智能汽车 · 2024年2月7日

氢能产业何时迎来突破?

在“双碳”目标的背景下,我国新能源领域在过去两年中取得了显著进展,尤其是在交通领域,新能源汽车的发展速度非常快。

固态电池汽车和氢燃料电池汽车是新能源和交通领域的两大关键技术路线,业界对此讨论颇多。目前,固态电池汽车的市场规模巨大,而氢燃料电池汽车因制取成本高、安全性低及基础设施不足等原因,商业化程度相对滞后,面临尴尬局面。

尽管存在诸多挑战,氢燃料电池的优势同样明显。它不仅具备高能量转换率、使用便利和多样化的应用,更重要的是几乎零排放,能够减少污染,改善空气质量,成为支持零碳能源战略的理想选择。

在这些优势的推动下,氢燃料电池并未被完全放弃,近年来也得到了一定发展。在政策的引导和市场竞争的推动下,国内氢燃料电池汽车的销售和装机量都有所提升。

然而,亿华通、国鸿氢能等氢燃料电池企业仍需面对质疑,经历漫长的技术攻坚战,期待产业链的打通、政策的支持以及基础设施的完善。

从供能方式上来看,氢燃料电池与传统固态电池有着根本的不同。

纯电动汽车的电池是一个储能装置,而氢燃料电池则是能量转化装置,类似于燃油车需要加油,氢能源车则需要注入氢气。

由于供能方式不同,氢燃料电池汽车拥有独特的优势,例如更长的续航里程。要提高纯电动汽车的续航,通常需要增加锂电池或提高电池能量密度,成本较高。而氢燃料电池汽车则只需增大储氢罐即可。

在补能方面,纯电动汽车充电时间较长,通常需要几个小时,而氢燃料电池汽车的加氢时间短,几乎与燃油车加油时间相当。

蓝海氢能,何时腾飞?

此外,氢燃料电池能直接将氢气转化为电能,无需经过热能和机械能的中间转换,发电效率可达60%以上。特别是在低温条件下,传统固态电池的能量损失严重,而氢燃料电池汽车的性能不受气温影响,不会在寒冷天气中减少续航。

环保性是氢燃料电池最受市场关注的核心优势。新能源汽车成为行业趋势的主要原因是其环保特性,减少温室气体排放。然而,目前的电动汽车在制造过程中仍会产生二氧化碳,并且废电池的处理和锂电池中金属元素的开采也在破坏环境。

尽管氢燃料电池带有“燃料”二字,但其并不会燃烧,而是通过电化学反应将氢气和氧气转化为电流,同时生成水,几乎不会对环境造成污染。

汽车的碳排放一直是国家实现“双碳”目标的重要障碍,而氢燃料电池的零排放显然对减少二氧化碳及其他温室气体的排放、实现碳达峰和碳中和目标具有重要意义。这也是近年来氢能产业加速发展的原因之一。

然而,相较于固态电池汽车,氢燃料电池汽车的发展速度显得缓慢,主要表现在“制、储、运、加”四个环节中的明显劣势。

在制氢方面,氢气分为灰氢、蓝氢和绿氢。灰氢是由煤、天然气等化石燃料重整而成的,当前占比最高;蓝氢是通过焦炉煤气、化肥生产等工业副产品制成;绿氢则是利用可再生能源如太阳能、风能等电解水制氢。

无论采用哪种制氢方式,都伴随高昂的成本,而占比最大的灰氢和蓝氢又损害了氢燃料电池的绿色效益。

在储存和运输环节,由于氢气的易燃性,安全问题显得尤为突出。加氢基础设施是氢能利用和发展的关键环节,但建设加氢站的投资费用高昂,受到多种因素的影响。

成本问题往往与产业规模有关。尽管氢燃料电池存在明显劣势,但在可行性已经证明的情况下,其发展空间依然乐观。

自上世纪70年代石油危机引发能源恐慌以来,氢能作为新兴清洁能源逐渐受到重视。90年代,国际知名车企如奔驰和福特推出燃料电池概念车。

进入21世纪,氢能与燃料电池技术逐渐成熟。2014年,日本丰田推出MiRAI燃料电池汽车,续航达到502公里,成为行业的里程碑。尽管目前仍面临许多挑战,氢能依然是备受关注的“终极能源”,各国也在积极布局。

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图:第二代丰田MiRAI

以大力发展“氢经济”的韩国为例,相关政策细化且执行到位。2020年,韩国政府颁布了全球首个《促进氢经济和氢安全管理法》,为氢能产业和企业提供行政和财政支持。

美国则是最早将氢能纳入能源战略的国家,早在1970年便提出“氢经济”。自1990年以来,美国颁布了多项推动氢能发展的政策和计划,目前拥有世界上最多的氢燃料电池叉车。

长期以来,由于“核心技术受制于海外”、“成本居高不下”和“配套设施不完善”等原因,国内氢燃料电池汽车的发展相对滞后。但随着政策的不断加码,国内氢燃料电池汽车产业正在逐步提速。

在政策方面,2021年3月,国家发改委和能源局联合发布了《氢能产业发展中长期规划2021-2035》,提出“有序推进氢能在交通领域的示范应用”,并设定到2025年“燃料电池车辆保有量约5万辆,建设一批加氢站”的目标。

这份文件被视为行业的重要参考,首次将氢纳入能源目录,并规划了具体的发展路径。这标志着氢能产业正在经历重大变革。

在政策支持下,2022年氢能产业迎来了加速发展。

根据国家发展改革委的消息,截至2022年,中国已建成超过270座加氢站,占全球总数的40%,位居世界第一。

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图:大兴国际氢能示范区-海珀尔加氢站

中汽协的数据表明,2022年新能源汽车的产销分别完成705.8万辆和688.7万辆,同比分别增长96.9%和93.4%。其中,氢燃料电池汽车的产销分别为3626辆和3367辆,增长率为105.4%和112.8%。

值得注意的是,市场上的氢燃料电池汽车大多为商用车,主要集中在重卡和大巴等车型。

在特定场景下,如城市和矿山等固定运输路线,氢燃料汽车的加氢速度快、运行里程长等优势明显。另外,重卡等商用车是排放大户,若使用传统固态电池,电池体积庞大且续航问题突出,而氢燃料电池则只需有加氢站,既环保又不必担心续航。

商用车已成为氢燃料电池的重要突破口,不断扩大的终端市场为氢燃料电池系统企业带来了强劲动力。

氢能的商业落地需要依赖氢燃料电池的应用。

作为“中国氢能第一股”,亿华通成立于2012年,并于2020年成功上市。2023年,其再次在港交所主板上市。尽管在整个新能源产业中,亿华通并不算响亮,但其在2022年冬奥会和残奥会期间表现突出。

在冬奥会和残奥会中,亿华通为赛事投入了1200台和800余台氢燃料电池汽车,成功应对复杂的高海拔和寒冷天气条件,累计运行里程超过320万公里,减碳2600余吨,其中亿华通的车型占比64%,运营里程达到260万公里,占比81%,减碳2200吨,占比85%。

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图:冬奥会氢能汽车

除了亿华通,国鸿氢能自2015年成立以来,迅速崛起,成为氢燃料电池领域的一匹黑马。

弗若斯特沙利文数据显示,2017年至2022年,国鸿氢能在氢燃料电池市场迅速扩大,展现出强劲的发展潜力。