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燃料电池应用前沿分析:燃料电池叉车

发布时间2022-06-25人气:783

        叉车有望成为燃料电池应用的前沿领域,北美率先迈入产业化

        考虑到常见运输工具在动力系统技术要求、运行范围等方面的差异,叉车有望成为燃料电池率先产业化并大规模应用的方向。燃料电池提供了一种提高能源利用率、减少废弃排放的新型发电模式,其自身独特的优势决定了燃料电池在未来新一轮能源革命中的重要位置。交通运输、固定式发电、便携式供电是目前燃料电池应用的主要领域,其中以交通运输领域潜力最广。我们认为,加氢基础设施及配套服务不足、动力系统技术瓶颈是目前制约燃料电池在交通运输领域的更大规模商用的主要难题,而叉车则有望凭借运行范围最小、车体质量较轻、对燃料电池系统技术要求较低等固有特点,成为燃料电池应用的前沿领域。

        相比于乘用车、商用车等应用,燃料电池叉车的技术难度相对较低。 

        1) 在动力方面:燃料电池客车、乘用车主要应用于户外中长距离高速行驶,车体结构复杂,空间有限,且动力要求较高,因此需要配备功率密度很高的燃料电池系统,而燃料电池叉车主要用于低速运行的室内物料搬运,现有技术能够用相对较低的成本满足其功率密度要求。

        2) 在储氢方面:为增加行驶续航能力,目前燃料电池汽车压力标准正从 35MPa 迈向70MPa,但 70MPa 储氢瓶成型工艺复杂,成本较高,燃料电池叉车氢气消耗相对缓慢且加氢便捷,因此配备技术难度低的 35MPa 储氢瓶即可满足需求。

        燃料电池叉车活动范围有限,对加氢设施的要求较低,而乘用车、商用车等其他运输工具则对加氢网络的覆盖度要求较高。目前美国、日本、德国等燃料电池技术领先国家虽然大力扶持燃料电池客车、轿车的研发和推广,但作为配套设施的加氢站建设工作才刚刚起步,多数地区无法实现加氢站有效覆盖,很大程度上制约了燃料电池汽车的普及。但燃料电池叉车多用于食品、零售、加工制造企业的室内物流仓储运输,工作半径通常仅限于仓储基地内部(一般不超过 1 公里),每站配备的叉车车队只需在基地内部配备一座低成本的小型 35MPa 标准加氢站即可,因此燃料电池叉车推广并不会受到加氢网络覆盖问题的限制。

        美国是目前全球燃料电池叉车应用发展最为成熟的区域,截至 2018 年保有量已突破 2.5万辆,2012~2018 年保有量复合增速达 42%。叉车作为仓储物流和加工制造行业用于物料搬运的主要运输工具,在高流通量的配送中心和仓库环境中发挥着重要的作用。随着美国氢能产业的日益壮大和节能环保需求的日渐突显,美国燃料电池叉车应用的发展势头远远快于燃料电池客车、轿车,且规模明显领先于欧洲、日本等发达经济体,成为在全球燃料电池叉车应用领域具有示范意义的领先市场。

        北美较为完善的燃料电池叉车产业链是叉车应用快速推广的基础。相比于其他地区,北美地区已出现了一批技术实力领先的燃料电池叉车产业链上、中、下游企业。相关上游的主要供应商包括燃料电池电堆生产商巴拉德和氢能供应商普莱克斯、美国空气产品等,中游燃料电池叉车集成制造环节代表企业为普拉格能源,下游物料搬运的应用端主要以货物吞吐量庞大、多班制运营的各类大型企业为主,代表企业包括沃尔玛、西斯科、宝洁、联邦快递等。

        美国市场已有多款较为成熟的燃料电池叉车车型在售。目前美国普拉格能源、Oorja Protonics、Nuvera Fuel Cells、加拿大 Hydrogenics、丹麦 H2 Logic 等公司均在美国市场推出了燃料电池叉车产品,多样化的产品对叉车输出功率、储氢能力、工作温度等重要参数实现了较大范围的覆盖,可以满足不同物料搬运场景下的运输需求。

        技术探究:燃料电池叉车崛起的天然优势

        叉车动力技术路线:燃料电池叉车、铅酸电池叉车、内燃叉车

        叉车是重要的工业搬运车辆。叉车包括对成件托盘货物进行装卸、堆垛和短距离运输作业的各种轮式搬运车辆,是物料搬运设备的一种。目前,叉车是交通运输领域中商业化较为成熟的主要设备品种,在高流通量的配送中心和仓库环境中有着非常广泛的应用。国内外常见的叉车类型分为电动平衡重式叉车(一类)、电动乘驾式仓储叉车(二类)、电动步行式仓储叉车(三类)、内燃平衡重式叉车(四、五类),铅酸电池目前仍是全球电动叉车最普遍的动力来源。

        目前北美市场较为常见的叉车产品按照动力系统主要分为三类:1)以高压氢气(或液体甲醇)为燃料的燃料电池叉车;2)采用铅酸蓄电池作为储能和动力单元的电动叉车;3)以柴油、汽油为燃料的内燃叉车。内燃叉车是最为原始的叉车类型,在应用场景上受限较多,在欧美发达国家铅酸电池叉车已替代内燃叉车成为主流产品。但近几年来,燃料电池又开始逐步成为北美地区电动叉车的理想动力来源。

        燃料电池叉车的技术原理:燃料电池叉车与铅酸电池叉车的车体机械结构基本相同,均采用电动机驱动系统完成叉车的行驶和升降动作。两种叉车的主要区别在于动力系统:燃料电池叉车以燃料电池堆为反应场所,由车载 35 MPa 储氢瓶中供应的高压氢气与空气中的氧发生电化学反应而产生持续电力输出以驱动车辆,反应全程仅产生水和热量,并无有毒有害气体、温室气体排放。

        燃料电池叉车优势之一:比内燃叉车清洁环保,稳定低噪

        燃料电池叉车比内燃叉车氢气清洁环保,无有害气体、颗粒排放。欧美物流行业多数叉车需要在室内工作,由于仓储环境通风条件有限,传统内燃叉车尾气含有的大量有害气体和颗粒不易排出户外,长期使用后尾气聚集在室内不仅损害工作人员的身体健康,还会导致食品、服装、日用品等产品在仓储运输过程中遭到污染,通过物流行业运输传播扩散。因此,虽然传统柴油叉车成本低廉,但并不适用于日益增长的室内仓储运输领域,采用燃料电池叉车能够更好地保障工作环境的清洁和食品等货物的仓储安全。

        燃料电池叉车比内燃叉车操作灵活稳定,噪音更低。由于内燃机的能量转换依赖于柴油、汽油的剧烈燃烧,其工作原理决定了内燃叉车在运行过程中不可避免地会产生较大的震动和噪音。燃料电池叉车的氢氧反应能够在温和的电池堆环境下平稳持续发生,电池系统几乎不会产生震动和噪音,一方面能够更加精准地完成室内仓储的货物安放,减轻操作人员的工作强度,另一方面也有效地减少了运输过程的声音污染,避免噪声干扰。

        燃料电池叉车优势之二:比铅酸电池叉车综合经济性更强,工作性能更佳

        燃料电池、铅酸电池叉车的年均使用成本主要包括:叉车折旧成本、电池系统折旧成本、配套基础设施成本、充能人力成本、电能/氢气成本、配套储存空间成本、叉车维护成本、电池维护成本。具体对比如下:

        综合来看,燃料电池叉车比铅酸电池叉车使用成本更低。美国能源部(DOE)下属的国家可再生能源实验室(National Renewable Energy Laboratory)针对美国国内采用燃料电池叉车的仓储物流中心进行数据采集,以每日工作 2-3 班的 60 台叉车为模型进行了使用成本分析,发现一类、二类、三类燃料电池叉车的年均使用成本均低于同类型的铅酸电池叉车。一类、二类燃料电池叉车的平均年均使用成本比同类铅酸电池叉车低 10%,三类叉车结构简单成本偏低,采用燃料电池叉车可比铅酸电池叉车降低 5%的年均使用成本。

        燃料电池叉车比铅酸电池叉车工作性能更佳,效率更高。由于铅酸电池自身的天然缺陷,采用铅蓄电池作为动力的叉车随着作业中电能的消耗,输出功率和动力性能将急速下降,不仅给操作人员带来了较大的操作难度,也很大程度上降低了工作效率。使用燃料电池来做驱动时,叉车可以保持恒定的输出功率,持续以全速行驶和搬运,在叉车需要加气前始终提供强劲的动力。

        成熟的产业链是北美燃料电池叉车应用快速推广的基础

        普拉格能源:凭借全方位服务赢得美国市场的燃料电池叉车龙头

        普拉格能源是世界领先的燃料电池叉车系统集成和制造商。普拉格能源有限公司(Plug Power Inc.)于 1997 年成立于美国特拉华州,是一家全球规模较大的兼具设计、开发、制造和商业销售的综合性燃料电池系统供应商。公司以质子交换膜燃料电池(PEMFC)和燃料加工技术发展重心,目前专注于燃料电池在物资搬运设备(燃料电池叉车)领域的应用,公司在该领域技术处于全球领先地位,同时兼涉固定式电源业务。截至 2018 年,公司燃料电池叉车累计出货量超过 2.5 万辆,加氢站累计建设规模超过 80 座,每日氢燃料加注量超过 20 吨。

        公司业务多元化发展,打造氢燃料电池领域一体化解决方案,燃料电池叉车相关服务的全方位覆盖是普拉格能源的核心竞争力之一。美国国内市场有多款燃料电池叉车在售,但普拉格能源近年来始终稳居龙头,相比于其他公司推出的单一产品,普拉格能源现已形成了围绕燃料电池叉车展开的全方位服务体系,可以完整地解决燃料电池叉车用户面临的绝大多数问题。目前,普拉格能源共有 GENKEY、GENDRIVE、GENSURE、GENFUEL、 GENCARE、PROGEN 六项主要业务,可提供燃料电池、燃料电池发动机、氢气基础设施、技术解决方案等具体服务,具有完整的燃料电池叉车产业链服务能力。公司可以为计划采用燃料电池电源解决方案的客户提供全套的交钥匙服务,以简化整个氢气和燃料电池的采用流程。

        PROGEN——燃料电池发动机。普拉格能源的 ProGen 燃料电池发动机套件是灵活的动力构建模块,专为独立公司开发,用于其动力和固定产品。ProGen 可应用在物流车辆、航天、机器人、备用电源、乘用车等产品上,为寻求采用可持续燃料电池电源的 OEM 提供业界领先的性能。根据公司官网,2010 年以来 ProGen 成本已下降 60%,全球有超过 6000个 ProGen 发动机在各种设备上运行。

        GENKYE——氢燃料电池电源的无缝解决方案。Plug Power 提供整个 GenKey 解决方案的完全集成和部署,以确保无缝过渡到氢燃料电池电源,用于物料搬运或固定电源应用。GENKEY 包括以下“一站式购物”:GenDrive(物料搬运)或 GenSure(备用电源)氢燃料电池系统、GenFuel 氢气基础设施和燃料、GenCare 售后市场客户服务和支持,以SiteView 为特色。

        GENDRIVE——全球领先的叉车燃料电池电源解决方案。GenDrive 燃料电池可与现有的电动叉车、托盘搬运车和其他物料搬运卡车车队无缝配合,是电动 1 级、2 级和 3 级物料处理设备中工业铅酸电池的优质替代品。GENDRIVE 叉车燃料电池不需要充电,电池更换需要 15 分钟,而加氢只需要 2 分钟。目前有 GENDRIVE SERIES 1000/2000/3000 系列产品。

        GENSURE——高可靠性氢燃料备用电池电源解决方案。GenSure 燃料电池电源系统可在不同的操作环境中提供 50W 至 20kW 甚至更高功率要求的解决方案,可在-40°F至 122° F 的最恶劣天气条件下运行,满足电信、铁路、公用事业及政府部门的关键备用电源需求。

        GENFUEL——物料搬运市场氢气解决方案。GenFuel 解决方案涉及三个组成部分:

        1) 氢:Plug Power 根据客户使用情况向客户现场提供氢气,平均而言,物料搬运客户每天可使用 200-300 千克氢气。

        2) 储氢站和储藏柜:GenFuel 服务包括成功将氢气分配到新的或现有场所所需的所有组件的设计、采购、施工、调试和维护,而不会中断操作。

        3) GENFUEL 加注机:凭借其专有的氢加注机,为 Plug Power 动力燃料电池提供燃料。Plug Power 确保加注系统与其燃料电池产品的完美集成,并提供无与伦比的工业物联网报告,帮助用户跟踪其最新性能。

        GENCARE——全面的业务服务及支持。GenCare 是专为所有普拉格能源燃料电池系统和氢燃料基础设施而设计。GenCare 软件包包括先进的系统监控、预防性维护、定期系统增强、零件库存日志、培训和由经过培训的 GenCare 技术人员提供的快速响应现场服务。

        公司营业收入高速增长,主营业务结构稳定。2011 年以来,公司营业收入总体持续增长。2018 年公司营业收入 1.8 亿美元,同比增长 70%,营业收入自 2011 年来增长 6 倍。公司营业收入的增加主要原因是公司业务逐渐多元化,客户数量增长所带来的产品销量的扩大,以及公司产品的成本的降低。从收入结构来看,燃料电池系统及相关基建的销售一直是公司的主要收入来源,但相比 2011 年所占收入比例有所下降,电力购买及燃料运输收入占比有所增长,表现出公司业务多元化的趋势。从地区来看,2011 年以来公司的收入主要来源于美国本土市场,这与公司的主要客户多是美国企业相一致。

        美国市场龙头地位稳固,截至 2018 年燃料电池叉车累计出货量已达 2.5 万台。普拉格能源采取类似于苹果的直销模式,订单主要集中于物料搬运叉车应用,近年来燃料电池叉车系统销售放量增长,产品遍及全世界,主要集中于北美。

        发展新方向:从叉车走向布局燃料电池动力系统 ProGen。公司从燃料电池叉车解决方案到布局燃料电池动力系统,不仅完善了公司的燃料电池产业链,也打开了一个庞大的机会市场。ProGen 产品模块化的设计使大规模的应用成为可能,同时可以将产品整合到公司已有的移动和固定产品。而客户可以根据自己的条件选择采用燃料电池电源,原始设备制造商(OEM)也更加容易集成产品,以及 ProGen 产品中电堆成本的下降大大提高了产品的应用空间。目前,公司主要有 4 种不同的 ProGen 产品,可以应用于公交、卡车、货车、汽车以及机场设备等产品上。据公司官网,相比较传统发动机,ProGen 燃油效率提高 15%、运行时长增加 15%,目前全球有 6000 多个 ProGen 产品在设备上应用。

        完善的氢气解决方案,助力普拉格打造一体化解决方案。在制氢领域,普莱克斯是普拉格能源的主要供应商,是其主要的氢气来源;在储运领域,普拉格主要的方式有针对气体的拖车运输、针对液体的储氢罐以及氢气瓶储存等方式;在加氢领域,普拉格主要建设有加氢站 80 座、加注机等基础设施。在不同的场景下,普拉格有不同的加氢模式,主要分为物料搬运市场以及固定市场。

        在物料搬运市场(叉车),加氢方式有:

        1) 室内氢气加注机:操作员操作 GenFuel 氢气加注机,连接三根软管、数据线、脱水软管和加油喷嘴,然后就可以进行加氢。GenFuel 可在 60 秒内将加压氢气分配到GenDrive 车载储罐中。

        2) 户外氢气加注机:户外氢气加注机需要在户外建设加氢基础设施,其过程与汽车加油类似,可在 90 秒内完成。PLUG POWER 的首款户外加油加注机于 2014 年在田纳西州孟菲斯部署,以支持 FEDEX 机场地面支持设备。

        3) 室外氢气基础设施:室外基础设施包括三个主要组成部分,①散装储罐:低温储存,在-423°F 下可容纳 15,000-18,000 加仑的液态氢;②压缩泵:系统将液态氢压缩至7,000 psi 的气态氢;③气体储存管:储存系统可容纳约 120 千克的气态氢,即使是最大的物料处理设施也足够使用。

        固定市场的加氢模式是为固定电力客户提供 GenFuel 氢气服务,其中燃料柜为多个标准氢气瓶提供存储,提供扩展氢气供应的能力,以满足各种运行时要求。主要有:

        1)批量加氢:类似于柴油加油模型,加氢拖车上升到燃料电池位置,将来自燃料卡车的软管连接到氢存储加氢口,并将氢燃料添加到汽缸。整个过程大约需要 20 分钟,并且可以在燃料电池运行时完成。

        2)氢气瓶交换:GenFuel 氢气钢瓶交换模式,为客户提供一个非常简单的方法,以确保其燃料电池设备持续运行。作为一种流行的解决方案,大约 40%的美国 GenSure 客户和大多数非美国站点都使用气瓶交换来满足其氢气需求。GenFuel 的氢气瓶更换加氢选件为工业气瓶提供储氢柜。当工业燃气卡车到达燃料电池位置并为空的气瓶交换全部氢气时,完成加氢。

        巴拉德动力:北美燃料电池叉车的上游电堆主要供应商

        巴拉德动力系统公司(Ballard PowerSystem Inc.)于 1979 年在加拿大成立,公司从 1983年开始一直致力于燃料电池的开发制造,在 30 余年的经验积累下,目前已经成为质子交换膜燃料电池(PEMFC)技术的全球领导者,是世界上最大的集设计、开发、生产、销售、服务为一体的质子交换膜燃料电池企业。巴拉德向系统集成商和物料搬运设备制造商提供燃料电池堆,将其集成在一、二、三类叉车上。

        四大业务中心,打造全球垂直一体化产业布局。巴拉德目前在全球有加拿大、欧洲、美国、中国四大业务区域,不同区域侧重不同的业务布局,形成全球协作产业链。具体到产品领域,巴拉德拥有燃料电池电堆垂直一体化的产业链,从 MEA 生产到燃料电池电堆的制造,再将电堆构建成燃料电池模块,最后是燃料电池系统的提供,巴拉德形成了完善的燃料电池电堆一体化的解决方案。

        MEA 和双极板。MEA 和双极板是质子交换膜燃料电池的关键部件,其性能的优劣直接影响质子交换膜燃料电池的可靠性、稳定性和寿命。因此,其应用领域十分广泛,包括客车、货车、货车、游艇、飞机等产品。公司具备 MEA 和双极板产品的自主供应能力。

        燃料电池电堆。公司主要有三种产品:FCveloCity.9SSL:液冷电堆,输出功率 4kW-26kW,主要应用于叉车、客车及货车;FCgen-1020ACS:风冷电堆,输出功率 400W-3kW,主要应用于叉车及通信设备;FCgen-LCS:液冷电堆,输出功率 4kW-50kW,主要应用于客车及货车。

        燃料电池模块。公司主要有三种产品:FCveloCity-MD:功率 30kW,主要应用于客车及货车;FCveloCity-HD:有 60kW、85kW、100kW 三种,主要应用于客车、货车及游艇;FCveloCity-XD:有 100kW、200kW 两种,主要应用于火车及游艇。

        燃料电池系统。主要有两种系列:FCgen-H2PM 功率为 2kW-50kW,主要应用于通信设备,是一种模块化的解决方案;FCair 功率在 600W-1200W 之间,主要应用于飞机。

        巴拉德与普拉格动力有着长期的合作关系,普拉格公司的核心产品 Gen Drive 系列主要采用巴拉德公司生产的燃料电池堆。巴拉德目前专注于商用市场(电信备用电源、物料搬运和工程服务)和开发阶段市场(公交、分布式发电、连续电源等)

        作为新兴产业,公司燃料电池收入及结构存在一定波动。2018 年公司营业收入 1 亿美元,收入总体处于增长趋势。公司收入主要来源于燃料电池业务,占比 100%;具体来看则集中在重型动力和技术解决方案两大产品业务上。从地区及国家来看,公司收入主要来源于中国、北美及欧洲三大区域,与其业务地区布局相一致;其中,中国、美国和德国是其主要收入来源地,2018 年三者合计占营业收入比例为 87%。

        订单充足,主营业务出货量高速增长。2018Q2 以来,公司月度订单量总体保持较高水平,表现出公司较强的业务能力。此外,公司重型动力产品的出货量持续大幅度增长, 而重型动力产品正是公司主要的收入来源之一,其出货能力的增强有望带动公司营业收入的增长。

        专注燃料电池电源领域,下游应用市场多样。公司精耕于燃料电池电源领域,技术领先、产品多样,拥有完善的燃料电池电源解决方案,因此其下游应用市场趋于多元化,目前主要下游市场有公交车、汽车、轨道车辆、卡车、物料搬运、无人机、关键基础设施及海洋领域。

        公交、轨道、卡车领域主要由巴拉德提供 FCveloCity 动力模块的解决方案。巴拉德FCveloCity 动力模块驱动的燃料电池电动客车的运营里程已超过 1200 万公里(745 万英里),已部署在 5 大洲 15 个国家的客车上;可以为铁路应用提供高达 200 千瓦的动力以 及为中型和重型卡车(4 级到 8 级)提供从 30 千瓦到 100 千瓦动力的电源解决方案。巴拉德重型动力模块已经应用于中国的燃料电池运输车队和肯沃斯卡车公司的燃料电池混合动力运输车。

        物料搬运、无人机、关键基础设施、海洋领域:物料搬运领域巴拉德正在向普拉格能源供应燃料电池堆,用于部署在叉车中的 GenDrive 系统;无人机主要是由巴拉德提供适用于9 至 25 千克(20 至 55 磅)范围的无人机平台的 600 和 1200 瓦燃料电池系统;关键基础设施领域,巴拉德提供一套全面的氢燃料 FCgen-H2PM 系统组合,以满足关键基础设施站点的备用电源要求;海洋领域巴拉德提供从 100kW 到 MW 级别电源系统的模块化电源解决方案,用于基于最新分布式燃料电池发电厂的海洋应用。

        凭借空分技术储备,海外气体巨头率先提供氢能一体化解决方案

        合作加收购,全球工业气体巨头加快布局氢能市场。2018 年,林德集团同普莱克斯合并,成为了全球最大的气体集团。同时,林德集团与中国及全球其他供应商签订多项协议,积极推进公司在全球的氢能布局。2016 年 5 月,法液空以 134 亿美元收购美国同业 Airgas公司,成为全球最大的工业气体供应商。2018 年 11 月,液化空气集团与第一元素燃料公司签署氢能合作协议,积极推进氢能发展目标。2018 年,空气产品公司收购通用电气气化业务及技术,并同时与中国、韩国等国家企业签订氢能合作协议,加速其全球氢能布局。

        依托空分技术的深厚积淀,工业气体巨头在制氢工艺上也处于全球领先地位。氢气纯化中的变压吸附、蒸汽重整和深冷分离等过程都是空气分离工艺的重要部分。林德氢气制备工艺有蒸汽重整、部分氧化、连续重整、一氧化碳转换、等温反应器等多种技术储备,制取工艺最高可以提取 99.9999%纯度的氢气,已建成 200 多个氢气制造工厂。液化空气有Gas POX(天然气部分氧化)、变压吸附、SMR-X(零蒸汽制氢)、蒸汽甲烷重整等制氢工艺,最高可以提取 99.9999%纯度的氢气,已建成 52 个氢气制造工厂。空气产品公司拥有 PRISM 现场制氢、能源炼化制氢、变压吸附、蒸汽甲烷重整等工艺,最高可以提取99.999%纯度的氢气,在全球共拥有 60 多家制氢工厂,年氢气总产量超过 200 万吨。

        工业气体巨头拥有多层次、全方位储运方式。三大气体巨头公司均提供管道运输和钢瓶运输。林德是全球少数具有低温液化系统(大规模氦气和氢气的低温液化技术)的公司,可为液态气体提供低温标准储罐,制冷温度可达 80K~1.5K,在世界范围内已有 600 多台投入使用;提供两款 30 Mpa 的储气瓶(型号:GENIE 和 EVOS),以及容量从 3000L~450000L、压力为 1.8、2.2 和 3.6Mpa 的低温标准储氢罐。液化空气针对需求量较大的客户采取管道运输方式,目前已运行了三个跨越 9000 公里的主要管道网络。空气产品公司在美国的墨西哥湾岸区运营了全球大型规模的氢气厂及管线供应网络,整个系统绵延 960 多公里。

        深入氢能产业链,打造一体化解决方案。林德依托自主的技术设计,建设和运营氢气及合成气装置,打造全方位的气体供应服务,其提供的 ECOVAR 现场供应解决方案,可根据需要组合系统和系统模块,以创建适合客户要求的、量身定制的解决方案,使开发、生产、安装和运营的成本显着降低,目前,全球已有 1000 多套 ECOVAR 系统投入使用。液化空气的 Cryocap 解决方案是一个独特的创新技术,是第一个 CO2 的低温捕获系统,能增加制氢率。同样空气产品公司一体化解决方案也涵盖了从制氢、储氢、提纯、基础设施建设以及污染的处理及回收整个产业链。

        燃料电池叉车产业的下游物料搬运应用端正蓬勃发展

        在物料搬运行业,生产力是盈利能力的关键驱动因素——当效率提高,便会对盈利能力底线产生积极影响。食品分销业、制造业和零售分销业的客户正在认识到燃料电池驱动物料搬运设备带来的生产力和环境方面的优势(效率高、加注快、输出功率稳定、节省仓储空间)。

        沃尔玛、亚马逊、西斯科、宝洁、联邦快递等企业已成为燃料电池叉车应用的领军企业。由于燃料电池叉车在使用成本和各方面性能上都具有明显的天然优势,近年来在物料搬运设备市场有着广阔的应用,尤其是对拥有大量的大型多班制(Multi-Shift)作业仓库的食品、零售、加工制造企业产生了较强的吸引力。

        沃尔玛:物料搬运行业燃料电池解决方案的积极实践者。2014 年,沃尔玛开始与普拉格进行合作,以布局燃料电池叉车的应用。2014~2018 年的 5 年间,沃尔玛每年都在扩大燃料电池叉车产业的应用,到 2018 年,沃尔玛已从当初的 6 个 GenKey 站点增加到如今的 38 个,燃料电池叉车也从 1700 台增加到 8000 台,增长十分迅速,从中可以看出沃尔玛布局燃料电池物料搬运的决心。据普拉格能源官网预计,2019 年及未来,沃尔玛将有 望拥有超过 150 个 NA 配送中心,也将继续扩大与普拉格的合作,将业务扩展至货车、拖车方面,实现每天 35T 的氢气使用量。

        亚马逊:看好燃料电池叉车行业前景,电商巨头入局。2016 年,亚马逊与普拉格开始进行合作,随后花费了 8 个星期完成了系统的安装。2017 年,10 个站点实现了 0.7 亿美元的收入,2018 年增加到 0.9 亿美元。目前,已有超过 20 个 GenKey 站点,日用氢量 4T;据普拉格能源官网预计,未来可能扩展至 100 个站点,日用氢量达到 20T。

        思考:上游氢能产业是燃料电池商业化应用的关键要素

        中国正处于叉车电动化发展期,燃料电池叉车产业尚未起步

        中国是全球叉车制造和消费大国,2018 年中国叉车行业销量已达全球 40%。2017、2018年中国叉车行业发展迅猛,销量全球占比分别达 37%、40%。叉车的销售市场主要集中在亚洲、欧洲和美洲,据中国工程机械工业协会工业车辆分会报告显示,中国、美国、德国、日本、法国依次是 2018 年全球前五大叉车销售市场。

        中国叉车行业电动化程度仍明显低于全球平均水平,但电动化水平上升趋势显著。中国虽位列世界第一大叉车生产国与消费国,但国内叉车市场电动叉车的销售结构较为失衡,2018 年中国叉车行业电动叉车销量占比为 47%,明显低于全球电动叉车占比 63%的水平,更远低于欧洲地区 85%的水平。但中国叉车行业销售结构的电动化趋势很明显,由 2011年的 27%逐年提升至 2018 年的 47%,其中电动步行式仓储叉车提升幅度最大,同期销量占比由 13%提升至 34%,但与内燃平衡重叉车结构及性能较为相似的电动平衡重叉车占比提升较为缓慢。虽然目前我国电动叉车销售占比较低,随着中国非道路车辆排放标准的不断提高,以及国内电动叉车技术的不断发展,中国电动叉车销售将有望最终与国际叉车市场接轨,中国国内叉车市场电动叉车占比仍有着较大的提升空间。

        中国叉车行业的电动化产品目前仍以铅酸电池动力为主,锂电池叉车发展较快,而燃料电池叉车产业尚未起步。由于下游客户对叉车成本和经济性的要求,铅酸电池目前仍是中国叉车企业最为主流的技术路径,但叉车电动化的推进中传统叉车龙头安徽合力、杭叉集团及比亚迪等新兴叉车企业均将锂电叉车作为重点布局的发展方向,锂电池正在成为传统铅酸电池最大的竞争者,锂电叉车销量增速较快。中长期来看,燃料电池叉车在经济性和性能等方面比铅酸电池叉车、锂电叉车均具有优势,但国内目前尚无主流企业推出成熟的燃料电池叉车产品及解决方案,下游行业对燃料电池叉车的了解和认知有限,中国燃料电池叉车产业尚未起步。

        建议关注国内叉车领先企业的技术动向和具备氢能技术储备的优势企业

        我国目前虽然具备一定的氢能相关技术,但相比国际先进水平仍有差距。衡量氢能产业发展水平的核心在于氢能和燃料电池产业相关的核心技术是否能实现国产化,而非仅仅在于组装进口的核心零部件。目前,在氢能产业方面,我国有部分技术已处于国际领先地位,如光催化和生物质制氢。但另一些与国际先进水平差距明显,如储氢环节,车载储氢罐和碳纤维目前仍存在瓶颈,我国在液氢储运技术方面较为薄弱;加氢站环节,氢气压缩机和加氢机技术与国外差距较大。综上从成本上考虑,我国率先选择在长续航里程运营型汽车上发展,主要系此类汽车在燃料电池的使用上,与电动和燃油相比,更易实现使用成本的经济性。

        相比于北美发展较为成熟、衔接紧密的燃料电池叉车产业链,国内上游氢能产业(氢气的制取、纯化、储运和加注等)的不足或是燃料电池叉车产业化的关键制约,未来有望在商业化进程中率先发展。由于氢气的使用成本是燃料电池叉车与传统电动叉车经济性比较中的关键因素之一,因此氢气制取、纯化、储运和加注等环节在燃料电池叉车商业化运营中至关重要,是发展的先决条件。相比于北美燃料电池叉车产业链,中国企业的叉车集成制造能力具备全球优势,飞速发展的物流仓储等下游行业对清洁环保、经济性强的新型电动叉车具有客观需求,同时考虑叉车对燃料电池性能的整体要求低于常见乘用车、商用车,我们认为这些环节国内已具备一定的突破基础,上游氢能产业的成熟或将是中国燃料电池叉车产业化的重要节点。

        建议关注国内叉车领先企业的技术动向和具备氢能技术储备的优势企业。目前国内叉车市场中竞争力较强的企业主要包括安徽合力、杭叉集团等本土优势企业和丰田、林德等海外叉车企业。我们认为在中国燃料电池产业发展前中期,叉车有望成为较早实现商业化运营的潜在领域之一,建议关注国内叉车领先企业的技术动向和国内燃料电池叉车产业化进度。同时,下游应用与上游氢能产业的发展相辅相成,我们认为具有氢的制备和纯化技术储备的国内空分设备及工业气体制造公司有望受益国内氢能产业的发展,建议关注具备氢的制取、纯化、储运和加注技术储备的本土优势企业。

        

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