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今天的氢燃料电池相当于10年前的锂电池
作者:官方 来源:猎科技 所属栏目:行业知识 发布时间:2021-07-29 14:25
[ 导读 ]在电气化浪潮下,锂电池成为炙手可热的黄金赛道。热点之外,现在还有一种新的技术力量正在逐渐壮大,它无意颠覆任何产品,而是作...

在电气化浪潮下,锂电池成为炙手可热的黄金赛道。热点之外,现在还有一种新的技术力量正在逐渐壮大,它无意颠覆任何产品,而是作为锂电池的补充,成为能源改革的新动力。

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)市值高达1.3万亿高点,众多二线锂电企业和材料企业的股价争相创下历史新高。相比之下,同样是新能源路线,但氢燃料电池板块尤其冷清。

直到最近,一则新闻让氢燃料电池重新引起了大家的关注,本田汽车日本公司宣布将从今年 8 月开始停止生产以氢为燃料的氢燃料电池汽车。就在六个月前,日产宣布暂停与戴姆勒和福特合作开发燃料电池汽车的计划。

要知道,日本是最早部署燃料电池的国家之一,旗下两大车企相继放弃氢燃料电池路线。有问题的燃料电池汽车这次会彻底凉凉吗?

面对新技术,有的退出,有的进入市场是正常的。本田氢燃料电池汽车的累计销量仅为1900辆。本田关闭其氢燃料电池汽车工厂主要是由于业绩压力。事实上,本田的燃料电池业务并没有停止,与通用汽车合作开发的氢燃料电池汽车仍在进行中,日本丰田公司去年也开发了第二代氢燃料电池汽车。

回顾中国,作为新能源汽车推广最成功的国家之一,我国正在氢燃料电池领域发力。中国已推广7000多辆氢燃料电池商用车,并已悄然成为全球氢燃料电池商用车最多的国家。半年后的2022年北京冬奥会,张家口核心赛区冬奥配套车辆将全部使用氢燃料电池公交车,涉及公交车、面包车、小型汽车,总量将达到2000辆。

但必须承认,氢燃料电池汽车的规模和技术水平无法与电动汽车相媲美,根据公安部车辆保有量数据,截至2021年6月,全国纯电动汽车保有量达493万辆,氢燃料电池汽车保有量不足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,国内电动汽车已经商业化并大踏步发展,而氢燃料电池汽车产业还处于商业化初期。那么我们国家为什么要花这么多时间推广氢燃料电池,氢燃料电池的未来在哪里?

氢燃料电池的战略意义

什么是氢燃料电池?

所谓氢燃料电池,就是通过氢氧之间的电化学反应产生电能的能量转换装置。放电的机理是氢气从阳极进入,在催化剂的作用下放出电子,形成带正电的氢离子,然后氢离子从阳极穿过电解质膜到达负电极并与氧气结合生成水,同时电子不断流入,电路形成电流。

整个过程只会产生水和热(电化学反应是放热反应),真正做到零排放、零污染。这似乎是一个极其完美的解决方案,但社会上关于氢燃料电池的问题却层出不穷。

文章开头,有必要就公众对氢燃料电池汽车不安全的误解做一些补充说明:

大家印象中的氢气属于国家管制的危险化学品,易燃易爆,极其危险。事实上,氢气的燃点是500°C,远高于汽油的300°C。此外,氢是密度最低的物质,即使泄漏,也很容易在空气中向上扩散并迅速稀释,所以氢气并不像大家想象的那么容易,易燃易爆。

其次,氢燃料电池的放电只是一个电化学过程,电池内部不会有氢气和氧气的燃烧,当然也不会产生火焰,这类似于锂电池。因此,驾驶氢燃料电池汽车并不是一个人坐在车里,车内正在燃烧氢气炉。

最后说说储氢瓶,相当于传统燃油车的油箱,安全有保障,这种瓶子不仅可以抵挡火、枪击,而且车辆着火,只要储氢瓶的温度超过设计值,储氢瓶的阀门就会自动打开,快速排出氢气。

早在2008年北京奥运会,福田与清华大学联合研发的氢燃料电池客车就开始了示范运营,到2016年,国内第一条氢能公交线路在佛山市投入使用,迄今为止,还没有氢燃料电池汽车安全事件发生。

能源生命线必须掌握在自己手中

燃料电池是氢能的重要应用领域之一,氢能不仅是清洁能源,而且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、缺气”国家,国内使用的石油严重依赖进口,石油进口量和对外依存度逐年上升。

因此,国家推广氢能和光伏、风电等可再生能源的初衷是一致的,即减少对石油的依赖,保障我国的能源安全,避免未来陷入困境。

看看缺乏石油和煤炭的日本,早在2013年,日本就出台了《日本再复兴战略》,将发展氢能纳入国家发展战略,我国还发布了《能源技术革命创新行动计划(2016——2030)》,将发展氢能列入国家能源战略部署。

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氢电互补

从碳排放的角度来看,为了实现我国到2060年碳中和的宏伟目标,我们还需要发展燃料电池。

相信有人会对这个结论产生怀疑,锂电池在汽车上的使用仍可实现零排放,电动汽车基本实现平价,整个锂电池产业链已形成规模;相反,同时起步的燃料电池仍处于商业化转型初期,与国外仍有较大差距,氢燃料电池的进一步发展需要什么?

毫无疑问,国产汽车电动化取得了显著成效,销量屡创新高,但电动汽车的增长主要来自乘用车,商用车几乎没有增长,尤其是在中长途重卡领域,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领域的渗透率不升反降,到2020年,新能源商用车占比仅为9%。

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原因是锂电池能量密度低,充电时间长等缺点难以解决。说到这里,有人会想到固态电池,固态电池是锂电池的“升级版”,主要是解决安全问题,不能解决电池重量过大的问题。

如果你真的想用锂电池代替长途重卡,这相当于用电池跑(一辆40吨的电动重卡需要将近10吨的电池才能实现500公里的续航),而你中间要停几个小时充电,经济性可想而知。

然后是低温性能,和磷酸铁锂电池一样,虽然具有成本低、安全性高等优点,但一到冬天就怂了,特别是在长城以北地区,冬天车内加热会大大降低电池寿命,因此我们看到北方电动公交车的普及率远低于南方。氢燃料电池汽车的优势在于加注时间和续航里程与燃油汽车基本相同,续航里程可以轻松达到500公里以上,冬天车内还有余热供暖。

最具代表性的是丰田新一代Mirai氢燃料电池车,续航里程850公里,加氢时间仅5分钟,低温启动-30°C。

更重要的是,商用车的保有量仅占我国车辆总数的12%左右,但却是交通部门碳排放的“罪魁祸首”。根据中国移动源环境管理年度报告(2020)数据,商用车温室气体排放量占交通运输行业的77.3%。

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因此,国家发展氢燃料电池并不是以清洁能源的名义杀死锂电池,而是要与锂电池共存互补。锂电池的投资者无需担心这个问题,在乘用车领域,电动化方案已经达成共识(当然,氢燃料电池在价格上无法与锂电池竞争);在中长途、重型商用车领域,氢燃料电池更胜一筹,相当于在未来多了一个新的赛道。

因此,我国燃料电池的产业化应用一直集中在商用车领域。目前我国拥有近8000辆氢燃料电池汽车,其中商用车超过7000辆。

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现状:燃料电池产业化的挑战

事实上,氢燃料电池技术和纯电动技术几乎同时起步,国家出台的各种新能源激励政策,无论是补贴、优先发牌、无限政策,都包括燃料电池汽车。但是,两者之间的差距仍然很大。现在纯电动汽车已经满大街跑,很多地方甚至看不到氢燃料电池汽车。如果说锂电池是一个快速成长的新青年,那么燃料电池仍然是等待喂养的婴儿,仍然离不开政府补贴。

总体而言,氢燃料电池由于技术、成本、产业等原因未能大规模推广。于是出现了以下“三高”:

氢燃料电池成本高

客观地说,我国的燃料电池技术研发起步比较早,2001年以来,国家出台“863电动汽车重卡技术专项”政策,启动燃料电池的应用开发,经过多年的技术研发,取得了一定的进步,从早期的依赖进口到现在的大部分国产化。

以电堆成本占比最大的燃料电池系统为例,根据2019年电堆出货数据,以新源动力、亿华通(688339)为核心的国产电堆占比已超过50%。此前有美锦能源(000723)旗下飞驰汽车向马来西亚出口氢燃料电池汽车的成功案例。

但与国外技术相比,我国在基础关键材料和氢燃料电池的寿命、成本、量产一致性等方面还存在较大差距。因此,部分核心材料不得不依赖进口,已经国产化。材料尚未完全替代进口材料。叠加氢燃料电池尚未形成规模,无法分摊成本。因此,燃料电池汽车的成本是燃料汽车的两倍多,没有政策补贴就卖不出去。

针对上述问题,财政部等五部委于2020年9月印发了《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。用于核心技术、产业化和示范应用。这是针对目前氢燃料电池产业短板的扶持政策,专注攻克核心关键技术,力争早日实现国产化。

同时,政府借鉴电动汽车补贴时代的经验,不再采取粗暴的泛滥方法,而是采取有奖补贴的扶持计划,同时要求城市群符合申报条件。简单的说,你的地方适合发展氢燃料电池产业,才同意你的申报,等有实际结果,钱才可以补贴给你。

氢气使用成本高

对于消费者来说,使用电动汽车的成本低是主要购买因素之一,但对于燃料电池汽车而言,使用成本高成为了限制因素,目前国内氢气价格高达每公斤60-80元。未来,只有将氢气成本降低到30元/公斤以下,氢燃料汽车才能与传统燃料商用车竞争。

再看国产电动车五菱宏光MINI EV,起价29800元起,不仅便宜,而且用起来很香。燃料电池汽车的销量自然是铺天盖地。所以,燃料电池汽车要想商业化,最基本的就是让普通人买得起、用得起。

加氢站建设成本高

与电动汽车充电不便一样,目前氢燃料电池汽车的推广也受到加氢站短缺的制约。主要原因是加氢站建设成本高,中小型加氢站需要投资1200万元以上,而大型加氢站可能需要投资4000万元,加氢站建设虽然有财政补贴,但单站上千万的投资,还是让不少企业望而却步。同时,加氢站的高成本也导致加氢成本居高不下。

截至目前,我国共建成加氢站165座,远未形成规模。更难的是,已经建成的加氢站,由于氢燃料电池汽车规模不大,加氢量太小,大部分加氢站还处于亏损状态。

销量方面的最终反应是,2020年中国燃料电池汽车销量仅为1177辆,与纯电动汽车的111万辆形成鲜明对比。然而,现在昂贵并不意味着未来昂贵。毕竟中国在降低成本方面领先世界(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,未来十年燃料电池也必须取得过去十年锂电池和光伏产业的进步,才能在商用车领域站稳脚跟。由于锂电池的技术和产业模式还在不断发展,商用车换电模式已经开始探索,看谁跑得快。

燃料电池的未来看中国

今天,全世界都在经历一场能源革命,中国新能源发展举世瞩目。在燃料电池领域,技术暂时落后的中国仍然最有希望成为燃料电池的领导者。

政策第一

去年国家出台燃料电池推广政策后,各地相关规划也密集出台。

例如,《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3000辆氢燃料电池汽车,建设37座加氢站;2025年前,力争实现氢燃料电池汽车累计推广量突破1万辆,新建加氢站37座。

《上海市燃料电池汽车产业创新发展实施计划》提出,到2023年,规划建设加氢站近100座,建成运营30座以上,产值约1000亿元,推进近 10000 辆燃料电池汽车。

根据我国《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汽车累计推广100万辆(注:2018年首次新能源汽车销量达到100万辆),并投资建设加氢站1000多座,实现氢燃料电池的规模商业化应用。事实上,从2022年冬奥会氢燃料电池的采用,我们也可以看出国家大力发展氢燃料电池的决心。

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以锂电池为例,从2009年开始,短短十年时间,中国锂电池产业在世界上举足轻重,锂电池的产量占全球产量的一半,在技术和成本上有很好的竞争。国家的政策支持至关重要,体现在燃料电池领域,未来的发展也离不开政策支持。

资源禀赋——丰富的可再生能源

燃料电池的发展高度依赖于氢能产业的发展。虽然氢是一种清洁能源,但许多制氢过程不能说是清洁的,只有利用光伏、风能等可再生能源来制氢,才能真正实现零碳排放,在光伏和风电方面,这就是中国的优势所在。

中国不仅在风电和光伏装机量和出货量上都位居世界第一,在技术和产业链上也位居世界第一。同时,中国还拥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和就地制氢。

根据国家发改委能源研究所的研究结果,2025年国内限电(风电、太阳能、水电)10%可满足氢燃料电池汽车的氢需求,50%限电可满足2035年氢燃料电池汽车用氢需求。你看行业巨头已经开始在制氢领域有所动作,比如隆基(SH:601012)(详见《隆基股份“光伏制氢”:这步棋还没被市场看懂》)。

因此,不难理解现代、丰田等氢燃料电池龙头企业为何纷纷在中国布局氢燃料电池产业链。现代汽车在海外的第一个氢燃料电池系统产销基地选择了我国的广州。去年6月5日,丰田携亿华通(SH:688339)与北汽、广汽、一汽、东风等合资成立“联合燃料电池系统研发(北京)有限公司”,主要业务是在中国开发商用车氢燃料电池系统研究开发工作。

还有汽车零部件巨头博世,去年就在无锡建立了氢燃料电池中心。今年3月,博世还与庆铃汽车成立合资公司,将进一步推动中国燃料电池产业化。

丰田、现代等一流企业的进入也能引发“鲶鱼效应”,国内企业的市场竞争程度也会相应提高,就像特斯拉刚入驻上海时所做的那样。此外与国际领先企业的合作也可以大大缩短从开发到商业化所需的时间,加速氢燃料电池汽车的普及。

好在燃料电池的现状与当年锂电池的市场格局完全不同。当年,国内锂电企业还无法走向世界,于是国家设立了“白名单”来防范。LG、松下等国际巨头的出击,让国内锂电池企业先发制人。回首此时,燃料电池产业链中涌现出一批优秀企业,国外企业也在积极寻求与国内企业的合作。

乐观主义者的手表

氢燃料电池是一条全新的技术路线,其技术含量不低于锂电池,很难在一夜之间实现商业化。以电动汽车为参考,目前电动汽车锂电池的技术和规模是基于在消费类锂电池领域的长期积累。在车用锂电池发展之前,国内锂电池行业主要依赖智能手机等消费电子产品。积累了一定的技术和规模。比如在动力电池领头羊宁德时代,也脱胎于消费类锂电池领头羊ATL。

我们认为,燃料电池产业的发展前期仍将集中在氢资源丰富的地区。形成一定的规模优势后,将向各个领域扩散,原则是让氢燃料电池汽车先跑。随着规模的扩大,技术突破和成本降低往往会超出市场预期。

股票投资者是天生的乐观主义者,对于氢燃料电池的未来发展,我们仍应客观、积极地看待。或许十年后,当氢燃料电池汽车年销量达到100万辆时,蓝图会更加清晰。


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