氢燃料电池概念火热的背后 新能源汽车不只有锂电池一个选项

谈及新能源汽车的动力系统,人们往往会第一时间想到锂电池,而事实上在传统内燃机与锂电池争夺汽车动力市场的同时,燃料电池的竞争力也不容忽视。本周以潍柴动力为代表的氢燃料概念上市公司走强,将市场的目光再次引向“氢锂路线之争”,氢燃料电池作为新能源汽车的另一选项,其发展现状、瓶颈、以及未来究竟如何?

燃料电池尚处发展初期 成本问题制约产业化进程

通常所说的燃料电池指的是氢燃料电池,因其最具代表性。与锂电池作为储能装置不同,氢燃料电池是一种非燃烧过程的能量转换装置,通过电化学反应将阳极的氢气和阴极的氧气的化学能转化为电能。燃料电池结构单元主要由膜电极组件和双极板构成,其中膜电极组件是由质子交换膜、催化剂与气体扩散层组合而成的,为反应发生场所;双极板是带流道的金属或石墨薄板,其主要作用是通过流场给膜电极组件输送反应气体,同时收集和传导电流并排出反应产生的水和热。简单来说,氢燃料电池的工作原理可以近似认为是电解水的逆过程。从应用上来看,氢燃料电池主要用在长距离、大型交通工具领域,目前在商业化程度以及成本管控方面还不及纯电动汽车产业那样成熟。但从节能环保角度来看,氢燃料电池的反应残留为电、热和水,因此在理论上,氢能源是非常理想的清洁能源。

制图:金融界上市公司研究院

从上图可以很清晰地看出,目前我国的燃料电池汽车还处在发展的初级阶段,销量在新能源汽车中占比极小,根据中汽协数据显示,2019年我国燃料电池汽车销量也仅有2737辆,与动辄100多万的新能源汽车销量相比差距明显。

那么市场为什么看好氢燃料电池的发展前景?其主要原因有二,首先,由高碳向低碳、由低密度向高密度的发展路径是目前国际能源转型的主流趋势。氢能源本身无毒无害、反应残留物为水、且热量密度高的特性使其成为“碳中和”主旋律之下最为理想的清洁能源之一。其次,从国内的角度来看,我国具有全球最大规模的氢资源,根据民生证券研报数据显示,全球主要人工制氢原料的96%以上都来源于传统化石资源的热化学重整,仅有4%左右来源于电解水。从地域分布上看,亚太地区的氢气产能最大,而我国是目前氢气产能最大的国家,也是氢气生产分布最广的国家。目前国际制氢年产量6300万吨左右,我国每年产氢约2200万吨,占世界氢产量的三分之一,是世界第一产氢大国。

综上所述,氢燃料电池在我国有着优质的发展土壤,但仍然蕴含着一些产业发展瓶颈,其中最为显着的是购置成本高、基础设施缺乏以及使用成本较高等问题。这里应注意到,成本问题是研究新能源成长空间时被反复提到的关键点,成本降不下来,对传统能源替代的基础就不复存在。电解水产生氢气的原理看似十分简单,但实验室级别的制氢与工业级别的量产有着本质的区别,工业的蒸汽重整(Steam Reforming)制氢法需要大量的热量消耗,效率偏低。与此同时,制氢的过程也会对环境产生一定的污染,加之氢气在储存、远距离运输上的成本需求,导致氢能源的使用成本远高于电能。因此,当前氢燃料电池的产业化还需要一定的研发周期。

“新旧”能源应是互补关系 燃料电池国产替代空间较大

在A股燃料电池板块中,我们选取传统重卡龙头潍柴动力与新晋科创板的亿华通两家较有代表性的氢燃料电池概念上市公司来看国内相关厂商的竞争格局。潍柴动力在本周三A+H股大涨,股价创下历史新高,该股的大幅上涨也是带动氢燃料电池话题热度的主要原因之一。

潍柴动力虽是重卡领域的龙头,但在燃料电池领域的布局上也走在国内上市公司前列。2016 年,潍柴动力战略投资国内氢燃料电池领先企业弗尔赛;2017年与博世签署战略合作框架协议,共同合作开发生产氢燃料电池及相关部件;2019年12月完成对德国ARADEX的战略收购;2020年3月31日,潍柴动力2万台氢燃料电池发动机工厂正式投产。截至2020 年上半年,已在济南、潍坊、聊城三地推广220辆氢燃料电池公交车。

2020年12月,潍柴动力曾发布A股股票定增预案,预案显示拟募集资金不超过130亿元人民币,募投项目中包含氢燃料电池及关键零部件产业化项目、固态氧化物燃料电池及关键零部件产业化项目、以及燃料电池动力总成核心零部件研发及制造能力建设项目,总投入金额超过37亿元。

潍柴动力董事长谭旭光曾表示:发展新能源车并不是要完全取代柴油车,而是应用在适合采用新能源车辆的工况中。比如城市公交、港口牵引车等,推广新能源车辆,使其与柴油车搭配工作,能够兼顾经济效益与社会环保。并预测未来20-30年,氢将成为能源结构的重要组成部分,但市占率不会超过10%。

亿华通主要从事氢燃料电池发动机系统研发及产业化,2019年度,亿华通共计实现燃料电池发动机系统销售498套,实现主营业务收入5.49亿元,在国内率先开启了氢燃料电池发动机批量商业化的进程。2020年8月10日,亿华通在上交所科创板挂牌上市,上市首日涨幅超过140%,被誉为氢燃料电池第一股。

2017年、2018年及2019年,全国燃料电池汽车销量分别为1275、1527、2737辆,亿华通分别销售燃料电池发动机系统192、303、498套,产品终端用户包括北京公共交通控股(集团)有限公司、张家口市公共交通集团有限公司、郑州市公共交通总公司、张家港市港城公共交通有限公司、上海奉贤巴士公共交通有限公司等多家公交公司及整车运营厂商。截至 2019年末,根据现行有效的《新能源汽车推广应用推荐车型目录》,目前被纳入目录的燃料电池商用车型共185款,配套亿华通燃料电池发动机系统的商用车车型共计37款,占比为 20.00%,位居行业第一位且大幅领先。

制图:金融界上市公司研究院 数据来源:亿华通招股说明书

此外,亿华通对于国内燃料电池的发展现状在招股书中表示,日本、美国等国家在氢能与燃料电池领域历经数十年的发展,技术发展阶段与产业化程度整体领先我国。亿华通产品现阶段技术水平与氢能发达国家还存在一定的差距。氢燃料电池发动机系统国内市场供应链基础较为薄弱,尚未形成较为成熟的零部件供应体系。当前国内企业仍需要攻克基础材料、核心技术和关键部件难关,尤其是膜电极等关键部件的产业化。

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