第一階段：從1998年-2020年，燃料電池產業(yè)化探索
人類對燃料電池的研究有180多年的歷史，我們今天討論的是中國對燃料電池產業(yè)化探索的發(fā)展階段，其實是一個投資人關心的話題。也就是說，不僅要把東西做出來，而且要預期能夠成為商品。我們今天不講從0到1的過程，這一過程太漫長，今天市場關心的是從1到10的過程和從10到100的可能性。
1998年上海神力科技成立是中國燃料電池汽車產業(yè)化探索的起點，2000年由神力配套的中國第一輛燃料電池游覽車裝機，2004年燃料電池游覽車出口韓國，此后2008年的北京奧運會和2010年的上海世博會都有燃料電池汽車示范運營。
2001年，新源動力股份有限公司、上海燃料電池汽車動力系統(tǒng)有限公司分別在大連和上海成立，上海汽車也開始了燃料電池的研究，成為我國燃料電池產業(yè)化幾個非常重要的發(fā)源地，今天的上汽捷氫、未勢能源都源自這個起點。
另外兩個分支是佛山的云浮和南通的如皋，地方政府尋求對未來產業(yè)的布局選擇了燃料電池這個產業(yè)，并有點帶面逐步形成了燃料電池產業(yè)集群。今天佛山已經形成了全國最大規(guī)模的燃料電池產業(yè)鏈區(qū)域市場，而如皋培育的種子則播撒到了長三角。
到2020年，我國燃料電池產業(yè)化已經形成了一定的基礎：
（1）形成了幾個燃料電池產業(yè)集群。包括財政部等五部委批準的第一批“以獎代補”的三個示范城市群京津冀、長三角、粵港澳城市群，科技部批準的“氫進萬家”山東示范城市群以外，湖北省、河南省、成渝地區(qū)對燃料電池產業(yè)也有比較完整的產業(yè)布局。
（2）燃料電池產業(yè)龍頭初步形成。在近20年的發(fā)展中，來自國內外科研機構和企業(yè)界、投資界的各方力量經歷過流動、整合，形成了以上海重塑和北京億華通為龍頭的專業(yè)第三方燃料電池體系，和以整車企業(yè)投資的上海捷氫、濰柴動力、長城汽車未勢能源構建的燃料電池-整車生態(tài)。目前，排名靠前的企業(yè)主要技術來自大連化物所、清華大學、加拿大巴拉德、武漢理工大學、同濟大學及上海交通大學，還有一個融合日本專家與國內技術團隊的國家電投集團氫能科技發(fā)展有限公司也非常值得期待。
目前，主要企業(yè)都已經完成了燃料電池電堆或系統(tǒng)完整的研發(fā)體系、生產體系和檢測體系的建設，具備批量化生產和持續(xù)研發(fā)的能力。
表1 2016年-2021年6月國內燃料電池企業(yè)累計銷量排名
數(shù)據(jù)來源：香橙會（因為企業(yè)成立時間有先后，累計銷量不代表當前行業(yè)地位，但重塑和億華通兩大龍頭企業(yè)地位比較穩(wěn)定。）
（3）燃料電池產業(yè)鏈趨于完善。燃料電池是一個非常復雜的系統(tǒng)，涉及多種基礎科學，核心零部件制造難度非常高，經過20年的產業(yè)化探索，在燃料電池系統(tǒng)的基礎上培育和構建了從質子交換膜、催化劑、膜電極、雙極板、電堆、空壓機、氫泵、DCDC、氫氣瓶等核心零部件國內供應商，目前，國家“以獎代補”涉及的八大核心零部件除碳紙還處于測試階段以外，其他零部件基本上都已經實現(xiàn)了國產化。
（4）燃料電池核心技術指標不斷優(yōu)化，比肩歐美、追趕日韓。目前世界燃料電池發(fā)展主要集中在亞洲、歐、美，中國基礎相對比較薄弱，但經過過去20年的產業(yè)化探索，核心技術指標不斷優(yōu)化，單堆功率從40kW到100kW，目前已經超過200kW，功率密度達到4.2-5.1kW/L，電池壽命達到1.5-3萬小時，可在零下30℃啟動，這些指標都已經達到世界先進水平，相關續(xù)航里程和運行成本主要受制于國內儲氫瓶和加氫站等標準還達不到國外的水平。技術上我國燃料電池與日韓先進水平比較還有一些差距，但基本上可以與歐美媲美。
目前全球燃料電池汽車技術指標由日本豐田保持，第二代豐田Mirai燃料電池堆峰值功率為128 kW，體積功率密度高達5.4 kW/L（不包括端板），一次加氫5kg以上，續(xù)航里程達到650公里。今年10月28日，上海捷氫科技發(fā)布M4技術指標：“基于全新M4電堆平臺所打造的燃料電池產品，功率范圍將全面覆蓋30kW-230kW，擁有超過15,000hrs的超長壽命，額定功率密度達4.2kW/L，峰值功率密度達5.1kW/L。”
（4）加氫站全球第一，產業(yè)生態(tài)基本實現(xiàn)閉環(huán)。今年行業(yè)內有一件非常重要的事情就是重塑股份IPO被暫停，主要原因是關聯(lián)交易，但不得不說，在燃料電池企業(yè)發(fā)展初期，不是一個市場化的生態(tài)模式，而是燃料電池企業(yè)去“創(chuàng)造”的“市場”，為了讓燃料電池能夠裝車運行，燃料電池企業(yè)不得不自建生態(tài)模式，“關聯(lián)交易”實際上是這個行業(yè)自求發(fā)展的一個必經過程，是燃料電池技術指標和性能自我驗證的過程。所以，早期很多的加氫站都是燃料電池企業(yè)在自己的生產園區(qū)建起來的配套設施。
直到2018年，才逐步有了第三方的加氫站，目前，中石化已經成為國內加氫站的主力，據(jù)統(tǒng)計截至2021年9月底，國內累計建成加氫站190座，其中147座已經投入運營。
表2 國內加氫站建成情況
資料來源：氫氣未來網《重磅 | 中國加氫站建設數(shù)量已經超越日本，正式躍居世界首位》。
有人說，燃料電池一出生就是一個健壯的嬰兒，無論是性能指標還是環(huán)保指標都優(yōu)于燃油動力和鋰電，但其成長卻因為照顧不周、營養(yǎng)不良而異常艱難，這怨不得別人，怪只怪燃料電池太挑食，身體“精貴”不說，還要吃“精糧”。燃料電池的應用不僅受制于本身的性能指標和成本指標，還受制于各種苛刻的基礎建設，特別是氫氣的來源和成本。
2009年科技部、財政部、發(fā)改委、工業(yè)和信息化部啟動了“十城千輛”的新能源汽車發(fā)展計劃，這意味著中國電動汽車進入產業(yè)化發(fā)展階段，也意味著鋰離子電池技術已經具備產業(yè)化條件，而彼時的燃料電池仍然成本高懸，探索了十年左右的燃料電池企業(yè)進入寒冬期，就連國際市場早期開發(fā)過燃料電池概念車的很多企業(yè)也暫停了燃料電池汽車的進一步開發(fā)，直到2014年豐田推出Mirai，并宣布成本降到2008年的1/20，燃料電池產業(yè)的從業(yè)人員才重拾信心。
然而，無論是日本還是國內燃料電池汽車推廣并不順利，其中主要的瓶頸是氫氣供應的基礎建設和氫氣成本。
第二階段：2019年——，氫氣規(guī)模化供應及成本探索
（1）氫氣被納入能源體系
2017年11月22日，聯(lián)合國波恩氣候變化會議（COP23）舉辦之際，國際氫能源委員會（Hydrogen Council）發(fā)布了全球首份氫能源未來發(fā)展趨勢調查報告，該報告指出：“氫能源是能源結構轉型的重要方式，并且能夠催生相當于2.5萬億美元的商業(yè)價值并同時創(chuàng)造3000多萬人的就業(yè)機會?！辈⒚鞔_氫能源未來愿景的題為“Hydrogen, Scaling up（氫能源市場發(fā)展藍圖）”的調查報告，介紹了氫能源正式普及和能源結構轉型方面的發(fā)展藍圖。
在2050年之前，通過更大規(guī)模的普及，氫能源將占整個能源消耗量的大約20%，全年的CO2排放量能夠較現(xiàn)在減少約60億噸，能夠承擔將全球變暖控制在2℃以內所需CO2減排量中的約20%。到現(xiàn)在已經有30多個國家制定了氫能發(fā)展計劃。
在2019年11月份印制的《能源統(tǒng)計報表制度》里，國家統(tǒng)計局要求，氫氣和煤炭、天然氣、原油、電力、生物燃料等一起，納入2020年能源統(tǒng)計，一些敏感的人注意到了這一具有歷史意義的變化，這可以看做是我國氫氣作為能源的一個起點。
（2）能源企業(yè)大舉投資綠氫
我國是全球最大的產氫國，目前全球氫氣產量約7000萬噸，我國目前氫氣產能大概有4100萬噸，產量有3300多萬噸。其中石化能源是主要的制氫途徑。工業(yè)副產氫氣有708萬噸。電解水制氫很少，只有50萬噸，大概占1.52%左右。按照我國2020年的電力結構（火電占71%，風電、水電、核電、光伏合計29%），綠電制綠氫的產量大約14.5萬噸。
氫氣被納入能源體系的同時，“碳達峰，碳中和”目標使得大型能源企業(yè)和工業(yè)企業(yè)面臨現(xiàn)實的排放壓力，相關能源企業(yè)紛紛布局氫能，今年7月16日，國資委秘書長彭華崗曾經表示，超過三分之一的中央企業(yè)已經布局氫能。目前，國家能源集團、華能集團、國電投集團、三峽集團、國家電網、中廣核、大唐、中石化、中石油、能建集團等能源企業(yè)都在氫能上做了大量的研發(fā)投入，并進入大規(guī)模項目的示范階段。
中石化2025年要建成1000座加氫站，今年就要建成100座，預計今年全年全國加氫站數(shù)量超過200座。
事實上，不僅是傳統(tǒng)能源企業(yè)轉型升級，可再生能源的發(fā)展也需要氫來作為大規(guī)模儲氫平抑波動，隆基股份、協(xié)鑫集團、陽光電源等可再生能源企業(yè)也大舉投資于綠氫產業(yè)。
（3）大型項目陸續(xù)啟動
綠氫的大規(guī)模生產是寶豐能源開啟的，該公司于2019年開始建設全球單廠規(guī)模最大的太陽能電解水制氫項目，并于2021年4月首批裝置成功投產，項目全部達產后可年產2.4億標方綠氫和1.2億標方綠氧。1公斤氫氣為11.2立方米，公司2.4億方氫氣即為2.14萬噸；1公斤氧氣為0.7立方米，公司1.2億標方綠氧即為17.14萬噸。
2020年1月21日，福建省漳州市政府與中國華能集團有限公司（下稱“華能集團”）簽署戰(zhàn)略合作框架協(xié)議。華能集團計劃在漳州投資1000億元，建設漳州外海千萬千瓦級海上風電能源基地和古雷開發(fā)區(qū)綜合能源基地等。
2020年10月，由三峽集團負責投資建設，康明斯提供裝備的烏蘭察布“源網荷儲一體化”示范項目是全球規(guī)模最大的源網荷儲示范項目開工建設。
2021年3月9日，四川公司與彭州市政府簽訂《華能彭州水電解制氫科技創(chuàng)新示范項目投資協(xié)議書》，彭州水電解制氫科技創(chuàng)新示范項目將建設2600標準立方米每小時水電解制氫站、高密度儲氫設備和充氫站、華能四川綠氫技術創(chuàng)新研究院、氫能產業(yè)鏈技術綜合示范基地，1300Nm3/h堿水電解槽由競立與華能聯(lián)合開發(fā)，計劃于2021年建成。
2021年8月18日，陜西咸陽秦都區(qū)與國家能源集團陜西電力有限公司簽訂光儲氫綜合應用一體化項目，總投資20億元，規(guī)劃建設分布式光伏項目裝機容量300MW、新型集中式儲能電站容量300MWh、電解水制氫站及配套加氫站容量500-2000Nm3/h。
2021年11月30日，中國石化宣布我國首個萬噸級光伏綠氫示范項目——中國石化新疆庫車綠氫示范項目正式啟動建設。公司稱，這是全球在建的最大光伏綠氫生產項目，投產后年產綠氫可達2萬噸。項目總投資近30億元，主要包括光伏發(fā)電、輸變電、電解水制氫、儲氫、輸氫五大部分。項目將新建裝機容量300兆瓦、年均發(fā)電量6.18億千瓦時的光伏電站，年產能2萬噸的電解水制氫廠，儲氫規(guī)模約21萬標立方的儲氫球罐，輸氫能力每小時2.8萬標立方的輸氫管線及配套輸變電等設施。項目預計2023年6月建成投產。
表3 部分能源企業(yè)氫能布局
（4）電解水產能大幅擴張
自今年3月隆基成立氫能公司以來，電解槽成為今年投資領域關注的重點，10月16日，隆基氫能首臺堿性水電解槽下線，公司當天宣布今年將具備500MW的能力，未來五年內產能將達到5-10GW。
這個產能是什么概念呢？500MW是2020年全國的產能，2021年大約1000MW，也就是1GW，我近期跟業(yè)內幾家企業(yè)溝通下來到明年年底的產能，隆基大約1.5GW，競立大約1GW、中電豐業(yè)1GW，于是我按照行業(yè)發(fā)展階段及行業(yè)地位競爭的經驗預測，國內明年年底的產能可能到達10GW。
因為堿性電解槽是一個相對比較成熟的產業(yè)，產能擴張的門檻不高，而規(guī)模擴張一方面是為未來幾年的需求做準備，另一方面，企業(yè)的規(guī)模也一定程度上顯示了企業(yè)的行業(yè)地位，所以，如果隆基到1.5GW、競立大和中電豐業(yè)到1GW，大陸和718的規(guī)模也不會低于1GW，除了這些傳統(tǒng)電解槽企業(yè)，我們還看到深圳還有凱豪達、瑞麟也在布局堿性電解槽，預計2022年還會有新的進入者。
圖1 2022年電解槽產能預測
（5）產業(yè)化進程推動技術進步
電解槽不是一項新技術，但過去主要作為工業(yè)原料，行業(yè)龍頭也不過幾千萬的營業(yè)規(guī)模，沒有什么研發(fā)投入，預計未來5年這個行業(yè)的規(guī)模超過100億元，大量的資金進入將推動行業(yè)技術的快速進步。
11月26日，我參加了華能和競立聯(lián)合開發(fā)的1300Nm3/h堿水電解槽的生產下線儀式。目前，蘇州考格利爾競立基本上代表了這個行業(yè)（堿性電解槽）的最高水平，這與他們的基礎以及華能集團聯(lián)合開發(fā)都分不開。下面是競立發(fā)給媒體的一份通稿，作為這個行業(yè)重要的歷史資料，我也將這些數(shù)據(jù)留在本文：
一是突破了高效催化劑合成的關鍵“點”，構建了新型鎳基多元合金催化層，有效提升了工作電流密度，降低了析氫電位。
二是突破了三相關鍵界“面”的解析與結構優(yōu)化，顛覆了傳統(tǒng)極板流場結構，優(yōu)化了電解小室橫縱維度空間布局，實現(xiàn)了熱量、物質的高效傳遞。
三是突破了大型高電密電解槽的整“體”可靠組裝，提升了電解槽的高壓密封性、性能均一性和運行可靠性。
點、面、體三維突破與創(chuàng)新，成功實現(xiàn)了1300Nm3/h堿水電解槽的生產下線，并在多項關鍵指標上創(chuàng)造了國際、國內領先和行業(yè)引領：
1. 單槽產氫能力國際最大：在1.6MPa運行壓力下，電解槽的額定產氫量達到1300Nm3/h，最大產氫量可達1500Nm3/h，同時，具備20%-115%寬頻調諧制氫能力。
2. 電流密度指標國際領先：電解槽的最高電流密度達到6000A/㎡，是國際上首套實現(xiàn)6000 A/㎡高電流密度的商業(yè)化堿性水電解槽。
3. 直流能耗國際先進：電解槽的直流能耗低于4.2kWh/Nm3H2，顯著優(yōu)于國家大型電解槽一級能效標準。
4. 體積產能比國內最?。号c國內其它產氫量1000Nm3/h的堿性水電解制氫設備相比，1300Nm3/h電解設備的體積縮小超三分之一，體積產能比由0.95下降到0.73，單位產氫量設備投資減少25%。
5. 系統(tǒng)集成控制行業(yè)領先：首次采用全國產化分散控制系統(tǒng)（DCS），集成一鍵啟動、無人值守、遠程監(jiān)控、設備互聯(lián)等智能化控制技術。
可以預期，隨著資金、人才以及應用的不斷反饋，制氫技術將會得到快速進步。
（6）儲運方式多元化
運輸方式也是這兩年討論的一個重要話題，因為目前都是區(qū)域性的試點，短距離、小規(guī)模示范，氫氣主要運輸方式還是高壓運輸，但液氫項目也在產業(yè)化推進中，航天101所、中集圣達因、中科富海、國富氫能都在液氫儲運上做儲備。不過，由于遠距離運氫的成本比較高，化合物儲氫包括甲醇制氫、鎂基儲氫、氨儲氫、甲苯儲氫方案都有一些探索，中集安瑞科與大化所合作建造的冬奧會的站內制氫項目就是甲醇制氫。
運氫的方式固然還需要技術進步，但如果說技術是生產力的化，這個領域生產關系更重要，這個生產關系包括國家相關標準，也包括資源的優(yōu)化配置。也就是說，目前比生產力更落后的是生產關系，這將是氫能時代需要突破的一個非常重要的認知。
未來3-5年：氫氣成本隨規(guī)模擴張和技術進步下降
如果說我們預測電解水制氫產能從2021年的1GW到2022年的10GW有一點突兀，那也只能怪隆基做了未來五年內5-10GW的規(guī)劃，這樣一來，其他公司也就只好跟進了。但這就是業(yè)內人對這個行業(yè)的預期與行動，一個企業(yè)的規(guī)劃超過全行業(yè)的靜態(tài)產能，設備如此，制氫項目亦是如此。
到2020年，全球加氫站553座，而中石化一家在未來五年內要建1000座加氫站（含油氫混合站）。
按照各大能源公司啟動的綠氫項目，也可以推測未來幾年綠氫項目的進度也將很快超過目前50萬噸電解水（約14.5萬噸綠電制綠氫）的存量規(guī)模。
氫能發(fā)展的第一階段是創(chuàng)業(yè)資本和科研人員主導，以交通領域為牽引的發(fā)展模式，這一階段，燃料電池系統(tǒng)和電堆企業(yè)通過構建閉環(huán)生態(tài)鏈、培育供應商探索出燃料電池清晰的產業(yè)化路徑：龍頭企業(yè)完善的研發(fā)體系形成了技術持續(xù)進步、核心零部件基本實現(xiàn)國產化、清晰的工藝路線和規(guī)模化生產的自動化產線。過去4-5年，燃料電池綜合成本下降了80%，未來可以預見系統(tǒng)成本將以每年20-30%的速度下降。
第二階段是由能源企業(yè)主導、以氫氣的制備、儲能、儲運、加氫站的能源體系發(fā)展模式，這一階段，能源企業(yè)通過綠氫制造、儲運和加氫站建設來快速推進基礎建設。預期大量的資金和人才的涌入將使得氫氣的成本快速下降。
可以預期，隨著資金、人才以及應用的不斷反饋，制氫技術將會得到快速進步。
（6）儲運方式多元化
運輸方式也是這兩年討論的一個重要話題，因為目前都是區(qū)域性的試點，短距離、小規(guī)模示范，氫氣主要運輸方式還是高壓運輸，但液氫項目也在產業(yè)化推進中，航天101所、中集圣達因、中科富海、國富氫能都在液氫儲運上做儲備。不過，由于遠距離運氫的成本比較高，化合物儲氫包括甲醇制氫、鎂基儲氫、氨儲氫、甲苯儲氫方案都有一些探索，中集安瑞科與大化所合作建造的冬奧會的站內制氫項目就是甲醇制氫。
運氫的方式固然還需要技術進步，但如果說技術是生產力的化，這個領域生產關系更重要，這個生產關系包括國家相關標準，也包括資源的優(yōu)化配置。也就是說，目前比生產力更落后的是生產關系，這將是氫能時代需要突破的一個非常重要的認知。
未來3-5年：氫氣成本隨規(guī)模擴張和技術進步下降
如果說我們預測電解水制氫產能從2021年的1GW到2022年的10GW有一點突兀，那也只能怪隆基做了未來五年內5-10GW的規(guī)劃，這樣一來，其他公司也就只好跟進了。但這就是業(yè)內人對這個行業(yè)的預期與行動，一個企業(yè)的規(guī)劃超過全行業(yè)的靜態(tài)產能，設備如此，制氫項目亦是如此。
到2020年，全球加氫站553座，而中石化一家在未來五年內要建1000座加氫站（含油氫混合站）。
按照各大能源公司啟動的綠氫項目，也可以推測未來幾年綠氫項目的進度也將很快超過目前50萬噸電解水（約14.5萬噸綠電制綠氫）的存量規(guī)模。
氫能發(fā)展的第一階段是創(chuàng)業(yè)資本和科研人員主導，以交通領域為牽引的發(fā)展模式，這一階段，燃料電池系統(tǒng)和電堆企業(yè)通過構建閉環(huán)生態(tài)鏈、培育供應商探索出燃料電池清晰的產業(yè)化路徑：龍頭企業(yè)完善的研發(fā)體系形成了技術持續(xù)進步、核心零部件基本實現(xiàn)國產化、清晰的工藝路線和規(guī)模化生產的自動化產線。過去4-5年，燃料電池綜合成本下降了80%，未來可以預見系統(tǒng)成本將以每年20-30%的速度下降。
第二階段是由能源企業(yè)主導、以氫氣的制備、儲能、儲運、加氫站的能源體系發(fā)展模式，這一階段，能源企業(yè)通過綠氫制造、儲運和加氫站建設來快速推進基礎建設。預期大量的資金和人才的涌入將使得氫氣的成本快速下降。