江山代有才人出，各領(lǐng)風(fēng)騷數(shù)百年。這句詩(shī)詞用來(lái)總結(jié)新能源各條產(chǎn)業(yè)鏈，再貼切不過(guò)。
作為過(guò)去一年里的明星，鋰電、光伏板塊大受追捧，在二級(jí)市場(chǎng)誕生了眾多十倍、二十倍的個(gè)股。氫能源緊隨其后接力，厚樸股份(300471.SZ)年內(nèi)漲幅超越三倍，億華通、美錦能源(000723.SZ)也均實(shí)現(xiàn)了翻倍行情。
在氫能行情向好的時(shí)刻，看多做多的各路資本、研究團(tuán)隊(duì)、財(cái)經(jīng)媒體紛紛喊出“氫能源藍(lán)海”、“十萬(wàn)億賽道”的口號(hào)。而看空者也不乏其聲，核心理由依然是前景不明。
那么，氫能源究竟是風(fēng)口?還是陷阱?它最可能的落地點(diǎn)是什么?障礙在于何處?這是本篇報(bào)告試圖解答的問(wèn)題。
01 另類角度的小方法
中國(guó)的改革開(kāi)放有條規(guī)律，新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，歷來(lái)與政策結(jié)合緊密。
所以，一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)，在規(guī)劃層面是不是足夠重要，有沒(méi)有受到重視，其實(shí)是可以從一些政策指標(biāo)上看出來(lái)的。
一般而言，政策出臺(tái)快、政策密度頻、政策定位高、調(diào)控力度大的產(chǎn)業(yè)，往往是重點(diǎn)扶持，定位長(zhǎng)遠(yuǎn)的產(chǎn)業(yè)，它們?cè)谌蘸蟮木皻舛龋矔?huì)更高。
這一點(diǎn)，從光伏、鋰電這兩條賽道的歷史上，可以看得很清楚。
用這個(gè)指標(biāo)來(lái)觀察氫能源，可以發(fā)現(xiàn)它符合這個(gè)規(guī)律。
從2006年到2019 年，在這13年期間國(guó)家層面頒布的氫能源相關(guān)政策大約22個(gè)，2019年之后到現(xiàn)在不到3年時(shí)間頒布的政策超過(guò)25個(gè)，地方層面的更是全面開(kāi)花。
2019年，氫能源首次寫入政府工作報(bào)告，之后迎來(lái)了相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策發(fā)布的密集期。
近日，由北京市牽頭申報(bào)的京津冀氫燃料電池汽車示范城市群，被財(cái)政部、工信部等五部委聯(lián)合批準(zhǔn)為首批示范城市群。在4年示范期間，五部委將對(duì)入圍的城市群按照目標(biāo)完成情況，通過(guò)“以獎(jiǎng)代補(bǔ)”的方式給予獎(jiǎng)勵(lì)。
改革開(kāi)放的另一個(gè)規(guī)律，是新生事物總要通過(guò)試點(diǎn)，得到印證后再推廣。而某一級(jí)地方政府，常常就是那個(gè)探路的排頭兵。
這是一步可輕可重的棋，如果進(jìn)展順利，應(yīng)用中沒(méi)有很大的問(wèn)題，這個(gè)區(qū)域市場(chǎng)就可以培育中國(guó)的氫能源產(chǎn)業(yè)。如果進(jìn)展不順，也可以把負(fù)面影響控制在合理范圍內(nèi)，不至于造成太大的資源浪費(fèi)和市場(chǎng)錯(cuò)配。
不過(guò)，從政策的角度觀察，僅僅是自上而下認(rèn)識(shí)行業(yè)的一個(gè)小方法，它僅可以參考，卻不能依賴。更不能化解市場(chǎng)對(duì)于氫能源發(fā)展的分歧。想要得到更準(zhǔn)確的結(jié)論，還需要看清事物的本質(zhì)。
02 核心訴求是脫碳
氫氣直接燃燒或通過(guò)燃料電池發(fā)電的產(chǎn)物為水，能夠?qū)崿F(xiàn)真正的零碳排放，對(duì)環(huán)境不造成任何污染，故而被譽(yù)為終極能源。
其次，純電動(dòng)車的電池，使用了大量鋰、鈷、鎳等金屬材料.金屬材料的挖掘、生產(chǎn)加工等過(guò)程均有大量能量消耗及碳排放。相較于純電動(dòng)車，氫燃料電池車在制造過(guò)程中的碳排放也較低。
第三，燃料電池車的報(bào)廢回收階段，也比電純動(dòng)車回收，更容易且更有經(jīng)濟(jì)吸引力。
這三條加在一起，就是深度脫碳的由來(lái)。
但從能源替代的角度來(lái)看，僅僅做到清潔是不夠的，還要兼顧效率和成本。
從能效上來(lái)看，氫氣的熱值約為140MJ/kg，高達(dá)煤炭、汽油等傳統(tǒng)燃料的3倍以上;從儲(chǔ)量上來(lái)看，氫是宇宙中含量最多的元素，大約占據(jù)宇宙質(zhì)量的 75%，地球上豐富的水資源中蘊(yùn)含著大量可供開(kāi)發(fā)的氫能，未來(lái)是獲取最便利和成本最低的能源之一。
與之相反，鋰電池中鋰、鈷等金屬材料成本，在電池總體成本中占據(jù)了絕大比例，其相對(duì)稀缺的供需格局，從鋰電原材料動(dòng)輒幾倍的漲幅中，已經(jīng)得到了驗(yàn)證。
目前，新能源車動(dòng)力使用鋰電池雖然是最佳選擇，在大多數(shù)適用場(chǎng)景中，鋰電池車的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用也更加成熟，但由于電池重量、續(xù)航里程問(wèn)題，依然存在限制。
限制發(fā)展的原因是能量密度，它已經(jīng)達(dá)到一個(gè)瓶頸——國(guó)內(nèi)的三元鋰電池能量密度約為 240Wh/kg，磷酸鐵鋰電池能量密度約為180Wh/kg。這促生了另外兩條技術(shù)路線——高鎳化和固態(tài)電池。
但除了這些路線，還有一個(gè)現(xiàn)成的選擇——氫能源汽車。由于能效高，它在里程和載荷方面擁有先天優(yōu)勢(shì)。
這也正是氫能源車這幾年的落地，更多在客車和重卡，而非乘用車的原因。從目前的技術(shù)態(tài)勢(shì)和認(rèn)知上看，氫燃料電池和鋰電池在未來(lái)三到五年的時(shí)間內(nèi)，將持續(xù)互補(bǔ)關(guān)系：商用車是氫能源的根據(jù)地，乘用車是鋰電池的主舞臺(tái)。
但這種互補(bǔ)格局，會(huì)不會(huì)一直持續(xù)下去呢?答案是“壓力正在壓迫它改變”。
中國(guó)作為最大的二氧化碳排放國(guó)，在達(dá)成碳中和的道路上挑戰(zhàn)重重。氫能源作為最清潔的能源，在應(yīng)用方面場(chǎng)景方面極為寬廣，供熱、工業(yè)、建筑、交運(yùn)等高排放量的領(lǐng)域有著廣闊的前景，深度脫碳的屬性注定其不可或缺。
而從全球的視角來(lái)看，氫能作為終極清潔能源的屬性，導(dǎo)致各國(guó)均對(duì)此技術(shù)路徑十分重視，積極布局氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
近兩年，美國(guó)、日本、韓國(guó)、歐盟均采取了較大的政策力度加碼氫能源產(chǎn)業(yè)，并出臺(tái)了相關(guān)經(jīng)濟(jì)路徑規(guī)劃，力爭(zhēng)領(lǐng)跑該賽道。截止到2021年初，全球共有約20個(gè)國(guó)家和地區(qū)發(fā)布了氫能發(fā)展規(guī)劃或路線圖。
這里面的道理，有點(diǎn)像逆水行舟，有些事情，不僅要跑得快，還要跑得比別人快。
從中國(guó)新能源推進(jìn)的歷史來(lái)看，用四個(gè)字可以總結(jié)：珠玉在前。
中國(guó)對(duì)光伏、風(fēng)電、新能源車的產(chǎn)業(yè)政策大獲成功，度電成本平價(jià)、汽車制造彎道超車，成為全球最具備競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)業(yè)，成為了中國(guó)制造的名片。
這似乎給中國(guó)進(jìn)一步推動(dòng)氫能賦予了信心。占據(jù)氫能成本最大的電力會(huì)隨著光伏、風(fēng)能度電成本而下降，同時(shí)技術(shù)進(jìn)步及大規(guī)模生產(chǎn)帶來(lái)的制造和人力成本的下降。
因此，在全球氫能源產(chǎn)業(yè)資金跑步進(jìn)場(chǎng)，國(guó)內(nèi)新能源產(chǎn)業(yè)政策的逐步推進(jìn)，成本不斷下降的三重趨勢(shì)下，政府開(kāi)始密集出臺(tái)促進(jìn)氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策，并提出相應(yīng)規(guī)劃。
因此我們看到的測(cè)算與進(jìn)程表，看起來(lái)是期望，實(shí)際上都是根據(jù)目標(biāo)進(jìn)行的倒推。
03 產(chǎn)業(yè)化行不行，看綠氫平價(jià)
氫能源產(chǎn)業(yè)鏈可以分為上游：氫生產(chǎn)與供應(yīng);中游：燃料電池及核心零部件;下游：燃料電池應(yīng)用。
在氫氣制取上，目前成熟的制氫手段主要包括化石能源重整制氫、工業(yè)副產(chǎn)制氫以及電解水制氫三種。
其中，化石能源制氫通過(guò)裂解煤炭或者天然氣獲得氫氣，俗稱“藍(lán)氫”。工業(yè)副產(chǎn)制氫則是對(duì)焦炭、純堿等行業(yè)的副產(chǎn)物進(jìn)行提純獲取氫氣，俗稱“灰氫”。
本質(zhì)上兩者的氫氣來(lái)源仍為傳統(tǒng)的化石燃料。雖然通過(guò)碳捕捉與封存技術(shù)(CCS)可有效降低化石能源制氫過(guò)程中產(chǎn)生的碳排放，但長(zhǎng)期來(lái)看只有可再生能源電解水制備的“綠氫”才能實(shí)現(xiàn)真正的零碳排放。
目前可再生能源制氫占比較小，化石能源制氫仍是主要的氫氣來(lái)源。根據(jù) IRENA 的測(cè)算，全球僅有 4%的氫氣來(lái)自電解水制氫，其余均來(lái)自煤炭、天然氣以及石油煉化領(lǐng)域。
而在“富煤、貧油、少氣”的能源結(jié)構(gòu)下，目前國(guó)內(nèi)煤制氫的占比超過(guò) 60%，電解水制氫的比例則不到 2%。可再生能源制氫仍然任重道遠(yuǎn)，未來(lái)的發(fā)展空間巨大。
制約綠氫發(fā)展的因素是成本，綠氫生產(chǎn)成本中占比最高的為電力和電解槽，占比分別為50%和40%，所以降低電價(jià)和電解槽成本是中國(guó)實(shí)現(xiàn)綠氫工業(yè)化、規(guī)模化的兩大核心環(huán)節(jié)。
隨著光伏、風(fēng)電的進(jìn)一步降本，到 2030 年國(guó)內(nèi)部分可再生資源優(yōu)勢(shì)區(qū)域，其度電成本到達(dá)到 0.1-0.15 元/KWh，
電解槽目前單位造價(jià)2500元/W;隨著更大的槽體、更優(yōu)質(zhì)的制造工藝，以及技術(shù)環(huán)節(jié)的精進(jìn)和材料的優(yōu)化，有望降至1300元/W。
屆時(shí)，綠氫成本將從 2020 年的 30.8 元/kg 快速降至 16.9 元/kg，實(shí)現(xiàn)與灰氫平價(jià)。
這種上游原材料的平價(jià)前景一旦達(dá)成，意味著氫能源的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化鋪平了道路。那么，這條產(chǎn)業(yè)鏈的上下游，又如何實(shí)現(xiàn)傳導(dǎo)呢?
04 儲(chǔ)運(yùn)關(guān)鍵指標(biāo)：?jiǎn)挝惑w積密度
眾所周知，氫氣在元素周期表位于第一位，意味著其質(zhì)量小，體積小，因此密度低(ρ=m/V，忘記的朋友請(qǐng)找找初中物理書)。
氫氣的性質(zhì)十分活躍，很容易泄露和爆炸，儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程消耗也大，所以在儲(chǔ)氫罐投入的安全設(shè)計(jì)、存量設(shè)計(jì)成本很高。
因此，相較于石油、天然氣等傳統(tǒng)化石燃料，氫氣在儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)具有天然的劣勢(shì)，發(fā)展進(jìn)度緩慢。
如果按照方式劃分，氫氣儲(chǔ)運(yùn)可分為氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)、液態(tài)儲(chǔ)運(yùn)以及固態(tài)儲(chǔ)運(yùn)三種。
氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)的成本較低、充放氫速度較快，但儲(chǔ)氫密度與運(yùn)輸半徑較為有限，所以適用于短途運(yùn)輸。
氫氣氣態(tài)經(jīng)濟(jì)運(yùn)輸半徑局限在200公里以內(nèi)，每公斤氫運(yùn)輸成本為2塊錢，0-100公里運(yùn)輸成本是4塊錢/kg，運(yùn)輸壓縮氫氣的魚雷車每車僅可運(yùn)300kg。
中長(zhǎng)距離大規(guī)模運(yùn)輸考慮管道和液氫運(yùn)輸，液態(tài)儲(chǔ)運(yùn)的儲(chǔ)氫密度較大，但設(shè)備投資與能耗成本較高;固態(tài)儲(chǔ)運(yùn)則在潛艇等特殊領(lǐng)域有所應(yīng)用，整體仍處于小規(guī)模試驗(yàn)階段。
我們可以做一個(gè)簡(jiǎn)單理解：運(yùn)輸一車氫氣，瓶子重量在95%以上，需求的氫氣只有5%，而且不能長(zhǎng)距離運(yùn)輸。所以這筆生意很不劃算。
因此，只要是運(yùn)氫氣，總會(huì)面臨這個(gè)問(wèn)題：怎樣在儲(chǔ)運(yùn)瓶里裝更多的氫氣?這又延伸出一條技術(shù)路線：如何增加氫氣單位體積密度。
舉個(gè)例子，一個(gè)書包想要裝更多的衣服，壓得越實(shí)，裝得就越多。同理，儲(chǔ)存的時(shí)候?yàn)榱颂嵘龁挝惑w積密度，也需要壓縮。
但這個(gè)問(wèn)題，并不能只靠單一環(huán)節(jié)解決，它需要一整套體系的匹配。
與電解水制氫類似，產(chǎn)業(yè)化程度的提升將有效降低氫氣儲(chǔ)運(yùn)的成本，儲(chǔ)運(yùn)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)與完善是后續(xù)氫能規(guī)模化發(fā)展的前提。
考慮到未來(lái)氫能的終端應(yīng)用場(chǎng)景將更為豐富，氫氣的儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)也將朝多層次、體系化的方向演進(jìn)。
氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)方面就是增壓減重，從儲(chǔ)氫密度、輕量化等角度出發(fā)，提升技術(shù)及相應(yīng)材料。
液態(tài)儲(chǔ)運(yùn)可以有效增加運(yùn)輸量，達(dá)到氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)的10倍，也是一個(gè)很好的方向，目前國(guó)外技術(shù)相對(duì)成熟，國(guó)內(nèi)主要應(yīng)用在航空領(lǐng)域，未來(lái)隨著規(guī)模化開(kāi)展以及技術(shù)成熟，商用/民用有望得到進(jìn)一步發(fā)展。另外就是建立輸氫管道，加強(qiáng)基礎(chǔ)建設(shè)。
而終端用氫需求，加氫站是必不可少的中轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)。
截至2020年12月31日，全國(guó)在建和已建加氫站共181座，已經(jīng)建成124座，其中2020年總計(jì)建成加氫站 55座。在2020年國(guó)內(nèi)建成的124座加氫站中，105座有明確的加注能力。我國(guó)加氫站布局?jǐn)?shù)量最多的前三名為廣東、河北和湖北，在運(yùn)數(shù)量分別為61/44/36座，大型加氫站仍然匱乏。
加氫站建設(shè)投入成本較大，建設(shè)一座35MPa加氫站成本在1200萬(wàn)元。
這個(gè)費(fèi)用看起來(lái)不低，但如果考慮到它的技術(shù)含量與參數(shù)要求，就會(huì)明白這是必須的。
打個(gè)比方，35MPa相當(dāng)于350公斤的胖子，用大腳趾踩在1平方CM大的地方產(chǎn)生的力量，或者想象一下，用一根食指將當(dāng)年壓死秦武王的鼎舉起來(lái)。
那么，又是誰(shuí)擁有這么大的力量，將氫氣灌到氫氣瓶里?答案是壓縮機(jī)。
在氫站建設(shè)中。整體設(shè)備成本占據(jù)了氫站建設(shè)成本的70%，而壓縮機(jī)占據(jù)設(shè)備成本的50%，約450萬(wàn)左右，基本需要進(jìn)口。
隨著中國(guó)氫能不斷推進(jìn)，國(guó)產(chǎn)化替代進(jìn)程加速，有望進(jìn)一步去降本，關(guān)注壓縮機(jī)是一個(gè)很好的投資方向。目前70MPa逐步進(jìn)入商用，代表著單位體積可以儲(chǔ)存更多的氫氣。
新能源的商業(yè)化應(yīng)用一定是基礎(chǔ)建設(shè)先行，加氫基礎(chǔ)建設(shè)是未來(lái)中國(guó)新基建的重點(diǎn)內(nèi)容，隨著氫燃料電池汽車應(yīng)用規(guī)模的擴(kuò)大，加氫站的市場(chǎng)需求也逐步提升。
目前加氫站建設(shè)成本仍然過(guò)高，隨著國(guó)產(chǎn)設(shè)備突破和規(guī)模化生產(chǎn)，加氫成本會(huì)大幅下降，預(yù)計(jì)2050年成本為800萬(wàn)左右，將達(dá)到1.2萬(wàn)座，在2050年達(dá)到千億元的市場(chǎng)規(guī)模。
新能源能否大力發(fā)展下去不只要看其物理、化學(xué)屬性，也要看商用場(chǎng)景，氫能源車就是最有發(fā)展前景的應(yīng)用，新能源車的動(dòng)力是最核心的環(huán)節(jié)，同時(shí)適用于氫能能源。
05 氫能汽車的心臟
氫燃料電池可以被廣泛的應(yīng)用于各個(gè)場(chǎng)景中，主要的應(yīng)用可以被分為3類：交通、固定電源及便攜式電源。
氫能未來(lái)最重要的應(yīng)用場(chǎng)景在交通運(yùn)輸領(lǐng)域，與燃料電池車相比，純電動(dòng)車的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用在大多數(shù)場(chǎng)景中更加成熟，但由于電池重量和續(xù)航里程問(wèn)題而受到限制。
燃料電池車與其他車輛的主要區(qū)別在于動(dòng)力系統(tǒng)。所有其他零部件本質(zhì)上是相似的。
燃料電池車和純電動(dòng)車通過(guò)電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，而汽油和柴油車在內(nèi)燃機(jī)中將燃料燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。
燃料電池車和純電動(dòng)汽車的主要區(qū)別在于電的來(lái)源。與燃料電池車不同的是，純電動(dòng)汽車的全部能量來(lái)自其電池組，電池組在充電站進(jìn)行外部充電。
氫氣作為汽車燃料為車輛功能，其原理已經(jīng)有很長(zhǎng)的歷史了。
在200年前，氫氣就被用在第一代內(nèi)燃機(jī)中作為燃料，與現(xiàn)在內(nèi)燃機(jī)里汽油等燃料工作原理類似。但是因?yàn)榘踩约澳芰棵芏容^低，氫氣作為內(nèi)燃機(jī)燃料并沒(méi)有表現(xiàn)出優(yōu)越性。
然而，在如今的燃料電池技術(shù)中，氫氣并不直接燃燒，而是和氧氣反應(yīng)轉(zhuǎn)換為電能。
氫能源車以氫燃料電池作為能量來(lái)源。在氫燃料電池中，氫氣由電池陽(yáng)極輸入，在催化劑(鉑)的作用下分解為電子和氫離子(質(zhì)子)。
其中質(zhì)子通過(guò)質(zhì)子交換膜到達(dá)負(fù)極，與陰極輸入的氧氣反應(yīng)生成水;而電子則被質(zhì)子交換膜阻隔，經(jīng)由外電路流向陰極，產(chǎn)生電能為汽車供能。
氫燃料電池汽車主要由高壓儲(chǔ)氫罐、燃料電池堆棧、燃料電池升壓器、動(dòng)力電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和動(dòng)力控制單元等組成。
氫能的發(fā)展路徑和鋰電極為相似，中游電池系統(tǒng)成本占據(jù)整車接近30%。
細(xì)剖起來(lái)，燃料電池系統(tǒng)由電池堆和支持系統(tǒng)兩部分構(gòu)成，前者是核心動(dòng)力組件，后者由空氣壓縮機(jī)、加濕器、燃料回路、空氣回路等支持組件構(gòu)成。
電堆占據(jù)一半以上燃料成本。
電池堆是電池單元串聯(lián)疊加而成，由于每個(gè)單元產(chǎn)生的電壓通常不到 1 伏特，因此往往需要幾百片電池單元進(jìn)行串聯(lián)。
市場(chǎng)上有 5 種類型的氫燃料電池單元技術(shù)方案，其中最適合車用的是質(zhì)子交換膜燃料電池。
其中，膜電極是氫燃料電池的核心部件，在燃料電池電堆中承擔(dān)了核心的電化學(xué)反應(yīng)功能，其成本占據(jù)電堆總成本的60% 以上，被譽(yù)為燃料電池的芯片。
膜電極的技術(shù)和生產(chǎn)不僅決定了電堆的使用條件和壽命，同時(shí)也決定了電堆的成本和氫燃料電池的推廣使用。
膜電極的研發(fā)和生產(chǎn)是一個(gè)集合了電化學(xué)、高分子材料化學(xué)、無(wú)機(jī)材料化學(xué)、精密涂布技術(shù)、自動(dòng)連續(xù)化工業(yè)控制和功能壽命測(cè)試的產(chǎn)業(yè)，流程周期長(zhǎng)、投入大。
目前的前沿技術(shù)主要由國(guó)外大企業(yè)掌握，以豐田、巴拉德和Hydrogenics為典型，研發(fā)歷史悠久，其中巴拉德對(duì)膜電極的研發(fā)已超過(guò)40年。
國(guó)內(nèi)雖有部分企業(yè)和機(jī)構(gòu)突破技術(shù)難題，但由于成本問(wèn)題難以形成規(guī)模化生產(chǎn)，因此國(guó)內(nèi)還沒(méi)有公司具備膜電極的大規(guī)模連續(xù)化生產(chǎn)的能力，產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)非常薄弱。
那么產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)如何夯實(shí)，成本如何下降?這其中的關(guān)鍵，在于規(guī)模制造。
根據(jù) Strategic Analysis Inc 測(cè)算，以豐田氫燃料電池車 Mirai 為例，在年產(chǎn) 1000 臺(tái)時(shí)燃料電池(FC)系統(tǒng)與儲(chǔ)氫系統(tǒng)制造成本分別為 20180 美元和 8002 美元，占整車成本分別為 30.7%和 12.2%;
當(dāng)年產(chǎn)量增至 3000臺(tái)時(shí)，燃料電池系統(tǒng)與儲(chǔ)氫系統(tǒng)制造成本分別為 15821 美元和 6040 美元，占整車成本比例降至 28.2%和 10.7%;
可以明顯看出來(lái)，在規(guī)模制造下，二者成本有了明顯的下降。但是傳統(tǒng)燃油車發(fā)動(dòng)機(jī)占整車成本比例僅為15%，燃料電池系統(tǒng)與儲(chǔ)氫系統(tǒng)合計(jì)成本約為占整車的 40%，顯著高于傳統(tǒng)燃油車。
如何進(jìn)一步降低儲(chǔ)氫和燃料電池系統(tǒng)的成本，尤其是后者是氫燃料車大規(guī)模商業(yè)化的前提，更大規(guī)模的制造和技術(shù)精進(jìn)有望進(jìn)一步降本。
如何實(shí)現(xiàn)規(guī)模制造?它的背后，在于需求上量。
根據(jù)我國(guó)《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》中對(duì)燃料電池汽車總體技術(shù)路線的規(guī)劃：
2020年，計(jì)劃實(shí)現(xiàn)燃料電池汽車在特定地區(qū)公共服務(wù)用車領(lǐng)域的小規(guī)模示范應(yīng)用，達(dá)到5000輛規(guī)模;
2025年在城市私人用車、公共服務(wù)用車領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)大批量應(yīng)用，達(dá)到5萬(wàn)輛規(guī)模;
2030年在私人乘用車、大型商用車領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模商用化推廣，達(dá)到百萬(wàn)輛規(guī)模。
在需求的推動(dòng)下，商用燃料電池系統(tǒng)與儲(chǔ)氫系統(tǒng)價(jià)格較去年已經(jīng)有了較大幅度的下降，目前行業(yè)水準(zhǔn)不到1萬(wàn)元/KW，車用儲(chǔ)氫系統(tǒng)價(jià)格不到5000元/KG,未來(lái)隨著氫燃料電池應(yīng)用范圍與規(guī)模擴(kuò)大，商用燃料電池價(jià)格至2025/2035/2050有望降至3500/1000/500元KW。商用儲(chǔ)氫系統(tǒng)價(jià)格有望降至3500/2000/1200元/KG。
成本的下降帶來(lái)下游需求的爆發(fā)，預(yù)計(jì)21/25/35/50年燃料電池汽車空間規(guī)模將達(dá)到165/869/3850/9900億元。
此外，近期我國(guó)鼓勵(lì)發(fā)展氫內(nèi)燃機(jī)，濰柴動(dòng)力等企業(yè)多年已經(jīng)布局，一汽集團(tuán)在該領(lǐng)域取得了突破式進(jìn)展。技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)與落地實(shí)驗(yàn)，將極大地促進(jìn)行業(yè)的發(fā)展。
06 補(bǔ)鋰不足，減排關(guān)鍵
圍繞氫燃料電池汽車與純電動(dòng)車的爭(zhēng)論已經(jīng)存在數(shù)十年，且隨著全球各大整車廠商將電動(dòng)化發(fā)展重心轉(zhuǎn)向純電動(dòng)汽車，是否應(yīng)該發(fā)展氫燃料電池汽車的質(zhì)疑聲也越來(lái)越大，相比較純電動(dòng)汽車而言，氫燃料電池汽車發(fā)展緩慢的原因主要有以下幾點(diǎn)：
(1)氫燃料電池汽車購(gòu)車成本遠(yuǎn)高于純電動(dòng)汽車，是純電動(dòng)汽車 1.5-2 倍;
(2)初始加氫成本高，當(dāng)前加氫站加氫成本在 50-80 元/kg;
(3)加氫站等基礎(chǔ)設(shè)施匱乏。與密集的加油站及充電樁相比，現(xiàn)有加氫站數(shù)量明顯不足。
為使氫燃料電池汽車具備與燃油車相近的燃油經(jīng)濟(jì)性，其終端加氫成本需至少降到 40 元/kg 以內(nèi)，假設(shè)以當(dāng)前儲(chǔ)運(yùn)及加注成本計(jì)算(25 元/kg)，制氫成本至少需降到 15 元/kg以下。
那么如此來(lái)看，氫能源不具備經(jīng)濟(jì)性，那么大力推廣的因素是什么呢?
由于鋰電池本身的電能充放特點(diǎn)，純電動(dòng)汽車適合于較短距離行駛的小型和輕型車輛。但鋰電池相對(duì)氫燃料電池能量密度較低，在商用車領(lǐng)域采用鋰電設(shè)備，將提高車輛自重，降低重卡等重型商用車長(zhǎng)途運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)適用性。
以49噸重的鋰電重卡和氫能重卡對(duì)比，需要鋰電池重量為17.86KG，氫燃料僅需要12KG，顯然車輛自重層面燃料電池優(yōu)勢(shì)突出，有效載荷優(yōu)于鋰電車型。
氫燃料電池車更適用于重型商用車領(lǐng)域。一方面可以補(bǔ)齊鋰電池的不足，另一方面可以實(shí)現(xiàn)深度脫碳。
商用車排放占比高，是交運(yùn)領(lǐng)域重要的減排對(duì)象。在碳排放(CO、HC)以及污染物排放(NOx、PM)中，由于發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)與燃燒方式的不同，商用車(絕大多數(shù)搭載柴油機(jī))的碳排放水平明顯高于乘用車，合計(jì)占比達(dá)到 77.3%，是交運(yùn)領(lǐng)域碳排放首要減排對(duì)象。
從我國(guó)汽柴油表觀消費(fèi)量以及 CO2 排放情況來(lái)看，我國(guó)的交運(yùn)行業(yè)減排工作已取得明顯進(jìn)展，但碳排放水平依然處于較高位置，僅靠節(jié)能減排或者尾氣回收顯然無(wú)法完成碳中和目標(biāo)。
此外，續(xù)航和充電時(shí)長(zhǎng)方面也會(huì)限制重型商用車的運(yùn)輸效率。
相比之下，燃料電池車能量密度高，加注燃料便捷、續(xù)航里程較高，低溫環(huán)境表現(xiàn)優(yōu)異，更加適用于長(zhǎng)途、大型、商用車領(lǐng)域，未來(lái)有望與純電動(dòng)汽車形成互補(bǔ)并存的格局。
根據(jù)規(guī)劃，到 2035 年我國(guó)氫燃料電池車保有量將達(dá) 100 萬(wàn)輛。根據(jù)《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖 2.0》規(guī)劃，我國(guó)將發(fā)展氫燃料電池商用車作為整個(gè)氫能燃料電池行業(yè)的突破口。
以客車和城市物流車為切入領(lǐng)域，重點(diǎn)在可再生能源制氫和工業(yè)副產(chǎn)氫豐富的區(qū)域推廣中大型客車、物流車，逐步推廣至載重量大、長(zhǎng)距離的中重卡、牽引車、港口拖車及乘用車等。
到 2035 年，實(shí)現(xiàn)氫燃料電池汽車的大規(guī)模推廣應(yīng)用，燃料電池汽車保有量達(dá)到 100 萬(wàn)輛左右，完全掌握燃料電池核心關(guān)鍵技術(shù)，建立完備的燃料電池材料、部件、系統(tǒng)的制造與生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)鏈。
除了公路運(yùn)輸之外，更長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，氫氣還有可能促進(jìn)鐵路運(yùn)輸、船運(yùn)和航空領(lǐng)域的脫碳化：
在確定了氫能源為未來(lái)發(fā)展路徑后，氫燃料電池的成本是決定何時(shí)大規(guī)模商用的關(guān)鍵，現(xiàn)階段，氫能源應(yīng)用主要依賴于財(cái)政補(bǔ)貼和政策支持。在未來(lái)，隨著規(guī)模的擴(kuò)大和全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)的進(jìn)一步成熟，市場(chǎng)化進(jìn)程有望加快，下游應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒂瓉?lái)爆發(fā)階段。
07 全生命周期總擁有成本(TCO)
這是一個(gè)讀起來(lái)不通順，聽(tīng)起來(lái)生僻的詞組，但在閱讀這一段的時(shí)候，請(qǐng)大家盡量記住理解TCO的含義。
從消費(fèi)的角度看，氫能源車與鋰電等競(jìng)品成本平價(jià)是提升滲透率的關(guān)鍵，成本包括購(gòu)買成本和使用成本，我們將其統(tǒng)稱為全生命周期總擁有成本，簡(jiǎn)稱TCO。
通過(guò)分析全生命周期總擁有成本(TCO)，可以對(duì)氫能源產(chǎn)業(yè)鏈未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)及大規(guī)模商用時(shí)間節(jié)點(diǎn)的判斷，形成準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)。
目前國(guó)內(nèi)商用最多的領(lǐng)域在于公交車，占據(jù)了氫能源車60%以上的應(yīng)用，在2030年氫能源公交車TCO成本有望優(yōu)于鋰電池電動(dòng)車，未來(lái)進(jìn)一步降本，2035年、2050年分別為2.73元/KM、1.62元/KM。
隨著氫能電池技術(shù)和儲(chǔ)氫系統(tǒng)的提升，氫能續(xù)航里程將大幅優(yōu)于鋰電池，有望超過(guò)800KM，百公里氫耗下降至4KG以下。
宇通客車(600066.SH)作為客車行業(yè)領(lǐng)軍者，自 2009 年開(kāi)始研發(fā)燃料電池客車，是行業(yè)內(nèi)最早研發(fā)燃料電池客車的企業(yè)之一。
近年來(lái)，通過(guò)燃料電池客車整車集成與控制、動(dòng)力系統(tǒng)匹配等關(guān)鍵技術(shù)突破，宇通氫燃料電池客車已完成三代產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，目前第四代產(chǎn)品已投入推廣應(yīng)用。公司在系統(tǒng)使用壽命、環(huán)境適應(yīng)性等方面均得到大幅提升，續(xù)駛里程進(jìn)一步加大。
宇通自動(dòng)駕駛氫燃料客車采用了 60kW 燃料電池系統(tǒng)+動(dòng)力電池的混合動(dòng)力系統(tǒng)方案，充氫僅需 10 分鐘，續(xù)航能力高達(dá)500 公里。目前已經(jīng)投身到第四代燃料電池客車的研發(fā)，將涵蓋 8-12 米公交、9-11 米公路產(chǎn)品。
佛山市飛馳汽車制造有限公司始建于1971年，發(fā)展至今已有四十多年，是首批列入國(guó)家公告目錄的大中型客車生產(chǎn)廠家之一，可年產(chǎn)新能源客車達(dá)到5000臺(tái)，為華南地區(qū)具規(guī)模的新能源客車和氫燃料電池客車生產(chǎn)基地。產(chǎn)品在港、澳、臺(tái)及華南地區(qū)具有較高的知名度和影響力。
2019年飛馳汽車生產(chǎn)的氫燃料電池汽車銷量376輛，在氫燃料電池汽車市場(chǎng)中市占率達(dá)13.7%，其中在廣東省市場(chǎng)占有率高達(dá)96%。
經(jīng)營(yíng)方面，飛馳汽車目前有超過(guò)769臺(tái)氫燃料電池客車在佛山正常運(yùn)營(yíng)，運(yùn)營(yíng)里程合計(jì)超過(guò)700萬(wàn)公里，均未出現(xiàn)安全事故。
眾多車廠紛紛布局氫能源客車，在政策推進(jìn)下，產(chǎn)業(yè)爆發(fā)在即。
2022年北京冬奧會(huì)就是一個(gè)良好的發(fā)展契機(jī)，2000輛氫燃料電池冬奧用車，是基礎(chǔ)配套設(shè)施建設(shè)的挑戰(zhàn)，更意味著氫能產(chǎn)業(yè)不可多得的發(fā)展機(jī)遇。
同時(shí)，在日前召開(kāi)的張家口市第十五屆人民代表大會(huì)第一次會(huì)議上，張家口市提出，未來(lái)五年，將加快構(gòu)建綠色交通體系，倡導(dǎo)低碳出行，大力推廣新能源汽車，提升氫能源汽車使用比例，完善充電、加氫等配套設(shè)施，到2025年公共交通領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)新能源汽車全覆蓋。
據(jù)了解，張家口市連續(xù)先后投入資金76034萬(wàn)元購(gòu)置氫燃料電池公交車，其中張家口市財(cái)政投入資金67325萬(wàn)元，推動(dòng)新能源公交車建設(shè)。
截至目前，全市共有公交車2375輛，其中新能源公交車1870輛，占比78.7%;主城區(qū)共有公交車905輛，其中新能源公交車712輛(包括氫燃料電池公交車304輛、插電混合公交車197輛、純電動(dòng)公交車211輛)。
至今年底，該市氫燃料電池公交車將再增加140輛，屆時(shí)氫燃料電池公交車將達(dá)到444輛。
除了在客車上的應(yīng)用外，氫燃料電池物流車是氫能在城市或城際中長(zhǎng)距離貨運(yùn)領(lǐng)域的一個(gè)細(xì)分應(yīng)用場(chǎng)景，目前是國(guó)內(nèi)在運(yùn)行氫燃料電池汽車的主要部分。
載荷能力>3噸，續(xù)航里程>400KM的氫燃料電池物流車將于2025~2030年間TCO成本經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于純電動(dòng)車。
脫碳最關(guān)鍵的一環(huán)是重卡，重卡造成的碳排放和環(huán)境污染遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他車型，目前國(guó)內(nèi)已推出多款氫能源重卡車型，并已展開(kāi)小范圍小批量的試運(yùn)營(yíng)。
2020年9月，北汽福田32T氫燃料電池重卡車型發(fā)布，搭載了109KW大功率氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)，電堆為國(guó)內(nèi)自主開(kāi)發(fā)，采用了液氫儲(chǔ)能系統(tǒng)，已通過(guò)-30攝氏度低溫冷啟動(dòng)試驗(yàn)。
江鈴重汽在2020年3月向上海智迪交付首批10臺(tái)江鈴?fù)埲剂想姵刂乜ǎ捎昧?5KW燃料電池系統(tǒng)，上汽集團(tuán)、長(zhǎng)城汽車的氫能重卡也已經(jīng)陸續(xù)簽約或交付。
對(duì)于載荷能力>35噸的重卡，在城際干線或支線物流等長(zhǎng)距離運(yùn)輸場(chǎng)景下，氫燃料電池重卡的全生命周期經(jīng)濟(jì)性將在2030年左右超過(guò)純電動(dòng)車型。
從消費(fèi)者角度看，氫燃料電池重卡的每公里TCO成本2025年將降低至5.6元/KM，相比2020年的降幅達(dá)到43.3%。到2035年、2050年分別降到3.21元/KM、1.94元/KM。
隨著氫燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)的急速發(fā)展，氫燃料電池重卡的動(dòng)力性能和續(xù)航能力將在干線或支線重載長(zhǎng)途物流領(lǐng)域發(fā)揮極大的優(yōu)勢(shì)。
到2050年，氫燃料電池重卡的電池功率提升至300KW，氫燃料耗能降低至6.1KM/100KM，續(xù)航能力提升至700KM。
08 溯洄從之，道阻且長(zhǎng)
在國(guó)內(nèi)，氫燃料電池乘用車仍未實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)與銷售，整車處于樣車制樣階段，購(gòu)置成本接近150萬(wàn)元。
500KM以上的乘用車將于2040年后達(dá)到同等續(xù)航能力的純電動(dòng)車相當(dāng)?shù)娜芷诔杀拘浴?/p>
國(guó)際上，美國(guó)、日本氫燃料電池乘用車?yán)塾?jì)銷量(含租賃)超過(guò)1萬(wàn)輛。多國(guó)在相關(guān)規(guī)劃中提出要推廣氫燃料電池乘用車。
如韓國(guó)政府于2019年發(fā)布的《氫經(jīng)濟(jì)路線圖》指出，在本土與海外范圍推廣氫燃料電池轎車，到2022年累計(jì)7.9萬(wàn)輛，2040年累計(jì)590萬(wàn)輛(本土275萬(wàn)輛)，并在出租車領(lǐng)域進(jìn)行示范應(yīng)用。
長(zhǎng)城汽車早在2016年6月開(kāi)始研發(fā)燃料電池，在五年時(shí)間內(nèi)通過(guò)全面深耕技術(shù)研發(fā)、擴(kuò)展市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)、推進(jìn)資本助力等方式布局燃料電池汽車高勢(shì)能領(lǐng)域。
2021年3月發(fā)布了最新的氫能戰(zhàn)略計(jì)劃，發(fā)布了氫檸技術(shù)平臺(tái)，未來(lái)三年預(yù)計(jì)再投入 30 億研發(fā)，計(jì)劃達(dá)到萬(wàn)輛以上配套規(guī)模，首款搭載氫能源乘用車預(yù)計(jì) 2022 年可以實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)上市。
上汽集團(tuán)于2020年9月13日，公布中國(guó)汽車行業(yè)首個(gè)“氫戰(zhàn)略”：上汽大通計(jì)劃在 2025 年前，推出至少十款燃料電池整車產(chǎn)品，上汽捷氫科技已建立起千人以上燃料電池研發(fā)運(yùn)營(yíng)團(tuán)隊(duì)，形成萬(wàn)輛級(jí)燃料電池整車產(chǎn)銷規(guī)模，市場(chǎng)占有率在 10%以上。
雖然汽車紛紛大力布局氫能乘用車，但氫能乘用車的應(yīng)用卻存在著兩點(diǎn)硬傷：
其一，深度脫碳的目標(biāo)主要是商用車，可以在一定時(shí)間內(nèi)容忍在氫能源在重卡等商用領(lǐng)域的補(bǔ)貼。
乘用車造成的碳排放比起商用車較小，脫碳路徑已經(jīng)確定是鋰電池，氫能乘用車補(bǔ)貼脫碳不具備必要性。
其二，平價(jià)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，可能需要等到2040年，和現(xiàn)有鋰電技術(shù)對(duì)比，在一定時(shí)間內(nèi)在經(jīng)濟(jì)性沒(méi)有展示出太大的競(jìng)爭(zhēng)力。
所以未來(lái)的一段時(shí)間內(nèi)氫能源車主要應(yīng)用在商務(wù)車上面，乘用車應(yīng)用還需等待技術(shù)突破和規(guī)模化降本。
09 尾聲
氫能源車作為深度脫碳的使者，正向我們緩緩走來(lái)，我們要做的是與其簽訂一份約定，將雙碳目標(biāo)進(jìn)行到底。
能耗、碳排放的確與經(jīng)濟(jì)發(fā)展息息相關(guān)，通過(guò)技術(shù)手段解決是各國(guó)政府的共同目標(biāo)，無(wú)論技術(shù)路徑如何變革，最終改善的是環(huán)境，受益的是自身。
在全球雙碳背景下，各國(guó)對(duì)氫能源尤為重視，做出了詳細(xì)的產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，一直在不斷推進(jìn)更新中。
技術(shù)進(jìn)步、迭代的速度有可能大幅超出我們的預(yù)期，會(huì)加速推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程。在這個(gè)背景下，過(guò)度關(guān)注眼前，可能會(huì)暫時(shí)保有經(jīng)濟(jì)性，卻很可能會(huì)讓我們錯(cuò)失一個(gè)迎接氫能大時(shí)代的機(jī)會(huì)。
