huán)保事業(yè)之后,中國的新能源車的發(fā)展進(jìn)程將不斷加快,對于鋰電池的發(fā)展也是會(huì)有巨大的推動(dòng)左右。
(二)鋰礦供應(yīng)現(xiàn)狀
鋰電池的生產(chǎn)原料主要來自于鋰礦,鋰礦的供應(yīng)制約著鋰電池的發(fā)展,同時(shí)決定了鋰電池的未來。中國已探明鋰資源量為450萬噸。中國鋰礦資源的分布集中在四川、江西、青海和西藏。2018年海外鋰礦產(chǎn)量中,67%是來自于鋰輝石礦山,而這些鋰輝石礦幾乎全部來源于澳大利亞。而剩下的鹽湖產(chǎn)量均來自于南美。
(三)鋰電池政策扶持逐漸退坡
2019年3月26日,財(cái)政部、工業(yè)和信息化部、科技部和發(fā)展改革委四部委聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于進(jìn)一步完善新能源汽 車推廣應(yīng)用財(cái)政補(bǔ)貼政策的通知》。重點(diǎn)內(nèi)容包括:1、國補(bǔ)力度大幅退坡,補(bǔ)貼基數(shù)綜合下降程度超50%;2、2019年3月26日至2019年6月25日 為過渡期,期間按2018年補(bǔ)貼的0.1倍和0.6倍進(jìn)行補(bǔ)貼;3、過渡期后地補(bǔ)取消,轉(zhuǎn)為支持充電等配套設(shè)施;4、電池技術(shù)要求更高,但補(bǔ)貼系數(shù)下修。
隨著補(bǔ)貼退坡幅度加大,動(dòng)力電池環(huán)節(jié)面或臨進(jìn)一步降價(jià)壓力。
(四)鋰電池的機(jī)遇與挑戰(zhàn)
機(jī)遇一:低碳環(huán)保,全球汽車電氣化浪潮不可遏制和逆轉(zhuǎn)
在低碳環(huán)保、能源安全及產(chǎn)業(yè)扶植等因素的驅(qū)動(dòng)下,全球電動(dòng)汽車市場發(fā)展迅速,截止2017年底保有量超過340萬,市場份額突破1%,年均復(fù)合增長率達(dá)58%。汽車電動(dòng)化趨勢不可逆轉(zhuǎn),產(chǎn)業(yè)格局加速形成;預(yù)計(jì)2025年新能源汽車全球銷量將突破1800萬輛;中國新能源汽車銷量將突破700萬。
機(jī)遇二:政策持續(xù)明確,發(fā)展新能源汽車是我國從汽車大國邁向汽車強(qiáng)國的必由之路
新能源汽車已上升為國家戰(zhàn)略;產(chǎn)業(yè)政策雙積分將代替補(bǔ)貼成為行業(yè)長期發(fā)展的管理基礎(chǔ);2025年新能源整體市場占比將達(dá)到20%。
機(jī)遇三:產(chǎn)業(yè)和價(jià)值重構(gòu),將催生新的汽車業(yè)態(tài)和偉大企業(yè)
技術(shù)重構(gòu):關(guān)鍵核心技術(shù)將逐漸從整車延展到關(guān)鍵子系統(tǒng)和零部件。
服務(wù)重構(gòu):從產(chǎn)品提供者演變?yōu)楫a(chǎn)品+服務(wù)+出行方案提供者,用戶接口成為關(guān)鍵。
價(jià)值重構(gòu):核心價(jià)值點(diǎn)將由整車向關(guān)鍵系統(tǒng)、部件以及上下游轉(zhuǎn)移。
競爭重構(gòu):產(chǎn)業(yè)競爭將由產(chǎn)品競爭演變?yōu)楫a(chǎn)業(yè)平臺(tái)競爭。一大批造型新勢力涌入新能源汽車產(chǎn)業(yè),截止2017年底,中國新能源汽車企業(yè)數(shù)量已達(dá)到314家,超過200家造車新勢力入局。
挑戰(zhàn)一:使用新能源汽車的信心,影響著新能源汽車的市場
對于電池技術(shù)、充電不便、價(jià)格及續(xù)駛里程的焦慮,仍然是制約大部分消費(fèi)者選擇新能源汽車的主要因素。
挑戰(zhàn)二:充電體系建設(shè)還不能滿足消費(fèi)者需求,分布還不均衡
快充體系建設(shè)不夠,分布不均衡;中國城市居民多為公寓式住宅,小區(qū)停車位配置比例低于1:1,老舊小區(qū)缺乏停車位配置;充電樁安裝需城建、電力、物業(yè)等多部門交叉管理,自行安裝困難。
挑戰(zhàn)三:商業(yè)模式創(chuàng)新不斷涌現(xiàn),但仍不成熟
新的商業(yè)模式仍處于探索期,需要較長時(shí)間的實(shí)踐,最終找到可持續(xù)發(fā)展的盈利模式。短期內(nèi)會(huì)對企業(yè)經(jīng)營造成一定的干擾;如網(wǎng)約車領(lǐng)域虧損期超過三年,分時(shí)租賃領(lǐng)域虧損期超過四年。
三、氫能源電池
(一)氫能源電池產(chǎn)業(yè)地位和發(fā)展趨勢
氫能被視為21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉?,人類對氫能?yīng)用自200年前就產(chǎn)生了興趣,到20世紀(jì)70年代以來,世界上許多國家和地區(qū)就廣泛開展了氫能研究。近年來,我國正在加快發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè),利好政策相繼推出,氫能產(chǎn)業(yè)得到政策的支撐前景廣闊。隨著我國氫能產(chǎn)業(yè)加速發(fā)展,氫能的應(yīng)用越來越廣泛。在此背景下,氫 氣產(chǎn)量持續(xù)增長。據(jù)預(yù)測,2019年我國氫 氣產(chǎn)量將近2000萬噸,到2020年將超2000萬噸。
我國在發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)方面的重要優(yōu)勢之一就是擁有豐富的氫源基礎(chǔ)。利用我國豐富的煤資源與可再生資源制氫,具有經(jīng)濟(jì)可行性,并且完全可以支撐我國未來很長一段時(shí)間對于發(fā)展氫能的愿景。當(dāng)前國內(nèi)煤氣化制氫1000萬噸,天然氣制氫300萬噸以上,石油制氫300萬噸,工業(yè)副產(chǎn)氣約800萬噸,電解水制氫約100萬噸。煤制氫不僅成本低,而且目前國內(nèi)的制氫規(guī)模非常大。據(jù)估算,僅國家能源集團(tuán)每年制氫能力就可以驅(qū)動(dòng)4000萬輛小轎車。電解水制氫與煤制氫是未來中遠(yuǎn)期的主要制氫技術(shù)路線。
2017年我國開始大力發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè),公開數(shù)據(jù)顯示,目前已建及在建的加氫站達(dá)45座。預(yù)計(jì)到2025年,全國加氫站總數(shù)將達(dá)到300座。各地運(yùn)營的氫燃料電池車已突破百輛級(jí)別。在遼寧新賓有50輛燃料電池車陸續(xù)運(yùn)營,河北張家口有70輛燃料電池車,上海有100輛燃料電池車陸續(xù)運(yùn)營,廣東佛山有35輛燃料電池車。在“2018年中國(??冢淠茉醇叭剂想姵禺a(chǎn)業(yè)高峰論壇”上,國內(nèi)的四家企業(yè)簽署了《200噸級(jí)以上氫能重載礦用卡車研發(fā)合作框架協(xié)議》,這標(biāo)志著繼客運(yùn)、公交專線之后,我國氫能和燃料電池產(chǎn)業(yè)在交通領(lǐng)域的突破又邁出了新的步伐。
(二)國家對于氫能源電池的政策支持
《中國氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展藍(lán)皮書》則進(jìn)一步描出了中國氫能的發(fā)展路線圖:到2020年,中國燃料電池車輛要達(dá)到10000輛、加氫站數(shù)量達(dá)到100座,行業(yè)總產(chǎn)值達(dá)到3000億元;到2030年,燃料電池車輛保有量要“撞線”200萬,加氫站數(shù)量達(dá)到1000座,產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值將突破一萬億元。氫能寫入政府工作報(bào)告向外界釋放出了積極信號(hào),為我國氫能的未來發(fā)展照亮了一束光。目前,產(chǎn)業(yè)鏈扶持政策在各地延伸以及企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)競相布局。
除了加氫站,地方政府對整個(gè)氫能產(chǎn)業(yè)鏈的扶持也正在延伸。
北京
2017年,《北京市加快科技創(chuàng)新培育新能源智能汽車產(chǎn)業(yè)的指導(dǎo)意見》:加大以氫燃料為主的燃料電池乘用車開發(fā)力度。2018年10月27日,5臺(tái)12米燃料電池公交車在北京公交384線正式投入運(yùn)營。
上海
2017年,《上海市燃料電池汽車發(fā)展規(guī)劃》:提出到2020年,上海將實(shí)現(xiàn)電堆、系統(tǒng)集成與控制、關(guān)鍵零部件等核心技術(shù)跟蹤國際水平。2018年9月27日,上海首條燃料電池公交線路正式上線,投入嘉定114路運(yùn)營。
廣東
2018年,《關(guān)于加快新能源汽車產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的意見》:廣東2018-2020年新能源汽車推廣應(yīng)用省級(jí)財(cái)政補(bǔ)貼資金中的30%將用于支持氫燃料電池汽車推廣應(yīng)用。2018,《佛山市氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2018-2030)》:將佛山建設(shè)成為全國領(lǐng)先的氫能源產(chǎn)業(yè)示范城市和集聚高地。2018年12月20日,佛山市禪城區(qū)首座加氫站——佛羅路加氫站建成營業(yè)。70輛氫燃料電池公交車正式投入運(yùn)營,佛山率先成為廣東省首個(gè)大規(guī)模使用氫燃料電池公交車的示范城市。
山東
2018年,《山東省新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2018-2028年)》:推動(dòng)山東全省由“山東制造”向“山東智造”、“山東創(chuàng)造”轉(zhuǎn)變。2019年1月4日,由兗礦集團(tuán)有限公司、山東重工集團(tuán)有限公司與山東國惠投資有限公司三家省屬企業(yè)發(fā)起,由68家省內(nèi)外會(huì)員單位組成的山東氫能源與燃料電池產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟成立。
江蘇
2018年,蘇州市發(fā)改委網(wǎng)站發(fā)布“市政府辦公室關(guān)于轉(zhuǎn)發(fā)蘇州市氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展指導(dǎo)意見(試行)的通知”。2018年,張家港市人民政府印發(fā)《張家港市氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展三年行動(dòng)計(jì)劃(2018—2020年)》。全省初步形成涵蓋氫 氣制備和儲(chǔ)運(yùn)、燃料電堆、電池系統(tǒng)、整車制造和加氫站建設(shè)運(yùn)營在內(nèi)的氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈,從事氫燃料電池汽車關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)鏈的重點(diǎn)研發(fā)生產(chǎn)企業(yè)達(dá)20家,2017年實(shí)現(xiàn)產(chǎn)值約11億元,生產(chǎn)氫燃料電池汽車441臺(tái)。
四川
日前發(fā)布的《四川省打好柴油貨車污染治理攻堅(jiān)戰(zhàn)實(shí)施方案(征求意見稿)》提到,鼓勵(lì)開展燃料電池貨車示范運(yùn)營,建設(shè)加氫示范站;支持替代燃料、混合動(dòng)力、純電動(dòng)、燃料電池等技術(shù)攻關(guān),鼓勵(lì)開發(fā)氫燃料等新能源專用發(fā)動(dòng)機(jī),優(yōu)化動(dòng)力總成系統(tǒng)匹配。
相較其他燃料,在純電動(dòng)和氫能源兩個(gè)零排放技術(shù)方向上,燃料電池的優(yōu)勢是續(xù)航長、燃料補(bǔ)給快、自重輕等。因此,燃料電池系統(tǒng)在載貨運(yùn)輸應(yīng)用方面有著明顯優(yōu)勢。從各地此前發(fā)布的政策可以看到,已經(jīng)有城市在探討燃料電池在貨運(yùn)行業(yè)的發(fā)展。
四、三種電池優(yōu)劣勢比較
圖片來源:SMM
(一)成本方面
鉛酸電池歷史悠久技術(shù)成熟成本要低于鋰電池:1KWH的鉛酸電池的價(jià)格在500元及以下,而1KWH的鋰電池的價(jià)格達(dá)到1200元,目前鉛酸電池價(jià)格還是有一定的優(yōu)勢,但隨著鋰電池相關(guān)技術(shù)發(fā)展加快,其價(jià)格呈下降趨勢,優(yōu)勢很快會(huì)被抹平。
而氫能源電池相對二者而言成本較高,一方面,制氫過程能量損失大;制氫要先從電解水開始,耗費(fèi)電能,產(chǎn)生氫 氣,氫 氣再發(fā)電過程中還會(huì)有能量損失;且電解水的電目前也是以煤電產(chǎn)生為主,燒煤發(fā)電也會(huì)有能量損失。
另一方面,催化劑金屬鉑十分稀缺;在氫燃料電池發(fā)電的過程中需要使用金屬鉑作為催化劑,其價(jià)格非常昂貴。大規(guī)模生產(chǎn)氫燃料電池,鉑金屬將會(huì)因?yàn)樾枨笤黾觾r(jià)格上漲,且其本身就十分稀缺。
第三個(gè)方面,氫的運(yùn)輸成本不菲;現(xiàn)在常見的氫 氣運(yùn)輸方式是采用高壓氣罐,但這種方式的單次運(yùn)輸量非常有限。另一種方式是液態(tài)運(yùn)輸,但是要將其保持在-252.77攝氏度,意味著非常高昂的成本,不太現(xiàn)實(shí)。還有一種方式是固體儲(chǔ)氫,利用固體對氫 氣的物理吸附或化學(xué)反應(yīng),將氫儲(chǔ)存于固體材料中。固體儲(chǔ)氫方式安全穩(wěn)定,但是能在常溫下還原的多為鈀、銠等稀有貴重金屬,同樣不太現(xiàn)實(shí)。
此外,更為重要的是加氫站的建設(shè)成本。一座加氫能力大于200公斤的加氫站建設(shè)成本在1000萬元以上,如此高昂的建設(shè)成本成為加氫站快速發(fā)展的最大障礙。
(二)環(huán)保方面
鉛酸電池由于含有重金屬鉛,在生產(chǎn)中會(huì)產(chǎn)生污染,廢舊電池處理不當(dāng)也會(huì)產(chǎn)生污染。而鋰電池生產(chǎn)中產(chǎn)生的污染非常小,廢舊電池中只存在少量的污染成分。
氫能源電池對環(huán)境無污染。它是通過電化學(xué)反應(yīng),燃燒會(huì)釋放像COx、NOx、SOx氣體和粉塵等污染物。如上所述,燃料電池只會(huì)產(chǎn)生水和熱。如果氫是通過可再生能源產(chǎn)生的(光伏電池板、風(fēng)能發(fā)電等),整個(gè)循環(huán)就是徹底的不產(chǎn)生有害物質(zhì)排放的過程。
(三)效率方面
鉛酸電池就壽命、能量密度以及充放電效率方面均不及鋰電池和氫能源電池。
鋰電池能量比較高,具有高儲(chǔ)存能量密度,已達(dá)到460-600Wh/kg,是鉛酸電池的約6-7倍;同時(shí),使用壽命可達(dá)到6年以上,磷酸亞鐵鋰為正極的電池1C(100%DOD)充放電,有可以使用10,000次的記錄。
氫燃料電池儲(chǔ)能密度高,大約為1kWh/kg,且重量輕,續(xù)航里程普遍更遠(yuǎn)。通常會(huì)超過500公里,而純電動(dòng)汽車則根據(jù)電池容量的大小,目前大部分純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程在300公里左右,少數(shù)車型可以達(dá)到400~500公里。
此外,加氫就像加油一樣,一般只需3~5分鐘。而電動(dòng)汽車的充電則是一個(gè)緩慢的過程。即使特斯拉推出了超級(jí)充電站,通常也需要1個(gè)小時(shí)以上。氫能源電池的發(fā)電效率可以達(dá)到50%以上,這是由燃料電池的轉(zhuǎn)換性質(zhì)決定的,直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能,不需要經(jīng)過熱能和機(jī)械能(發(fā)電機(jī))的中間變換。
(四)安全方面
鉛酸電池歷史悠久技術(shù)成熟安全性要高于鋰電池,鉛酸電池能在復(fù)雜的環(huán)境中使用。而鋰電池對環(huán)境要求相對較高,對充放電電流電壓要求較高,一旦過充或者過放都有可能導(dǎo)致不可逆轉(zhuǎn)的損壞。鋰離子電池儲(chǔ)存的總能量和其安全性是成反比的,隨著電池容量的增加,電池體積也在增加,其散熱性能變差,出事故的可能性將大幅增加。
由于燃料電池直接采用空氣中的氧做氧化劑,空氣中的雜質(zhì)如SO2、H2S等有害氣體進(jìn)入燃料電池中,引起燃料電池陰極催化劑“中毒”,造成陰極催化劑不可逆轉(zhuǎn)的損傷,從而導(dǎo)致燃料電池性能下降。
盡管氫能源電池有一定安全隱患,但談“氫”色變的觀念已經(jīng)過時(shí),氫 氣泄露速度快于常見燃料,但泄漏總能量不高,氫 氣具有很高的擴(kuò)散系數(shù)和浮力,泄漏時(shí)可迅速降低濃度,氫 氣爆炸極限范圍寬,但爆炸能很低且不產(chǎn)生濃煙和灰霾,氫脆現(xiàn)象會(huì)引起金屬脆化裂紋,可以選用合適的材料防護(hù)避免。
五、三足鼎立 誰能勝出?
誰能勝出在于市場選擇。
鉛蓄電池隨著電動(dòng)自行車、汽車等鉛的終端消費(fèi)品產(chǎn)量下滑,以及鉛蓄電池在部分領(lǐng)域面臨被鋰電池和氫能源電池滲透的壓力,未來鉛產(chǎn)業(yè)消費(fèi)動(dòng)力不足,消費(fèi)將逐步步入平臺(tái)期。2019年,隨著生態(tài)保護(hù)和污染防治工作的深入推進(jìn),以及下游消費(fèi)市場持續(xù)低迷,鉛蓄行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的任務(wù)將更為迫切。
汽車產(chǎn)業(yè)逐步進(jìn)入新能源汽車時(shí)代,機(jī)遇遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于挑戰(zhàn)。新能源車型的結(jié)構(gòu)將由低端車型向中高端車型發(fā)展,隨著新能源汽車市場的逐漸成熟,新能源車型同燃油車一樣將會(huì)受到消費(fèi)升級(jí)的帶動(dòng),由低端向中高端車型升級(jí)。
然而,與純電動(dòng)汽車相比,燃料電池汽車不僅在我國,在全世界的推廣應(yīng)用都不太理想。本世紀(jì)初,在動(dòng)力蓄電池能量密度達(dá)不到汽車使用需求的前提下,專家多認(rèn)為燃料電池汽車是電動(dòng)汽車的終極階段,這可以理解。但是近年來,動(dòng)力蓄電池技術(shù)已有重大進(jìn)步,對此結(jié)論應(yīng)重新評(píng)估。就當(dāng)前技術(shù)狀況,動(dòng)力蓄電池電動(dòng)汽車更適用于城市、短途、乘用車,而燃料電池汽車更適用于長途、重載、商用車。二者是互為補(bǔ)充的關(guān)系,并不是互相替代的關(guān)系,至于將來孰優(yōu)孰劣,由于技術(shù)還在發(fā)展,基礎(chǔ)設(shè)施正在建設(shè),商業(yè)模式也在持續(xù)不斷創(chuàng)新,仍存在巨大變數(shù)。
氫能燃料電池技術(shù)需要加快發(fā)展,這符合我國能源革命的需要。“但氫和電都是能源載體,并無‘終極’之說。”中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授歐陽明高認(rèn)為,小型轎車對能量要求較低,鋰電池可能發(fā)揮更大作用,“所以就新能源汽車而言,燃料電池與純電將來會(huì)是共生共存”。
“純電動(dòng)、氫燃料和混合動(dòng)力,都有各自的優(yōu)勢,中國市場這么大,三條技術(shù)路線在今天和明天都是需要的。”在5月12日舉行的第十屆汽車藍(lán)皮書論壇上,上海交通大學(xué)智能網(wǎng)聯(lián)電動(dòng)汽車創(chuàng)新中心主任殷承良說,至于未來究竟誰能勝出,“取決于技術(shù)進(jìn)步和市場選擇”。
一、鉛蓄電池
(一)鉛蓄電池產(chǎn)業(yè)地位與發(fā)展趨勢
中國是全球最大的鉛酸蓄電池生產(chǎn)國和鉛酸蓄電池消耗國。根據(jù)全球鉛酸電池產(chǎn)能來看,中國鉛酸電池的產(chǎn)量在全球鉛酸電池的產(chǎn)量中占比45%,占比最高;美國鉛酸電池的產(chǎn)量緊隨其后,占比為32%,日本鉛酸電池的產(chǎn)量在全球中的占比不到我國鉛酸電池占比的三分之一,為13%。
全鉛酸電池產(chǎn)能區(qū)域分布
我國鉛酸電池的產(chǎn)量在全球占比較多的原因是,近年來,我國通過引進(jìn)歐美日韓等國家在我國投資建廠,并吸納、消化國外技術(shù),使我國鉛酸電池的的制造技術(shù)已經(jīng)接近了國際先進(jìn)水平。
數(shù)據(jù)顯示,2010-2017年,全球鉛酸蓄電池市場規(guī)模穩(wěn)步增長。2013年,全球鉛酸蓄電池市場規(guī)模首次突破400億美元,此后均保持在400億美元以上。2017年,全球鉛酸蓄電池市場規(guī)模約為429億美元,同比增長0.70%。
據(jù)統(tǒng)計(jì),2015年鉛酸蓄電池占電池市場一半以上份額約為54.67%。從全球范圍來看,2015年鉛酸蓄電池市場規(guī)模為422億美元,這一市場規(guī)模仍將保持2%-5%的年增長率,預(yù)計(jì)2018-2023年,鉛酸蓄電池市場規(guī)模難有大幅度上漲,但仍將維持在400億美元水平上。
“十一五”期間,鉛蓄電池市場規(guī)模迅速擴(kuò)大,每年產(chǎn)量平均以約20%的增速上升。據(jù)SMM統(tǒng)計(jì),截止2018年底,鉛蓄電池行業(yè)產(chǎn)能已超出4億KVAh。在未來的幾年里,鉛酸蓄電池行業(yè)仍將在國民經(jīng)濟(jì)中占據(jù)重要地位。
鉛蓄電池銷售收入在整個(gè)電池行業(yè)中所占比例較大,盡管在儲(chǔ)能領(lǐng)域被鋰離子電池部分替代,但難以動(dòng)搖鉛蓄電池的市場地位。
據(jù)統(tǒng)計(jì),鉛約占鉛蓄電池總成本的70%。市場上60V20AH的鉛蓄電池重量一般是在35kg左右,鉛酸電池的含鉛量一般在65%左右,也就是有22.75kg的鉛,即鉛蓄電池平均每度電需要消耗18.96kg的鉛。結(jié)合鉛蓄電池的市場占比過半并仍有緩慢增長之勢,短暫來看鉛蓄電池對于金屬鉛的需求仍是值得期待的。
(二)鉛酸蓄電池發(fā)展的重要政策支持
2012年7月1日,《鉛蓄電池行業(yè)準(zhǔn)入條件》正式實(shí)施以來,鉛酸蓄電池行業(yè)在加快淘汰落后產(chǎn)能、提高產(chǎn)業(yè)集中度、促進(jìn)轉(zhuǎn)型升級(jí)和綠色發(fā)展方面,取得了顯著成績??v觀整個(gè)鉛酸蓄電池市場,從競爭數(shù)量、退出壁壘、同質(zhì)化程度,以及競爭層次來看,鉛酸蓄電池行業(yè)處于成熟階段。
今年上半年,國家市場監(jiān)督管理總局、國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)正式批準(zhǔn)發(fā)布國家標(biāo)準(zhǔn)《廢鉛酸蓄電池回收技術(shù)規(guī)范》,同時(shí)也結(jié)束了我國廢鉛酸蓄電池回收行業(yè)多年來無“法”可循的窘境。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了社會(huì)流通領(lǐng)域廢鉛酸蓄電池的收集、貯存、運(yùn)輸、轉(zhuǎn)移過程的處理方法及管理措施,并將于2019年10月1日起正式實(shí)施。
(三)鉛蓄電池面臨重重挑戰(zhàn)
1、電動(dòng)自行車新國標(biāo)的沖擊:
2018年5月15日,根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)管理程序,工業(yè)和信息化部組織修訂的《電動(dòng)自行車安全技術(shù)規(guī)范》強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)(GB 17761-2018),由國家市場監(jiān)督管理總局、國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)公告(2018年第7號(hào))》批準(zhǔn)發(fā)布,自2019年4月15日正式實(shí)施。
新國標(biāo)嚴(yán)格限定了電動(dòng)自行車的整車重量,對于鉛酸電池來說,電池自重偏大(或者說能量密度過低)無法在現(xiàn)有的技術(shù)框架下獲得突破,那么如果新國標(biāo)車型想要沿用鉛酸電池,只能以犧牲續(xù)航為代價(jià)。以48V12Ah鉛酸電池為例,通常該規(guī)格電池的重量在16Kg以上,這意味著整車不含電池重量要控制在38Kg以下,并且整車的尺寸還不能超過標(biāo)準(zhǔn),這對于車輛設(shè)計(jì)提出了極大挑戰(zhàn)。
據(jù)SMM調(diào)研了解,自去年初,電動(dòng)自行車新國標(biāo)草案出臺(tái),鉛蓄電池企業(yè)陸續(xù)就新國標(biāo),開始對鉛酸蓄電池開展“輕量化”技改。其中,少數(shù)企業(yè)已于5-6月完成技改試驗(yàn),并于7月份隨《電動(dòng)助力車用閥控式鉛酸蓄電池》(GB/T22199-2017)實(shí)施,正式向市場批量銷售“減重”后的電池。另據(jù)鉛蓄電池生產(chǎn)企業(yè)反映,完成電池“減重”技改后,當(dāng)月原材料中用鉛量較技改前下降約5%。
2、新能源汽車崛起令鉛蓄電池前路渺茫?
鉛酸蓄電池也是目前世界上產(chǎn)量最大、用途最廣的一種電池,但自2015年新能源汽車產(chǎn)業(yè)爆發(fā)之后,鉛酸蓄電池的地位就受到了挑戰(zhàn)。有報(bào)道指出,自2015年以來,國內(nèi)鉛酸蓄電池產(chǎn)出已開始呈現(xiàn)小幅下滑態(tài)勢。主要因?yàn)橐詡鹘y(tǒng)的鉛酸蓄電池為動(dòng)力的電動(dòng)自行車行業(yè)發(fā)展已達(dá)到飽和階段,對國內(nèi)鉛酸蓄電池的應(yīng)用推動(dòng)有所放緩。隨著新能源汽車電池部分對傳統(tǒng)汽車鉛酸蓄電池的逐漸替代,尤其是2020年及以后,其替代影響和沖擊將進(jìn)一步攀升。因此國內(nèi)鉛酸蓄電池產(chǎn)銷有不斷收縮可能,后期整體國內(nèi)鉛酸蓄電池行業(yè)的發(fā)展或?qū)⑻幱谙鄬Ρ粍?dòng)的格局中。
與此同時(shí),2016年1月1日起對鉛蓄電池征收消費(fèi)稅、鋰離子電池免征消費(fèi)稅、《促進(jìn)汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)方案》、《汽車動(dòng)力電池行業(yè)規(guī)范條件》、新能源汽車免征車輛購置稅等政策法規(guī)也在不斷促進(jìn)新能源汽車發(fā)展。
二、鋰電池
(一)鋰電池產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀
由于我國對環(huán)保事業(yè)的重視,從近幾年我國的新能源汽車銷量情況來看,市場對新能源汽車的需求上升較快。其中,2018年新能源汽車產(chǎn)銷分別完成127萬輛和126萬輛,同比增長59.9%和61.7%。其中純電動(dòng)汽車產(chǎn)銷分別完成98.6萬輛和98.4萬輛,同比增長48%和50.9%;插電式混合動(dòng)力汽車產(chǎn)銷分別完成28.4萬輛和27.2萬輛,同比增長121.9%和117.6%。
目前,國內(nèi)新能源汽車仍然在采用磷酸鐵鋰和三元鋰電池,車型續(xù)航里程基本上都能夠達(dá)到300公里,我國動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展,推動(dòng)各環(huán)節(jié)技術(shù)水平快速提升。電芯有望實(shí)現(xiàn)三元NCM811電池的量產(chǎn)應(yīng)用,產(chǎn)品單體能量密度達(dá)到260Wh/kg,系統(tǒng)能量密度達(dá)到180 Wh/kg。從全球各個(gè)國家來看,主要車企廠商配備的還是日韓動(dòng)力電池,以三元鋰電池為主續(xù)航里程基本可以達(dá)到350公里。
目前我國鋰電池行業(yè)存在部分中小企業(yè),規(guī)模小,技術(shù)水平低,生產(chǎn)的鋰電池產(chǎn)品較為低端。企業(yè)生產(chǎn)鋰電池購買原料成本過高,給企業(yè)帶來的生產(chǎn)經(jīng)營成本相對較高。
鋰電池在某些特定情況下會(huì)發(fā)生燃燒、爆炸等情況,比如使用不當(dāng),極端環(huán)境中都有可能發(fā)生危險(xiǎn),考慮到技術(shù)方面的不足,有些時(shí)候也成了限制鋰電池發(fā)展的缺點(diǎn)。
鋰電池成為汽車的動(dòng)力存儲(chǔ)來源,在中國不斷加碼環(huán)保事業(yè)之后,中國的新能源車的發(fā)展進(jìn)程將不斷加快,對于鋰電池的發(fā)展也是會(huì)有巨大的推動(dòng)左右。
(二)鋰礦供應(yīng)現(xiàn)狀
鋰電池的生產(chǎn)原料主要來自于鋰礦,鋰礦的供應(yīng)制約著鋰電池的發(fā)展,同時(shí)決定了鋰電池的未來。中國已探明鋰資源量為450萬噸。中國鋰礦資源的分布集中在四川、江西、青海和西藏。2018年海外鋰礦產(chǎn)量中,67%是來自于鋰輝石礦山,而這些鋰輝石礦幾乎全部來源于澳大利亞。而剩下的鹽湖產(chǎn)量均來自于南美。
(三)鋰電池政策扶持逐漸退坡
2019年3月26日,財(cái)政部、工業(yè)和信息化部、科技部和發(fā)展改革委四部委聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于進(jìn)一步完善新能源汽 車推廣應(yīng)用財(cái)政補(bǔ)貼政策的通知》。重點(diǎn)內(nèi)容包括:1、國補(bǔ)力度大幅退坡,補(bǔ)貼基數(shù)綜合下降程度超50%;2、2019年3月26日至2019年6月25日 為過渡期,期間按2018年補(bǔ)貼的0.1倍和0.6倍進(jìn)行補(bǔ)貼;3、過渡期后地補(bǔ)取消,轉(zhuǎn)為支持充電等配套設(shè)施;4、電池技術(shù)要求更高,但補(bǔ)貼系數(shù)下修。
隨著補(bǔ)貼退坡幅度加大,動(dòng)力電池環(huán)節(jié)面或臨進(jìn)一步降價(jià)壓力。
(四)鋰電池的機(jī)遇與挑戰(zhàn)
機(jī)遇一:低碳環(huán)保,全球汽車電氣化浪潮不可遏制和逆轉(zhuǎn)
在低碳環(huán)保、能源安全及產(chǎn)業(yè)扶植等因素的驅(qū)動(dòng)下,全球電動(dòng)汽車市場發(fā)展迅速,截止2017年底保有量超過340萬,市場份額突破1%,年均復(fù)合增長率達(dá)58%。汽車電動(dòng)化趨勢不可逆轉(zhuǎn),產(chǎn)業(yè)格局加速形成;預(yù)計(jì)2025年新能源汽車全球銷量將突破1800萬輛;中國新能源汽車銷量將突破700萬。
機(jī)遇二:政策持續(xù)明確,發(fā)展新能源汽車是我國從汽車大國邁向汽車強(qiáng)國的必由之路
新能源汽車已上升為國家戰(zhàn)略;產(chǎn)業(yè)政策雙積分將代替補(bǔ)貼成為行業(yè)長期發(fā)展的管理基礎(chǔ);2025年新能源整體市場占比將達(dá)到20%。
機(jī)遇三:產(chǎn)業(yè)和價(jià)值重構(gòu),將催生新的汽車業(yè)態(tài)和偉大企業(yè)
技術(shù)重構(gòu):關(guān)鍵核心技術(shù)將逐漸從整車延展到關(guān)鍵子系統(tǒng)和零部件。
服務(wù)重構(gòu):從產(chǎn)品提供者演變?yōu)楫a(chǎn)品+服務(wù)+出行方案提供者,用戶接口成為關(guān)鍵。
價(jià)值重構(gòu):核心價(jià)值點(diǎn)將由整車向關(guān)鍵系統(tǒng)、部件以及上下游轉(zhuǎn)移。
競爭重構(gòu):產(chǎn)業(yè)競爭將由產(chǎn)品競爭演變?yōu)楫a(chǎn)業(yè)平臺(tái)競爭。一大批造型新勢力涌入新能源汽車產(chǎn)業(yè),截止2017年底,中國新能源汽車企業(yè)數(shù)量已達(dá)到314家,超過200家造車新勢力入局。
挑戰(zhàn)一:使用新能源汽車的信心,影響著新能源汽車的市場
對于電池技術(shù)、充電不便、價(jià)格及續(xù)駛里程的焦慮,仍然是制約大部分消費(fèi)者選擇新能源汽車的主要因素。
挑戰(zhàn)二:充電體系建設(shè)還不能滿足消費(fèi)者需求,分布還不均衡
快充體系建設(shè)不夠,分布不均衡;中國城市居民多為公寓式住宅,小區(qū)停車位配置比例低于1:1,老舊小區(qū)缺乏停車位配置;充電樁安裝需城建、電力、物業(yè)等多部門交叉管理,自行安裝困難。
挑戰(zhàn)三:商業(yè)模式創(chuàng)新不斷涌現(xiàn),但仍不成熟
新的商業(yè)模式仍處于探索期,需要較長時(shí)間的實(shí)踐,最終找到可持續(xù)發(fā)展的盈利模式。短期內(nèi)會(huì)對企業(yè)經(jīng)營造成一定的干擾;如網(wǎng)約車領(lǐng)域虧損期超過三年,分時(shí)租賃領(lǐng)域虧損期超過四年。
三、氫能源電池
(一)氫能源電池產(chǎn)業(yè)地位和發(fā)展趨勢
氫能被視為21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉?,人類對氫能?yīng)用自200年前就產(chǎn)生了興趣,到20世紀(jì)70年代以來,世界上許多國家和地區(qū)就廣泛開展了氫能研究。近年來,我國正在加快發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè),利好政策相繼推出,氫能產(chǎn)業(yè)得到政策的支撐前景廣闊。隨著我國氫能產(chǎn)業(yè)加速發(fā)展,氫能的應(yīng)用越來越廣泛。在此背景下,氫 氣產(chǎn)量持續(xù)增長。據(jù)預(yù)測,2019年我國氫 氣產(chǎn)量將近2000萬噸,到2020年將超2000萬噸。
我國在發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)方面的重要優(yōu)勢之一就是擁有豐富的氫源基礎(chǔ)。利用我國豐富的煤資源與可再生資源制氫,具有經(jīng)濟(jì)可行性,并且完全可以支撐我國未來很長一段時(shí)間對于發(fā)展氫能的愿景。當(dāng)前國內(nèi)煤氣化制氫1000萬噸,天然氣制氫300萬噸以上,石油制氫300萬噸,工業(yè)副產(chǎn)氣約800萬噸,電解水制氫約100萬噸。煤制氫不僅成本低,而且目前國內(nèi)的制氫規(guī)模非常大。據(jù)估算,僅國家能源集團(tuán)每年制氫能力就可以驅(qū)動(dòng)4000萬輛小轎車。電解水制氫與煤制氫是未來中遠(yuǎn)期的主要制氫技術(shù)路線。
2017年我國開始大力發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè),公開數(shù)據(jù)顯示,目前已建及在建的加氫站達(dá)45座。預(yù)計(jì)到2025年,全國加氫站總數(shù)將達(dá)到300座。各地運(yùn)營的氫燃料電池車已突破百輛級(jí)別。在遼寧新賓有50輛燃料電池車陸續(xù)運(yùn)營,河北張家口有70輛燃料電池車,上海有100輛燃料電池車陸續(xù)運(yùn)營,廣東佛山有35輛燃料電池車。在“2018年中國(??冢淠茉醇叭剂想姵禺a(chǎn)業(yè)高峰論壇”上,國內(nèi)的四家企業(yè)簽署了《200噸級(jí)以上氫能重載礦用卡車研發(fā)合作框架協(xié)議》,這標(biāo)志著繼客運(yùn)、公交專線之后,我國氫能和燃料電池產(chǎn)業(yè)在交通領(lǐng)域的突破又邁出了新的步伐。
(二)國家對于氫能源電池的政策支持
《中國氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展藍(lán)皮書》則進(jìn)一步描出了中國氫能的發(fā)展路線圖:到2020年,中國燃料電池車輛要達(dá)到10000輛、加氫站數(shù)量達(dá)到100座,行業(yè)總產(chǎn)值達(dá)到3000億元;到2030年,燃料電池車輛保有量要“撞線”200萬,加氫站數(shù)量達(dá)到1000座,產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值將突破一萬億元。氫能寫入政府工作報(bào)告向外界釋放出了積極信號(hào),為我國氫能的未來發(fā)展照亮了一束光。目前,產(chǎn)業(yè)鏈扶持政策在各地延伸以及企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)競相布局。
除了加氫站,地方政府對整個(gè)氫能產(chǎn)業(yè)鏈的扶持也正在延伸。
北京
2017年,《北京市加快科技創(chuàng)新培育新能源智能汽車產(chǎn)業(yè)的指導(dǎo)意見》:加大以氫燃料為主的燃料電池乘用車開發(fā)力度。2018年10月27日,5臺(tái)12米燃料電池公交車在北京公交384線正式投入運(yùn)營。
上海
2017年,《上海市燃料電池汽車發(fā)展規(guī)劃》:提出到2020年,上海將實(shí)現(xiàn)電堆、系統(tǒng)集成與控制、關(guān)鍵零部件等核心技術(shù)跟蹤國際水平。2018年9月27日,上海首條燃料電池公交線路正式上線,投入嘉定114路運(yùn)營。
廣東
2018年,《關(guān)于加快新能源汽車產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的意見》:廣東2018-2020年新能源汽車推廣應(yīng)用省級(jí)財(cái)政補(bǔ)貼資金中的30%將用于支持氫燃料電池汽車推廣應(yīng)用。2018,《佛山市氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2018-2030)》:將佛山建設(shè)成為全國領(lǐng)先的氫能源產(chǎn)業(yè)示范城市和集聚高地。2018年12月20日,佛山市禪城區(qū)首座加氫站——佛羅路加氫站建成營業(yè)。70輛氫燃料電池公交車正式投入運(yùn)營,佛山率先成為廣東省首個(gè)大規(guī)模使用氫燃料電池公交車的示范城市。
山東
2018年,《山東省新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2018-2028年)》:推動(dòng)山東全省由“山東制造”向“山東智造”、“山東創(chuàng)造”轉(zhuǎn)變。2019年1月4日,由兗礦集團(tuán)有限公司、山東重工集團(tuán)有限公司與山東國惠投資有限公司三家省屬企業(yè)發(fā)起,由68家省內(nèi)外會(huì)員單位組成的山東氫能源與燃料電池產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟成立。
江蘇
2018年,蘇州市發(fā)改委網(wǎng)站發(fā)布“市政府辦公室關(guān)于轉(zhuǎn)發(fā)蘇州市氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展指導(dǎo)意見(試行)的通知”。2018年,張家港市人民政府印發(fā)《張家港市氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展三年行動(dòng)計(jì)劃(2018—2020年)》。全省初步形成涵蓋氫 氣制備和儲(chǔ)運(yùn)、燃料電堆、電池系統(tǒng)、整車制造和加氫站建設(shè)運(yùn)營在內(nèi)的氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈,從事氫燃料電池汽車關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)鏈的重點(diǎn)研發(fā)生產(chǎn)企業(yè)達(dá)20家,2017年實(shí)現(xiàn)產(chǎn)值約11億元,生產(chǎn)氫燃料電池汽車441臺(tái)。
四川
日前發(fā)布的《四川省打好柴油貨車污染治理攻堅(jiān)戰(zhàn)實(shí)施方案(征求意見稿)》提到,鼓勵(lì)開展燃料電池貨車示范運(yùn)營,建設(shè)加氫示范站;支持替代燃料、混合動(dòng)力、純電動(dòng)、燃料電池等技術(shù)攻關(guān),鼓勵(lì)開發(fā)氫燃料等新能源專用發(fā)動(dòng)機(jī),優(yōu)化動(dòng)力總成系統(tǒng)匹配。
相較其他燃料,在純電動(dòng)和氫能源兩個(gè)零排放技術(shù)方向上,燃料電池的優(yōu)勢是續(xù)航長、燃料補(bǔ)給快、自重輕等。因此,燃料電池系統(tǒng)在載貨運(yùn)輸應(yīng)用方面有著明顯優(yōu)勢。從各地此前發(fā)布的政策可以看到,已經(jīng)有城市在探討燃料電池在貨運(yùn)行業(yè)的發(fā)展。
四、三種電池優(yōu)劣勢比較
圖片來源:SMM
(一)成本方面
鉛酸電池歷史悠久技術(shù)成熟成本要低于鋰電池:1KWH的鉛酸電池的價(jià)格在500元及以下,而1KWH的鋰電池的價(jià)格達(dá)到1200元,目前鉛酸電池價(jià)格還是有一定的優(yōu)勢,但隨著鋰電池相關(guān)技術(shù)發(fā)展加快,其價(jià)格呈下降趨勢,優(yōu)勢很快會(huì)被抹平。
而氫能源電池相對二者而言成本較高,一方面,制氫過程能量損失大;制氫要先從電解水開始,耗費(fèi)電能,產(chǎn)生氫 氣,氫 氣再發(fā)電過程中還會(huì)有能量損失;且電解水的電目前也是以煤電產(chǎn)生為主,燒煤發(fā)電也會(huì)有能量損失。
另一方面,催化劑金屬鉑十分稀缺;在氫燃料電池發(fā)電的過程中需要使用金屬鉑作為催化劑,其價(jià)格非常昂貴。大規(guī)模生產(chǎn)氫燃料電池,鉑金屬將會(huì)因?yàn)樾枨笤黾觾r(jià)格上漲,且其本身就十分稀缺。
第三個(gè)方面,氫的運(yùn)輸成本不菲;現(xiàn)在常見的氫 氣運(yùn)輸方式是采用高壓氣罐,但這種方式的單次運(yùn)輸量非常有限。另一種方式是液態(tài)運(yùn)輸,但是要將其保持在-252.77攝氏度,意味著非常高昂的成本,不太現(xiàn)實(shí)。還有一種方式是固體儲(chǔ)氫,利用固體對氫 氣的物理吸附或化學(xué)反應(yīng),將氫儲(chǔ)存于固體材料中。固體儲(chǔ)氫方式安全穩(wěn)定,但是能在常溫下還原的多為鈀、銠等稀有貴重金屬,同樣不太現(xiàn)實(shí)。
此外,更為重要的是加氫站的建設(shè)成本。一座加氫能力大于200公斤的加氫站建設(shè)成本在1000萬元以上,如此高昂的建設(shè)成本成為加氫站快速發(fā)展的最大障礙。
(二)環(huán)保方面
鉛酸電池由于含有重金屬鉛,在生產(chǎn)中會(huì)產(chǎn)生污染,廢舊電池處理不當(dāng)也會(huì)產(chǎn)生污染。而鋰電池生產(chǎn)中產(chǎn)生的污染非常小,廢舊電池中只存在少量的污染成分。
氫能源電池對環(huán)境無污染。它是通過電化學(xué)反應(yīng),燃燒會(huì)釋放像COx、NOx、SOx氣體和粉塵等污染物。如上所述,燃料電池只會(huì)產(chǎn)生水和熱。如果氫是通過可再生能源產(chǎn)生的(光伏電池板、風(fēng)能發(fā)電等),整個(gè)循環(huán)就是徹底的不產(chǎn)生有害物質(zhì)排放的過程。
(三)效率方面
鉛酸電池就壽命、能量密度以及充放電效率方面均不及鋰電池和氫能源電池。
鋰電池能量比較高,具有高儲(chǔ)存能量密度,已達(dá)到460-600Wh/kg,是鉛酸電池的約6-7倍;同時(shí),使用壽命可達(dá)到6年以上,磷酸亞鐵鋰為正極的電池1C(100%DOD)充放電,有可以使用10,000次的記錄。
氫燃料電池儲(chǔ)能密度高,大約為1kWh/kg,且重量輕,續(xù)航里程普遍更遠(yuǎn)。通常會(huì)超過500公里,而純電動(dòng)汽車則根據(jù)電池容量的大小,目前大部分純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程在300公里左右,少數(shù)車型可以達(dá)到400~500公里。
此外,加氫就像加油一樣,一般只需3~5分鐘。而電動(dòng)汽車的充電則是一個(gè)緩慢的過程。即使特斯拉推出了超級(jí)充電站,通常也需要1個(gè)小時(shí)以上。氫能源電池的發(fā)電效率可以達(dá)到50%以上,這是由燃料電池的轉(zhuǎn)換性質(zhì)決定的,直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能,不需要經(jīng)過熱能和機(jī)械能(發(fā)電機(jī))的中間變換。
(四)安全方面
鉛酸電池歷史悠久技術(shù)成熟安全性要高于鋰電池,鉛酸電池能在復(fù)雜的環(huán)境中使用。而鋰電池對環(huán)境要求相對較高,對充放電電流電壓要求較高,一旦過充或者過放都有可能導(dǎo)致不可逆轉(zhuǎn)的損壞。鋰離子電池儲(chǔ)存的總能量和其安全性是成反比的,隨著電池容量的增加,電池體積也在增加,其散熱性能變差,出事故的可能性將大幅增加。
由于燃料電池直接采用空氣中的氧做氧化劑,空氣中的雜質(zhì)如SO2、H2S等有害氣體進(jìn)入燃料電池中,引起燃料電池陰極催化劑“中毒”,造成陰極催化劑不可逆轉(zhuǎn)的損傷,從而導(dǎo)致燃料電池性能下降。
盡管氫能源電池有一定安全隱患,但談“氫”色變的觀念已經(jīng)過時(shí),氫 氣泄露速度快于常見燃料,但泄漏總能量不高,氫 氣具有很高的擴(kuò)散系數(shù)和浮力,泄漏時(shí)可迅速降低濃度,氫 氣爆炸極限范圍寬,但爆炸能很低且不產(chǎn)生濃煙和灰霾,氫脆現(xiàn)象會(huì)引起金屬脆化裂紋,可以選用合適的材料防護(hù)避免。
五、三足鼎立 誰能勝出?
誰能勝出在于市場選擇。
鉛蓄電池隨著電動(dòng)自行車、汽車等鉛的終端消費(fèi)品產(chǎn)量下滑,以及鉛蓄電池在部分領(lǐng)域面臨被鋰電池和氫能源電池滲透的壓力,未來鉛產(chǎn)業(yè)消費(fèi)動(dòng)力不足,消費(fèi)將逐步步入平臺(tái)期。2019年,隨著生態(tài)保護(hù)和污染防治工作的深入推進(jìn),以及下游消費(fèi)市場持續(xù)低迷,鉛蓄行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的任務(wù)將更為迫切。
汽車產(chǎn)業(yè)逐步進(jìn)入新能源汽車時(shí)代,機(jī)遇遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于挑戰(zhàn)。新能源車型的結(jié)構(gòu)將由低端車型向中高端車型發(fā)展,隨著新能源汽車市場的逐漸成熟,新能源車型同燃油車一樣將會(huì)受到消費(fèi)升級(jí)的帶動(dòng),由低端向中高端車型升級(jí)。
然而,與純電動(dòng)汽車相比,燃料電池汽車不僅在我國,在全世界的推廣應(yīng)用都不太理想。本世紀(jì)初,在動(dòng)力蓄電池能量密度達(dá)不到汽車使用需求的前提下,專家多認(rèn)為燃料電池汽車是電動(dòng)汽車的終極階段,這可以理解。但是近年來,動(dòng)力蓄電池技術(shù)已有重大進(jìn)步,對此結(jié)論應(yīng)重新評(píng)估。就當(dāng)前技術(shù)狀況,動(dòng)力蓄電池電動(dòng)汽車更適用于城市、短途、乘用車,而燃料電池汽車更適用于長途、重載、商用車。二者是互為補(bǔ)充的關(guān)系,并不是互相替代的關(guān)系,至于將來孰優(yōu)孰劣,由于技術(shù)還在發(fā)展,基礎(chǔ)設(shè)施正在建設(shè),商業(yè)模式也在持續(xù)不斷創(chuàng)新,仍存在巨大變數(shù)。
氫能燃料電池技術(shù)需要加快發(fā)展,這符合我國能源革命的需要。“但氫和電都是能源載體,并無‘終極’之說。”中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授歐陽明高認(rèn)為,小型轎車對能量要求較低,鋰電池可能發(fā)揮更大作用,“所以就新能源汽車而言,燃料電池與純電將來會(huì)是共生共存”。
“純電動(dòng)、氫燃料和混合動(dòng)力,都有各自的優(yōu)勢,中國市場這么大,三條技術(shù)路線在今天和明天都是需要的。”在5月12日舉行的第十屆汽車藍(lán)皮書論壇上,上海交通大學(xué)智能網(wǎng)聯(lián)電動(dòng)汽車創(chuàng)新中心主任殷承良說,至于未來究竟誰能勝出,“取決于技術(shù)進(jìn)步和市場選擇”。