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图片来源@视觉中国

文 | 芯锂话

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10月26日,一份《电池价格上调联络函》传出,比亚迪决定上调电池产品的单价,涨幅不低于20%。比亚迪并非第一家涨价的锂电池企业,在此之前,国轩高科、路华电子、天能锂电、鹏辉能源等多家锂电池企业就曾先后发出调价函。

在正极材料和电解液价格持续上涨,负极材料供应紧张的情况下,锂电企业以涨价的方式向下传导成本压力无可厚非,但这却引发了关于氢能替代论的畅想。

就能源本身而论,主要受两方面因素影响,其一是环保问题,碳中和大趋势下,传统能源类型的占比必将持续下降;其二是成本问题,在同样的目的下,市场肯定更愿意选择成本低廉的能源类型。

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从环保角度出发,无疑电动车和氢能汽车都是符合要求的。但如今锂电池成本持续攀升,政府补贴又逐渐退坡,电动车性价比大幅下降,那么氢能源汽车是否具备替代电动车的机会了呢?我们到底距离氢能源汽车普及的时代有多远呢?

01 氢能源汽车的战局

在探讨氢能源汽车对电动车的替代之前,首先我们先弄清楚什么是氢能源汽车。

从字面意思不难理解,氢能源汽车就是以氢气作为主要动力来源的汽车。但实际上,氢能源汽车存在氢燃料电池和氢内燃机两大分支路线,他们之间有着本质上的区别。

氢内燃机与传统燃油发动机类似,只不过燃料由石油、天然气换成了氢气。其原理也是通过氢气燃烧释放热能,并借由气体膨胀来推动发动机工作。

由于氢气本身易燃易爆炸,因此纯以氢气为燃料的内燃机汽车有一定的危险性,在日常应用中往往不选择纯氢气作为燃料,而是选择掺杂传统能源的混合燃料,并没有环保优势。此外,放热的工作方式能量效率值很低。

虽然我们不能说氢内燃机路线是失败的,但从现阶段而言,这一路线距离最终商业化落地仍有很长的路要走,并非资本市场关注的重点。

氢燃料电池系统虽然有“燃料”二字,但实际上却并不通过燃烧来进行能源转换,而是氢气在燃料电池堆中发生化学反应,将化学能转化为电能,然后再通过电动机转化为动能的过程。这套动力系统看似复杂,但却拥有干净环保,能量转化率高的优势。

来源:中商产业研究院

与电动车类似,氢燃料电池的最大的改变就是这套燃料电池堆及辅助系统(简称BOP),同时也是成本占比最高的部分,约占整车总成本的60%以上,其中电堆又占到BOP系统成本的60%。

由于氢燃料电池能量转化率高,同时安全系数也很高,因此被市场看做是具备爆发潜力的赛道,也是被看做是电动车最有力的竞争者。

从装机量分析,中国燃料电池系统仅处于发展初期,尚未进入红利释放期。2019年全国燃料电池装机量126.4MW,而疫情下的2020年,这一数据同比下降36%至80.4MW,显示出极强的波动性。

对照2019年和2020年的市场格局,不难发现这一行业仍处于群雄割据状态,尚未出现一统江湖的龙头公司。除亿华通市场份额较为稳定外,其余公司的市场排名均呈现极大波动。

重塑股份在2019年以29%的市场份额排名第一,但2020年业绩却大幅下滑,并被上交所终止IPO审核;清能股份在2019年以16%的市场份额排名第二,但2020年却跌出前五。大洋电机收购的上海电驱动同样也未在2020年进入前五。

另一方面,刚刚拿到1亿元A轮融资的爱德曼在2020年冲至销量榜首,同样是市场新兵的国鸿重塑以12%的份额排在市场第三,颇有江山代有才人出的意味。

对于这样松散的市场格局,机会与风险同在。行业中各参与者均有机会,如果发展顺利那么很可能成为市场龙头,但如果发展遇阻那么甚至有从市场清退的风险。

早在1839年,英国科学家Grove就提出了燃料电池的原理。实际上,无论是氢内燃机路线还是氢燃料电池路线,都并非新的技术,甚至已经有了上百年的历史。

就技术角度而言,氢燃料电池已经较为成熟,具备商用化前景。从环保角度分析,同样环保的氢能源电池具备替代电动车的潜力。

02 现实的枷锁

尽管氢燃料电池汽车已经具备了替代电动车的潜力,但现实的枷锁依然延缓这项技术的落地进程。

正如开头说的那样,对于能源技术来说,有两大关键因素,其一是环保,另一个也是更重要的则是成本。氢燃料电池汽车迟迟无法大规模推广,核心原因就在于成本之上。

这里的成本主要有三方面,其一氢燃料电池汽车的整车成本;其二加氢站成本;其三则是制氢成本。

首先,氢燃料电池汽车目前的整车成本依然偏高,具有很大的下降空间。

正如前文所述,BOP系统是氢燃料电池汽车占比最高的成本要素,其中燃料电池堆又是BOP系统中占比最高的。因此BOP系统和燃料电池堆的价格直接决定了整车成本的高低。

单从应用角度分析,氢燃料电池在汽车中的使用已经不成问题,但由于缺少规模优势,使得相关技术的迭代速度很慢,这直接造成了BOP系统的价格难以下降。

例如氢气在燃料电池堆的反应过程中需要用到催化剂,传统催化剂需要用到很多贵金属铂(Pt),但实际上金属铂并非唯一的选择,通过降低降低铂的含量或者寻找替代品,依然能够起到催化作用。

类似的技术改进几乎可以出现在BOP系统各个分支之上,从成本角度考量,氢燃烧电池汽车距离“完美”依然路途遥远。

据DOE预测,以美国能源部2017年最先进水平为标准,当燃料电池系统年产量为1000套时,系统的预测成本为216美元/kw;当年产规模扩大至1万套时,这一数据下降至103美元/kw;当年产规模扩大至50万套时,成本再次砍半至53美元/kw。

由此可见,氢燃料电池汽车的成本直接与车辆规模高度相关,当行业规模放量,氢燃料电池汽车的成本也有望大幅下降。

其次,加氢站的短缺也是制约氢燃料电池车辆发展的重要原因之一。

氢气是氢燃料电池汽车的核心燃料,但氢却并不能轻易得到,与到处都是的加油站对比,加氢站的数量可谓凤毛麟角。即使目前,氢燃料电池汽车的单价已经降至很低,但如果周围没有加氢站提供燃料,那么也不会有消费者购买它。

我们的加氢站到底有多么稀缺呢?截止2020年底,中国累计建成加氢站118座,其中101座已经正式投入运营,且有167座仍在假设中。刚刚过百的加氢站数量,意味着对于普通人来说,氢燃料电池汽车几乎不具有应用性。

那么加氢站可以快速复制吗?难度较大!

目前,我国建造一个加氢站的成本约1500万元,这还没有包括后续的运维费用。但好的一点是,我们的加氢站的核心产品几乎都做到了自主研发。

从成本端看,加氢站成本最高的是压缩机,约占整个加氢站总成本的30%。如果加氢站大量普及,那么压缩机制造商将会首先受益,如雪人股份、冰轮环境等。

回溯电动车的发展,不能发现,电动车快速崛起与充电桩的快速普及密不可分。鉴于加氢站成本过高,再加上氢气具有一定的危险性,这意味着他注定无法像充电桩一样快速铺开,只能走加油站那种集中输送的模式。

除此之外,氢气的价格更是直接影响到终端的使用成本。

现阶段,我国氢气来源主要依靠煤炭、工业副产和天然气。这些制氢方法虽然可以尽量的降低成本,但由于制氢过程中同样涉及到碳的排放,因此并不是真正的“新能源”。

行业中将由“电解水”方式得到的氢气称为“绿氢”,它也被市场公认为氢能源的最佳答案。电解水制氢的原理就是在充满电解液的电解槽中通入直流电,水分子在电极上发生电化学反应,分解成氢气和氧气。

目前,已经实现工业规模化的电解水技术主要以碱性电解水为主,质子交换膜电解水与固体氧化物电解水尚处于发展阶段。碱性电解水的优点是技术成熟,配套成本低,但缺点则是过于耗电,未来有可能被其他路线所取代。

由于电解水制氢中,需要用到大量的电,因此最终氢气价格直接与电价高度相关。按照估算,如果电价能够低于0.3元时,那么电解水制氢的成本就能够跟其他制氢方法持平。

鉴于电解水制氢对于电力的需求,因此光伏和风力发电是较为出色的供给手段。一方面,部分地区的发电成本已经接近0.3元的标准线;另一方面,电解水制氢可以将用电波谷的多余电力转化为氢能,从而实现变相储能。

尽管部分地区已经具备低成本“绿氢”制备的可行性,但这却并不足以满足氢燃烧电池汽车的应用。氢燃烧电池汽车想要顺利普及,那么氢气制备成本势必需要进一步降低。

三重成本压力迫使氢燃烧电池汽车依然在短期内无法取代电动车。

03 “锂氢”互补

资本市场中,并非只有“是”与“否”两个答案。

虽然氢燃料电池汽车无法在短时间内取代电动车,但其却可以在部分场景实现对于锂电池汽车的互补,进一步实现碳中和之路。

“十一”假期,电动车变成“电动爹”,续航里程数较短,充电时间过长,导致原本几小时路要整整走上两天。从补能方式与续航里程看,氢燃料电池汽车更接近于传统汽车,这些缺点在氢燃料电池汽车面前,几乎都能被完美解决。

对比不同能源类型的汽车参数可以发现。氢燃料电池汽车具备补能时间短、能量效率高、无污染寿命长等优势。考虑到氢燃料电池汽车的特点,其实它很适用于长途运输的使用场景。

电动车很好的替代了传统汽车城市中的应用场景,但在长途运输场景中,纯电动汽车的缺点就被无限放大,续航里程短,补能次数多,大幅降低运营效率。

氢能具备量转换效率高和完全无污染的优点,且只需要在高速沿途建造加氢站,就能解决加氢站覆盖面不足的困扰,因此氢能源汽车现阶段最适合当做运营车辆。

基于此,我们认为,氢燃料电池汽车与锂电池电动车之间的关系并非取代,而更趋近于互补。

聚焦产业链,氢燃料电池汽车的起步难度要明显高于锂电池电动车,但锂电池电动车与氢燃料电池汽车却均是我国汽车业发展的方向。

尽管目前锂电池电动车起步较快,但相信随着整条氢能源产业链的完善,氢燃料电池汽车的发展也会逐渐加快。只有“锂氢”互补,人们理想中的“碳中和之路”才会实现。

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