|
2020年，全球加氫站553座，中石化計劃到2025年建成1000座；2021年全國電解槽產(chǎn)能1GW，隆基股份計劃未來五年建成5-10GW；我國氫氣產(chǎn)量約3300萬噸，其中綠電制綠氫約14.5萬噸，可再生能源直接制氫對全球來說是示范項目，寶豐能源和中石化光伏制氫單個項目分別達到2.14萬噸和2萬噸……
就像我原來研究機械制造業(yè)一樣，寫行業(yè)和上市公司的報告，給行業(yè)雜志和報紙供稿，開各種各樣的行業(yè)會議，不知不覺就有了歸屬感，感覺自己屬于中國機械制造業(yè)?，F(xiàn)在我又在氫能行業(yè)里重復著相似的事情，所不同的是，這個時代已經(jīng)不需要給媒體供稿，自己就可以建一個交流平臺，聚集的同行多了，就感覺自己屬于氫能行業(yè)了。于是，我似乎有義務回答投資人的問題：“中國氫能產(chǎn)業(yè)到底處于什么發(fā)展階段？我們現(xiàn)在進入是不是合適的時機？”迫于溝通的效率需求，我將我國氫能行業(yè)的產(chǎn)業(yè)化探索劃分成兩個階段：第一階段是燃料電池產(chǎn)業(yè)化探索階段；第二階段是氫能供應的效率突破階段。第一階段：從1998年-2020年，燃料電池產(chǎn)業(yè)化探索人類對燃料電池的研究有180多年的歷史，我們今天討論的是中國對燃料電池產(chǎn)業(yè)化探索的發(fā)展階段，其實是一個投資人關心的話題。也就是說，不僅要把東西做出來，而且要預期能夠成為商品。我們今天不講從0到1的過程，這一過程太漫長，今天市場關心的是從1到10的過程和從10到100的可能性。1998年上海神力科技成立是中國燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)化探索的起點，2000年由神力配套的中國第一輛燃料電池游覽車裝機，2004年燃料電池游覽車出口韓國，此后2008年的北京奧運會和2010年的上海世博會都有燃料電池汽車示范運營。
2001年，新源動力股份有限公司、上海燃料電池汽車動力系統(tǒng)有限公司分別在大連和上海成立，上海汽車也開始了燃料電池的研究，成為我國燃料電池產(chǎn)業(yè)化幾個非常重要的發(fā)源地，今天的上汽捷氫、未勢能源都源自這個起點。另外兩個分支是佛山的云浮和南通的如皋，地方政府尋求對未來產(chǎn)業(yè)的布局選擇了燃料電池這個產(chǎn)業(yè)，并有點帶面逐步形成了燃料電池產(chǎn)業(yè)集群。今天佛山已經(jīng)形成了全國最大規(guī)模的燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈區(qū)域市場，而如皋培育的種子則播撒到了長三角。到2020年，我國燃料電池產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)形成了一定的基礎：（1）形成了幾個燃料電池產(chǎn)業(yè)集群。包括財政部等五部委批準的第一批“以獎代補”的三個示范城市群京津冀、長三角、粵港澳城市群，科技部批準的“氫進萬家”山東示范城市群以外，湖北省、河南省、成渝地區(qū)對燃料電池產(chǎn)業(yè)也有比較完整的產(chǎn)業(yè)布局。
（2）燃料電池產(chǎn)業(yè)龍頭初步形成。在近20年的發(fā)展中，來自國內(nèi)外科研機構和企業(yè)界、投資界的各方力量經(jīng)歷過流動、整合，形成了以上海重塑和北京億華通為龍頭的專業(yè)第三方燃料電池體系，和以整車企業(yè)投資的上海捷氫、濰柴動力、長城汽車未勢能源構建的燃料電池-整車生態(tài)。目前，排名靠前的企業(yè)主要技術來自大連化物所、清華大學、加拿大巴拉德、武漢理工大學、同濟大學及上海交通大學，還有一個融合日本專家與國內(nèi)技術團隊的國家電投集團氫能科技發(fā)展有限公司也非常值得期待。目前，主要企業(yè)都已經(jīng)完成了燃料電池電堆或系統(tǒng)完整的研發(fā)體系、生產(chǎn)體系和檢測體系的建設，具備批量化生產(chǎn)和持續(xù)研發(fā)的能力。表1 2016年-2021年6月國內(nèi)燃料電池企業(yè)累計銷量排名數(shù)據(jù)來源：香橙會（因為企業(yè)成立時間有先后，累計銷量不代表當前行業(yè)地位，但重塑和億華通兩大龍頭企業(yè)地位比較穩(wěn)定。）（3）燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈趨于完善。燃料電池是一個非常復雜的系統(tǒng)，涉及多種基礎科學，核心零部件制造難度非常高，經(jīng)過20年的產(chǎn)業(yè)化探索，在燃料電池系統(tǒng)的基礎上培育和構建了從質子交換膜、催化劑、膜電極、雙極板、電堆、空壓機、氫泵、DCDC、氫氣瓶等核心零部件國內(nèi)供應商，目前，國家“以獎代補”涉及的八大核心零部件除碳紙還處于測試階段以外，其他零部件基本上都已經(jīng)實現(xiàn)了國產(chǎn)化。 （4）燃料電池核心技術指標不斷優(yōu)化，比肩歐美、追趕日韓。目前世界燃料電池發(fā)展主要集中在亞洲、歐、美，中國基礎相對比較薄弱，但經(jīng)過過去20年的產(chǎn)業(yè)化探索，核心技術指標不斷優(yōu)化，單堆功率從40kW到100kW，目前已經(jīng)超過200kW，功率密度達到4.2-5.1kW/L，電池壽命達到1.5-3萬小時，可在零下30℃啟動，這些指標都已經(jīng)達到世界先進水平，相關續(xù)航里程和運行成本主要受制于國內(nèi)儲氫瓶和加氫站等標準還達不到國外的水平。技術上我國燃料電池與日韓先進水平比較還有一些差距，但基本上可以與歐美媲美。
目前全球燃料電池汽車技術指標由日本豐田保持，第二代豐田Mirai燃料電池堆峰值功率為128 kW，體積功率密度高達5.4 kW/L（不包括端板），一次加氫5kg以上，續(xù)航里程達到650公里。今年10月28日，上海捷氫科技發(fā)布M4技術指標：“基于全新M4電堆平臺所打造的燃料電池產(chǎn)品，功率范圍將全面覆蓋30kW-230kW，擁有超過15,000hrs的超長壽命，額定功率密度達4.2kW/L，峰值功率密度達5.1kW/L?！?/span> （4）加氫站全球第一，產(chǎn)業(yè)生態(tài)基本實現(xiàn)閉環(huán)。今年行業(yè)內(nèi)有一件非常重要的事情就是重塑股份IPO被暫停，主要原因是關聯(lián)交易，但不得不說，在燃料電池企業(yè)發(fā)展初期，不是一個市場化的生態(tài)模式，而是燃料電池企業(yè)去“創(chuàng)造”的“市場”，為了讓燃料電池能夠裝車運行，燃料電池企業(yè)不得不自建生態(tài)模式，“關聯(lián)交易”實際上是這個行業(yè)自求發(fā)展的一個必經(jīng)過程，是燃料電池技術指標和性能自我驗證的過程。所以，早期很多的加氫站都是燃料電池企業(yè)在自己的生產(chǎn)園區(qū)建起來的配套設施。 直到2018年，才逐步有了第三方的加氫站，目前，中石化已經(jīng)成為國內(nèi)加氫站的主力，據(jù)統(tǒng)計截至2021年9月底，國內(nèi)累計建成加氫站190座，其中147座已經(jīng)投入運營。 表2 國內(nèi)加氫站建成情況 
資料來源：氫氣未來網(wǎng)《重磅 | 中國加氫站建設數(shù)量已經(jīng)超越日本，正式躍居世界首位》。
有人說，燃料電池一出生就是一個健壯的嬰兒，無論是性能指標還是環(huán)保指標都優(yōu)于燃油動力和鋰電，但其成長卻因為照顧不周、營養(yǎng)不良而異常艱難，這怨不得別人，怪只怪燃料電池太挑食，身體“精貴”不說，還要吃“精糧”。燃料電池的應用不僅受制于本身的性能指標和成本指標，還受制于各種苛刻的基礎建設，特別是氫氣的來源和成本。
2009年科技部、財政部、發(fā)改委、工業(yè)和信息化部啟動了“十城千輛”的新能源汽車發(fā)展計劃，這意味著中國電動汽車進入產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段，也意味著鋰離子電池技術已經(jīng)具備產(chǎn)業(yè)化條件，而彼時的燃料電池仍然成本高懸，探索了十年左右的燃料電池企業(yè)進入寒冬期，就連國際市場早期開發(fā)過燃料電池概念車的很多企業(yè)也暫停了燃料電池汽車的進一步開發(fā)，直到2014年豐田推出Mirai，并宣布成本降到2008年的1/20，燃料電池產(chǎn)業(yè)的從業(yè)人員才重拾信心。
然而，無論是日本還是國內(nèi)燃料電池汽車推廣并不順利，其中主要的瓶頸是氫氣供應的基礎建設和氫氣成本。
第二階段：2019年——，氫氣規(guī)?；俺杀咎剿?/strong>2017年11月22日，聯(lián)合國波恩氣候變化會議（COP23）舉辦之際，國際氫能源委員會（Hydrogen Council）發(fā)布了全球首份氫能源未來發(fā)展趨勢調查報告，該報告指出：“氫能源是能源結構轉型的重要方式，并且能夠催生相當于2.5萬億美元的商業(yè)價值并同時創(chuàng)造3000多萬人的就業(yè)機會。”并明確氫能源未來愿景的題為“Hydrogen, Scaling up（氫能源市場發(fā)展藍圖）”的調查報告，介紹了氫能源正式普及和能源結構轉型方面的發(fā)展藍圖。在2050年之前，通過更大規(guī)模的普及，氫能源將占整個能源消耗量的大約20%，全年的CO2排放量能夠較現(xiàn)在減少約60億噸，能夠承擔將全球變暖控制在2℃以內(nèi)所需CO2減排量中的約20%。到現(xiàn)在已經(jīng)有30多個國家制定了氫能發(fā)展計劃。在2019年11月份印制的《能源統(tǒng)計報表制度》里，國家統(tǒng)計局要求，氫氣和煤炭、天然氣、原油、電力、生物燃料等一起，納入2020年能源統(tǒng)計，一些敏感的人注意到了這一具有歷史意義的變化，這可以看做是我國氫氣作為能源的一個起點。 （2）能源企業(yè)大舉投資綠氫
我國是全球最大的產(chǎn)氫國，目前全球氫氣產(chǎn)量約7000萬噸，我國目前氫氣產(chǎn)能大概有4100萬噸，產(chǎn)量有3300多萬噸。其中石化能源是主要的制氫途徑。工業(yè)副產(chǎn)氫氣有708萬噸。電解水制氫很少，只有50萬噸，大概占1.52%左右。按照我國2020年的電力結構（火電占71%，風電、水電、核電、光伏合計29%），綠電制綠氫的產(chǎn)量大約14.5萬噸。 氫氣被納入能源體系的同時，“碳達峰，碳中和”目標使得大型能源企業(yè)和工業(yè)企業(yè)面臨現(xiàn)實的排放壓力，相關能源企業(yè)紛紛布局氫能，今年7月16日，國資委秘書長彭華崗曾經(jīng)表示，超過三分之一的中央企業(yè)已經(jīng)布局氫能。目前，國家能源集團、華能集團、國電投集團、三峽集團、國家電網(wǎng)、中廣核、大唐、中石化、中石油、能建集團等能源企業(yè)都在氫能上做了大量的研發(fā)投入，并進入大規(guī)模項目的示范階段。 中石化2025年要建成1000座加氫站，今年就要建成100座，預計今年全年全國加氫站數(shù)量超過200座。 事實上，不僅是傳統(tǒng)能源企業(yè)轉型升級，可再生能源的發(fā)展也需要氫來作為大規(guī)模儲氫平抑波動，隆基股份、協(xié)鑫集團、陽光電源等可再生能源企業(yè)也大舉投資于綠氫產(chǎn)業(yè)。 （3）大型項目陸續(xù)啟動
綠氫的大規(guī)模生產(chǎn)是寶豐能源開啟的，該公司于2019年開始建設全球單廠規(guī)模最大的太陽能電解水制氫項目，并于2021年4月首批裝置成功投產(chǎn)，項目全部達產(chǎn)后可年產(chǎn)2.4億標方綠氫和1.2億標方綠氧。1公斤氫氣為11.2立方米，公司2.4億方氫氣即為2.14萬噸；1公斤氧氣為0.7立方米，公司1.2億標方綠氧即為17.14萬噸。2020年1月21日，福建省漳州市政府與中國華能集團有限公司（下稱“華能集團”）簽署戰(zhàn)略合作框架協(xié)議。華能集團計劃在漳州投資1000億元，建設漳州外海千萬千瓦級海上風電能源基地和古雷開發(fā)區(qū)綜合能源基地等。2020年10月，由三峽集團負責投資建設，康明斯提供裝備的烏蘭察布“源網(wǎng)荷儲一體化”示范項目是全球規(guī)模最大的源網(wǎng)荷儲示范項目開工建設。2021年3月9日，四川公司與彭州市政府簽訂《華能彭州水電解制氫科技創(chuàng)新示范項目投資協(xié)議書》，彭州水電解制氫科技創(chuàng)新示范項目將建設2600標準立方米每小時水電解制氫站、高密度儲氫設備和充氫站、華能四川綠氫技術創(chuàng)新研究院、氫能產(chǎn)業(yè)鏈技術綜合示范基地，1300Nm3/h堿水電解槽由競立與華能聯(lián)合開發(fā)，計劃于2021年建成。 2021年8月18日，陜西咸陽秦都區(qū)與國家能源集團陜西電力有限公司簽訂光儲氫綜合應用一體化項目，總投資20億元，規(guī)劃建設分布式光伏項目裝機容量300MW、新型集中式儲能電站容量300MWh、電解水制氫站及配套加氫站容量500-2000Nm3/h。
2021年11月30日，中國石化宣布我國首個萬噸級光伏綠氫示范項目——中國石化新疆庫車綠氫示范項目正式啟動建設。公司稱，這是全球在建的最大光伏綠氫生產(chǎn)項目，投產(chǎn)后年產(chǎn)綠氫可達2萬噸。項目總投資近30億元，主要包括光伏發(fā)電、輸變電、電解水制氫、儲氫、輸氫五大部分。項目將新建裝機容量300兆瓦、年均發(fā)電量6.18億千瓦時的光伏電站，年產(chǎn)能2萬噸的電解水制氫廠，儲氫規(guī)模約21萬標立方的儲氫球罐，輸氫能力每小時2.8萬標立方的輸氫管線及配套輸變電等設施。項目預計2023年6月建成投產(chǎn)。 表3 部分能源企業(yè)氫能布局
（4）電解水產(chǎn)能大幅擴張
自今年3月隆基成立氫能公司以來，電解槽成為今年投資領域關注的重點，10月16日，隆基氫能首臺堿性水電解槽下線，公司當天宣布今年將具備500MW的能力，未來五年內(nèi)產(chǎn)能將達到5-10GW。這個產(chǎn)能是什么概念呢？500MW是2020年全國的產(chǎn)能，2021年大約1000MW，也就是1GW，我近期跟業(yè)內(nèi)幾家企業(yè)溝通下來到明年年底的產(chǎn)能，隆基大約1.5GW，競立大約1GW、中電豐業(yè)1GW，于是我按照行業(yè)發(fā)展階段及行業(yè)地位競爭的經(jīng)驗預測，國內(nèi)明年年底的產(chǎn)能可能到達10GW。因為堿性電解槽是一個相對比較成熟的產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)能擴張的門檻不高，而規(guī)模擴張一方面是為未來幾年的需求做準備，另一方面，企業(yè)的規(guī)模也一定程度上顯示了企業(yè)的行業(yè)地位，所以，如果隆基到1.5GW、競立大和中電豐業(yè)到1GW，大陸和718的規(guī)模也不會低于1GW，除了這些傳統(tǒng)電解槽企業(yè)，我們還看到深圳還有凱豪達、瑞麟也在布局堿性電解槽，預計2022年還會有新的進入者。 圖1 2022年電解槽產(chǎn)能預測 
電解槽不是一項新技術，但過去主要作為工業(yè)原料，行業(yè)龍頭也不過幾千萬的營業(yè)規(guī)模，沒有什么研發(fā)投入，預計未來5年這個行業(yè)的規(guī)模超過100億元，大量的資金進入將推動行業(yè)技術的快速進步。
11月26日，我參加了華能和競立聯(lián)合開發(fā)的1300Nm3/h堿水電解槽的生產(chǎn)下線儀式。目前，蘇州考格利爾競立基本上代表了這個行業(yè)（堿性電解槽）的最高水平，這與他們的基礎以及華能集團聯(lián)合開發(fā)都分不開。下面是競立發(fā)給媒體的一份通稿，作為這個行業(yè)重要的歷史資料，我也將這些數(shù)據(jù)留在本文：一是突破了高效催化劑合成的關鍵“點”，構建了新型鎳基多元合金催化層，有效提升了工作電流密度，降低了析氫電位。 二是突破了三相關鍵界“面”的解析與結構優(yōu)化，顛覆了傳統(tǒng)極板流場結構，優(yōu)化了電解小室橫縱維度空間布局，實現(xiàn)了熱量、物質的高效傳遞。 三是突破了大型高電密電解槽的整“體”可靠組裝，提升了電解槽的高壓密封性、性能均一性和運行可靠性。 點、面、體三維突破與創(chuàng)新，成功實現(xiàn)了1300Nm3/h堿水電解槽的生產(chǎn)下線，并在多項關鍵指標上創(chuàng)造了國際、國內(nèi)領先和行業(yè)引領： 1. 單槽產(chǎn)氫能力國際最大：在1.6MPa運行壓力下，電解槽的額定產(chǎn)氫量達到1300Nm3/h，最大產(chǎn)氫量可達1500Nm3/h，同時，具備20%-115%寬頻調諧制氫能力。 2. 電流密度指標國際領先：電解槽的最高電流密度達到6000A/㎡，是國際上首套實現(xiàn)6000 A/㎡高電流密度的商業(yè)化堿性水電解槽。 3. 直流能耗國際先進：電解槽的直流能耗低于4.2kWh/Nm3H2，顯著優(yōu)于國家大型電解槽一級能效標準。 4. 體積產(chǎn)能比國內(nèi)最?。号c國內(nèi)其它產(chǎn)氫量1000Nm3/h的堿性水電解制氫設備相比，1300Nm3/h電解設備的體積縮小超三分之一，體積產(chǎn)能比由0.95下降到0.73，單位產(chǎn)氫量設備投資減少25%。 5. 系統(tǒng)集成控制行業(yè)領先：首次采用全國產(chǎn)化分散控制系統(tǒng)（DCS），集成一鍵啟動、無人值守、遠程監(jiān)控、設備互聯(lián)等智能化控制技術。 
可以預期，隨著資金、人才以及應用的不斷反饋，制氫技術將會得到快速進步。
運輸方式也是這兩年討論的一個重要話題，因為目前都是區(qū)域性的試點，短距離、小規(guī)模示范，氫氣主要運輸方式還是高壓運輸，但液氫項目也在產(chǎn)業(yè)化推進中，航天101所、中集圣達因、中科富海、國富氫能都在液氫儲運上做儲備。不過，由于遠距離運氫的成本比較高，化合物儲氫包括甲醇制氫、鎂基儲氫、氨儲氫、甲苯儲氫方案都有一些探索，中集安瑞科與大化所合作建造的冬奧會的站內(nèi)制氫項目就是甲醇制氫。運氫的方式固然還需要技術進步，但如果說技術是生產(chǎn)力的化，這個領域生產(chǎn)關系更重要，這個生產(chǎn)關系包括國家相關標準，也包括資源的優(yōu)化配置。也就是說，目前比生產(chǎn)力更落后的是生產(chǎn)關系，這將是氫能時代需要突破的一個非常重要的認知。未來3-5年：氫氣成本隨規(guī)模擴張和技術進步下降如果說我們預測電解水制氫產(chǎn)能從2021年的1GW到2022年的10GW有一點突兀，那也只能怪隆基做了未來五年內(nèi)5-10GW的規(guī)劃，這樣一來，其他公司也就只好跟進了。但這就是業(yè)內(nèi)人對這個行業(yè)的預期與行動，一個企業(yè)的規(guī)劃超過全行業(yè)的靜態(tài)產(chǎn)能，設備如此，制氫項目亦是如此。到2020年，全球加氫站553座，而中石化一家在未來五年內(nèi)要建1000座加氫站（含油氫混合站）。按照各大能源公司啟動的綠氫項目，也可以推測未來幾年綠氫項目的進度也將很快超過目前50萬噸電解水（約14.5萬噸綠電制綠氫）的存量規(guī)模。氫能發(fā)展的第一階段是創(chuàng)業(yè)資本和科研人員主導，以交通領域為牽引的發(fā)展模式，這一階段，燃料電池系統(tǒng)和電堆企業(yè)通過構建閉環(huán)生態(tài)鏈、培育供應商探索出燃料電池清晰的產(chǎn)業(yè)化路徑：龍頭企業(yè)完善的研發(fā)體系形成了技術持續(xù)進步、核心零部件基本實現(xiàn)國產(chǎn)化、清晰的工藝路線和規(guī)模化生產(chǎn)的自動化產(chǎn)線。過去4-5年，燃料電池綜合成本下降了80%，未來可以預見系統(tǒng)成本將以每年20-30%的速度下降。第二階段是由能源企業(yè)主導、以氫氣的制備、儲能、儲運、加氫站的能源體系發(fā)展模式，這一階段，能源企業(yè)通過綠氫制造、儲運和加氫站建設來快速推進基礎建設。預期大量的資金和人才的涌入將使得氫氣的成本快速下降。
現(xiàn)階段，化工企業(yè)和冶金企業(yè)的工業(yè)副產(chǎn)氫是一個優(yōu)勢，綠氫的產(chǎn)能迅速擴張對發(fā)展燃料電池汽車來說是一個福音。 不過，供氫端與燃料電池最大的區(qū)別在于，燃料電池技術還沒有成熟，近年剛剛進入產(chǎn)業(yè)化階段，而電解水中的堿性電解槽基本上屬于成熟技術，所以，在氫能和燃料電池產(chǎn)業(yè)中，盡管燃料電池早于氫能開始啟動，但兩者競爭的要點有很大的不同，對燃料電池企業(yè)來說，競爭的核心要點還是技術，而對堿性電解槽來說，除了技術本身，源頭的資源也會變得非常重要，比如隆基股份等可再生能源企業(yè)可能就會利用更多離網(wǎng)光伏棄電變動的更有競爭力。 來自寶豐能源的公告稱，目前制氫成本還高于灰氫，但根據(jù)業(yè)內(nèi)多位專家預計，隨著政策的強力推動和技術的快速發(fā)展，未來有望達到0.7元/標方，與化石能源制氫相當并將優(yōu)于化石能源制氫；深圳凱豪達則稱，他們探索谷電和站內(nèi)制氫，以谷電價格0.211元/度，耗電量4.2度電/標方，公司可以將制氫成本降到9.925元/kg。
但總體來看我國電解水普遍應用的還是堿性技術，而對于更加環(huán)保、更加高效的PEM制氫技術則還與國外先進技術有比較大的差距，國內(nèi)能源級PEM電解槽產(chǎn)量還是個位數(shù)。而擁有70多年電解水經(jīng)驗的康明斯，與其關聯(lián)公司向全球提供了600多套電解水設備，其中含PEM電解水設備70多套，目前由康明斯生產(chǎn)的20MWPEM電解水是世界上正在運行的最大的PEM項目。但進入產(chǎn)業(yè)化我國PEM制氫也進入了兆瓦級時代，目前賽克賽斯生產(chǎn)的電解槽最大功率達到260Nm3/h，計劃明年做到500-1000Nm3/h。今年以來，氫氣可以預見的成本下降在制氫端，對于儲運端的成本來說，隨著大量氫氣產(chǎn)能的釋放，儲氫運氫的需求將大大增加，運輸方式也會不斷優(yōu)化，燃料電池應用端成本有望在未來五年得到大幅改善。
|
