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《氢能产业趋势研究》之三:国内外氢能产业化推进情况及发展规划

时间:  2021-06-02 16:22   来源:  产业观察者    作者:  网络转载

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近20年来,全球氢能和燃料电池进入产业化发展阶段,中国的产业化正从“资本家(含地方政府引导基金)+科学家”模式到产业资本全面进入的时代。“科技人才+应用场景+政府补贴+资本推动”成为氢能和燃料电池汽车产业发展的四大推动力。

1、国内外主要燃料电池产业化探索企业及人才来源

尽管燃料电池汽车在第一次石油危机后并没有发展起来,但作为一项研究近200年的技术路线,人类对氢能和燃料电池的探索从来就没有停止,其中加拿大、美国、欧洲、日本、中国、韩国对燃料电池都有持续的研究。由于涉及太多的技术环节,所以直到上世纪50年代现有的质子交换膜燃料电池才形成共识,到80年代开始工程研究,进入90年代开始产业化进程,2000年左右中国进入产业化。

成立于1979年的加拿大巴拉德是国际上最知名的燃料电池研究企业,一开始做高能量锂电池研究,1989年开始定位质子交换膜燃料电池的研究,到目前为止,巴拉德已经向市场交付超过250MW的燃料电池产品,并成为全球大部分燃料电池企业原型机研发的源头,丰田、戴姆勒、通用最初的产品基本上都源自巴拉德。2018年8月潍柴动力斥资1.63亿美元收购其19.9%的股份,成为巴拉德的第一大股东,并在中国成立合资公司——潍柴巴拉德。因为巴拉德曾经有30多名华人科学家,所以,国内电堆龙头企业国鸿氢能(购买巴拉德的第二代技术)、膜电极企业鸿基创能、上海亿氢、广东泰极三家公司的首席科学家都来自巴拉德。

Hydrogenics Corporation(水吉能)成立于1948年,是一家基于水电解和质子交换膜(PEM)技术的制氢和燃料电池产品的开发和制造企业,拥有70多年的经验。公司在2018年6月25日为美国第一艘高速海船提供燃料电池。2019年9月康明斯完成对Hydrogenics的收购。

从发展路径来看,加拿大几乎是燃料电池研究的源头,早期的产业化探索欧洲、日本、韩国主要是整车企业的储备项目,而美国和中国则因为资本市场的支持更多表现为新的进入者,就如同电动汽车的“新势力”。目前,中国的燃料电池市场集中了来自加拿大、日本、美国、欧洲以及中国本土培养的一批具有国际水平的燃料电池科学家。

最早在中国开始燃料电池产业化的是1998年的上海神力,由从加拿大巴拉德工程院归国的胡里清博士创办,然后是2001年大连化物所成立了新源动力。目前国内很大一部分的燃料电池企业的技术源头几乎都与巴拉德和大连化物所相关,还有一部分科学家来自美国、日本和国内高等院校。

大连化物所衣宝廉坚持研发燃料电池,并持续培养了国内一批燃料电池专业团队,此外,武汉理工、上海交大、同济大学、清华大学都对燃料电池技术有持续的研究,并且建立了产学研一体化的创业企业。其中清华大学成立的亿华通已经上市,理工氢电是国内膜电极的龙头,累计销售膜电极超过170万片,已是全球第五大膜电极供应商。

2、“鸡生蛋还是蛋生鸡”:应用场景探索

燃料电池和锂离子电池汽车发展的初期一样,需要解决基础建设的问题,只要是有车就必须要有加氢站,现阶段,一座加氢站的成本大约在1500万左右,到目前为止全球有536个加氢站在运行,22座已建成但停止运行,92座在建,203座在规划中。在这843座已建成、在建和拟建加氢站中,中国共有287座列全球第一,日本146座、德国和美国各109座,法国51座,韩国47座,荷兰15座,瑞士11座,其他国家均不超过10座。

中国的加氢站主要布局在佛山、上海、张家口和山东等地,主要是地方政府推动氢能产业基地。

在2019年前,世界加氢站建设最多的是日本,日本丰田的燃料电池技术全球领先,整个产业链也很健康,但日本的燃料电池汽车发展并不理想,究其原因应该还是氢气供应和加氢站太过分散的问题。

韩国选择大约4个重点城市率先试点,而且韩国政府给予了燃料电池产业更大的鼓励(韩国补贴50%,日本补贴约25%),2018年现代推出第二代量产车型——NEXO,到2019年销量大幅超过日本,到2020年,现代成为全球累计销售燃料电池汽车最多的企业。

在美国,加州是推动燃料电池产业最积极的城市,几乎所有的加氢站都在加州。与此同时,美国的燃料电池企业如Plug和Nikola实际上是在寻求车辆与加氢站的平衡。Plug的燃料电池叉车是一项由政府对食品超市叉车标准要求产生的业务,即政府要求超市食品用叉车必须做到零排放,Plug主要服务于沃尔玛这样的大型超市,这样加氢站也可以集中在叉车作业方便的地方。目前Plug累计销售叉车已经超过3万台。

而Nikola就像是Tesla与尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla)的名字相关一样,Nikola的创始人同样是为了怀念这位伟大的科学家。不过,Nikola的创始人似乎并没有拥有特别领先的电池技术,而是打造了一个由核心零部件企业构建的样车和应用场景,并在还没有正式投产时就通过商业模式的设计拿到了批量的订单。这个被称为“闭环”和“场景”的商业模式被全世界视为燃料电池产业化的一个破局之举。

Nikola的商业模式让中国的创业者颇受启发,他们在上海、广东、北京等地也摸索出类似Nikola的商业模式:

一是在燃料电池汽车运营公司如上海的氢车熟路、氢程科技等,通过下游对接应用场景,上游拉动燃料电池汽车和燃料电池企业,将车辆出租给电商物流企业,积累里程后可以拿到地方政府的补贴。这样的闭环设计使得燃料电池可以上路测试,并在实际路跑中不断改进和优化,也为现在的“应用场景”提供了模板。

第二个闭环是在云浮形成的飞驰汽车拉动的重塑系统和国鸿电堆的闭环。从燃料电池电堆到系统、整车,所有的产线都放在一个工业园区,并在园区内建了加氢站,这样就形成了政府买单,整车带动电池系统和电堆企业的闭环项目。

第三个闭环是以亿华通为主的燃料电池企业联合北汽、宇通客车等生产燃料电池客车的北京模式,主要是城市公交车和奥运会带动需求。

目前在国内积累数据最多的就是重塑和亿华通,但国内燃料电池企业已经是群雄逐鹿,上下游企业加起来已经超过3000家。

除了这些“科学家+资本家”的“新势力”,产业资本如上海汽车、潍柴动力、长城汽车、国投电力、东方电气、中车集团都已经开始投入燃料电池产业。

随着燃料电池技术逐渐成熟和核心零部件国产化,到2020年底,国内氢燃料汽车累计销售7352辆,全球累计销售超过3万辆,其中累计销售最多的是韩国现代,到2020年底,现代累计销量13068辆,丰田位居第二,累计销售12022辆。

3、各国氢能产业政策与实施计划

美国、欧洲、日本、韩国、中国、印度、俄罗斯等世界主要经济体都出台了氢能发展路线图。

其中日本自福岛核电站爆炸以来就将氢能发展作为国家战略,由政府的新能源研究部门NEDO牵头组织上下游企业的研发工作,并滚动制定了短中期的燃料电池汽车和加氢站的目标;而韩国将氢能作为改变目前经济低迷状态的一个复兴计划,两任总统为氢能代言,并给予产品价格50%的购买补贴,而且半年之内免费加氢。

近年来世界主要国家都先后出台了鼓励氢能发展的战略,从各国启动氢能战略的时间来看,大多集中在2019年以后,这里有几个重要的背景:

第一是按照巴黎协定的时间表,各国纷纷提出了“碳达峰、碳中和”的时间表,所以,相应的氢能也作为实现这一目标的重要战略;

第二是丰田和现代的批量化生产让世界看到燃料电池的技术成熟度与性能优势,并开始预期燃料电池的应用前景;

第三个背景是2018年5月李克强总理到丰田MIRAI生产线参观引发的中国氢能政策的变化,就像日本描述的那样,即使全球最有影响力的日本氢能展上,人们看到参展最多的几乎还是日本和中国企业,有了前面光伏、风电和锂电的经验,中国对燃料电池的态度也很大程度上影响世界氢能行业发展的进程。

从这些规划看到氢能发展的几个重要信息:一是氢气作为能源未来将占到各国能源的4-30%;其次是应用端除了交通外,氢气作为家用能源也将是重要的应用场景;第三是氢气的制备有多条路线,其中电解水被更多的国家和企业所选择。应该说,氢能的产业化并不顺利,日本的氢能产业规划几易其稿不是因为超越预期,而是低于预期,但最早启动规划的日本和韩国基本上验证了燃料电池产业的可行性,2020年氢能显然不仅仅是中国关注的热点,也是世界主要国家形成的共识。

4、中国氢能政策的推进:“以奖代补”

下图是近年来中国政府针对氢能和燃料电池产业的一些政策,2018年前,只 是将氢能和燃料电池纳入新能源汽车的范畴,2018年李克强总理参观丰田后特别是进入2019年相关政策发生了质的变化:首先是2019年3月氢能被写入政府工作报告;然后是2020年的4月,氢被列入能源范畴;到去年9月份,财政部等五部委联合出台“以奖代补”的示范城市政策。

2020年9月21日,财政部、工业和信息化部、科技部、发展改革委、国家能源局联合发布《关于开展燃料电池汽车示范应用的通知》。其中在附件《燃料电池汽车城市群示范目标和积分评价体系》中明确,燃料电池汽车推广应用补贴上限为15000分,氢能供应补贴上限为2000分,原则上1积分奖励约10万元,如此算来总补贴金额上限在17亿左右; 《燃料电池汽车城市群示范目标和积分评价体系》中规定了各类车型积分的计算方法:

从中可以看到,补贴力度最大的车型是重型货车,尤其是最大设计总质量在31t以上的车型2020年最高有54.6万元的补贴,在2019年6月26日至2020年4月22日推广的燃料电池汽车按照财建[2019]138号文规定的过渡期补贴(即2018年补贴标准的0.8倍)执行。

有18个省提出了申请,已经获批的包括广东、上海、北京、河南、河北五个示范城市群。这个政策的出台堪比2011年的电动汽车的“十城千辆”,被看成是燃料电池汽车的产业化起点。

对于已经进入氢能产业链的企业和地方政府去年以来最关注的是示范城市和补贴落实的路径,而对在更多涉及或还没有涉及氢能业务的能源企业来说,2020年9月,习近平总书记提出的“30,60”“碳达峰,碳中和”目标让他们不得不关注氢能发展的态势。

按照中国汽车工程学会今年年初制定的《节能与新能源汽车技术路线图2.0》,我国燃料电池汽车从城市大型客车开始切入,逐渐渗透至SUV、长途重型货车,乘用车领域,技术指标不断突破,成本不断降低,基础建设不断完善,到2030年-2035年,燃料电池汽车购置成本和使用成本将大幅下降。

这一期间我们可能会看到很多企业进入到燃料电池汽车领域,就像前期的电动汽车电池生产商一样,市场可能会比较混乱,但对于行业发展来说,这一段时间重要的是需要规模,各种投资主体和地方政府的参与会让市场看到各显神通的解决方案。目前比较常见的除了公交车的政府带单模式以外,氢能运营公司主导的专业化物流、城市渣土车、大型企业的通勤车、码头集装箱转运车辆等集中用车的地方都是燃料电池汽车试用的重点。

要突破成本瓶颈,规模是一个非常重要的指标,就像欧阳明高教授所说的那样,如果2030年国内燃料电池汽车达不到100万辆整个行业将面临较大的压力。这其间有鸡生蛋蛋生鸡的矛盾,不过中石化今年的表态给了整个行业很大的信心。

5、国内主要城市的行动与目标

据不完全统计,到目前为止,已有41个省市(地方)陆续已发布氢能产业专项规划。省级规划中,山东和四川两省份是首个发布中长期规划的省份。市级规划中,以江苏、山东、广东三地数量最多,部分地市还出台了区级氢能规划。

目前,广东省、长三角、京津冀、山东省、湖北省、成渝地区已经形成了一定规模的氢能和燃料电池集群,基础建设也在逐步完善。

6、氢能产业链主要参与企业

燃料电池汽车极强的产业带动性正在引发一场能源革命,氢气的供应吸引了更多的产业资本。在4月份北京的新能源展会上,我们参观国展中心的两个展厅,一个是氢能和燃料电池展厅,一个是光伏和储能展厅,一个强烈的感受是,光伏行业几乎是民营资本主导的产业,而氢能几乎是国有资本主导的产业。

形成这样的产业生态有能源产业的历史背景,也有行业本身的产业属性。

在光伏和风电发展初期,化石能源企业的日子还非常好过,他们并没有太多动力去发展新能源;而在新能源汽车发展初期,传统汽车企业几乎也是只要开一个车厂就能赚钱……,但现在这样的好日子几乎都一去不复返了,所以传统能源和车企近年遭遇了能源结构和变化带来的严重冲击,因此,他们不敢忽视氢能及燃料电池产业的机会。

而从氢能产业的属性来看,从制氢、储运加、到燃料电池、整车,是一个非常长的产业链,涉及到电化学、材料学、物理学、机械学、热力学等多种学科,传统化工企业、材料企业、机械制造企业、气体公司、能源公司等能力都可以转移到氢能产业链,他们有能力承接其中的业务。

也就是说,是压力能力使得更多的传统企业进入到氢能领域。

国外从原材料的源头英美资源,到质子交换膜和碳纤维的东丽集团,法液空、AP、林德三大气体公司的气体管理,到丰田、本田、现代、戴姆勒、通用等对燃料电池的产业化推进,日本家电联产更是集中了三洋、松下、东芝等传统电气企业的核心能力,欧洲的西门子、迪森克虏伯等传统科技型企业无一不是氢能产业链上的服务商。

下图是氢能产业链上的国内外企业,很多都是传统行业的专业型技术公司。

国内从燃料电池制造到氢气储存运输到氢气的制取,各个环节都有存量技术的加入。在众多的参与企业中,中国石化最引人注目,也是影响最大的企业代表,他们提出到2030年要建1000座加氢站,这一目标是此前国内2030年全国加氢站的目标,他们还提出了要做成中国第一大氢能公司,其中最大的优势是在全国拥有3万多座加油站网点,而且作为一家优秀的化工企业,他们本来就是全国最大的制氢和用氢单位。

中石化已经启动了部分地区的加氢站招标项目,主要是油气销售部门在推进。但中石化在氢能领域是两条腿走路,他们还投资了国内数据积累最多,业绩表现最优异的燃料电池企业重塑股份,成为重塑股份的第二大股东;并与民营资本在上海合资公司推动加氢站业务。

7、新产业发展机制:资本驱动

2019年的日本国际氢能大会上,NEDO驻北京办事处的研究员写了一份关于中国氢能市场的调研与预测报告,报告说:如果你们不了解中国地方政府如何招商引资来推动产业,你们就永远不会理解为什么中国的新能源产业发展如此之快。

其实还有一个原因他可能并没有注意到,尽管孙正义投资了盛大网络、阿里巴巴、雅虎、新浪、网易、8848、当当网上书店、UT斯达康、携程旅游网、263集团、人人网等,成为日本首富,但他似乎没有投资太多的本土企业,这或者就是中国企业快速成长的另一个原因。

包括丰田、本田、东丽在内,日本很多企业都有完整持续的研发体系,比如在诸多上游企业的支持下,丰田的燃料电池技术领先全球,但从1993年开始产业化研究到2020年累计销售才12000多辆车,显然不是一个理想的业绩,以至于NEDO不得不两次调低燃料电池汽车的销售目标。

反观美国和中国,美国市场始终都保持创新的活力,不得不说得益于“华尔街+硅谷”,如果说中国的光伏和风电靠的是补贴和国内资本市场的话,那么中国的互联网和新能源汽车又何尝不是得益于纳斯达克?在2020年全球独角兽500强名单中,中国以217家上榜企业和9376.9亿美元的估值,两项重要指标均居世界第一,美国则以192家上榜独角兽企业排在全球第二,其总估值为8050.7亿美元。

去年特斯拉市值超过了丰田,蔚来汽车市值超过宝马,不是丰田和宝马不会做电动车,也不一定就是因为章男主导的燃料电池汽车前景不如马斯克主导的纯电动,而是两类企业的商业模式完全不同:美国和中国的新能源汽车是资本增值模式,企业还在亏损已经上千亿美元市值,而成熟企业则是投入产出模式,新产业的投资反而拉低了公司的估值。

特斯拉和中国电动汽车的发展模式启发了国内燃料电池企业,现在无论是燃料电池及核心配件的独立第三方,还是传统企业如上海汽车、潍柴动力、长城汽车、国投电力、东岳集团等成熟企业,他们都选择将燃料电池及相关业务成立独立的公司,并且通过资本市场融资来获得新业务发展的资金。目前,行业龙头企业亿华通和重塑都还处于亏损阶段,但亿华通已于2020年上市,重塑也启动了上市流程,而成熟企业新业务东岳未来已经完成最后一轮融资,国投新能源和上汽旗下上海捷氢都已经完成首轮融资。

这个板块也在受到资本市场越来越多的关注,在燃料电池技术趋于成熟的情况下,氢气的制备、储运服务企业也在进入到大众投资人的视野。
 

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