2022 年氫能源又「熱」了起來。

服務(wù) 2022 北京冬奧會(huì)的豐田 Mirai 和柯斯達(dá)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(duì)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(huì)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(duì)于氫能源，國(guó)內(nèi)外一直有著兩派截然相反的聲音：一種認(rèn)為氫是絕對(duì)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(rèn)為氫本身昂貴又危險(xiǎn)，只會(huì)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(guó)家的規(guī)劃和意見，恰好在 3 月 23 日，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局聯(lián)合印發(fā)了《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃（2021—2035 年）》（以下簡(jiǎn)稱《規(guī)劃》），明確了氫能的三大「戰(zhàn)略定位」：氫能是未來國(guó)家能源體系的重要組成部分；氫能是用能終端實(shí)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(diǎn)發(fā)展方向。

隨著頂層設(shè)計(jì)落地，為了更好地理解國(guó)家的規(guī)劃和氫能源未來的發(fā)展方向，先要了解一下國(guó)內(nèi)氫能源發(fā)展的現(xiàn)狀。

01 我國(guó)氫能源現(xiàn)狀：制氫優(yōu)勢(shì)明顯，但仍處于發(fā)展初期

首先和很多人印象相反的是，中國(guó)是世界上最大的制氫國(guó)，年制氫產(chǎn)量約 3,300 萬噸，其中，達(dá)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(gè)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(duì)環(huán)保的「藍(lán)氫」，不過要實(shí)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(guó)也有不小的優(yōu)勢(shì)。

中國(guó)工程院院士陳清泉在電動(dòng)汽車百人會(huì) 2022 上提出：「 我國(guó)有豐富的可再生能源的資源，太陽(yáng)能、風(fēng)能、水力能。我國(guó)可再生能源稟賦相當(dāng)于我國(guó)峰值能源需求總量的 2.7 倍」。目前我國(guó)可再生能源裝機(jī)量全球第一，并且還在快速增長(zhǎng)中。

政府補(bǔ)貼了 10 多年后，我國(guó)光伏行業(yè)處于全球領(lǐng)先地位

我國(guó)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(shí)經(jīng)過十多年的政策扶持，我國(guó)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(guó)光伏發(fā)電新增裝機(jī) 54.88 GW，光伏發(fā)電量達(dá)到 3,259 億 kWh，同比增長(zhǎng) 25.1%。出口方面，我國(guó)光伏產(chǎn)品出口超過 284 億美元，同比增長(zhǎng) 43.9%。

在技術(shù)提升和規(guī)模效應(yīng)的雙重作用下，我國(guó)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(jià)中標(biāo)，并且這一價(jià)格包含了生態(tài)維護(hù)的費(fèi)用。

除了光伏發(fā)電，我國(guó)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(shì)，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(duì)完成 2030 年碳達(dá)峰、2060 年碳中和的目標(biāo)有著重大意義，同時(shí)也能減少能源的對(duì)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(guó)都有不小的優(yōu)勢(shì)。

不過《規(guī)劃》也指出，我國(guó)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(qiáng)、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(jìn)口，一些關(guān)鍵技術(shù)存在短板，制氫設(shè)施、氫能儲(chǔ)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(shí)中便是我國(guó)目前對(duì)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(fèi)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。

02 氫能源車現(xiàn)狀：乘用車難普及，商用車靠補(bǔ)貼

首先目前氫能源車分為兩派——氫內(nèi)燃機(jī)和氫燃料電池，目前國(guó)內(nèi)吉利、長(zhǎng)城以及紅旗都已經(jīng)發(fā)布了自研的氫內(nèi)燃機(jī)，簡(jiǎn)單理解就是發(fā)動(dòng)機(jī)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(diǎn)，驅(qū)動(dòng)效率和駕駛體驗(yàn)無法與電驅(qū)動(dòng)相提并論，同時(shí)即便是「燒氫氣」，因?yàn)榭諝庵杏衅叱傻牡獨(dú)猓诟邷馗邏合氯詴?huì)產(chǎn)生嚴(yán)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(jī)的研究，2000 年制造了 15 輛氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)轎車——寶馬 750hL，搭載一臺(tái) 5.4 L V12 發(fā)動(dòng)機(jī)，既能「燒油」也能「燒氫氣」，雖然技術(shù)確實(shí)很領(lǐng)先，但在使用氫氣作為燃料時(shí)，最大功率和峰值扭矩分別只有 150 kW 和 300 N·m，同時(shí)巨大的氫氣罐占據(jù)了大半個(gè)后備廂，實(shí)用性非常差。

寶馬 iX5 Hydrogen，今年下半年應(yīng)該會(huì)上市

因此寶馬也逐步開始停止氫內(nèi)燃機(jī)的研發(fā)，開始轉(zhuǎn)向更能代表未來的氫燃料電池汽車，實(shí)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(dá)到 275 kW，在低溫下續(xù)航能超過 500 km。

此外馬自達(dá)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(dòng)化轉(zhuǎn)型十分激進(jìn)

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(dòng)車的懷抱，4 月 12 日，本田公布了非常「激進(jìn)」的電動(dòng)化轉(zhuǎn)型計(jì)劃：未來 10 年，在電動(dòng)化和軟件領(lǐng)域共計(jì)投入約 5 萬億日元，到 2030 年，將在全球市場(chǎng)推出 30 款純電動(dòng)汽車，計(jì)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(tái)，其他廠商和車型基本可以忽略不計(jì)。作為對(duì)比，2021 年全球電動(dòng)車的銷量達(dá)到 650 萬輛，同比增長(zhǎng) 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(guó)購(gòu)買指導(dǎo)價(jià) 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(gè)嘗鮮成本已經(jīng)非常低了，但還是很少有美國(guó)人買（NEXO 銷量大頭在本土韓國(guó)）。

而沒人買的原因也很簡(jiǎn)單：體驗(yàn)差。

體驗(yàn)差的第一點(diǎn)在于沒有加氫站，數(shù)據(jù)顯示 2020 年底，美國(guó)本土只有 49 座加氫站，全球加起來也只有 553 座，這可比「電動(dòng)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(dòng)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(bǔ)貼下，加氫站大部分也處于虧損狀態(tài)，因?yàn)槠浔旧淼慕ㄔO(shè)成本就非常高，我國(guó)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(shí)由于加氫站一旦發(fā)生爆炸，其破壞力非常恐怖，因此周圍的居民會(huì)強(qiáng)力抗議反對(duì)，挪威、韓國(guó)本土都已經(jīng)發(fā)生了類似的事件。

豐田 Mirai 二代用了 3 個(gè)儲(chǔ)氫罐，續(xù)航里程能達(dá)到 850 km，但嚴(yán)重?cái)D占了車內(nèi)空間

另外碩大的儲(chǔ)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(tái)打造，但是后排和后備廂空間遠(yuǎn)不如前者，另外盡管是電驅(qū)動(dòng)，但目前燃料電池的功率十分有限，在動(dòng)輒 3、4 秒加速的電動(dòng)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(rèn)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(dá)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(duì)于追求效率的卡車司機(jī)來說，如果采用純電動(dòng)卡車，不僅要拖著重達(dá) 4、5 噸的電池包，每次幾個(gè)小時(shí)的充電時(shí)間也是難以容忍的。最后重卡的行駛路線相對(duì)固定，加氫站的布局可以更高效。這幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)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(jìn)口的。據(jù)了解，目前一輛功率達(dá)到 110 kW，載重超過 31 噸 的氫燃料電池重卡出廠價(jià)在 130—150 萬元左右，如果按照 1:1 的地補(bǔ)標(biāo)準(zhǔn)，2020 年購(gòu)買可享受 54.6 + 54.6 萬元的補(bǔ)貼，最終價(jià)格可以和傳統(tǒng)柴油卡車 30—40 萬元的售價(jià)差不多，考慮到國(guó)補(bǔ)和地補(bǔ)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(gòu)買一臺(tái)氫燃料電池卡車。再比如 2018 年一臺(tái)上汽大通 V80 氫燃料版的售價(jià)為 130 萬元左右，國(guó)家補(bǔ)貼 100 萬后才有了 30 萬左右的終端價(jià)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(shí)，氫燃料重卡還面對(duì)「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(shí)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(dá)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(shí)現(xiàn)，可能暫時(shí)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(yuǎn)遠(yuǎn)被電動(dòng)車甩下，在商用車領(lǐng)域目前嚴(yán)重依賴補(bǔ)貼（好在因?yàn)殚T檻很高，所以不用怎么擔(dān)心「騙補(bǔ)」），相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間里，氫能源車都只是一個(gè)配角，在《規(guī)劃》里提出到 2025 年我國(guó)的氫能源車保有量要達(dá)到 5 萬輛，這個(gè)保有量不到特斯拉上海工廠一個(gè)月的產(chǎn)量，其中基本都會(huì)是氫燃料電池商用車。

03 鋰電池車還是氫燃料電池汽車，日本說了不算

時(shí)間回到 2010 年，那個(gè)時(shí)候的電動(dòng)車也普遍不被看好，但是通過國(guó)家超 3,000 億的巨額補(bǔ)貼以及發(fā)綠牌等政策紅利，最新乘聯(lián)會(huì)的數(shù)據(jù)顯示，3 月份新能源車的滲透率已經(jīng)達(dá)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(shí)期氫燃料電池得到中國(guó)、美國(guó)、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(jià)格從 1,100 美元/千瓦時(shí)降至 137 美元/千瓦時(shí)，降幅達(dá) 89%。如果氫燃料電池能實(shí)現(xiàn)類似的降本之路，絕對(duì)不止是在冬奧會(huì)上展示一下。

拜登在福特工廠演講，推銷 1740 億美元的電動(dòng)車推廣計(jì)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(gè)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(gè)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(dú)食」的姿態(tài)，如果選擇了重點(diǎn)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(chǎng)加起來占了全球的 65%左右，對(duì)比日本市場(chǎng)只有 5% 左右，同時(shí)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(diǎn)市場(chǎng)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(jí)。

04 被低估的氫儲(chǔ)能：光電、風(fēng)電好搭檔

上面提到雖然我國(guó)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(guó)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(yáng)能光伏發(fā)電合計(jì)占近 70%。

沙漠中的光伏太陽(yáng)能電池板

不過這些可再生能源都有一個(gè)很大的特點(diǎn)——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(shí)候的發(fā)電量天差地別，這點(diǎn)是十分「不討喜」的，電網(wǎng)大部分時(shí)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(fèi)掉了，相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)， 2018 年中國(guó)光電、風(fēng)電和水電的棄電量就超過了 1,000 億度。

因此儲(chǔ)能就成了非常關(guān)鍵的一環(huán)，國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局印發(fā)的《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見》指出，到 2025 年，國(guó)內(nèi)的新型儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模要達(dá) 30 GW 以上，其規(guī)模是 2020 年的十倍。相關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，到 2030 年我國(guó)大部分地區(qū)光儲(chǔ)結(jié)合可實(shí)現(xiàn)平價(jià)，儲(chǔ)能市場(chǎng)空間可達(dá) 1.2 萬億以上。

抽水蓄電，目前已經(jīng)比較成熟了

目前儲(chǔ)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(chǔ)存電能，成本太高，并且不適合長(zhǎng)期儲(chǔ)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(duì)來說，氫儲(chǔ)能是一個(gè)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(chǔ)起來，如果電網(wǎng)需要?jiǎng)t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(yùn)輸。

舉個(gè)例子，在我國(guó)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(gè)時(shí)候可能要將半年發(fā)的電儲(chǔ)存起來，顯然熱值高的氫氣更合適，同時(shí)還能夠通過管道、長(zhǎng)罐拖車方式把存儲(chǔ)的氫氣送到用電量高的地區(qū)。

中國(guó)科學(xué)院院士歐陽(yáng)明高表示，從規(guī)模儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)性上看，固定式規(guī)?；瘍?chǔ)氫比電池儲(chǔ)電的成本低一個(gè)數(shù)量級(jí)，在能源利用的充分性方面，氫能大容量、長(zhǎng)時(shí)間的儲(chǔ)能模式對(duì)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(zhǎng)周期儲(chǔ)能的最佳途徑。

當(dāng)然，這種「電—?dú)洹姟沟姆绞酱_實(shí)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(chǔ)能的潛力非常巨大，甚至超過了氫燃料電池汽車。

05 寫在最后

目前對(duì)于氫能源的未來，業(yè)內(nèi)業(yè)外的爭(zhēng)議和分歧仍然非常大，隨著國(guó)家頂層設(shè)計(jì)的出爐，氫能源是未來國(guó)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(guó)氫能聯(lián)盟的預(yù)測(cè)，2050/2060 年氫能在我國(guó)的能源體系將占到 10% 和 20% 的份額。

氫動(dòng)力概念飛機(jī)，預(yù)計(jì) 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?dòng)車正面競(jìng)爭(zhēng)，而氫儲(chǔ)能的潛力明顯被低估，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?dòng)力飛機(jī)、氫動(dòng)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。

關(guān)鍵詞： 頂層設(shè)計(jì)