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今天的氢燃料电池,相当于10年前的锂电池

来源:创事记 浏览次数:789 发布日期:2021-07-30

 

在电动化浪潮之下,锂电池已成为炙手可热的黄金赛道。热点之外,如今又有一股新的技术力量逐渐壮大,它并不是要颠覆谁,而是作为锂电池的补充,成为能源变革的新推手。

今年以来,锂电池板块的高景气度再次超出了大家的认知,宁德时代(SZ:300750)的市值站上1.3万亿高点,众多二线锂电企业和材料企业的股价更是争先恐后地创下历史新高。相比之下,同样是新能源路线,氢燃料电池板块却显得格外冷清。

直到最近的一条消息让氢燃料电池重回大家视线,日本本田汽车宣布,自今年8月开始,将终止以氢气为燃料的氢燃料电池汽车的生产。就在半年前,日产宣布暂停与戴姆勒及福特合作开发燃料电池车的计划。

要知道,日本是布局燃料电池最早的国家之一,其两大车企先后放弃了氢燃料电池这条路线,本身就备受质疑的燃料电池车这回要彻底凉了吗?

面对新的技术,有人退出、有人进场,是再正常不过的事情。本田的氢燃料电池汽车累计销量仅1900台,本田关闭了氢燃料电池汽车工厂,主要还是迫于业绩压力。实际上本田的燃料电池业务并没有停止,其与通用汽车合作开发的氢燃料电池车仍在进行中。日本丰田也已在去年研发出第二代氢燃料电池汽车。

视线回到国内,作为新能源汽车推广最成功的国家之一,我国正在发力氢燃料电池领域。中国已累计推广氢燃料电池商用车超7000辆,悄然间已经是世界上运行氢燃料电池商用车最多的国家了。在半年后的2022年北京冬奥会上,张家口核心赛区的冬奥保障车辆将全部采用氢燃料电池客车,涉及大巴车、中巴车和小轿车等多个车型,总量将达到2000辆。

不过也得承认,氢燃料电池汽车跟电动汽车比起来,两者的规模和技术水平都还不能相提并论。根据公安部的汽车保有量数据,截至2021年6月,全国纯电动汽车保有量达493万辆,而氢燃料电池车全部加起来还不足1万辆,氢燃料电池汽车相当于电动汽车10年前的阶段。

一句话总结,国内的电动汽车已经实现商业化,并且在大步向前发展,而氢燃料电池汽车产业还处在商业化前期。那么我们国家为什么要大费周章的推广氢燃料电池,氢燃料电池未来的出路在哪里?


氢燃料电池的战略意义

【1】何谓氢燃料电池?

所谓氢燃料电池就是氢气与氧气通过电化学反应产生电能的能量转化装置。其放电的机理是氢气从阳极进入,在催化剂的作用下释放电子形成带正电荷的氢离子,接着氢离子从阳极穿过电解质膜跑到负极与氧气结合生产水,而电子则源源不断的流入电路形成电流。

图1:燃料电池工作原理,资料来源:招商证券

图1:燃料电池工作原理,资料来源:招商证券


整个过程只会生产水和热(该电化学反应属于放热反应),是真正意义上的零排放、零污染。这看起来是一个极其完美的方案,但是社会上对氢燃料电池的质疑声却不绝于耳。

在文章开篇,笔者有必要就大众对氢燃料电池车不安全的误解做些补充说明:

大家印象中的氢气属于国家管制危险化学品,易燃易爆,极其危险。实际上氢气的着火点为500°C,远高于汽油的300°C,另外氢气是密度最低的物质,即使泄漏,在空气中也很容易向上扩散并迅速稀释,所以氢气并非大家想象的那样易燃易爆。

其次,氢燃料电池的放电只是一个电化学过程,电池的内部根本就不会发生氢气和氧气燃烧,当然也就不会有火苗,这一点跟锂电池是类似的。所以驾驶氢燃料电池车并不是人坐车里,车上烧着氢气炉子。

最后,讲讲储氢瓶,这相当于传统燃油车的油箱,其安全性更是有保障。这瓶子不仅耐得住火烧、枪击,碰到车辆着火,只要储氢瓶的温度超过设计值,储氢瓶的阀门会自动开启,迅速排出氢气。

早在2008年的北京奥运会期间,福田与清华大学共同研制的氢燃料电池客车就开始示范运行,到了2016年,国内首条氢能源公交线路在佛山市投入使用,至今未有一例氢燃料电池车的安全事故。

【2】能源命脉要掌握在自己手中

燃料电池是氢能的重要应用领域之一,而氢能不单单是清洁能源,更是具有国家战略意义的能源。众所周知,我国是典型的“富煤、缺油、少气”的国家,国内使用的石油严重依赖进口,并且石油的进口量和对外依存度度在逐年提升。

所以说国家推广氢能和光伏、风电等可再生能源的初衷是一样的,就是减少对石油的依赖,保障我国的能源安全,避免未来被卡脖子。

你看“缺油缺煤”的日本早在2013年就发布《日本再复兴战略》,将氢能源的发展纳入了国家发展战略,我国也在2016年发布的《能源技术革命创新行动计划(2016—2030年)》中将氢能源的发展列入了国家能源战略的部署中。

图2:我国的石油进口量和对外依存度逐年提升,资料来源:BP,华创证券

图2:我国的石油进口量和对外依存度逐年提升,资料来源:BP,华创证券


【3】氢电互补

从碳排放角度,为了达成我国2060年碳中和的宏伟目标,我们也同样需要发展燃料电池。

相信有人会对这个结论有疑问,汽车用上锂电池照样可以实现零排放,并且电动车已经基本实现平价化了,整个锂电池产业链已经形成规模;相反,同时起跑的燃料电池仍处在商业化早期,跟国外的差距还比较大,还有什么必要再发展氢燃料电池?

毋庸置疑,国内汽车的电动化成效显著,销量屡创新高,但是电动车的增长主要来自乘用车,商用车几乎没有增长,尤其是中长途的重卡领域,电动化进展缓慢,甚至受阻。过去几年,新能源商用车在新能源内部渗透率不升反降,到了2020年新能源商用车的占比仅有9%。

图3:新能源商用车占新能源车内部比重较低,资料来源:中汽协,长江证券研究所

图3:新能源商用车占新能源车内部比重较低,资料来源:中汽协,长江证券研究所

究其原因,锂电池能量密度低,充电时间长等短板难以解决。讲到这里有人会想到固态电池,在《固态电池军备竞赛悄然开局》一文中我们总结固态电池是锂电池的“升级版”,主要还是是为了解决安全问题,并不能解决电池重量过大的问题。

假如真要让长途重卡换上锂电池,这相当于是带着电池在跑(40吨的电动重卡,想要实现500公里续航需要近10吨的电池),中途还要停上几个小时充电,经济性可想而知。

再就是低温性能,像磷酸铁锂电池,固然有成本低、安全性高的优势,但是一到冬天就怂了。尤其是长城以北地区,冬天车内开暖气,续航要大打折扣,所以我们看到北方地区电动公交的普及率远低于南方地区。而氢燃料电池车的优势在于,燃料加注时间和续航里程基本上跟燃油车相同,续航里程可轻松达500公里以上,冬天也有余热供车内取暖。

最具代表性的是丰田新一代Mirai氢燃料电池汽车,其续航里程达到850km、加氢时间仅需5分钟、零下30°C低温启动。

更重要的一点,商用车保有量仅占我国汽车保有量的12%左右,却是交通领域碳排放的“罪魁祸首”。根据中国移动源环境管理年报(2020)数据,商用车温室气体排放量占到了交通领域的77.3%。

图4:商用车占交通领域温室气体排放绝大多数,资料来源:《中国移动源环境管理年报(2020)》

图4:商用车占交通领域温室气体排放绝大多数,资料来源:《中国移动源环境管理年报(2020)》

所以国家发展氢燃料电池并非是以清洁能源的名义干掉锂电池,而是与锂电池并存互补,锂电池的投资者并不用担忧这个问题。在乘用车领域,电动化方案已经达成共识(当然氢燃料电池在价格方面也竞争不过锂电池);在中长途、载重型的商用车领域,氢燃料电池更胜一筹,相当于是未来多了一个新赛道。

所以我国燃料电池产业化应用一直聚焦在商用车领域,当前国内氢燃料电池汽车保有量近8000辆,其中商用车占了7000余辆。

图5:氢燃料电池的优点,资料来源:方正证券

图5:氢燃料电池的优点,资料来源:方正证券

现状:燃料电池产业化的挑战

实际上,氢燃料电池技术和纯电动技术几乎同时起步,并且国内出台的各项新能源鼓励政策,不管是补贴还是优先上牌、不限行政策全都包含燃料电池汽车。但是肉眼可见两者的差距还是较大,现在纯电动车已经满大街跑了,氢燃料电池汽车在很多地区甚至见不到踪影。如果说锂电池是能快速成长的新青年,那燃料电池还是嗷嗷待哺的婴儿,尚离不开政府补贴。

总体而言,氢燃料电池由于技术、成本、产业的原因,一直无法大规模推广,结果就是出现以下“三高”:

【1】氢燃料电池成本高

客观的讲,我们国家燃料电池技术研发启动也比较早,从2001开始,国家就发布“863电动汽车重卡科技专项”政策,开始燃料电池的应用开发。通过多年的技术研发也是取得了一定进展,从早期的依赖进口到现在实现大部分国产化。

以燃料电池系统成本占比最大的电堆为例,根据2019年的电堆出货数据,以新源动力和亿华通(688339)为主的国产电堆占比已经超过50%。此前还有美锦能源(000723)的控股子公司飞驰汽车出口氢燃料电池汽车到马来西亚的成功案例。

不过与国外的技术相比,我们国家在基础关键材料以及氢燃料电池的寿命、成本、量产一致性上还是存在着比较大的差距,结果就是部分核心材料还要依靠进口,已经实现国产化的材料也还未能完全替代进口材料。叠加氢燃料电池还未形成规模,无法分摊成本,导致燃料电池车的成本是燃油车的2倍以上,没有政策补贴根本卖不动。

针对上述问题,财政部等五部委于2020年9月发布了《关于开展燃料电池汽车示范应用的通知》,文件特别规定奖励的资金不能用于整车投资和加氢站的基础设施建设,而是用于核心技术、产业化和示范应用,这是针对氢燃料电池产业目前的短板给予的支持政策,集中力量攻克核心关键技术,力求早日实现国产化。

同时这次政府吸取了电动车补贴时代的经验,不再采取大水漫灌似的粗暴方法,而是采取以奖代补的扶持方案,同时要求满足条件的城市群申报。简单说就是,你这个地方适合发展氢燃料电池产业,才同意你申报,等到后面有实际成果了,钱才能补贴给你。

【2】氢气使用成本高

对于消费者而言,电动车的使用成本低是主要购买因素之一,但到了燃料电池车这里,使用成本过高变成了制约因素。当前国内氢气每公斤售价还高达60~80元,未来只有将氢气的成本降到30元/kg以内,氢燃料汽车才能与传统燃油商用车竞争。

再看国产电动神车五菱宏光MINI EV,售价2.98万元起,不仅价格便宜,用起来也香,销量自然碾压燃料电池车。所以燃料电池汽车要想实现商业化,最基本是要让老百姓买得起、用得起。

【3】加氢站建设成本高

跟电动车当初充电不方便一样,当前氢燃料电池汽车的推广同样受到加氢站不足的制约。主要是加氢站的建设成本高,中小型加氢站需要投入约1200万元以上,而大型的加氢站则可能需耗资金4000万元。尽管建设加氢站有财政补贴,但是动辄上千万的单站投入仍然让很多企业却步。同时,加氢站的高成本也导致氢气加注成本居高不下。

截止目前,中国已累计建成加氢站165座,离规模化还远远不够。更困难的是已经建成的加氢站,由于氢燃料电池车未成规模,加注量太少,大部分加氢站还是处在亏损中。

最终反应在销量上面就是2020年中国燃料电池车销量仅1177辆,与纯电动车的111万辆形成了鲜明对比。不过现在贵不代表未来贵,毕竟在降成本这件事情上,中国人冠绝全球(锂电池和光伏的成本在过去十年降低了90%以上)。

值得注意的是,燃料电池后面的十年也必须得实现锂电池和光伏产业在过去十年取得的进步,才能在商用车领域站稳脚跟。因为锂电池的技术和产业模式还在不停的发展,现在商用车的换电模式就已经开始探索,就看谁跑的更快。


燃料电池的未来看中国

当今全世界范围正在经历能源革命,中国的新能源发展是世界公认的,放到燃料电池领域,技术暂时落后的中国仍然最有希望成为燃料电池的引领者。

【1】政策先行

在去年国家发布燃料电池推广政策后,各地方的相关规划也密集出台。

比如《北京市氢燃料电池汽车产业发展规划(2020-2025年)》提出:2023年前,力争推广氢燃料电池汽车3000辆、建成加氢站37座;2025年前,力争实现氢燃料电池汽车累计推广量突破1万辆、再新建加氢站37座。

而《上海市燃料电池汽车产业创新发展实施计划》则提出,到2023年规划加氢站接近100座并建成运行超过30座,形成产出规模约1000亿元,推广燃料电池汽车接近10000辆。

根据中国《节能与新能源汽车产业技术路线图》规划,到2030年我国将实现氢燃料电池车推广累计100万辆(注:2018年新能源汽车销量首次达到100万辆),投资建设加氢站超1000座,实现氢燃料电池的大规模商业应用。其实从2022年的冬奥会采用氢燃料电池这一举措,我们同样能看到国家要大力发展氢燃料电池的决心。

图6:我国氢燃料电池汽车推广及加氢站建设规划,资料来源:亿华通招股说明书,《节能与新能源汽车产业技术路线图》

  图6:我国氢燃料电池汽车推广及加氢站建设规划,资料来源:亿华通招股说明书,《节能与新能源汽车产业技术路线图》

还是以锂电池为例,从2009年开始,短短十年间,中国的锂电池产业在全球已具备举足轻重的地位,锂电池的产量占据全球产量的一半,在技术和成本上都具备不错的竞争力,来自国家的政策支持至关重要。映射到燃料电池领域,未来的发展同样离不开政策支持。

【2】资源禀赋-可再生能源丰富

燃料电池的发展高度依赖氢能产业的发展。虽说氢气是清洁能源,但是制氢工艺很多谈不上清洁,只有利用光伏、风电等可再生能源发电制氢才能真正做到碳排放为零。讲到光伏、风电,这又是中国的优势所在。

中国不仅仅是风电、光伏装机量和出货量世界第一,技术水平和产业链同样处于世界一流水平。同时,中国也有世界领先的特高压输电技术,未来还可以实现远距离输电,当地制氢。

根据发改委能源研究所的研究结果,国内10%的弃电(弃风、光、水电)就能够满足国内2025年氢燃料电池汽车的用氢需求,50%的弃电能够满足2035年氢燃料电池汽车用氢需求。你看现在已有行业巨头开始行动布局制氢领域了,比如隆基股份(SH:601012)。

所以不难理解为什么现代、丰田等头部氢燃料电池企业纷纷在中国布局氢燃料电池产业链。现代汽车在海外的首个氢燃料电池系统生产和销售基地就选择了我国的广州。去年6月5日,丰田携亿华通(SH:688339)和北汽、广汽、一汽、东风成立“联合燃料电池系统研发(北京)有限公司”,主要业务为在中国开展商用车氢燃料电池系统研发工作。

还有汽车零部件巨头博世,去年已在无锡建成氢燃料电池中心,今年3月,博世还与庆铃汽车共同成立合资公司,将进一步推进燃料电池在中国的产业化进程。

丰田、现代等一流企业的进入还能引发“鲶鱼效应”,国内企业的市场竞争水平都将随之提高,就跟当初特斯拉落户上海一样。另外,与国际头部企业的合作也能大幅缩短从开发到产品化所需时间,加快氢燃料电池汽车的普及。

值得庆幸的是,燃料电池的现状跟当年锂电池的市场格局是完全不一样的,当年国内锂电池企业放到全球是一个能打的都没有,所以国家特意设置了“白名单”,阻止了LG、松下等国际巨头的进攻,让国内锂电企业先发展起来。再看现在这个时点,燃料电池产业链上已经涌现出一批优秀的企业,国外企业也在积极的寻求与国内的企业合作。


乐观主义者的守望

氢燃料电池的作为全新的技术路线,其技术含量不比锂电池低,想要实现商业化很难一蹴而就。以电动车为参照,电动汽车锂电池能有今天的技术和规模是有前期消费锂电池领域的长时间的积累,在车用锂电池发展之前,国内的锂电池产业依托智能手机等消费电子已经积累了一定的技术和规模。比如动力电池龙头宁德时代,也是脱胎于消费锂电池龙头ATL。

在我们看来,发展燃料电池产业,前期还是会以氢气资源丰富的地区作为发展的重点,待形成一定的规模优势后,以点带面全部铺开。原则就是先让氢燃料电池车跑起来,有了规模,技术的突破和成本的下降往往会超出市场的预期。

股票投资者,是天生的乐天派,我们还是应该客观积极的看待氢燃料电池的未来发展,也许十年之后,待氢燃料电池汽车年销售量达到100万的时候,这幅蓝图就更为清晰动人。

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