2022 年氫能源又「熱」了起來。
服務(wù) 2022 北京冬奧會的豐田 Mirai 和柯斯達氫燃料電池車
一方面出于近期電池原材料的瘋漲，「妖鋰」、「妖鎳」頻出，很多人對鋰電池的未來開始變得不再那么樂觀；另一方面北京冬奧會的成功舉辦，大大提高了氫能源車的曝光量，包括豐田的二代 Mirai。
對于氫能源，國內(nèi)外一直有著兩派截然相反的聲音：一種認為氫是絕對環(huán)保的終極能源，現(xiàn)在的化石能源、鋰電等都只是過渡，未來將一統(tǒng)天下；另一種則認為氫本身昂貴又危險，只會胎死腹中，根本沒有未來。
為了避免被「二極管」式的言論誤導(dǎo)，我們先來看看國家的規(guī)劃和意見，恰好在 3 月 23 日，國家發(fā)展改革委、國家能源局聯(lián)合印發(fā)了《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021—2035 年）》（以下簡稱《規(guī)劃》），明確了氫能的三大「戰(zhàn)略定位」：氫能是未來國家能源體系的重要組成部分；氫能是用能終端實現(xiàn)綠色低碳轉(zhuǎn)型的重要載體；氫能產(chǎn)業(yè)是戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和未來產(chǎn)業(yè)重點發(fā)展方向。
隨著頂層設(shè)計落地，為了更好地理解國家的規(guī)劃和氫能源未來的發(fā)展方向，先要了解一下國內(nèi)氫能源發(fā)展的現(xiàn)狀。
首先和很多人印象相反的是，中國是世界上最大的制氫國，年制氫產(chǎn)量約 3,300 萬噸，其中，達到工業(yè)氫氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的約 1,200 萬噸。
不過從制氫來源來看主要是工業(yè)副產(chǎn)氫和煤制氫，仍屬于不太環(huán)保的「灰氫」，如果在這個過程中結(jié)合碳捕集利用與封存（CCUS）技術(shù)，最多可降低 80% 碳排放，這就變成了相對環(huán)保的「藍氫」，不過要實現(xiàn)終極零排放的環(huán)保目標(biāo)，還得靠「綠氫」，恰好這方面我國也有不小的優(yōu)勢。
中國工程院院士陳清泉在電動汽車百人會 2022 上提出：「 我國有豐富的可再生能源的資源，太陽能、風(fēng)能、水力能。我國可再生能源稟賦相當(dāng)于我國峰值能源需求總量的 2.7 倍」。目前我國可再生能源裝機量全球第一，并且還在快速增長中。
政府補貼了 10 多年后，我國光伏行業(yè)處于全球領(lǐng)先地位
我國中西部有大片光照充足、人煙稀少的地方非常適合發(fā)展光伏發(fā)電，同時經(jīng)過十多年的政策扶持，我國在光伏發(fā)電領(lǐng)域的技術(shù)也全球領(lǐng)先。根據(jù)官方數(shù)據(jù)，2021 年我國光伏發(fā)電新增裝機 54.88 GW，光伏發(fā)電量達到 3,259 億 kWh，同比增長 25.1%。出口方面，我國光伏產(chǎn)品出口超過 284 億美元，同比增長 43.9%。
在技術(shù)提升和規(guī)模效應(yīng)的雙重作用下，我國光伏發(fā)電的成本在快速下降，去年 6 月四川甘孜州正斗一期 200 MW 光伏基地開標(biāo)，最終以 0.1476 元/kWh 的超低價中標(biāo)，并且這一價格包含了生態(tài)維護的費用。
除了光伏發(fā)電，我國水利發(fā)電、核電（擁有最多的在建核電站）、風(fēng)能這些環(huán)保的可再生能源發(fā)電未來都有不小的優(yōu)勢，隨著成本的降低，未來用這些能源通過「電解水」所制成的「綠氫」對完成 2030 年碳達峰、2060 年碳中和的目標(biāo)有著重大意義，同時也能減少能源的對外依賴程度。
總體來看，無論是現(xiàn)階段主要用化石能源、工業(yè)副產(chǎn)品制成的「灰氫」，還是未來用可再生能源制成的「綠氫」，我國都有不小的優(yōu)勢。
不過《規(guī)劃》也指出，我國氫能產(chǎn)業(yè)仍處于發(fā)展初期，存在產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力不強、技術(shù)裝備水平不高等問題。相關(guān)核心設(shè)備依然主要依靠進口，一些關(guān)鍵技術(shù)存在短板，制氫設(shè)施、氫能儲存與輸送設(shè)施、加氫站布局及氫安全輔助設(shè)施等在內(nèi)的氫能基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展滯后。
這些問題反映到現(xiàn)實中便是我國目前對氫能的利用還主要在于化工領(lǐng)域作為原材料使用，每年還有不少氫氣被「空排」浪費掉了。
那么生產(chǎn)了這么多氫氣，除了化工領(lǐng)域外，還有什么用途呢？可以先從大家比較關(guān)心和熟悉的汽車領(lǐng)域說起。
首先目前氫能源車分為兩派——氫內(nèi)燃機和氫燃料電池，目前國內(nèi)吉利、長城以及紅旗都已經(jīng)發(fā)布了自研的氫內(nèi)燃機，簡單理解就是發(fā)動機過去燒的是油，現(xiàn)在改燒氫氣了。好處是可以繼承燃油車的體系，研發(fā)難度低，壞處是幾乎也繼承了燃油車的全部缺點，驅(qū)動效率和駕駛體驗無法與電驅(qū)動相提并論，同時即便是「燒氫氣」，因為空氣中有七成的氮氣，在高溫高壓下仍會產(chǎn)生嚴重污染空氣的「氮氧化合物」，背離了氫能源零排放的環(huán)保初衷。
750hL，寶馬很早就開始研發(fā)氫能汽車了
寶馬從上世紀(jì) 90 年代開始了氫內(nèi)燃機的研究，2000 年制造了 15 輛氫氣發(fā)動機轎車——寶馬 750hL，搭載一臺 5.4 L V12 發(fā)動機，既能「燒油」也能「燒氫氣」，雖然技術(shù)確實很領(lǐng)先，但在使用氫氣作為燃料時，最大功率和峰值扭矩分別只有 150 kW 和 300 N·m，同時巨大的氫氣罐占據(jù)了大半個后備廂，實用性非常差。
寶馬 iX5 Hydrogen，今年下半年應(yīng)該會上市
因此寶馬也逐步開始停止氫內(nèi)燃機的研發(fā)，開始轉(zhuǎn)向更能代表未來的氫燃料電池汽車，實際寶馬在上世紀(jì) 70 年代就開始了相關(guān)研究，今年將發(fā)布的 iX5 Hydrogen 便是代表，最大功率將達到 275 kW，在低溫下續(xù)航能超過 500 km。
此外馬自達還公布過氫能轉(zhuǎn)子引擎，但始終停留在 PPT 和專利上，總體來看未來氫能汽車主要還是要看氫燃料電池汽車。
本田的電動化轉(zhuǎn)型十分激進
目前仍在氫燃料電池乘用車上大規(guī)模投入生產(chǎn)的只剩下豐田、現(xiàn)代和寶馬，2021 年本田和日產(chǎn)分別宣布了停產(chǎn)氫能源車的消息，轉(zhuǎn)而投向電動車的懷抱，4 月 12 日，本田公布了非?！讣みM」的電動化轉(zhuǎn)型計劃：未來 10 年，在電動化和軟件領(lǐng)域共計投入約 5 萬億日元，到 2030 年，將在全球市場推出 30 款純電動汽車，計劃年產(chǎn)量超過 200 萬輛，2024 年開啟全固態(tài)電池生產(chǎn)線。
2021 年全球氫燃料電池乘用車（FCEV）的銷量為 1.6 萬輛，其中現(xiàn)代 NEXO 和豐田 Mirai 全球銷量分別為 9,620 和 5,918 臺，其他廠商和車型基本可以忽略不計。作為對比，2021 年全球電動車的銷量達到 650 萬輛，同比增長 109%，占全部乘用車的 9%，相比起來，氫燃料電池車的份額不值一提。
現(xiàn)代 NEXO，已經(jīng)是目前全球賣得最好的氫燃料電池乘用車了
要知道豐田和現(xiàn)代為了推廣自家的氫燃料電池產(chǎn)品，已經(jīng)非常賣力了。比如在美國購買指導(dǎo)價 62,385 美元的現(xiàn)代 NEXO Limited 車型，官方直降 2 萬美元，外加 8,000 美元的聯(lián)邦稅收抵免和 4,500 美元的加州清潔車輛退稅，最終到手只要 29,885 美元，還有六年的無息貸款，這個嘗鮮成本已經(jīng)非常低了，但還是很少有美國人買（NEXO 銷量大頭在本土韓國）。
而沒人買的原因也很簡單：體驗差。
體驗差的第一點在于沒有加氫站，數(shù)據(jù)顯示 2020 年底，美國本土只有 49 座加氫站，全球加起來也只有 553 座，這可比「電動爹」的里程焦慮夸張多了，基本只能圍繞有加氫站的地方開車。
2019 年挪威一加氫站發(fā)生爆炸
而加氫站和氫燃料電池車就像「先有雞還是先有蛋」的問題，沒有車來加氫，自然沒有動力建加氫站，沒有加氫站，自然沒有人愿意買氫燃料電池車。而即便在政府的大力補貼下，加氫站大部分也處于虧損狀態(tài)，因為其本身的建設(shè)成本就非常高，我國每座加氫站的成本大概在 1,000—1,500 萬元，是傳統(tǒng)加油站的 3 倍。同時由于加氫站一旦發(fā)生爆炸，其破壞力非?？植?，因此周圍的居民會強力抗議反對，挪威、韓國本土都已經(jīng)發(fā)生了類似的事件。
豐田 Mirai 二代用了 3 個儲氫罐，續(xù)航里程能達到 850 km，但嚴重擠占了車內(nèi)空間
另外碩大的儲氫罐占據(jù)了車內(nèi)寶貴的空間，豐田 Mirai 二代和雷克薩斯 LS 同平臺打造，但是后排和后備廂空間遠不如前者，另外盡管是電驅(qū)動，但目前燃料電池的功率十分有限，在動輒 3、4 秒加速的電動車面前，豐田 Mirai 9 秒左右的加速太平庸了。
因此業(yè)界目前普遍認為，氫燃料電池在商用車上更有前途，尤其是重卡。首先氫氣作為最小的分子，來源豐富，質(zhì)量能量密度高，熱值達到 142 MJ/kg，是汽油的 3 倍，是鋰電池的 200 倍。另外加氫的速度非?？?，對于追求效率的卡車司機來說，如果采用純電動卡車，不僅要拖著重達 4、5 噸的電池包，每次幾個小時的充電時間也是難以容忍的。最后重卡的行駛路線相對固定，加氫站的布局可以更高效。這幾點優(yōu)勢都讓氫燃料電池的商業(yè)化看到了曙光。
正在加氫的上汽大通 V80 氫能源車
不過目前氫燃料重卡的成本仍然高企，燃料電池堆系統(tǒng)占了整車成本的 65%，中間很多關(guān)鍵部件都是進口的。據(jù)了解，目前一輛功率達到 110 kW，載重超過 31 噸 的氫燃料電池重卡出廠價在 130—150 萬元左右，如果按照 1:1 的地補標(biāo)準(zhǔn)，2020 年購買可享受 54.6 + 54.6 萬元的補貼，最終價格可以和傳統(tǒng)柴油卡車 30—40 萬元的售價差不多，考慮到國補和地補的退坡，如果終端降本的速度不夠快，那么很難吸引「卡友們」去購買一臺氫燃料電池卡車。再比如 2018 年一臺上汽大通 V80 氫燃料版的售價為 130 萬元左右，國家補貼 100 萬后才有了 30 萬左右的終端價格，而其汽油版只需要 10 多萬元。
特斯拉純電半掛 Semi，大概率明年能量產(chǎn)上市
與此同時，氫燃料重卡還面對「換電」這一模式的沖擊，目前吉利、寧德等巨頭已經(jīng)在布局，同時大洋彼岸的特斯拉 Semi 即將在明年發(fā)布，據(jù)稱在搭載 4680 電池后，續(xù)航里程能達到接近 1,000 公里，充電 30 分鐘能行駛約 650 公里，如果這些參數(shù)能實現(xiàn)，可能暫時沒有氫燃料電池重卡什么事了。
目前來看，氫燃料電池在乘用車上的發(fā)展已經(jīng)遠遠被電動車甩下，在商用車領(lǐng)域目前嚴重依賴補貼（好在因為門檻很高，所以不用怎么擔(dān)心「騙補」），相當(dāng)長一段時間里，氫能源車都只是一個配角，在《規(guī)劃》里提出到 2025 年我國的氫能源車保有量要達到 5 萬輛，這個保有量不到特斯拉上海工廠一個月的產(chǎn)量，其中基本都會是氫燃料電池商用車。
時間回到 2010 年，那個時候的電動車也普遍不被看好，但是通過國家超 3,000 億的巨額補貼以及發(fā)綠牌等政策紅利，最新乘聯(lián)會的數(shù)據(jù)顯示，3 月份新能源車的滲透率已經(jīng)達到了 28.2%，替代燃油車已經(jīng)不是一句玩笑話了。
試想如果在同一時期氫燃料電池得到中國、美國、歐洲同樣力度的支持，在政策、資本和人才的共同努力下，其成本將明顯下降，數(shù)據(jù)顯示從 2010 年到 2020 年間，全球鋰離子電池組平均價格從 1,100 美元/千瓦時降至 137 美元/千瓦時，降幅達 89%。如果氫燃料電池能實現(xiàn)類似的降本之路，絕對不止是在冬奧會上展示一下。
拜登在福特工廠演講，推銷 1740 億美元的電動車推廣計劃
但目前來看，中美歐已經(jīng)默契地選擇了鋰電池路線，只是把氫燃料電池作為一個備選方案，氫燃料電池車的潛力再大也只是潛力了。
其原因就在于日本在氫能源領(lǐng)域積累的壁壘過于高，目前全球氫能源的布局和技術(shù)上，僅豐田一家就有 6,000 個左右的核心相關(guān)專利，占了全球的一半左右，擺出了一副「吃獨食」的姿態(tài)，如果選擇了重點發(fā)展氫燃料電池的路線，等于是在替日本「打工」。
而中美歐汽車市場加起來占了全球的 65%左右，對比日本市場只有 5% 左右，同時中美歐 GDP 加起來是日本的十倍，即便日本再想推廣氫能源車，本土的那點市場和資金也無法支持技術(shù)和產(chǎn)品的持續(xù)快速迭代升級。
上面提到雖然我國目前發(fā)電、制氫主要都依賴于「煤電」，但未來水利、光伏、風(fēng)能、核能將逐步成為主角，國際能源署(IEA)發(fā)布的《全球能源行業(yè) 2050 凈零排放路線圖》指出，到 2050 年，全球近 90% 的發(fā)電將來自可再生能源，風(fēng)能和太陽能光伏發(fā)電合計占近 70%。
沙漠中的光伏太陽能電池板
不過這些可再生能源都有一個很大的特點——不穩(wěn)定，比如光伏發(fā)電完全是「看天吃飯」，不同季節(jié)、不同時候的發(fā)電量天差地別，這點是十分「不討喜」的，電網(wǎng)大部分時候很難容納這種電，假如光伏發(fā)的電直接連接到你的電器上，要么經(jīng)常斷電，要么燒掉。
因此每年就有很多電被白白浪費掉了，相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計， 2018 年中國光電、風(fēng)電和水電的棄電量就超過了 1,000 億度。
因此儲能就成了非常關(guān)鍵的一環(huán)，國家發(fā)改委、國家能源局印發(fā)的《關(guān)于加快推動新型儲能發(fā)展的指導(dǎo)意見》指出，到 2025 年，國內(nèi)的新型儲能裝機規(guī)模要達 30 GW 以上，其規(guī)模是 2020 年的十倍。相關(guān)機構(gòu)預(yù)測，到 2030 年我國大部分地區(qū)光儲結(jié)合可實現(xiàn)平價，儲能市場空間可達 1.2 萬億以上。
抽水蓄電，目前已經(jīng)比較成熟了
目前儲能主要有兩種模式，第一種「抽水蓄電」，這種方法成本可控，但遇到?jīng)]水的地方就不好使了，而風(fēng)電、光伏發(fā)電未來很大一部分都在中西部缺水的荒涼地帶；另一種是「電化學(xué)」，主要是用大量電池組儲存電能，成本太高，并且不適合長期儲存電量。
用光電、水電、風(fēng)電來電解水制成的氫屬于「綠氫」
相對來說，氫儲能是一個比較理想的方案，基本原理是用風(fēng)電、光電、水電等發(fā)的電用來電解水，得到氫氣將其存儲起來，如果電網(wǎng)需要則再把氫氣通過燃燒或燃料電池等方式變?yōu)殡?，?dāng)然也可以用于化工或用作交通運輸。
舉個例子，在我國西部某地方的一片光伏發(fā)電區(qū)域，可能面臨夏季發(fā)電量過多而冬季發(fā)電量不足的情況，這個時候可能要將半年發(fā)的電儲存起來，顯然熱值高的氫氣更合適，同時還能夠通過管道、長罐拖車方式把存儲的氫氣送到用電量高的地區(qū)。
中國科學(xué)院院士歐陽明高表示，從規(guī)模儲能經(jīng)濟性上看，固定式規(guī)模化儲氫比電池儲電的成本低一個數(shù)量級，在能源利用的充分性方面，氫能大容量、長時間的儲能模式對可再生電力的利用更充分，氫能是集中式可再生能源大規(guī)模長周期儲能的最佳途徑。
當(dāng)然，這種「電—氫—電」的方式確實效率不夠高，目前只有 30—50%，并且目前電解水制氫的成本也不低，未來高效且低成本的電解水制氫技術(shù)是一大突破方向。
總體來看，隨著未來可再生能源的快速發(fā)展，氫儲能的潛力非常巨大，甚至超過了氫燃料電池汽車。
目前對于氫能源的未來，業(yè)內(nèi)業(yè)外的爭議和分歧仍然非常大，隨著國家頂層設(shè)計的出爐，氫能源是未來國家能源體系的重要組成部分地位確立，氫能源也將起著越來越重要的角色。根據(jù)中國氫能聯(lián)盟的預(yù)測，2050/2060 年氫能在我國的能源體系將占到 10% 和 20% 的份額。
氫動力概念飛機，預(yù)計 2035 年落地
在氫氣的應(yīng)用方面，目前來看氫能源乘用車大規(guī)模普及的幾率微乎其微，商用車領(lǐng)域?qū)⒑碗妱榆囌娓偁帲鴼鋬δ艿臐摿γ黠@被低估，未來或?qū)缪菡弑葰淙剂想姵剀嚫匾慕巧?。另外在建筑配套供能、能源分流、氫動力飛機、氫動力船舶等領(lǐng)域有著非常大的潛力，總之下次再談到氫能，別再只知道汽車了。
