油价攀升，绿氢“受宠”？从氢能汽车、储氢瓶、氢燃料电池分析未来走势。

油价攀升，绿氢“受宠”？从氢能汽车、储氢瓶、氢燃料电池分析未来走势。
在俄乌冲突持续，欧美等国对俄罗斯启动“一揽子”全面制裁方案的背景下，3月8日，高盛将2022年布伦特原油价格预估上调至135美元/桶，创下2014年油价暴跌至今的历史新高。


目前，欧洲地区的能源供应毫无疑问被供应大户卡着脖子，而地缘危机所带来的能源供应不确定性，则促使西方国家加快了清洁能源的发展和产业替代进程。


在这样的情况下，发展“绿氢”会不会是最好的出路呢？

在此之前，北京冬奥会共运行超1000辆氢能源汽车，包括来自丰田、吉利、北汽、宇通、福田等车企的氢燃料电池大巴、小轿车、特种车等，并配备30多个加氢站，是全球迄今为止最大的一次氢燃料电池汽车集体运营活动。这使得氢燃料电池汽车成为本次北京冬奥会上一道亮丽的风景线。


为什么重用氢燃料电池汽车？历史上氢能发展规律是怎么样的？“绿氢”未来的前景如何……小编将一一道来！


为什么重用氢燃料电池汽车


本次冬奥会大量采用氢燃料电池汽车的因素有很多，客观因素主要在于氢燃料电池汽车已经在冬奥会举办场地形成了一定规模。目前张家口的氢能源车已经平稳运行超过三年，累计运行里程已超过2100万公里，载客量超过6500万人次。


其次本次北京冬奥会作为首个真正实现“碳中和”的奥运赛事，场馆是低碳的、发电是绿色的，交通体系自然也得是低碳的，氢燃料电池作为新能源汽车入选理所应当。而主观因素就要来看看氢燃料汽车的特色了。


历史上氢能发展规律


根据国际能源网分析，氢能的第一次发展在20世纪70年代，由于石油价格冲击、石油短缺以及对空气污染和酸雨的关注，人们开始把注意力往氢上转移。1976年，《国际氢能期刊》创刊，次年，国际能源署氢能和燃料电池技术合作计划设立，但好景不长，随后世界各国探明了丰富的油气资源量，油价回落，氢能被“打入冷宫”。


氢能的第二次发展源于上世纪90年代人们对气候变化的担忧。在碳捕捉和碳封存技术（CCS）、可再生能源和交通运输领域等方面成为发展重点。1993年，日本宣布为其基于可再生能源的国际氢能贸易长期WE-NET计划的前四年投资45亿日元。欧盟和魁北克政府拨款约3300万加元，共同研究一系列氢的储存和应用情况，其中包括氢气的国际运输。随着燃料电池技术的快速发展，氢能源汽车在上世纪90年代的汽车展上正式亮相。然而，低廉的油价使得这一技术的发展再次成了“鸡肋”。


21世纪初，人们对气候变化的担忧逐渐转化为针对交通运输部门的新政策行动，对石油峰值的担忧也重新显现。美国于2003年召集了“国际氢能与燃料电池合作伙伴组织”（IPHE）。然而，彼时，氢能源汽车在部分程度上受到了应先建设基础设施还是先制造车辆的“鸡生蛋还是蛋生鸡”问题的阻碍。到2010年前后，石油价格回落，燃料电池汽车的发展再次陷入低谷。


从历史规律上看，氢能的受关注程度与石油价格的上涨，以及发达国家对于能源安全和气候问题的担忧成高度的正相关。此次油价上涨，似乎又成为了氢能源“卷土重来”的契机。


目前，氢能的产业链涉及多个环节。上游为氢的制备，主要包括电解水制氢、化石燃料制氢、工业尾气制氢以及其他方式制氢。中游是氢能的供应，包括氢的储存运输，分别为高压储运、液氢储运、固态储运以及有机液态储运。下游则通过加氢站加氢后进行利用，利用方式主要有三种：直接燃烧、通过燃料电池转化为电能以及核聚变，其中燃料电池是最安全高效的。





“绿氢”前景广阔


现阶段按碳排放量划分，氢能源制取方式共有三种，分别为“灰氢”、“蓝氢”和“绿氢”。


“灰氢”是目前成本最低、效率最高的制氢方式，指的是传统利用化石燃料石油、天然气和煤制取氢气的方式，低成本的同时却带来较大的排放，并不能达到减碳的作用。


“蓝氢”则是在“灰氢”的基础上，利用CCS技术来降低碳排放。但CCS技术依然需要消耗大量电力来运行，从而间接导致温室气体的排放。康奈尔大学和斯坦福大学的研究表明，“蓝氢”在全生命周期所排放的温室气体比天然气取暖还要高20%。这也是氢能源在国内广受诟病，清洁能源“不清洁”的原因。


“绿氢”则主要利用电解水制氢。这种方式同样需要消耗大量的电能，但光伏、风电为代表的新能源的崛起，让“绿氢”实现了真正的“绿色”，制氢过程完全没有碳排放，缺点则在于成本较高。


目前，“绿氢”在国内的制氢格局生产占比仅有1%。不过，随着光伏、风电逐渐迎来平价时代，“绿氢”的性价比也在逐渐提升。


电解水制氢根据电解槽隔膜材料的不同，可分为碱性电解水、质子交换膜电解水（PEM）和固体氧化物电解水（SOE）三大类。除了第一类已经实现规模化生产外，PEM处于产业化发展初期；SOE则尚处在实验室开发阶段。


A股不少上市公司在电解槽隔膜材料方面已有布局。记者了解到，金通灵（300091.SZ）通过与北京汉氢科技有限公司合作，为后者的项目承接生产制造相关电解槽设备；明阳智能（601615.SH）在2021年半年报中表示，公司新型电解槽设备已进入试制阶段，同时正在开发风机—制储氢一体化海洋能源利用新产品；亿利洁能（600277.SH）则在电解槽膜极距改造等技改项目有诸多项目落地。鸿达兴业（002002.SZ）同样也在烧碱电解槽节能技术研发项目等领域有所建树。龙蟠科技（603906.SH）、滨化股份（601678.SH）、威孚高科（000581.SZ）、先导智能（300450.SZ）、美锦能源（000723.SZ）等上市公司，都已经明确将会布局PEM电解槽设备。


此外，包括隆基股份（601012.SH）、阳光能源（300274.SZ）、晶科科技（601778.SH）在内的很多能源企业，以及三一重工（600031.SZ）、三峡能源（600905.SH）在内的装备企业都开始布局相关产能。


氢能汽车


海外：氢乘用车已经上市


使用氢燃料电池汽车，已经进入了市场。服务本次冬奥会的丰田Mirai已经是这个车系的第两代产品，已经在日本、美国等地实现了销售。在美国，2021年Mirai可卖出2000+台，主要销售到了以加州为核心的西海岸。


Mirai是一台尺寸类似皇冠、亚洲龙的中大型轿车。如今在美国市场主要销售的Mirai XLE版本，售价约32万人民币，单次加注燃料可以行驶650公里左右。除去丰田，在美国当地市场还可买到本田的氢燃料车Clarity Fuel Cell。


除去日本厂商，韩国的现代在氢能源领域的步伐也很快。现代的氢燃料电池汽车主要面向韩国和欧洲市场销售，主要产品NEXO是一款中型SUV，全球范围内的累计销量已经突破一万台。


国内：氢商用车应用广泛


国内，氢燃料电池车辆的应用，也比想象中广泛。氢燃料电池汽车的应用，一直是近些年来国家发展的重点领域。截止2021年底，实现上牌的氢能源车辆也已经近万台。


国内氢燃料汽车主要应用于商用领域。在近几年，主要以公交车、公共服务车辆、长途货运车辆的形式应用。在北京，已经出现了诸如水木通达等使用氢能源大巴开展通勤、旅游等巴士服务的公司。


本次冬奥会期间投入使用的氢能车辆，大部分就是在北京、张家口等地日常运营的公交车，体验氢能源车的成本仅需人民币1元。


国内的一些车企，也有一些成熟的氢燃料乘用车，做好了投入市场的准备。如广汽传祺的氢燃料版Aion LX，已经在广州投入了网约车运营。长城等自主品牌，也明确将投产氢燃料汽车。


车载储氢瓶的市场格局


高压气态储氢，低温液化储氢和液、固体储氢是氢燃料电池汽车储氢系统的技术解决路径。现阶段，气态氢储存是最成熟和主要应用的储氢技术，具有存储及取用快、能量损耗低和成本低的优点。


作为储氢的容器储氢瓶，根据最早美国能源部DOE在2002年提出的（Hydrogen storage vessels classification）定义，可分为四种：铬钼钢储氢瓶（I型）、钢质内胆纤维环向缠绕瓶（II型）；高压气态储氢主要采用铝内胆纤维缠绕瓶（III型）、塑料内胆纤维缠绕瓶（IV型）。I型和II型只要用于加氢站等固定式储氢应用，而III型和IV型则应用于国内、国际车载储氢。III型和IV型气瓶除内胆材料不同外，都采用碳纤维全缠绕工艺，碳纤维重量占比最高可达57%，因工作压力高，对碳纤维的规格要求也高。


据悉，从2021年初开始，日本东丽开始收紧碳纤维供应，国内供应商在优先满足航天军工领域应用需求的前提下，仅有少部分产品可以供应气瓶市场。而国内主流气瓶生产企业的碳纤维主要依赖进口，近两年才逐渐开始国产化小批量替代，国内主要的碳纤维供应商有中复神鹰（科创板受理）、光威复材（300699.SZ）、中简科技（300777.SZ）等。


从国内车载储氢瓶市场格局来看，生产供应商主要是国富氢能、京城股份（600860.SH）的子公司天海工业、斯林达安科、科泰克、中集安瑞科、中材科技（002080.SZ）、辽宁美托等企业，产品以35MPa III型瓶为主。


斯林达为国内70MPa车用储氢瓶技术代表，是国内第一家获得IV型储氢瓶制造许可的工厂；科泰克是是国内III型气瓶主要生产企业，也是车用氢气瓶和车载氢系统的主要供应商；中材科技现具备1~2万只35Mpa高压储氢瓶产能。


亚普股份（603013.SZ）、斯林达、中集安瑞科（03899.HK）、京城股份（600860.SH）、科泰克等企业表示已经开始进行IV型瓶的技术布局。国外企业佛吉亚、Hexagon等也加快了对中国IV型储氢瓶市场的开拓。


国内方面，通过搜索公告和研报，记者了解到，亚普股份自主研发的III型35MPa车载储氢系统正与相关方深度合作，产品将搭载成渝氢走廊项目进行示范运行，而IV型70MPa小容积车载储氢瓶正在搭载整车台架进行相关性能验证。


京城股份下属的天海工业公司推出具有完全自主知识产权的新一代车载IV型储氢瓶，目前已建成一条柔性化IV型瓶生产线，此外，公司还通过旗下附属公司中集氢能科技与Hexagon Purus公司达成合营协议，成立高压储氢瓶合营公司和供氢系统合营公司。


昇辉科技（300423.SZ）则通过投资国鸿氢能与飞驰汽车，在氢燃料电池下游的交通运输、氢能储能等环节进行产业合作。


液态储氢和固态从当前技术水平及实际应用来看，民用还为时尚早，目前国内液氢仅限用于航天领域，商用化则需要跨越使用成本过高及安全问题的鸿沟。


氢燃料电池国产化加速


2008年北京奥运会，福田汽车（600166.SH）提供了3辆氢燃料电池客车，到了今年的北京冬奥会，福田汽车带来了515辆氢燃料电池汽车。福田汽车证券部工作人员对记者表示，公司的氢燃料电池汽车早已投入使用，去年交付的主要以商用客车为主，因为北方地区加氢站等设施较早发展，所以销售市场方面主要集中在北方地区，氢能源客车方面，加满一次氢气续航能达800~1000公里左右，重卡的话续航里程也相近。“公司在国内氢能源汽车企业属于领先行列，目前2022年在手订单主要还是以客车为主。此外在发展战略上，该工作人员对记者表示：“公司判断未来几年乘用车市场方面仍欠缺发展机会，所以发展重心仍是以商用车市场为主。”


燃料电池系统是氢燃料电池汽车的核心环节。在氢燃料电池车中，燃料电池系统是氢能车的核心构成，按结构来拆分主要包括燃料电池堆及辅助系统（简称BOP，包含氢循环系统、空压机、水热管理系统等）。从成本端来看，燃料电池系统在氢能车购置成本中占比超过60%，而电堆成本在系统中占比同样超过60%，是氢燃料电池汽车占比最高的成本项。


根据高工产业研究院（GGII）行业分析，2020年燃料电池系统国产化率已经提升到60~70%，而2017年这一数据仅有30%左右。目前电堆、膜电极、空压机、氢气循环泵等核心部件均可自主控制，而气体扩散层、催化层和质子交换膜等核心材料也在加速研发中，普遍处于送样测试验证阶段。预计到投入生产需要2~3年左右时间。其中，系统关键材料的催化剂、质子交换膜、气体扩散层和双极板等均有待国产化进程加速。


从商业化角度看，国内车型上侧重于发展氢燃料电池中重卡等商用车，具体来看，系统功率及成本相对较低的客车和中轻型物流车将会是该阶段氢能车的主要车型。


从竞争格局来看，GGII数据显示，2020年中国氢燃料电池系统装机量TOP5企业为爱德曼、亿华通（688339.SH）、上海重塑（科创板受理）、广东探索（上海重塑旗下）、潍柴动力（000338.SZ）。


此外，致远新能（300985.SZ）在现阶段燃料电池阳极材料的基础上，通过对外投资逐步进入氢能源汽车领域，布局氢能源汽车配件。