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    今天的氫燃料電池,相當于10年前的鋰電池

    發布日期:2021-08-03

    核心提示:在電動化浪潮之下,鋰電池已成為炙手可熱的黃金賽道。熱點之外,如今又有一股新的技術力量逐漸壯大,它并不是要顛覆誰,而是作為
     在電動化浪潮之下,鋰電池已成為炙手可熱的黃金賽道。熱點之外,如今又有一股新的技術力量逐漸壯大,它并不是要顛覆誰,而是作為鋰電池的補充,成為能源變革的新推手。
      今年以來,鋰電池板塊的高景氣度再次超出了大家的認知,寧德時代(SZ:300750)的市值站上1.3萬億高點,眾多二線鋰電企業和材料企業的股價更是爭先恐后地創下歷史新高。相比之下,同樣是新能源路線,氫燃料電池板塊卻顯得格外冷清。
      直到最近的一條消息讓氫燃料電池重回大家視線,日本本田汽車宣布,自今年8月開始,將終止以氫氣為燃料的氫燃料電池汽車的生產。就在半年前,日產宣布暫停與戴姆勒及福特合作開發燃料電池車的計劃。
      要知道,日本是布局燃料電池最早的國家之一,其兩大車企先后放棄了氫燃料電池這條路線,本身就備受質疑的燃料電池車這回要徹底涼了嗎?
     
      面對新的技術,有人退出、有人進場,是再正常不過的事情。本田的氫燃料電池汽車累計銷量僅1900臺,本田關閉了氫燃料電池汽車工廠,主要還是迫于業績壓力。實際上本田的燃料電池業務并沒有停止,其與通用汽車合作開發的氫燃料電池車仍在進行中。日本豐田也已在去年研發出第二代氫燃料電池汽車。
      視線回到國內,作為新能源汽車推廣最成功的國家之一,我國正在發力氫燃料電池領域。中國已累計推廣氫燃料電池商用車超7000輛,悄然間已經是世界上運行氫燃料電池商用車最多的國家了。在半年后的2022年北京冬奧會上,張家口核心賽區的冬奧保障車輛將全部采用氫燃料電池客車,涉及大巴車、中巴車和小轎車等多個車型,總量將達到2000輛。
      不過也得承認,氫燃料電池汽車跟電動汽車比起來,兩者的規模和技術水平都還不能相提并論。根據公安部的汽車保有量數據,截至2021年6月,全國純電動汽車保有量達493萬輛,而氫燃料電池車全部加起來還不足1萬輛,氫燃料電池汽車相當于電動汽車10年前的階段。
      一句話總結,國內的電動汽車已經實現商業化,并且在大步向前發展,而氫燃料電池汽車產業還處在商業化前期。那么我們國家為什么要大費周章的推廣氫燃料電池,氫燃料電池未來的出路在哪里?
     
      氫燃料電池的戰略意義
      【1】何謂氫燃料電池?
      所謂氫燃料電池就是氫氣與氧氣通過電化學反應產生電能的能量轉化裝置。其放電的機理是氫氣從陽極進入,在催化劑的作用下釋放電子形成帶正電荷的氫離子,接著氫離子從陽極穿過電解質膜跑到負極與氧氣結合生產水,而電子則源源不斷的流入電路形成電流。
    圖1:燃料電池工作原理,資料來源:招商證券圖1:燃料電池工作原理,資料來源:招商證券
      整個過程只會生產水和熱(該電化學反應屬于放熱反應),是真正意義上的零排放、零污染。這看起來是一個極其完美的方案,但是社會上對氫燃料電池的質疑聲卻不絕于耳。
      在文章開篇,筆者有必要就大眾對氫燃料電池車不安全的誤解做些補充說明:
      大家印象中的氫氣屬于國家管制危險化學品,易燃易爆,極其危險。實際上氫氣的著火點為500°C,遠高于汽油的300°C,另外氫氣是密度最低的物質,即使泄漏,在空氣中也很容易向上擴散并迅速稀釋,所以氫氣并非大家想象的那樣易燃易爆。
      其次,氫燃料電池的放電只是一個電化學過程,電池的內部根本就不會發生氫氣和氧氣燃燒,當然也就不會有火苗,這一點跟鋰電池是類似的。所以駕駛氫燃料電池車并不是人坐車里,車上燒著氫氣爐子。
      最后,講講儲氫瓶,這相當于傳統燃油車的油箱,其安全性更是有保障。這瓶子不僅耐得住火燒、槍擊,碰到車輛著火,只要儲氫瓶的溫度超過設計值,儲氫瓶的閥門會自動開啟,迅速排出氫氣。
      早在2008年的北京奧運會期間,福田與清華大學共同研制的氫燃料電池客車就開始示范運行,到了2016年,國內首條氫能源公交線路在佛山市投入使用,至今未有一例氫燃料電池車的安全事故。
      【2】能源命脈要掌握在自己手中
      燃料電池是氫能的重要應用領域之一,而氫能不單單是清潔能源,更是具有國家戰略意義的能源。眾所周知,我國是典型的“富煤、缺油、少氣”的國家,國內使用的石油嚴重依賴進口,并且石油的進口量和對外依存度度在逐年提升。
      所以說國家推廣氫能和光伏、風電等可再生能源的初衷是一樣的,就是減少對石油的依賴,保障我國的能源安全,避免未來被卡脖子。
      你看“缺油缺煤”的日本早在2013年就發布《日本再復興戰略》,將氫能源的發展納入了國家發展戰略,我國也在2016年發布的《能源技術革命創新行動計劃(2016—2030年)》中將氫能源的發展列入了國家能源戰略的部署中。
    圖2:我國的石油進口量和對外依存度逐年提升,資料來源:BP,華創證券圖2:我國的石油進口量和對外依存度逐年提升,資料來源:BP,華創證券
      【3】氫電互補
      從碳排放角度,為了達成我國2060年碳中和的宏偉目標,我們也同樣需要發展燃料電池。
      相信有人會對這個結論有疑問,汽車用上鋰電池照樣可以實現零排放,并且電動車已經基本實現平價化了,整個鋰電池產業鏈已經形成規模;相反,同時起跑的燃料電池仍處在商業化早期,跟國外的差距還比較大,還有什么必要再發展氫燃料電池?
      毋庸置疑,國內汽車的電動化成效顯著,銷量屢創新高,但是電動車的增長主要來自乘用車,商用車幾乎沒有增長,尤其是中長途的重卡領域,電動化進展緩慢,甚至受阻。過去幾年,新能源商用車在新能源內部滲透率不升反降,到了2020年新能源商用車的占比僅有9%。
    圖3:新能源商用車占新能源車內部比重較低,資料來源:中汽協,長江證券研究所圖3:新能源商用車占新能源車內部比重較低,資料來源:中汽協,長江證券研究所
      究其原因,鋰電池能量密度低,充電時間長等短板難以解決。講到這里有人會想到固態電池,在《固態電池軍備競賽悄然開局》一文中我們總結固態電池是鋰電池的“升級版”,主要還是是為了解決安全問題,并不能解決電池重量過大的問題。
      假如真要讓長途重卡換上鋰電池,這相當于是帶著電池在跑(40噸的電動重卡,想要實現500公里續航需要近10噸的電池),中途還要停上幾個小時充電,經濟性可想而知。
      再就是低溫性能,像磷酸鐵鋰電池,固然有成本低、安全性高的優勢,但是一到冬天就慫了。尤其是長城以北地區,冬天車內開暖氣,續航要大打折扣,所以我們看到北方地區電動公交的普及率遠低于南方地區。而氫燃料電池車的優勢在于,燃料加注時間和續航里程基本上跟燃油車相同,續航里程可輕松達500公里以上,冬天也有余熱供車內取暖。
      最具代表性的是豐田新一代Mirai氫燃料電池汽車,其續航里程達到850km、加氫時間僅需5分鐘、零下30°C低溫啟動。
      更重要的一點,商用車保有量僅占我國汽車保有量的12%左右,卻是交通領域碳排放的“罪魁禍首”。根據中國移動源環境管理年報(2020)數據,商用車溫室氣體排放量占到了交通領域的77.3%。
    圖4:商用車占交通領域溫室氣體排放絕大多數,資料來源:《中國移動源環境管理年報(2020)》圖4:商用車占交通領域溫室氣體排放絕大多數,資料來源:《中國移動源環境管理年報(2020)》
      所以國家發展氫燃料電池并非是以清潔能源的名義干掉鋰電池,而是與鋰電池并存互補,鋰電池的投資者并不用擔憂這個問題。在乘用車領域,電動化方案已經達成共識(當然氫燃料電池在價格方面也競爭不過鋰電池);在中長途、載重型的商用車領域,氫燃料電池更勝一籌,相當于是未來多了一個新賽道。
      所以我國燃料電池產業化應用一直聚焦在商用車領域,當前國內氫燃料電池汽車保有量近8000輛,其中商用車占了7000余輛。
    圖5:氫燃料電池的優點,資料來源:方正證券圖5:氫燃料電池的優點,資料來源:方正證券
      現狀:燃料電池產業化的挑戰
      實際上,氫燃料電池技術和純電動技術幾乎同時起步,并且國內出臺的各項新能源鼓勵政策,不管是補貼還是優先上牌、不限行政策全都包含燃料電池汽車。但是肉眼可見兩者的差距還是較大,現在純電動車已經滿大街跑了,氫燃料電池汽車在很多地區甚至見不到蹤影。如果說鋰電池是能快速成長的新青年,那燃料電池還是嗷嗷待哺的嬰兒,尚離不開政府補貼。
      總體而言,氫燃料電池由于技術、成本、產業的原因,一直無法大規模推廣,結果就是出現以下“三高”:
      【1】氫燃料電池成本高
      客觀的講,我們國家燃料電池技術研發啟動也比較早,從2001開始,國家就發布“863電動汽車重卡科技專項”政策,開始燃料電池的應用開發。通過多年的技術研發也是取得了一定進展,從早期的依賴進口到現在實現大部分國產化。
      以燃料電池系統成本占比最大的電堆為例,根據2019年的電堆出貨數據,以新源動力和億華通(688339)為主的國產電堆占比已經超過50%。此前還有美錦能源(000723)的控股子公司飛馳汽車出口氫燃料電池汽車到馬來西亞的成功案例。
      不過與國外的技術相比,我們國家在基礎關鍵材料以及氫燃料電池的壽命、成本、量產一致性上還是存在著比較大的差距,結果就是部分核心材料還要依靠進口,已經實現國產化的材料也還未能完全替代進口材料。疊加氫燃料電池還未形成規模,無法分攤成本,導致燃料電池車的成本是燃油車的2倍以上,沒有政策補貼根本賣不動。
      針對上述問題,財政部等五部委于2020年9月發布了《關于開展燃料電池汽車示范應用的通知》,文件特別規定獎勵的資金不能用于整車投資和加氫站的基礎設施建設,而是用于核心技術、產業化和示范應用,這是針對氫燃料電池產業目前的短板給予的支持政策,集中力量攻克核心關鍵技術,力求早日實現國產化。
      同時這次政府吸取了電動車補貼時代的經驗,不再采取大水漫灌似的粗暴方法,而是采取以獎代補的扶持方案,同時要求滿足條件的城市群申報。簡單說就是,你這個地方適合發展氫燃料電池產業,才同意你申報,等到后面有實際成果了,錢才能補貼給你。
      【2】氫氣使用成本高
      對于消費者而言,電動車的使用成本低是主要購買因素之一,但到了燃料電池車這里,使用成本過高變成了制約因素。當前國內氫氣每公斤售價還高達60~80元,未來只有將氫氣的成本降到30元/kg以內,氫燃料汽車才能與傳統燃油商用車競爭。
      再看國產電動神車五菱宏光MINI EV,售價2.98萬元起,不僅價格便宜,用起來也香,銷量自然碾壓燃料電池車。所以燃料電池汽車要想實現商業化,最基本是要讓老百姓買得起、用得起。
      【3】加氫站建設成本高
      跟電動車當初充電不方便一樣,當前氫燃料電池汽車的推廣同樣受到加氫站不足的制約。主要是加氫站的建設成本高,中小型加氫站需要投入約1200萬元以上,而大型的加氫站則可能需耗資金4000萬元。盡管建設加氫站有財政補貼,但是動輒上千萬的單站投入仍然讓很多企業卻步。同時,加氫站的高成本也導致氫氣加注成本居高不下。
      截止目前,中國已累計建成加氫站165座,離規?;€遠遠不夠。更困難的是已經建成的加氫站,由于氫燃料電池車未成規模,加注量太少,大部分加氫站還是處在虧損中。
      最終反應在銷量上面就是2020年中國燃料電池車銷量僅1177輛,與純電動車的111萬輛形成了鮮明對比。不過現在貴不代表未來貴,畢竟在降成本這件事情上,中國人冠絕全球(鋰電池和光伏的成本在過去十年降低了90%以上)。
      值得注意的是,燃料電池后面的十年也必須得實現鋰電池和光伏產業在過去十年取得的進步,才能在商用車領域站穩腳跟。因為鋰電池的技術和產業模式還在不停的發展,現在商用車的換電模式就已經開始探索,就看誰跑的更快。
      燃料電池的未來看中國
      當今全世界范圍正在經歷能源革命,中國的新能源發展是世界公認的,放到燃料電池領域,技術暫時落后的中國仍然最有希望成為燃料電池的引領者。
      【1】政策先行
      在去年國家發布燃料電池推廣政策后,各地方的相關規劃也密集出臺。
      比如《北京市氫燃料電池汽車產業發展規劃(2020-2025年)》提出:2023年前,力爭推廣氫燃料電池汽車3000輛、建成加氫站37座;2025年前,力爭實現氫燃料電池汽車累計推廣量突破1萬輛、再新建加氫站37座。
      而《上海市燃料電池汽車產業創新發展實施計劃》則提出,到2023年規劃加氫站接近100座并建成運行超過30座,形成產出規模約1000億元,推廣燃料電池汽車接近10000輛。
      根據中國《節能與新能源汽車產業技術路線圖》規劃,到2030年我國將實現氫燃料電池車推廣累計100萬輛(注:2018年新能源汽車銷量首次達到100萬輛),投資建設加氫站超1000座,實現氫燃料電池的大規模商業應用。其實從2022年的冬奧會采用氫燃料電池這一舉措,我們同樣能看到國家要大力發展氫燃料電池的決心。
    圖6:我國氫燃料電池汽車推廣及加氫站建設規劃,資料來源:億華通招股說明書,《節能與新能源汽車產業技術路線圖》  圖6:我國氫燃料電池汽車推廣及加氫站建設規劃,資料來源:億華通招股說明書,《節能與新能源汽車產業技術路線圖》
      還是以鋰電池為例,從2009年開始,短短十年間,中國的鋰電池產業在全球已具備舉足輕重的地位,鋰電池的產量占據全球產量的一半,在技術和成本上都具備不錯的競爭力,來自國家的政策支持至關重要。映射到燃料電池領域,未來的發展同樣離不開政策支持。
      【2】資源稟賦-可再生能源豐富
      燃料電池的發展高度依賴氫能產業的發展。雖說氫氣是清潔能源,但是制氫工藝很多談不上清潔,只有利用光伏、風電等可再生能源發電制氫才能真正做到碳排放為零。講到光伏、風電,這又是中國的優勢所在。
      中國不僅僅是風電、光伏裝機量和出貨量世界第一,技術水平和產業鏈同樣處于世界一流水平。同時,中國也有世界領先的特高壓輸電技術,未來還可以實現遠距離輸電,當地制氫。
      根據發改委能源研究所的研究結果,國內10%的棄電(棄風、光、水電)就能夠滿足國內2025年氫燃料電池汽車的用氫需求,50%的棄電能夠滿足2035年氫燃料電池汽車用氫需求。你看現在已有行業巨頭開始行動布局制氫領域了,比如隆基股份(SH:601012)。
      所以不難理解為什么現代、豐田等頭部氫燃料電池企業紛紛在中國布局氫燃料電池產業鏈?,F代汽車在海外的首個氫燃料電池系統生產和銷售基地就選擇了我國的廣州。去年6月5日,豐田攜億華通(SH:688339)和北汽、廣汽、一汽、東風成立“聯合燃料電池系統研發(北京)有限公司”,主要業務為在中國開展商用車氫燃料電池系統研發工作。
      還有汽車零部件巨頭博世,去年已在無錫建成氫燃料電池中心,今年3月,博世還與慶鈴汽車共同成立合資公司,將進一步推進燃料電池在中國的產業化進程。
      豐田、現代等一流企業的進入還能引發“鯰魚效應”,國內企業的市場競爭水平都將隨之提高,就跟當初特斯拉落戶上海一樣。另外,與國際頭部企業的合作也能大幅縮短從開發到產品化所需時間,加快氫燃料電池汽車的普及。
      值得慶幸的是,燃料電池的現狀跟當年鋰電池的市場格局是完全不一樣的,當年國內鋰電池企業放到全球是一個能打的都沒有,所以國家特意設置了“白名單”,阻止了LG、松下等國際巨頭的進攻,讓國內鋰電企業先發展起來。再看現在這個時點,燃料電池產業鏈上已經涌現出一批優秀的企業,國外企業也在積極的尋求與國內的企業合作。
      樂觀主義者的守望
      氫燃料電池的作為全新的技術路線,其技術含量不比鋰電池低,想要實現商業化很難一蹴而就。以電動車為參照,電動汽車鋰電池能有今天的技術和規模是有前期消費鋰電池領域的長時間的積累,在車用鋰電池發展之前,國內的鋰電池產業依托智能手機等消費電子已經積累了一定的技術和規模。比如動力電池龍頭寧德時代,也是脫胎于消費鋰電池龍頭ATL。
      在我們看來,發展燃料電池產業,前期還是會以氫氣資源豐富的地區作為發展的重點,待形成一定的規模優勢后,以點帶面全部鋪開。原則就是先讓氫燃料電池車跑起來,有了規模,技術的突破和成本的下降往往會超出市場的預期。
      股票投資者,是天生的樂天派,我們還是應該客觀積極的看待氫燃料電池的未來發展,也許十年之后,待氫燃料電池汽車年銷售量達到100萬的時候,這幅藍圖就更為清晰動人。

     
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