除了制氢环节的高成本,储运和加注应用环节也尚未寻找到低成本的“完美方案”。
因为氢气易燃易爆的物理特性,全世界都面临氢气长距离储运的难题,气态储氢、液态储氢、固态合金储氢是三种常见储氢方式。目前,采用20MPa气态高压储氢与长管拖车运输是应用最广的储运方式。该方式技术成熟,但只适用于短途运输使用,氢源地辐射范围有限,100公里范围内,20Mpa长管拖车储运成本约为7.79元/公斤。
于是,以京城股份、中材科技为代表的储氢运氢设备供应商,研发生产了不一样的规格的车载储氢瓶(表5)。比如,京城股份生产的70Mpa高压铝内胆碳纤维全缠绕复合气瓶,间接全资子公司天海氢能2021年交付冬奥会项目140套储氢系统订单;中材科技2021年末已掌握各压力等级车载氢气瓶成套技术,开发70MPa三型氢气瓶实现批量装车示范应用,并完成20、30MPa管束集装箱运氢单元的国际国内认证,实现批量交付。
未来,气态管道运输和低温液态储运将是氢能大规模运输的方式,但是,前者的障碍在管道基础设施的建设,业内正在研究天然气掺氢的可行性。而低温液态储运的技术还不够成熟,若能够突破氢气液化的高能耗、液化设备价格高等“关卡”,氢气也能像天然气一样大规模使用。
而终端使用主要依赖于加氢站。截至2022年末,全球主要国家在营加氢站数量达到727座,同比增长22.4%。我国累计建成运营加氢站358座,同比增长40.4%,其中在营245座每日供能达17.7万公斤,广东、河北、山东、江苏、河南加氢站数量居国内前5。
根据中国氢能联盟数据,国内建设一座加氢500kg/天、加注压力35Mpa的加氢站成本约为1200万元(不含土地费用),相当于传统加油站建设成本的3倍,其中设备成本占比80%,主要因为压缩机、加氢枪、流量计、安全阀等核心设备依赖进口。未来,随着加氢设备的国产化替代,加氢站的建设成本将一下子就下降。值得一提的是,加油站兼容加氢站,两站合建的成本远低于1200万元,因此,拥有完善加油站网络的“三桶油”具备发展加氢站业务的先天优势。
在单个环节无法快速降成本的现实下,中国石化为代表的大型能源企业,已发展出供氢全产业链模式,以规模化、一体化的方式降低氢气供给价格。
2022年9月,中国石化发布氢能长期发展战略,目标是“打造中国第一氢能公司”,聚焦氢能交通和绿氢炼化两大领域。2022年7月14日,中国石化与一汽解放等8家单位签署氢能产业链建设合作协议。此前,其与上海重塑、国富氢能、中科富海等产业链头部企业有合作。
2019年11月,其与法国液化空气集团(简称“法液空”,AI.PA)签署合作备忘录,在氢能产业拥有丰富技术和经验的法液空将参股中国石化氢能公司,一同推动氢能和燃料电池汽车在中国的推广应用。
2020年10月,中国石化与康明斯(中国)投资有限公司签署合作意向书,计划引进康明斯电解水制氢业务。2021年12月,中国石化旗下的恩泽河海(天津)股权互助基金合伙企业(有限合伙)与康明斯电力新加坡有限公司,在广东佛山合资成立康明斯恩泽(广东)氢能源科技有限公司,注册资本1亿元,双方各持股50%。该公司将引进康明斯的质子交换膜电解水制氢技术,投资4700万美元建造一座1GW的PEM氢电解工厂,实现本土研发生产。
为了实现石油炼化过程中的碳减排,2021年11月,中国石化新疆库车绿氢示范项目启动建设,这是中国首个万吨级光伏制氢的“氢电一体”示范项目,总投资30亿元,最重要的包含光伏发电、输变电、电解水制氢、储氢、输氢五大部分。该项目将新建装机容量300MW、年均发电量6.18亿千瓦时的光伏电站,年产能2万吨的电解水制氢厂,储氢规模约21万Nm³的球罐,输氢能力每小时2.8万Nm³的输氢管线及配套输变电等设施,预计2023年6月建成投产,生产的绿氢将供应中国石化塔河炼化公司,每年可减少二氧化碳排放48.5万吨。新疆光伏资源丰富,为光伏电解水制氢创造了有利条件。
2021年,中国石化氢气产量350万吨,占全国总产量的14%,截至2022年末,中国石化已建成98座加氢站(含油氢合建站),到2025年将建成保底600座,总加注能力12万吨/年的加氢站网络。
除了中国石化,国家能源集团、国家电投、华能集团、中海油、中国能建、东方电气等大型能源央企均已进军氢能领域,一同推动供氢平价化。
氢能供给端的降成本之外,氢能应用商业化落地的另一个关键是燃料电池的国产化和降成本。
氢燃料电池系统主要由电池电堆、供气子系统、氢气循环系统、热管理系统、传感器等构成,核心部件是电化学能转化发生的电堆,主要由膜电极、双极板、端板、集流板等组成。其中,膜电极、双极板约占电堆成本的64%、18%。膜电极由质子交换膜、气体扩散层、催化剂层、碳布或碳纸等组成。这样的构造,衍生出一条复杂的产业链。
这意味着,氢燃料电池产业高质量发展,需要每个细分环节的技术突破和规模量产。虽然氢燃料电池已实现国产,但整个产业仍处在政策驱动、研发投入早期,膜电极、电堆系统等关键环节还依赖欧美巨头的技术输入。
零部件作为其中链条最长的环节,关键配件包括膜电极、电堆模组、空压机、专用材料和设备、电容隔膜、电磁阀、催化剂等。因为下游氢能整车销量不高,大多数厂商处在前期投入阶段,且投入规模较大,尚未实现全部的国产替代。
布局氢燃料电池零部件研发制造的代表性上市公司有20家(表6),其中,电堆模组制造商2家,质子交换膜及膜材料供应商3家,催化剂供应商6家,空压机生产商5家,电磁阀等配件供应商4家。
这些公司绝大多数都是在传统汽车或零部件生产上积累了技术和资本优势,横向拓展进入氢燃料电池业务。
氢燃料电池零部件研发生产的前期投入比较大。例如,离心式风机供应商金通灵,为生产氢燃料电池空压机,2021年11月与水解制氢设备制造商北京汉氢科技有限公司签订合作协议,协议总投资2.3亿元。
电池上游供应商凯恩股份主要生产超级电容隔膜,与新筑股份(002480)子公司上海奥威科和宇恒电池一同承担浙江省高性能超级电容隔膜等超级电容器关键材料的研发工作。2020-2021年,凯恩股份分别投入研发费用1.09亿元、1.16亿元,用于汽车电子电解电容纸的国产替代。
国产替代进展缓慢的“卡脖子”环节,还有燃料电池用铂基催化剂,我国燃料电池主要使用日本田中贵金属和英国庄信万丰的催化剂,二者约占国内80%的市场占有率。燃料电池用铂基催化剂的价格相对昂贵,早期燃料电池车每车铂金使用量30-80克,远高于传统柴油车、汽油车单车2-10克的用量,约占燃料电池电堆成本的36%-51%。而国内催化剂供应商的相关这类的产品仍处在测试阶段,尚未量产。
化学品上市公司龙蟠科技旗下的润滑油、冷却液、车用尿素等产品销量均位居前列。近年来,其在磷酸铁锂正极材料领域已经跻身头部,成为宁德时代等电池企业的供应商。氢能产业布局方面,龙蟠科技与中科院大化所合作研发燃料电池催化剂、参股安徽明天新能源科技有限公司,并成立子公司江苏龙蟠氢能源科技有限公司。但其自主研发的相关这类的产品仍处于实验室阶段,尚未大规模进行投产。
中国镍氢动力电池的有突出贡献的公司科力远,是丰田汽车HEV(油电混动)电池关键镍材的中国核心供应商,其子公司常德力元是全球最大的泡沫镍制造商,创新研发了制氢用泡沫金属,其具有表面积大、制氢效率高等特点。与传统材料相比,制氢用泡沫金属可将催化性能提升3-10倍,能耗降低约20%,提升了制氢的经济性。2022年10月,该产品已向客户送样、测试。
另外,贵研铂业的铂基催化剂尚处于实验阶段。中自科技开发出第一代SEC100铂碳催化剂和第二代SEC200具有核-壳结构的低铂催化剂,均未批量生产。凯立新材燃料电池催化剂已实现公斤级批量试产,新工艺已进入中试阶段。凯大催化的燃料电池铂基催化剂已经实现批量化试生产,目前处于客户送样测试验证阶段。格林美成立了氢燃料电池材料研究中心,催化剂产品尚在开发阶段。
随着氢能应用领域拓宽,低铂或非铂催化剂将成主流。近年来,随技术进步,单车铂含量会降低,目前海外最新研究能够将铂用量降至0.06g/KW(约7.06g/辆),丰田等第一梯队车企的商业化车型用量大约为0.17g/KW(约20g/辆),国内技术水平则为0.3g/KW。
面对快速迭代的市场,企业研发如果无法快速实现成果转化并量产投入市场,可能会面临产品面世即淘汰的风险。
根据工信部数据,2021年国内燃料电池系统供应商比较分散,从市场占有率看,分别为亿华通13.95%、重塑股份9.56%、捷氢科技5.02%、潍柴动力5.02%、雄韬股份3.92%、国鸿氢能3.61%、清能股份2.82%、弗尔赛0.94%,其他厂商合计占55.17%,尚没有具备技术统治力的寡头出现。
燃料电池正在向高功率密度、大功率、长寿命、低成本方向迭代,对制造工艺、核心零部件性能等方面的要求慢慢的升高。技术层面的快速突破,成为企业向寡头跃升的关键筹码。
A股聚焦燃料电池系统业务的主要上市公司18家,除了潍柴动力、威孚高科,另外16家公司能够分为三类。
第一类,是9家自主研发生产燃料电池的公司(表7),除亿华通外,其他8家均在原有业务基础上拓展氢燃料电池业务,并具备了电池动力系统的量产和示范运营能力。
氢燃料电池研发生产动辄投入超亿元,雄韬股份、康普顿、雪人股份、全柴动力、亿华通都先后定增募资投入其中。
A股上市公司康普顿也积极布局氢能源电池,继公司控股子公司氢启科技首条氢燃料电池电堆生产线亿元在淄博桓台投建新的氢启燃料电池电堆项目,全部达产后年产值预计达40亿元。
此外,康普顿投资的多家氢能源企业相继在桓台落户:青岛同清湖氢能源科技有限公司于1月份与桓台政府签订合作协议,在桓台投资建设同清湖(淄博)氢能产业园;青岛创启新能催化科技有限公司在淄博桓台设立全资子公司,打造国内最大、最先进的催化剂生产项目;青岛氢启新能源科技有限公司在淄博桓台设立全资子公司,建设电堆组装、测试生产线。同清湖(淄博)氢能产业园项目计划总投资50亿元,整合制氢、储氢、运氢、加氢等环节,集成氢燃料电池核心材料与部件、氢燃料电池系统和氢能源汽车等方向,叠加桓台丰富的工业副产氢资源和氢燃料电池质子交换膜、碳纸、膜支架等关键材料基础优势,构建起全产业链发展框架。
2020年8月在科创板上市的亿华通,是首家以氢燃料电池系统为主业的上市公司,其IPO募资13.51亿元,2021年定增募资2亿元。2023年1月,亿华通(在港股二次上市,募资10.98亿港元。其燃料电池系统2021年产能达到2000台,生产线二期工程完工后年产能将达到1万台。
作为全球最大的蓄电池生产企业,雄韬股份先后定增募资9.59亿元投入氢能业务,拥有标准实验与检验测试中心4座,直接投资产业链企业7家,合作产业内研究机构5家,参与研制多款氢燃料电池整车。截至2021年末,雄韬股份240辆燃料电池车(公交、重卡、物流)已投入示范运营,运营里程超过1000万公里。2022年上半年,其氢能订单达393辆,公交车251辆、重卡和物流车105辆、环卫车37辆。2022年上半年,雄韬股份燃料电池业务实现盈利收入4466.48万元,同比增长36%。
雄韬股份虽是商业化落地最成功的氢燃料电池企业之一,但这一业务仅占其总营收的2.62%,微不足道。
同样,搭载雪人股份燃料电池系统的厦门金龙、厦门金旅,车辆2019年起已在福州示范运行。2021年,雪人股份定增募资5.5亿元用于扩大氢能业务。华昌化工生产的HCES70型氢燃料电池发动机,也已在公交大巴上示范运营,2022年上半年交付10台氢燃料电池重卡。全柴动力通过控股子公司切入氢燃料电池业务,2021年定增募资7.5亿元,其中1亿元用于氢燃料电池智能制造建设项目。
第二类,是通过投资而切入燃料电池业务的5家上市公司,分别是美锦能源、南都电源、大洋电机、中原内配、长城电工。
2017年启动布局氢能产业的美锦能源,通过内部培育、外延收购,构建了氢能全产业链。其上游依托自有的焦化副产尾气制氢,并开展加氢站建设和园区建设;中游通过参股广东国鸿氢能科技有限公司,进入电堆及燃料电池系统领域,参股鸿基创能科技(广州)有限公司进入膜电极领域,参股赛克赛斯生物科技股份有限公司进入电解水制氢领域;下游控股佛山市飞驰汽车科技有限公司、青岛美锦两大新能源商用车整车生产公司,2021年生产氢燃料电池车362台,安全行驶里程超过4100万公里,位居行业第一。
南都电源、长城电工都是通过投资中科院大化所下属的新源动力股份有限公司(简称“新源动力”)而布局燃料电池产业。新源动力成立于2001年,注册资本为1.12亿元,主营燃料电池系统制造,是国家燃料电池技术标准制定的副主任委员单位、“燃料电池及氢源技术国家工程研究中心”承建单位。其基本的产品包括质子交换膜燃料电池电堆、燃料电池模块及系统等,2004-2020年进行了5轮融资,融资超过3.7亿元。截至2022年6月末,腾龙股份、南都电源、上汽集团、长城电工分别持有其27.84%、18.17%、11%、6.8%的股权。
大洋电机2016年与巴拉德、博雷顿等企业合作涉足氢燃料电池业务,截至2022年末拥有3000套燃料电池系统产能,氢燃料电池业务在公司整体业务中占比较小。
其中,穗恒运与雄韬股份合资成立广州雄韬氢恒科技有限公司,二者各持股72.5%、27.5%,穗恒运由此切入燃料电池业务。2022年1月,穗恒运控股的广州开发区湾顶新动能产业投资基金合伙企业(有限合伙)发起设立白鹭液氢科技创业投资基金,资管规模为4.6亿元。
凯龙股份出资2.1亿元,参与设立了氢能源产业基金——深圳市君丰华盛投资合伙企业(有限合伙,总规模3.1亿元),该基金投资并持股22%的武汉地质资源环境工业技术研究院有限公司,在氢能产业链上的布局已涵盖制氢、加氢、燃料电池动力系统及核心零部件研发生产、氢能动力产品检验测试、测试设备研发、氢能汽车整车研发及生产等领域。
氢燃料电池系统供应商由2016年的62家增至2021年的140家,随市场参与者增多,国内燃料电池产能正在快速扩张。2017-2022年,我国氢燃料电池系统(汽车用)出货量从38.6WM增加到0.9GW,复合年增长率超过87%。
2022年,亿华通、国鸿氢能、大洋电机、东方电气、重塑股份、捷氢科技等18家供应商披露新项目投建,行业迎来扩产潮。业界预测,中国氢燃料电池系统出货量将在2026年、2030年分别达到1.23GW、8.34GW,相应的市场规模将由 2022年的人民币33.36亿元增至2026年的258.66亿元、2030年的1167.96亿元。
与日韩全力发展乘用车不同,欧美和中国的氢能汽车落地主要在商用车,宇通客车、福田汽车、金龙汽车、上汽集团、申龙客车等多家整车企业,已推出氢燃料电池商用车车型,并在不同城市示范运营。
2022年,我国氢燃料电池汽车产销累计分别完成3626辆和3367辆,同比分别增长105.4%和112.8%,氢能汽车保有量达到1.27万辆。
福田汽车从2006年开始研发氢燃料电池客车,布局客车、轻卡、重卡等商用车全系列车型,销售集中在上海及京津冀等氢能示范城市群的矿区、港口、高污染作业区等特定场景。截至2022年11月末,福田汽车累计燃料车型销量达796辆,同比增长120.5%。
上汽集团在2020年发布中国汽车行业首个氢战略,提出将在2025年前推出至少10款燃料电池整车产品,建立起千人以上燃料电池研发运营团队,形成万辆级燃料电池整车产销规模,市场占有率达到10%以上。目前,上汽集团已面向市场推出了轿车、MPV、轻客、大客车、轻卡、重卡等多款氢燃料电池整车产品,并在全国13个城市实现商业化运营。
值得一提的是,2002年上汽集团已开始研发“凤凰一号”燃料电池汽车,至今技术积淀超过20年,并孵化出燃料电池企业捷氢科技,已于2022年6月末提交科创板上市招股书,是上市公司“A拆A”的代表案例。
另外,液晶玻璃基板装备供应商东旭光电,也在2017年通过资产重组,以30亿元的对价并购上海申龙客车100%股权,进军新能源汽车领域;2017年6月,又出资1亿元认购燃料电池龙头亿华通定增发行的5.51%股份,与亿华通建立战略伙伴关系。参照电动车产业高质量发展经验,整车企业与电池企业的强强结盟,是推动整个产业商业化发展的重要一步。
目前,氢能汽车规模化应用的障碍是“贵”,氢燃料电池重卡补贴后价格约为120万元,较纯电重卡100万元左右的价格高出20%。2021年,燃料电池汽车、锂电电池汽车、燃油车的百公里综合成本分别为924元、441元、528元,预计到2030年,燃料电池汽车才能接近纯锂电池汽车的成本。
从政策驱动到市场驱动,氢能汽车还有非常长的路要走。那么,我们就从头部企业来看氢能产业的发展难题与龙头公司的突破路径。
在欧美和日本技术领先的背景下,以潍柴动力、威孚高科为代表的上市公司,凭借传统业务基础和上市公司融资优势,走出了一条“并购+研发”的突围路线家国际巨头股权,重推氢内燃机重卡产品
总部位于山东潍坊的潍柴动力,旗下业务涵盖动力总成、整车、智能物流和汽车零部件等多个板块。作为地方国企,其2018年将新能源作为新的发展趋势,2020-2030年计划投资500亿元建设新能源动力产业园,打造涵盖整车、整机、动力总成系统、电池、电机的产业链。
2018年开始,潍柴动力分别战略投资加拿大巴拉德、英国锡里斯动力控股有限公司(Ceres Power Holdings plc,简称“锡里斯”)、瑞士飞速集团(FISCHER Spindle Group Ltd,简称“飞速集团”)、德国欧德思公司(ARADEX AG,简称“欧德思”)等全球新能源核心零部件企业,并成立合资公司。潍柴动力支付技术转让费等引进先进的技术,合作方则借力进入中国市场。
当年5月,潍柴动力投资4000万英镑(约合3.4亿元人民币),认购锡里斯新发行的部分股份,认购完成后持股票比例约20%,成为其第一大股东。锡里斯是全球固态氧化物燃料电池(SOFC)技术的引领者,伦敦证券交易所(AIM)上市公司。交易完成后,潍柴动力副总裁兼首席技术官胡浩然出任锡里斯董事。后来,因锡里斯增发股份,潍柴动力持股被摊薄至18.23%,但仍为其第一大股东。
2018年8月,潍柴动力出资1.63亿美元,认购巴拉德动力19.9%的股权,并派驻江奎、孙少军担任董事。2018年11月,二者在山东潍坊设立合资公司潍柴巴拉德氢能科技有限公司(简称“潍柴巴拉德”),引进巴拉德在氢燃料电池双极板、电堆、系统及其控制设备、测试设备及相关零部件的技术。合资企业成立后,潍柴动力先后向其投资4.96亿元。
在“跨境并购+合资”路径下,潍柴动力构筑起“电池+电机+电控”为一体的动力系统,在氢能发动机业务上取得突破性成绩。截至2021年末,装配潍柴氢燃料电池发动机的车辆累计行驶里程超过1500万公里。2022年6月15日,山东重工新科技成果展上,中国重汽车集团、潍柴动力联合发布全国首台商业化氢内燃机重卡,可商业化应用到港口、城市、电厂、钢厂、工业园区等特殊运输场景。
威孚高科是中国汽车核心零部件骨干企业之一,成立至今已逾60年。2018年开始,其以“外延并购+内部孵化”的方式推进氢能业务,开启战略转型。
2019年4月和2020年10月,威孚高科分别以726万欧元(约合5678.36万元人民币)、4850.71万元现金对价,相继收购燃料电池零部件供应商IRD Fuel Cells A/S(简称“IRD”)66%、34%股权,并重点孵化IRD在中国业务。IRD于1996年在丹麦成立,拥有膜电极和双极板核心零部件先进制备技术。
在技术攻关方面,威孚高科采用并购与自研双管齐下的方式:一方面,耗资4.24亿元进行国际并购,构建了电堆核心零部件“一膜两板”(膜电极、石墨双极板、金属双极板)关键技术能力;另一方面,通过自主研发,设立新能源研究院,完成氢燃料电池研发测试中心一期建设,构建了BOP关键零部件(氢气子系统、空气子系统、水热子系统等)核心技术基础能力。
2023年4月,国家发展改革委发布《关于印发投资项目可行性研究报告编撰大纲及说明的通知》(以下简称“通知”),通知自5月1日起施行。
政府投资项目可行性研究报告原则上应按照《通用大纲》进行编写,并作为各级政府及有关部门审批政府投资项目的基本依据。《参考大纲》主要是在落实企业投资自主权基础上,带领企业重视项目可行性研究,加强投资项目内部决策管理,促进依法合规生产经营,实现健康可持续发展。《编写说明》是对大纲的解释和阐述。在编写、审核项目可行性研究报告时,应同时借鉴和参考使用大纲及说明有关内容。