鋰電和燃料電池雖然是不同的技術(shù)路徑，但兩者都實(shí)現(xiàn)碳中和的主流能源方案，可以放在一起對(duì)比。終極能源是誰(shuí)可以從兩個(gè)角度去評(píng)估，一是能源利用效率，二是能源密度。前者決定了成本優(yōu)勢(shì)，后者決定了應(yīng)用場(chǎng)景廣泛性。
鋰電池和氫能源燃料電池都是利用電，但鋰電池是直接用電，而氫還需要通過(guò)電轉(zhuǎn)化而來(lái)，因此氫作為二次能源，能量利用效率肯定是低的。如下圖氫燃料電池系統(tǒng)（左）要遠(yuǎn)低于鋰電池，這也是馬斯克diss氫能的點(diǎn)。上述結(jié)論的前提是未來(lái)電力都是來(lái)自太陽(yáng)能和風(fēng)力等綠色電力，從新能源普及的角度看，則結(jié)論不完全一樣。
1.能源一直是多種并存的結(jié)構(gòu)，如下圖各種曲線。2.新能源的占比從1%到10%需要50年時(shí)間。綠色的石油用了45年，可再生能源13年只增長(zhǎng)了5%。
如果仍以化石能源發(fā)電為主的情況下，燃料電車和電動(dòng)車綜合能效其實(shí)差不多，甚至燃料電池更高。在能量密度上，鋰電池和氫完全不是一個(gè)量級(jí)，差了100多倍，這是氫的優(yōu)勢(shì)。從能量保存時(shí)間段來(lái)看，電池的電量流失按照天計(jì)算，氫能源按照季度、月計(jì)算的?？傮w看氫能源的應(yīng)用場(chǎng)景會(huì)比鋰電池多很多。從轉(zhuǎn)換效率和能量密度比較后，兩者的應(yīng)用場(chǎng)景就比較清晰了。
氫能源發(fā)展階段和鋰電池非常像，2017年氫能源燃料電池與2012年鋰電池，2002年的光伏，1994年的風(fēng)能，在裝機(jī)容量上是一樣的。
但新能源的驅(qū)動(dòng)力很大程度源于國(guó)家政策的推動(dòng)，光伏是在歐洲政策推動(dòng)下慢慢做起來(lái)，鋰電池是中國(guó)和歐盟推動(dòng)電動(dòng)車帶動(dòng)的。歐盟電動(dòng)車銷量2020年是超過(guò)中國(guó)一點(diǎn)點(diǎn)的，占新車比例也達(dá)到10%。
雖然看起來(lái)氫能源燃料電池比鋰電池等晚了5年，但實(shí)際上國(guó)內(nèi)和國(guó)外政策力度都差很多，因此實(shí)際差距要遠(yuǎn)大于5年。針對(duì)氫能源的國(guó)家政策主要是十城千輛：一是范圍更小：第一期試點(diǎn)的城市準(zhǔn)備要出來(lái)，基本上是北京、上海、廣州+河南、河北。二是補(bǔ)貼力度更弱：只有170億，而電動(dòng)車類累計(jì)的國(guó)家補(bǔ)貼已經(jīng)達(dá)到1206億（截止2020年5月），相差7倍。三是時(shí)間更短：十城千輛的政策是4年，年均補(bǔ)貼42.5億，電動(dòng)車10年，年均120.6億，相差2.8倍。氫能源和鋰電池行業(yè)所需的技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施有很大不同。電池行業(yè)經(jīng)歷了最早的玩具里的鎳氫電池，手機(jī)三元電池，從手機(jī)到公交車，從低能量密度到高能量密度的乘用車，技術(shù)發(fā)展與驗(yàn)證迭代是連續(xù)的。同時(shí)電動(dòng)車不存在能源的問(wèn)題，一開(kāi)始就有很發(fā)達(dá)的電網(wǎng)，只要鋪好充電樁就可以獲得能源。氫能源燃料電池在這兩端其實(shí)都不占優(yōu)勢(shì)。既沒(méi)有加氫的基礎(chǔ)設(shè)施，也沒(méi)有消費(fèi)應(yīng)用鋪墊，直接是車規(guī)級(jí)。雖然巴拉德的燃料電池在叉車上已經(jīng)完全可以商用，但市場(chǎng)過(guò)小。因此需要從能源基礎(chǔ)設(shè)施和應(yīng)用場(chǎng)景雙管齊下。在應(yīng)用上，國(guó)內(nèi)是億華通在公交車上做第一步嘗試，有部分裝在商用車。（以下數(shù)據(jù)備注：日本、美國(guó)及中國(guó)的數(shù)據(jù)截至2019年4月，歐洲數(shù)據(jù)中德國(guó)數(shù)據(jù)截至2019年7月）
能源上，氫氣在整個(gè)工業(yè)體系里面很豐富，包括工業(yè)副產(chǎn)氫、煤制氫和天然氣制氫，足夠支持早期的氫能源供給。主要缺乏的是加注網(wǎng)絡(luò)。這部分很可能會(huì)通過(guò)天然氣的發(fā)展得到彌補(bǔ)。首先天然氣在商用車上運(yùn)營(yíng)的成本要比柴油車低20%到30% ，現(xiàn)在大批量的商用車在改成天然氣，需要修建天然氣加氣站。如果改成天然氣站后，預(yù)留一些設(shè)備再改成加氫站會(huì)容易很多。
應(yīng)用市場(chǎng)對(duì)比：車用
下面是整體的碳排放量，交通占百分之十幾，電力供應(yīng)占最多44%。
交通運(yùn)輸里乘用車其實(shí)只占了20%的排放量，最大的部分其實(shí)在商務(wù)車上占~77%的排放。
為什么鋰電池不適合用在商用車上？舉一個(gè)實(shí)際的例子，model3電池重量差不多800公斤，低配版~450多公里的續(xù)航，實(shí)際應(yīng)該是400km左右。商用車以最近一個(gè)主機(jī)廠狂推的某款電動(dòng)商用車為例，2.5t電池續(xù)航190km，以9.6m為例，19t總重量扣掉7t自重，還有12t載貨重量，但是這個(gè)續(xù)航只有190km，如果想做到500km（基礎(chǔ)門檻）的話，至少還需要3t電池，這也意味著少裝3t貨，成本上就完全算不過(guò)來(lái)?，F(xiàn)在大家提出解決方案，建沿途換電站，我們認(rèn)為換電站基礎(chǔ)設(shè)施跟加油站很像，要有企業(yè)巨頭來(lái)做，還是有難度的。所以電池商用車基本沒(méi)有實(shí)用性。
鋰電池差不多220wh/kg左右的能量密度，只有做到半固態(tài)電池、固態(tài)電池才能做到500wh/kg，能量密度提高一倍之后，純電重卡才有使用價(jià)值，在5年之內(nèi)看不到可能性。從能源成本（充電/氫氣）來(lái)看，氫燃料車的百公里能源成本遠(yuǎn)大于電車。目前終端氫氣價(jià)格~60元/kg，鋰電池平均900元/kwh。據(jù)DOE，氫氣下降到30元/kg時(shí)，鋰電池下降到700元/kwh可實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)燃油車平價(jià)，很明顯，鋰電池只差20%，而氫則差50%。新能源技術(shù)對(duì)于所有汽車主機(jī)廠而言，鋰電池和氫燃料兩個(gè)技術(shù)路線都是很燒錢，沒(méi)有人可以持續(xù)在兩個(gè)方向投資。因此需要根據(jù)所在市場(chǎng)進(jìn)行針對(duì)性研發(fā)。
歐洲的車企20年前就開(kāi)始布局氫燃料電池，奔馳+福特+日產(chǎn)在加拿大合資公司開(kāi)發(fā)燃料電池。德國(guó)車企一直是在用柴油路線走清潔能源去達(dá)標(biāo)歐盟的標(biāo)準(zhǔn)，加氫站的缺乏，使得氫能源燃料電池應(yīng)用一直不落地。當(dāng)排放門事件發(fā)生后，歐系主機(jī)廠有個(gè)技術(shù)的斷檔，開(kāi)始迅速的轉(zhuǎn)向電動(dòng)車。大眾最積極，因?yàn)榇蟊娫谛履茉春腿剂想姵厣系姆e累都不夠多。奔馳也放棄了在乘用車使用氫燃料電池的技術(shù)路線。但戴姆勒和沃爾沃又合資開(kāi)發(fā)商用車的氫燃料電池。美國(guó)則完全走的電動(dòng)車路線，美國(guó)整體的能源網(wǎng)絡(luò)非常市場(chǎng)化。政府只給了購(gòu)車的補(bǔ)貼，并沒(méi)有補(bǔ)貼修建加氫站，因此氫能源很難發(fā)展起來(lái)。中國(guó)的電網(wǎng)、發(fā)電、石油等企業(yè)都是國(guó)企，加上足夠大的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，是可以支持鋰電池+氫能源兩個(gè)方向發(fā)展的。于是國(guó)內(nèi)氫市場(chǎng)是在2018年李克強(qiáng)總理去日本考察之后才開(kāi)始啟動(dòng)。堅(jiān)持氫路線的豐田和現(xiàn)代，所在的日本和韓國(guó)的市場(chǎng)很小，其實(shí)豐田和現(xiàn)代都可以看出把美國(guó)當(dāng)成主要市場(chǎng)的主機(jī)廠。因此我們認(rèn)為乘用車的主流，商用車將是氫能源。應(yīng)用市場(chǎng)對(duì)比：儲(chǔ)能
光伏發(fā)電后利用鋰電池儲(chǔ)能：光伏發(fā)電的效率基本上是20%，然后加上鋰電池的損耗10%的的話，就是18%的效率。光伏發(fā)電后（18%）-電解槽電解水制氫（80%）-氫儲(chǔ)能-需要時(shí)再用氫燃料電池系統(tǒng)發(fā)電（60%），這個(gè)是氫儲(chǔ)能的鏈條。算下來(lái)16%*60%≈9.6%的效率。
現(xiàn)在鋰電池的度電成本（每?jī)?chǔ)存一度電的成本），用在光伏或者風(fēng)能上，最好的能做到四毛左右，梯次利用即汽車上用的鋰電池淘汰下來(lái)之后最大的兩個(gè)用途，一個(gè)是變成外賣小哥三輪車上的電池，或做鐵塔儲(chǔ)能、或路燈用。這種電池差不多也要200到300，基本上是兩毛多/kwh的成本。為什么未來(lái)的鋰電池做下來(lái)還要兩毛多的成本呢？鋰電池在過(guò)去這些年其實(shí)降低了80%的成本，但是儲(chǔ)能成本并不是線性下降，鋰電池的規(guī)模越大，耗電量和成本都越高。氫電池相反，規(guī)模越大、單個(gè)罐子越大就上壓縮機(jī)越經(jīng)濟(jì)。長(zhǎng)期看燃料電池絕對(duì)是碾壓鋰電池的。
當(dāng)然還有市場(chǎng)孵化的問(wèn)題，美國(guó)由于電網(wǎng)市場(chǎng)化，電價(jià)大概是中國(guó)的8倍，所以美國(guó)消費(fèi)者有動(dòng)力進(jìn)行波峰波谷的儲(chǔ)能和調(diào)節(jié)。但中國(guó)不一樣，零售端價(jià)格幾毛，商業(yè)端一元多，所以中國(guó)的儲(chǔ)能并不會(huì)發(fā)生個(gè)人端。中國(guó)儲(chǔ)能其實(shí)更多會(huì)放到發(fā)電端，中國(guó)儲(chǔ)能裝備會(huì)更加大型化和集中化。觀察韓國(guó)和日本走的技術(shù)路線，他們就在發(fā)電端，包括用熱電站的廢熱等。鋰電池產(chǎn)量很大，新車年銷量2000萬(wàn)輛 ，產(chǎn)業(yè)鏈上每個(gè)公司的規(guī)模足夠大，因此頭部公司的規(guī)模大，技術(shù)強(qiáng)可以形成很強(qiáng)的馬太效應(yīng)。因此鋰電池行業(yè)的發(fā)展規(guī)律很適合參考太陽(yáng)能板。國(guó)內(nèi)最大做單晶硅的隆基股份董事長(zhǎng)說(shuō)過(guò)兩個(gè)觀點(diǎn)：1.要賭理論值轉(zhuǎn)化效率最高的技術(shù)路線，所以他選單晶硅，單晶硅當(dāng)年的轉(zhuǎn)化效率其實(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如多晶硅。
2.技術(shù)不領(lǐng)先不盲目擴(kuò)產(chǎn)，因?yàn)樗卸紨U(kuò)產(chǎn)+技術(shù)升級(jí)老產(chǎn)能很快被淘汰。
在技術(shù)路線上，鋰電池未來(lái)技術(shù)的固態(tài)電池也有多個(gè)方向，短期的改進(jìn)也有多個(gè)技術(shù)方向，如下圖。
- 黃色的三元的技術(shù)路線是高鎳，比如常見(jiàn)的ncm811，現(xiàn)在又開(kāi)始做無(wú)鈷，這兩個(gè)技術(shù)線的瓶頸都在280之內(nèi)，下一步突破一定在正極材料上做4元或者新三元。
- 紅色的磷酸鐵鋰的理論值非常低，由于成本非常有優(yōu)勢(shì)，適合短距離的低端車型，等到三五年后高能量密度電池價(jià)格降下來(lái)之后，才會(huì)對(duì)磷酸鐵鋰有競(jìng)爭(zhēng)壓力。
在擴(kuò)產(chǎn)上，電池行業(yè)會(huì)投大量固定資產(chǎn)，上一期講過(guò)基本上國(guó)產(chǎn)設(shè)備投1GWH需要1.5億元，進(jìn)口就需要2-2.5億元。現(xiàn)在看到每一家的計(jì)劃至少都是在3年之內(nèi)要投進(jìn)150到200億元進(jìn)去。
大額固定資產(chǎn)的問(wèn)題是到底這條生產(chǎn)線可以用多久？如以前的太陽(yáng)能板都是標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，新一代設(shè)備出來(lái)后，老設(shè)備就被淘汰了。車規(guī)級(jí)鋰電池也一樣，如果不升級(jí)設(shè)備的話，成本沒(méi)有任何優(yōu)勢(shì)，整個(gè)生產(chǎn)線會(huì)變成一個(gè)巨大的包袱，折舊本來(lái)預(yù)計(jì)十年，但可能就三年就廢了。特別是10年之內(nèi)技術(shù)不斷演變，售價(jià)不斷下降的情況下，能自研設(shè)備的廠商才可以極大的延長(zhǎng)設(shè)備的使用時(shí)間，改進(jìn)工藝和材料后，可以再去技改生產(chǎn)線，寧德和比亞迪都跟上游設(shè)備廠有很大的深入合作去做技術(shù)改造。包括像中航鋰電、蜂巢（蜂巢是長(zhǎng)城汽車下面的動(dòng)力電池事業(yè)部獨(dú)立出來(lái)的公司），都做了非常多的改造，這些公司還能玩下半場(chǎng)，有些上市公司這塊投入的資源和技術(shù)儲(chǔ)備不夠，可能兩三年之內(nèi)就會(huì)被淘汰，所以鋰電池要買龍頭。氫能源燃料電池和電池邏輯完全不一樣，燃料電池更像燃?xì)夤┡袠I(yè)，典型的公司比如新奧燃?xì)?。通過(guò)不斷的做項(xiàng)目，累積現(xiàn)金流，再去投新項(xiàng)目，收購(gòu)新的項(xiàng)目來(lái)滾動(dòng)。畢竟整個(gè)卡車的保有量才3600萬(wàn)，而不是乘用車的2.4億，單靠一個(gè)環(huán)節(jié)是很難養(yǎng)活公司的。為什么要有這個(gè)模式？氫能源有一個(gè)死亡谷，在規(guī)模沒(méi)有達(dá)到一定的數(shù)量之前，整個(gè)商業(yè)鏈條都會(huì)虧損且現(xiàn)金流一直是負(fù)的。這個(gè)過(guò)程會(huì)多痛苦？美國(guó)能源署DOE估算年產(chǎn)10萬(wàn)臺(tái)時(shí)才能實(shí)現(xiàn)與電車平價(jià)，中國(guó)現(xiàn)在才1000多臺(tái)/年。由于死亡谷要靠國(guó)家補(bǔ)貼，而國(guó)家補(bǔ)貼是針對(duì)性落地的，且加氫站不可能大規(guī)模修建也需要針對(duì)性修建。因此我們判斷，未來(lái)氫燃料電池公司要活下來(lái)，也必須是一個(gè)個(gè)地方拿項(xiàng)目，建加氫站+裝車。而且如果運(yùn)營(yíng)的不出問(wèn)題，一個(gè)公司拿了一個(gè)地方，其他家就不太可能拿到。這意味著未來(lái)4~10年的補(bǔ)貼都被占據(jù)了。因此氫燃料電池的發(fā)展模式很類似燃?xì)夤┡尽?/strong>這里舉個(gè)典型例子美國(guó)氫燃料電池重卡公司Nikola，它的模式就是客戶買車后不用管加氫，公司與合作伙伴修好加氫站，同時(shí)與物流公司合作（車也可以租賃），在物流公司兩端的倉(cāng)庫(kù)設(shè)好加氫站，保證每一條線路跑下來(lái)客戶算賬足夠經(jīng)濟(jì)的。這種全鏈條總包的角色相當(dāng)于所有商業(yè)化的虧損Nikola來(lái)背負(fù)，這些燒的錢又是其通過(guò)資本市場(chǎng)融資來(lái)支撐的，因此其號(hào)稱是卡車屆的Tesla。這個(gè)模式也非常具有美國(guó)特色，其實(shí)與國(guó)內(nèi)地方政府大金額投資車企很類似，如合肥投資蔚來(lái)。現(xiàn)在看，國(guó)內(nèi)基本沒(méi)有公司能做到Nikola這樣。燃料電池的推動(dòng)主要是電堆廠，主機(jī)廠只是一個(gè)代工方，但是國(guó)內(nèi)燃料電池廠除了技術(shù)外，其他能力都較弱。雖然Nikola做的事看似簡(jiǎn)單其實(shí)很難，需要會(huì)技術(shù)研發(fā)、整車集成、開(kāi)發(fā)終端客戶、修加氫站。兩者上游設(shè)備的投資機(jī)會(huì)鋰電池上游材料的集中性比較高。設(shè)備廠分前中后三段，各占433的比例。
- 前段設(shè)備集中度非常高，比如涂布機(jī)基本上在前端占75%，國(guó)產(chǎn)化率非常高，核心的涂布用的頭要做到0.3 的精度，基本上就LG能做到，部分核心零部件還是要進(jìn)口，但是整體產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)國(guó)產(chǎn)化，可以較好的配合電池廠進(jìn)行研發(fā)。這部分更新較慢基本要6年。
- 中段設(shè)備是組裝機(jī)，這是現(xiàn)在電池生產(chǎn)效率的主要瓶頸，也是升級(jí)最快的部分，國(guó)內(nèi)基本4年全換。之前組裝技術(shù)分成圓柱形的卷繞和方形的疊片，下一代的熱復(fù)合堆疊技術(shù)其實(shí)可以吊打這兩種，不但增加電池的循環(huán)使用壽命和能量密度，效率更高所以還降低成本。但一直礙于LG的專利沒(méi)法普及，好消息是專利2020年2月已經(jīng)到期，比亞迪立馬推出的刀片電池就是基于這種技術(shù)。
- 后段是化成分容。鋰電池做出來(lái)后，里面的化學(xué)材料需要經(jīng)過(guò)一次充放電才能使材料形成鈍化，需要有充電放電的設(shè)備，這個(gè)設(shè)備也會(huì)檢測(cè)電壓一致性，用一致性高的電池裝車。這個(gè)地方也有一些公司做，就不具體說(shuō)了，我們認(rèn)為中端會(huì)有比較好的自研和提升的空間，不會(huì)像其他兩個(gè)環(huán)節(jié)會(huì)有一些卡脖子的核心路線。
氫燃料電池的設(shè)備可以看下哪些環(huán)節(jié)是降低成本的關(guān)鍵。按DOE的估算，要降低成本的幾個(gè)著手點(diǎn)在于：空氣壓縮機(jī)，雙極板、整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和集成、空氣加濕器、低鉑或無(wú)鉑技術(shù)等。燃料電池每個(gè)環(huán)節(jié)比較分散，且國(guó)產(chǎn)化程度還很低，基本上都還在國(guó)外。
來(lái)源：愛(ài)思考的柚子 作者：彭程柚子投資合伙人
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