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從(cóng)各國模式看(kàn)氫燃料(liào)電(diàn)池產業發展思(sī)路(lù)

來源: 更新:2020-10-15 21:21:01 作者: 瀏(liú)覽:2823次

10月9日國務院常務會議通(tōng)過了《新能源汽車(chē)產業發展規劃》:2021年起,國家生態(tài)文明試驗區、大氣汙(wū)染防治(zhì)重點區域新增(zēng)或更新公交、出租、物流配送等公(gōng)共領(lǐng)域車輛(liàng),新能源汽車比例不低於80%,氫燃料汽車也被納入新能源汽車“三縱”之列,這對目前熱情高漲的(de)氫能產(chǎn)業給予(yǔ)了更多的信心。

政府支持對任何新產業來說都(dōu)是至關重要的,但今(jīn)天的能源行業處於多元化競爭的局(jú)麵,持續發展(zhǎn)還是需要各種能源自身的競(jìng)爭力。補貼期是有限的,暫時的,但利用好這個時間窗口很有意義。怎樣的模式推動行業更(gèng)快降低(dī)成本,形成規模(mó)化效應呢?也許(xǔ),通過比(bǐ)較國際上幾條氫能發展路(lù)徑會對我國氫能產業化有一些(xiē)啟示。

加拿大模式:全球氫燃料電池技術的支持者

加拿大是世界氫燃(rán)料電池研發的鼻祖,氫燃料電池最早起(qǐ)源於加拿大、美國的軍方,是軍轉民用的一項技(jì)術。加拿(ná)大的巴拉德(Ballard )、水吉能(Hydrogenics)企(qǐ)業為世界氫燃料電池貢獻了基礎研發的路徑,也培養了很多氫燃料電池行業的專業人才。

1979年成立於加拿大的巴(bā)拉德動力係統公司1993年即在多倫多交易所上市,1995年在納(nà)斯達克上市,是一家從事設計(jì)、開發、製造、銷售各種燃料電池產品並提供相應服務(wù)的公司。

巴拉德經營業績

水吉能公司主要基於水電解技術和(hé)質子交換膜技(jì)術設計、開發和(hé)生產氫氣發電、儲能和燃料電池產品,是一家設計、製造、建設氫(qīng)能係(xì)統的公司,擁有超過 60 年的行業經驗(yàn)。其總部位於加拿大密西沙(shā)加,設有德國、比利時製造工廠和設備,在多國設有代表處,為全球範圍內的用戶提(tí)供(gòng)電解製氫(qīng)設備、電動交通(tōng)工具燃料電池、燃料電(diàn)池(chí) UPS 和發電站,同時擁有全球的“電能-氣體”轉換儲能技術。

水吉能經營業績

顯然,在全球(qiú)氫(qīng)燃料汽車尚未產(chǎn)業化之前,以科研為主的企業長時間處於投入中,從目前可以錄(lù)得的財務數據來看,兩家氫燃料科技公司都未曾(céng)有過盈利,而且銷(xiāo)售(shòu)規模也沒有突破。加拿大市場並不(bú)大,在產業(yè)鏈與規模(mó)化上,他們(men)似乎更加致力於全球市場的開拓,目前(qián)全球很(hěn)多氫燃料電池公司都有這兩家加(jiā)拿大公司的貢(gòng)獻。

日本模式:從產品端出發的(de)乘用車發展路線

日本從50多年(nián)前就開(kāi)始了氫燃料汽車的研究,大約20多年前,學術界(jiè)基本上否定(dìng)了這(zhè)條技術路線,但近20多年來氫燃料電池的成本效率大大改善,日本又將氫能作為重要的發展戰略,2011年日本福島核電站事故後,日本的能源自(zì)給率從19.9%降到2012年的6%,氫燃料產業再一次被提上議事日程。

與(yǔ)此同時,科研機構(gòu)和企業對氫燃料的研究並沒有停止,從1995年至2015年的20年間,豐田持續(xù)的研究將燃料電池的功(gōng)率密度提升了20倍,車載瓶壓力從35兆帕提高到70兆帕,整車耗氫降低了37.5%,耐久性提高了6.2倍,係統成本降低至原來的1/20,生產能力提高了(le)7.5倍,這使得(dé)氫燃(rán)料汽車產業化(huà)變成可以實(shí)踐的現實。

本田(tián)早在 1999 年(nián)就在東京車展展示過 FCX 燃料電池汽車,2008 年推出第二代 FCX Clarity,因為產業尚不成熟,該車型於2014年停(tíng)產;2016年12月本田推出量產車型 Clarity,售價為766萬日元。Clarity加氫時間約為3分鍾,JC08工況測試下的續(xù)航裏程可以達到 750km,燃料電池的功率為 103kW。

日本新能源(yuán)產業(yè)的技(jì)術綜合開(kāi)發機構NEDO是日本最大的公立研究開發管理機構,他們以達到燃油車的經濟和性能指標倒推(tuī)關鍵產業(yè)鏈的技術指標,並以此製定了氫(qīng)燃料車的發展規劃,但這是個從生(shēng)產端(duān)出發的目標(biāo),所以,日本氫燃料車的推進始終沒有達到預期的目標:他們2001年提出在2020年達到500萬輛(liàng),到2010年又(yòu)將2025年的目標調整為200萬輛,到了2018年這一目標依然是遙遙(yáo)無期,又將目標調整為2030年80萬輛(liàng)。

從2014年12月Mirai投產到2019年總共生產了10000多輛氫燃料電池乘用車,其中大部分出(chū)口美(měi)國和歐洲,國內銷售不到4000輛。

盡(jìn)管豐田、本田燃(rán)料電池汽(qì)車的性(xìng)能指標已經非常領先,而且日(rì)本的加氫站數量超過(guò)100座,乘用車政府補貼大約為整(zhěng)車售價的1/4(這一補貼(tiē)對(duì)相(xiàng)對不那麽便利的市場還沒有(yǒu)形成足夠的吸引力)。但這種(zhǒng)從產品出發、生產端主導的模式很難形成商業閉環,豐田(tián)開始將燃料(liào)電池的功能延展至商用汽車和船舶領域,並在北京與中國五大汽車集團和億華通成立了合(hé)資公司。

日本模式:從產品端出(chū)發的乘用車(chē)發展路線

相比汽車產業,日本的熱電聯產的(de)推廣就順利(lì)得多,日本自 2005 年以來開始部署家庭(tíng)用分布式氫燃料電池 Ene-Farm項目,截至2018年12月31日,共部署了292,654個商業Ene-Farm裝置。

韓國模式:高額補(bǔ)貼(tiē)+應用場景

韓國和日本(běn)一樣(yàng),也是由國內汽(qì)車龍頭企業主導氫能產業、配套企業參與的全產業鏈發展模式。

現代布局整車、係(xì)統、電堆和雙極板,形成(chéng)自給供應鏈;三星在膜電極領域(yù)積累深厚,專利(lì)數量位(wèi)居(jū)世界(jiè)前列;浦項製鐵切入金屬(shǔ)雙極板(bǎn);ILJIN Composite 開發了超輕複合氫氣罐,采用碳纖維複合材料(liào)以及增強(qiáng)納米複合材料(liào)內襯。

韓(hán)國的起步不算太早,但近年發展速度超過了日本(běn)和中國,政府對氫能可(kě)謂是(shì)“豪賭”。相比日本乘用車25%左右的補貼,韓國燃料電池汽(qì)車補貼(tiē)比例超過售價的60%,加(jiā)氫站補貼(tiē)達建設費用的50%。2019年,韓國燃料電池汽車全(quán)球銷售已經(jīng)達到4987輛,超越日本列世(shì)界第一。

韓國政府在公交車、卡車方(fāng)麵也大力鼓勵氫燃料電池的發展:2019年現代推出商用汽車,當年銷售35輛公交車,到(dào)2022年這個數字將(jiāng)增加到2000輛,到2040年將增加到41000輛;從2021年起,公共部門將(jiāng)垃圾收(shōu)集(jí)車和清掃車轉換為氫卡車。

今年7月6日,現代(dài)汽車打(dǎ)造的全球首款量產燃料(liào)電池重型卡車——XCIENT Fuel Cell,首批10台車輛已啟(qǐ)程運往瑞士,這批訂單(dān)總共是(shì)50台XCIENT Fuel Cell燃料電池重卡(kǎ),今年將陸續交付。這批卡車抵達瑞士後,將(jiāng)被交付(fù)給(gěi)Hyundai Hydrogen Mobility公司(sī)——由現(xiàn)代(dài)汽車和瑞士專業氫能源(yuán)解決方案企業H2 Energy於2019年9月正式(shì)成立的合資企業,該合資公(gōng)司將把氫能卡車改裝成冷(lěng)藏貨車等車型(xíng),推廣應用於融合了超市及(jí)加油(yóu)站的綜合流通供應鏈和食品流通企業(yè)等應用領域。

同時,XCIENT Fuel Cell在瑞士將(jiāng)推出全新概念的移動(dòng)出行服務(wù)形態:采用根據行駛裏程來支付使用費(Pay-Per-Use)。該使用費中涵蓋了充電費、維修費、保險費及定期保養費等與車輛行駛相關的(de)各類費用。該(gāi)服務形態建立一個全方位的氫能源生態係統,集車輛供應、客戶企業、加氫站、氫能源生產等4大領域於一體,將卡車的生產、服務和應用場景相結合,可以在區域性線(xiàn)路上形成閉環,從而提高卡車運行路線與時間的確定性,使得投(tóu)資回報變得可以計算。

韓國模式(shì):高額補貼+應用場景

現代汽車雄心勃勃,他們計劃將以出口瑞士為起點(diǎn),陸續拓展至(zhì)德國、荷(hé)蘭、奧地利及挪威等地(dì)區(qū),並(bìng)逐(zhú)步覆蓋整個歐洲全境,同時進一步進軍北美商用車市場。

德國(guó)模式:進口車輛試運行搭建基礎建設(shè)

德(dé)國秉承(chéng)了穩打穩紮的傳(chuán)統作風。寶馬(mǎ)、奔馳、奧(ào)迪等汽車製造商和核心供應商在氫能和燃料電(diàn)池乘用車的開發(fā)也投入(rù)了大量的(de)研發,也積(jī)累了很(hěn)深的技術基礎,擁有SFC Energy、巴斯夫、Linde、H2 MOBILITY等成熟的氫燃料配套(tào)商和運營商,而且(qiě)推出了自(zì)己的FCV概念車。

不過在產業化進(jìn)程中麵對“雞生蛋(dàn)還(hái)是(shì)蛋生(shēng)雞”的問題他們一開(kāi)始選擇了通過進口車來建加氫站,並進行(háng)商業化試運行。2017年在德國漢堡和(hé)慕尼黑(hēi)等地,已經有(yǒu)燃料電池轎車在共享出租車的公司旗下提供租賃服務,目(mù)前,德國境內約有500輛氫能(néng)源家用汽車。

當前,德國加氫(qīng)站建設進入高速發展階段(duàn),加氫站數量超過美國,成為全球擁有加氫基礎設施第二多(duō)的國家。德國在運營加氫(qīng)站數量(liàng)達(dá)74座,規劃建設加氫站26座,計劃於2020年建成100座,到2025年400座,2030年1000座。

奔馳自(zì)20世紀80年代就開啟燃(rán)料電池技術研發,他們推出一代又一代樣車,但在投入產出上似乎更加精打細算,並不急於執(zhí)行量產計劃,近期發布的GenH2卡車計劃(huá)樣車在(zài)2023年交付客戶使用,到2025年才(cái)開始量產(chǎn)。

德國氫燃料電池車

GenH2卡車(chē)

美國模式(shì):從應用場景出發形成局部閉環的商業模式

在目前中國關於氫能的(de)各(gè)種會(huì)議上,美國企業的身(shēn)影相對比較(jiào)少。盡管美國上世(shì)紀70年代已經有了氫能源汽車,近期(qī)也出台了鼓(gǔ)勵(lì)氫能發展的(de)政策路(lù)線圖,但自2018年(nián)以來,美國麵對世界氫能產業的如火如荼的熱情似乎相對比較淡定。

不過,美國(guó)的氫燃料電池車輛企業卻一直牽動著全(quán)球氫燃(rán)料產(chǎn)業從業人員的視線,無論NIKOLA披露的信息如何被(bèi)質疑,但沒有人質疑他的商業模式。以全球知名的核心零部件和製氫供應商構建的整車體係,加上全美最(zuì)大的卡車租賃服務公司,樣(yàng)車出來後拿到了超過(guò)10000輛的訂單。

對(duì)行業來說,重要的不是(shì)NIKOLA的資本運作和訂單,而是通(tōng)過核心供應(yīng)商構(gòu)建車輛,保障卡車的品質和車輛運行可以計算的經濟效益。相比乘(chéng)用車所(suǒ)麵(miàn)臨的運行範圍的局限性,商用車可以在局部商(shāng)業區域讓係統運行(háng)相對高效。

即使NIKOLA最後走不出(chū)來,隻要他們的性能指(zhǐ)標沒有超出當(dāng)今世界氫燃(rán)料電池可以達到的指標,Trevor Milton為這個行業貢獻的(de)商業模型(xíng)就是有價值的,而且(qiě)目前現代推出的卡車(chē)顯然也是(shì)參照了NIKOLA商業閉環的思路。

另一家美(měi)國氫能燃料電池的企業PLUG近期股價從1美(měi)元(yuán)暴(bào)漲了18倍,達到 18.43美元。PLUG發現(xiàn)了一種將氫能(néng)源的優勢最大化、劣勢最小化的方法(fǎ),即(jí)這項技術應(yīng)用於高使用量、運行(háng)空間確(què)定的工(gōng)業終端市(shì)場,這些市場不需要大(dà)量的運輸需求,比如電商模式下蓬勃發展的倉儲搬運業務。

氫燃(rán)料電池叉車具有充電時間短(電池充電約15分鍾;HFC不到5分鍾)、減少了對自由空(kōng)間的要求(鋰電需要(yào)大量空(kōng)間來存儲電池; HFC需要的(de)很(hěn)少)、更高效的功率輸出(由於電池損耗,操作功(gōng)率減弱(ruò); HFC則不是這樣)和更長的(de)生命周期(電池每(měi)隔幾年就要更換一次;HFC則不要)。

他們以叉車為切入點也正是遵循了局部市場商業閉環的商業邏輯。公司2020年中報稱:“Plug Power已經部署(shǔ)了超過34000個燃料電池係(xì)統(tǒng),並且已經成為最(zuì)大的液態氫買家,在(zài)北(běi)美建立並運營了一個氫氣網絡。”目前,PLUG也還(hái)處於虧損中,但隨著成本氫燃料電池成本和氫(qīng)氣的成本下降,公司前景值得期待。

Plug經營業績

中國模式:政府帶單的區域市場模式

無論是風能、太陽能、還是電動汽車,在這些代表新能源的產業中,中國都占有非(fēi)常(cháng)重要的國際地位。因為中國經濟發展與西方(fāng)發達國(guó)家的差異性,我們在這些產業中也沒有太多的原創技術,在這些非成熟產業中,中國在推動產業化的過程中發(fā)揮了重要的應用研究的(de)作用,正是因(yīn)為有中(zhōng)國的積極參與,才有了世界可再生能源成本的大幅下降。

同樣,目前世界氫能產業的發展(zhǎn)正處於從“實驗室”到批量化生產的過(guò)渡階段,這個階段其(qí)實就是(shì)政府補貼,中國與其他國家最大的不同(tóng)是,地方政(zhèng)府對新興(xìng)產業參與度非常高。因為政府在公交車、出租(zū)車的采購上享有主動權,對於處於補貼周期的氫能源產業,公交車具有固(gù)定的線路(lù)、工作時間長的特點,比較適合用氫燃料車。

目前中國已經有超過60個城市發布(bù)了氫燃料產業發展規劃,從應用的角度來看,這(zhè)種(zhǒng)積(jī)極性是值得肯定的,不過如果所有公布規劃的城市都要發展氫(qīng)燃料汽車的話(huà),這個產業就變得非常分散。我們可以看(kàn)到車輛和加氫(qīng)站的數據大幅增加,但(dàn)過於分散(sàn)的產業也會造成(chéng)魚龍混雜,一些地方政(zhèng)府可能會隻有投入沒有產出。

中國氫能產業規劃(huá)政策分布

國內也有不同的商業模式。比如,上海已經形成了上下一體的氫能產業(yè)鏈,而且傳統車企和高等院校、新興企業共同參與,從製氫、核心(xīn)零部(bù)件到下遊(yóu)運營幾乎是全產業鏈覆蓋;佛山氫能產業以燃料電池企業為主導,在政(zhèng)府支(zhī)持(chí)下構(gòu)建了燃料電池發動機、整(zhěng)車、及加氫站等氫燃料(liào)汽車產業鏈;北京是以燃料電池企業為核心、城市公交和(hé)特殊活(huó)動(奧運)為契機構建氫能產業鏈;而山東則(zé)憑借當地商用汽車上(shàng)下遊資源構建氫燃(rán)料產業生態鏈。

我們說,行業的發展通常有五個周期:發展階段性周期、政(zhèng)策性經濟周期、產品使用壽命周期、庫存周期、產(chǎn)品迭代周期,對於非(fēi)成熟產業來說,還多一個周(zhōu)期就是“政府補貼周(zhōu)期”。也就是說,處於補貼周期的時候,往往(wǎng)地方政(zhèng)府都會將當地的公交車交給自己扶持的企業,但一旦這個周期結束了,產業進入市場化運行,過於分(fèn)散的產(chǎn)業就會出現大量(liàng)虧損,直到一些企業退出。

從其他國家來看,德國、韓國(guó)、日本(běn)氫(qīng)燃料汽車產業的帶頭者都是國內汽車龍頭企業(yè),這些汽車產業可以在國內國(guó)際整合(hé)上遊核心供應(yīng)商資源,並構建不(bú)同的商業模式;美國是燃料電池企業為主導構建商業(yè)生態體係的模式;加拿大專注(zhù)於燃料電池技術;在中國市場(chǎng),優勢是(shì)補貼期間市場會快速成(chéng)長,競爭有利於成本下降,劣勢是資源過渡分散,造成重複建設和資源浪費。

因為產業基礎不(bú)同,有些地(dì)區本身具有(yǒu)天然的優勢,整(zhěng)車企業和零部件企業自身可以構建比(bǐ)較完整的產業鏈。而(ér)對於更多整車企業來說(shuō),他們不一定要選擇本地的配套企業,而是在全世界選擇(zé)更優的(de)供應商,所以(yǐ),地方政府應該(gāi)與具有品牌影響力的整車(chē)企業(yè)探討構建商業閉環的方案,避(bì)免招商引資引(yǐn)入隻有投(tóu)入沒有產出的概念性和競爭力差的企業。

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