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氢能投资指南:终极绿色能源,投什么、怎么投

2022-04-26

按照我国提出的“30·60”双碳目标,中国需要在2030年前实现“碳达峰”,即碳排放量达到峰值后不再增长,2060年前实现“碳中和”,即使“排放的碳”与“吸收的碳”相抵消。伴随双碳目标而来的,是多种减碳相关产业的蓬勃发展,也是人们对可持续生活方式的观念革新。

双碳是泰合的重点布局领域,服务客户覆盖海内外光伏科技、新能源汽车/电池/动力系统、智能电网、氢能、合成生物减碳、循环科技等领域。结合行业研究与项目经验,我们希望用一系列专业且易读的研究文章,与大家一起拆解讨论“双碳”的题中之义。第一篇,我们来谈谈氢能

本文核心观点

· 氢能是新能源领域少有的兼具确定性与颠覆性的万亿级赛道,亦有可能是最大的能源变革机遇

· 但作为一个新的能源品类,氢能的生产、流转和应用需要全新的基础设施

· 现阶段,氢能产业链最值得关注的环节是上游制氢与下游的燃料电池,其中的主要机会会落在电解槽、燃料电池系统与关键材料

· 电解槽设备公司与燃料电池系统公司都应形成产业链一体化能力

· 制加氢一体站会是未来的重要趋势

· 燃料电池上游的关键材料技术壁垒高,属于“卡脖子”技术,存在国产替代的机会

行至2022年,新能源早已不是一个新概念。

15年前,光伏领域便迎来了第一波热潮;5年前,电池领域迎来第一波上市投资热。作为一个内涵非常丰富的词语,“新能源”包含大量独立的细分行业:氢能、光伏、电池、储能等等,它们的技术差异大,设备、场景、运营逻辑各不相同而又彼此交叉。

新能源赛道热度高、涵盖广,其投资机会可以从以下两个维度来拆解:

▶ 按流程:能源的生产、流转(传输、储存和转化)、应用;

▶ 按结构:新的能源品类(一次能源、二次能源)、原有能源品类技术迭代带来的效率提升。

新能源领域当前跑得最快、市值最高的公司/细分板块,都是上述两个维度叠加而成的:

▶  光伏=新的一次能源品类+能源生产环节,孕育出了隆基这样的行业巨头;

▶  电池=原有能源品类的技术迭代+能源流转与应用环节,电池本不是一种“新能源”,只是电能存储、转化和使用的媒介。但在过去十年中,电池技术不断迭代,使得电力这种本来最难存储的二次能源能够以非常高效的形式进行灵活应用,不受时间、空间的限制,一下子打开了广阔的应用空间——电动车,也因此让宁德时代的市值一骑绝尘。

本篇文章的观察重点是氢能。氢能是一个新的二次能源品类,且毫无疑问会在未来占据能源结构的重要比例;但作为一个新的能源品类,它的生产、流转和应用都需要全新的基础设施

光伏公司不担心光伏发电后电力的去向,电池公司也不用担心电力从何而来,但氢能产业链还有很多现成的问题需要解决:氢气本身从何而来?如何流转?如何使用?每个环节都需要相应的产业集群和基础设施。这一定是一条很长的路,但也有可能孕育出更伟大的公司。


虽然当前的氢能行业还处在起步阶段,但氢能本身的特性为它未来的发展增添了很多确定性:

1)绿色低碳:高能量密度、零碳排放、相对安全,是很好的绿色低碳转型载体;

2)能源安全:氢是帮助我国实现能源独立的重要路径。目前中国有70%的石油、84%的锂矿依靠进口,而氢的制取可实现全国产化。氢能是制造型能源,而非资源型能源,对我国这样的制造大国更有优势;

3)能源耦合:氢是连接一次能源与二次能源很好的载体。氢气能和电、热之间实现高效的双向转化,加上本身的可储存形态,未来的氢能网络将和现有的电力网络、热力网络高度耦合。

外部环境亦对氢能发展非常友好。 在“双碳”目标下,氢能是改变能源结构的重要技术革命。尤其在2030年碳达峰目标实现后的减碳周期,氢能将发挥更重要的作用。否则,仅依赖现有技术路线无法实现2060年碳中和的目标。

由于可再生能源具有不可控性、不连续性,想要在实现未来更大规模的应用,必须大量配合类似氢能的储能手段,才能确保电网的稳定与安全。长周期来看,氢能会是化学储能的重要路线

此外,国家与地方层面都在不断出台支持政策。今年3月,国家能源局、国家发改委联合印发《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》,国家层面对氢能的战略定位进一步明确;燃料电池城市示范群也出台了各自的地方政策。当前,各级政府的氢能补贴政策相对谨慎,但参考光伏、锂电等产业通过政府的大力政策扶持实现快速发展的经验,我们对氢能产业的发展抱有充分信心。

长远来看,氢能是新能源领域少有的兼具确定性与颠覆性的万亿级赛道,亦有可能是最大的能源变革机遇。


现阶段提起氢能,市场往往最关注氢燃料电池,包括其下游的电堆、系统。这一方面是因为汽车产业链有强带动作用,政府补贴明确、产业政策落地,带动着整个行业的发展;另一方面,电堆和系统公司商业化较快、收入规模较大,二级市场上也有表现不错的公司,如亿华通。据不完全统计,2021年氢能行业共发生40起融资,约70%投资在氢燃料电池车产业链

但氢燃料电池车只是氢能庞大产业链的一部分。氢能产业链包括上游的制氢,中游的储运、加氢,下游应用环节包括交通运输、工业、建筑、发电与电网平衡等等,每个环节都具备一定的投资机会。

沿着产业链,我们逐一来看。

目前,中国已是全球第一制氢大国,年产氢超3000万吨。预计到2060年,中国氢气需求量将有接近4倍的增长,达到1.3亿吨,其中最上游的制氢环节将受益于此,率先迎来爆发增长。制氢环节的经济性更成熟、商业化可能比需要补贴的燃料电池车产业链更早到来,是现阶段就十分值得关注的领域。

中游的加储运环节也是氢能产业链整体发展的重要环节,市场空间广阔、是目前限制终端氢气平价应用的重要因素之一。想让整个氢气综合运营成本下降,中游环节也需要共同降本。按照当前的氢气成本结构来推算,加储运环节的成本占比在50%-80%之间。

但目前加储运环节的各种技术路线在发展早期、主流路线尚未明确,更适合长期关注。


下游的终端应用非常丰富,包括交通运输、工业、建筑、发电与电网平衡等等。以发电为例,可再生能源制氢用于规模发电(P2G)将是未来最理想的燃机氢能发电模式。规模燃氢的核心设备是燃气轮机——这也是新能源行业未来的关键基础设施。比如泰合服务的华天动力,作为国内领先的工业级燃气轮机研发制造商,正在积极推动能源高端设备攻关。但终端应用的蓬勃发展,还需要中间环节的管理、技术成本相应地下降。


因此,如果要问当下的氢能产业链最值得关注哪些环节,我们认为上游制氢和下游的燃料电池产业链都可以优先关注,其中的主要机会会落地在电解槽、燃料电池系统与关键材料上


中国虽是氢气制造大国,但目前仍以灰氢为主,绿氢的占比几乎可以忽略不计。灰氢是通过化石燃料制取的氢气,成本低、技术较为简单;而绿氢则是利用太阳能、风能等可再生能源,通过电解工序制成,其碳排放可达到净零,但当前的制取成本太高。

不过,我们相信未来的绿氢占比可以达到70%以上,原因包括:

1)“3060”的目标之下,脱碳减排是强需求,只有绿氢制备才能从根本上改善能源端的碳排放结构;

2)绿氢可以与风光电实现协同发展。现阶段电解制氢成本高,其中75%-85%都是电价,如果未来绿电成本快速下降,绿氢的经济性也会变好。

想要让绿氢变得平价,有以下几种途径:

▶  1)电解设备成本下降:在绿氢项目建设的一次性投入中,约有40%-50%来自电解槽,平均都是数千万级的投入。如果电解槽设备技术进步,比如关键材料的突破以及量产带来的规模效应,都可以使初始设备投入成本+维护成本下降;

▶  2)制氢电价下降:如前文所言,电解水制氢的成本有75%-85%是电价。过去十年,中国光伏度电成本已经下降了约85%,随着风光电产业进一步发展,发电成本在未来十年仍有40-55%的下降空间;

▶  3)碳价上升的正外部性:在碳配额交易形成后,企业有动力为了避免购买碳排放指标而降低碳排放。以外国为参考,在过去十年里发达国家的碳价普遍上升了4-5倍;

▶  4)配套政策完善、模糊政策成熟,比如制氢用电性质认定、制氢突破化工园限制等等;

▶  5)制加氢一体的商业化运营,在市场未完全成熟时,通过内部化降低交易成本。

那么,绿氢具体是怎么制取的呢?

目前最主流的两种技术路线是碱性水电解与PEM电解,它们分别适用于不同阶段与场景需求。短期内,在灰氢、蓝氢等绿氢替代场景中,碱性设备可能会有更快的收益;长期来看,PEM设备如果能够降低成本,就会在和风光电耦合的市场上有更多应用。

随着未来技术上的不断突破,还可能会出现同时能满足低成本、高电流密度、宽负荷调节、大规模制氢的技术路线出现。但多种路线也将会长期共存。

从创投视角来看,制氢环节最大的机会是电解槽设备公司。电解槽在制氢系统总成本的占比约为50%,其成本的降低是整个绿氢制取发展的关键。目前行业内有能力做好电解槽的玩家不多,也有非常多的跨界巨头优先选择电解槽这一赛道进入氢能领域,比如隆基、阳光电源等。

电解槽技术壁垒深厚,需要长时间的积累。以挪威的百年氢能公司NEL为例,其本身在碱性技术路线上的积累时间长达90年,由于碱性与PEM技术路线差异较大,NEL通过收购全球PEM技术的领先者普顿来完成了技术路线的拓展。

NEL还在加氢环节收购了H2 Logic,进行氢能一体化布局,让自己不单单是设备商,还成为了解决方案服务商甚至是平台。由此也可以看出电解槽设备的可延展性强,对创业公司来说,是一个切入制氢环节的好切口。

我们认为,制加氢一体站会是未来很重要的趋势,即加氢站同时配备光伏相关设置、电解槽制氢,省去了储运环节,能节约很多成本。而这正是电解槽公司的极大优势和机会


资本市场对燃料电池车产业链始终非常关注。燃料电池车是政府补贴的直接受益者,市场大、离商业化近,全产业带动效应强。燃料电池的应用场景也不止商用车,在储能、甚至乘用车领域也都有应用可能,市场规模会循序渐进地扩大。

目前,行业正从野蛮式发展逐步演进到政策驱动+商业化驱动的过程中。类似锂电行业在2010年-2015年所处的阶段,燃料电池行业正处于强政策引导期。政府为了避免此前出现的部分补贴乱象,在氢能领域的补贴会更克制、实施以奖代补,且地方政府的参与度更高。在2025年退补之后,商业化的落地、整个产业的格局才会变得更清晰。

燃料电池的核心环节:系统

在燃料电池的产业链上,燃料电池系统大概占到终端车辆成本的60%。对这条产业链来说,系统公司无疑是最重要的一环——商业化最成熟、产业链主导权最大

但面临的问题同样残酷:系统本身成本和氢气使用成本都高,如果拿不到补贴,公司的经济账目前是算不过来的。但想要拿补贴,需要车先跑上一段时间。对公司来说,核心是要在客户的商业诉求和政策的引导诉求中找到交叉的突破口。

现阶段,能生产出“可用”的产品+强资源的公司会暂时领跑。但2025年之后,行业补贴会逐渐退坡,系统公司们必定迎来一波洗牌。我们的建议是,系统公司向上游电堆、膜电极进行产业链一体化延展是很重要的,否则未来电堆公司向下游系统拓展、或主机厂亲自入局,都会对系统公司产生挤压,生存空间会越来越小。

想要实现最终成本的降低是各环节的系统工程,并非单个部件性能突破就能实现的。因此,目前头部公司也有了一体化的趋势:

一部分领先的企业通过资本优势在进行一体化的投资布局,如亿华通;一些企业自己建立技术能力,除了电堆和系统,也开始做膜电极、双极板等关键部件;一些企业则通过产业联盟形成“膜电极/双极板-电堆-系统”的一体化链条:氢能产业链因为强资源驱动、强技术驱动的特质,已围绕清华、交大、同济、大化所等学术高地和产业方形成圈层,在每个圈子内部,实际都已形成一条自己的的一体化链条。

海外的龙头企业普拉格能源(Plug Power)也是如此,它掌握了从膜电极(MEA)到电堆、系统的一体化能力,还有各种应用类布局(比如叉车),甚至还在尝试往上游制氢端开拓业务。拥有产业链一体化能力的电堆或系统公司在未来一定会更有优势。

“卡脖子”的关键材料

燃料电池的最上游,是组成膜电极的关键材料——质子交换膜、气体扩散层和催化剂,它们涉及底层材料技术难度高、成本占比大,且在整体性能上非常重要,目前的国产化率都<10%。这三种关键材料的国产替代机会非常值得关注。

当前,国内能做这些关键材料的公司是非常少的,属于真正的“卡脖子”环节。

突破不易,国产材料需要“耐得住寂寞”:实验室研发材料周期漫长,即使有了实验室产品,还要经历生产线设计、开发、设备调试、产品多番迭代等环节,最快也需两三年的时间。量产后的产品还需通过下游客户的测试验证后才能采购放量,车规级材料需要经历漫长且严格的性能、寿命、稳定性/批次一致性测试,这又要耗费1-2年时间。

也正因此,国产材料领先企业的先发优势会更明显,并且可以通过批量化生产产品来不断迭代技术,放量后会形成价格上的领先优势。以泰合服务的国内稀缺的具备气体扩散层(碳纸)批量生产能力的通用氢能为例,创始人前期研究相关材料的时间长达20余年,公司正式成立后又花费2年时间建立国内首条全自主设计、全国产化设备的卷对卷产线,量产产品又经历了1-2年的测试验证,最终才能得到下游客户的认可:产品性能与海外产品相当,但售价仅为海外产品的50%。

关键材料国产化是必然的趋势。以锂电池的隔膜为参考:早期,湿法膜关键技术也是被日本和欧美垄断,但这是大功率、高容量电池的关键技术。在锂电池补贴政策刚落地的产业导入期(2012年左右),隔膜的国产化率大概只有5%。随着国产技术突破,国产隔膜拥有巨大的成本优势,当前隔膜国产化率已经超过90%,也诞生了超过千亿市值的锂电池隔膜绝对龙头恩捷股份。

伴随政策引导、技术突破,氢能领域的关键材料公司也可能会拥有非常类似的发展路径:利用我们的制造业成本优势,提供高性价比的产品,发展成为国际化的大公司。


对能源的探索,是人类对未来生活想象的探索。

从一种能源结构切换到另一种能源结构,不仅意味着人类生活方式的彻底改变,还往往蕴藏着资本机遇、产业前途和国家命运的急遽嬗变。

伴随工业革命,煤炭在英国推动了资本主义的第一次飞跃;石油美元则塑造了今日的国际金融体系和政治格局。清洁能源的出现,开启了能源行业从“资源导向”向“制造导向”的转变——而这正是制造业大国中国的优势所在。因此,我们相信氢能会和风光一样在中国迎来巨大的发展机会。

此外,氢能尚处长周期大赛道的起步期,未来很长时间内都可能面临较高的融资成本。对氢能产业链上的每家企业来说,如何定位氢能在投资回报、产业布局和国家战略等不同维度的多重价值,吸引多元投资人助力,并制定前瞻的融资战略和合理的配套方案,都是关键挑战。


汪雨
泰合资本高级投资经理

本文作者汪雨女士侧重新能源领域的交易,近期主要关注氢能、储能等领域。在加入泰合资本之前,汪雨女士曾在汉能资本FA部门从事私募融资业务。

汪雨女士毕业于北京大学,拥有北京大学金融学硕士学位;她本科就读于浙江大学,获金融学学士学位。


钱兆旻
泰合资本副总裁

本文作者钱兆旻先生主要负责泰合资本在新能源、产业互联网领域的私募融资交易。在加入泰合资本之前,他曾在汉能投资、东方花旗、德勤会计师事务所就职,拥有丰富的资本市场专业服务经历。

钱先生毕业于上海交通大学,拥有金融学学士学位。同时,钱先生拥有中国注册会计师(CPA)资格。

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