氢能产业合作发展的五种新模式-北极星氢能网

投稿

我要投稿

在“双碳”目标背景下，氢能产业迎来前所未有的发展机遇，涌现了一批具有行业特色的新兴合作模式和业态。氢能产业合作新模式是未来氢能市场形成的重要组成部分，对新模式的研究有利于研判氢能产业发展方向。本文通过对国内外氢能全产业链的合作新模式进行分析，总结当前合作模式的运行机理，分析了各类模式的优势、劣势及发展前景。

1氢能产业合作新模式

1.1能源耦合发展模式

在“双碳”目标下，氢能能源耦合发展是实现能源系统低碳绿色化的重要途径，主要体现在2个方面：

（1）提高可再生能源渗透率。

（2）通过能量梯级利用和物质循环利用。由于氢能属于二次能源，因此能源耦合模式具备普遍性，但不同企业在耦合深度和广度上有所区别。

能源耦合发展模式主要有2种路径：①行业内纵向优化，实现氢能与其它不同能源形式的耦合。②行业间横向合作，实现氢能跨行业、跨产业间的能源耦合。行业内纵向优化典型应用案例有国家能源集团“风光氢储融一体化”、美锦能源“煤焦气化一体化”，跨行业耦合以“中核—清华—宝武钢铁”“核能制氢冶金一体化”为代表。

风光氢储融一体化的整体发展思路——“以风光带氢、以氢促风光，风光氢储融一体化协同”，通过不断加大可再生能源与氢能的互促共进，化解可再生能源资源难获取和氢能业务暂不具备盈利性的“痛点”，风光氢储融一体化模式如图1所示。

图1 风光氢储融一体化模式

煤焦气化一体化是在焦化副产氢的基础上的升级改造，将焦炉煤气进行提纯后供给氢燃料电池汽车等相关场景，实现资源循环利用。此模式的优势在于，相应配套技术完善且化工产业自身氢能需求较大，产业升级改造仅需要增加氢纯化设备，煤焦气化一体化模式，具体如图2所示。

图2 煤焦气化一体化模式

核能制氢冶金一体化是指利用核能发电或经热化学循环、高温蒸汽电解等方式制氢，结合后端直接氢还原工艺（DRI）以代替炼钢工艺中使用的化石燃料，目前处于技术研发阶段。

1.2一体化发展模式

氢能产业链主要由“上游制氢—中游储运—下游应用”组成，重点企业前瞻性布局，结合既有产业布局与定位，通过自主研发与投资并购等手段形成了纵贯产业链上中下游，氢能与燃料电池领域研发、制造与应用融合发展的一体化发展模式。该模式可细分为半自主化与全自主化，前者通过自有产业布局结合投资并购等手段完成一体化布局，后者完全依托自有资源研发布局。目前，行业内有3家代表性一体化发展企业，即半自主化布局的国家电投公司、中国石化公司，以及全自主化布局的长城未势能源公司。

国家电投公司以关键技术研发、生态系统构建为战略核心，以技术同源的PEM燃料电池电堆与PEM电解槽为抓手，通过人才引进与自主研发掌握了包括催化剂、扩散层、质子膜、膜电极等核心技术，并结合投资加氢技术企业形成以能源线、装备线全产业布局的新模式，具体如图3所示。

图3国家电投公司氢能产业布局

中国石化公司则依托自身基础设施产业优势，以打造“中国第一氢能公司”为纲领，从产业链中游储运与加氢站环节切入，利用炼化副产氢、加油网络，降低供氢终端建设成本。同时充分利用金融手段，逐步形成全产业链发展模式，一方面通过投资上海重塑、康明斯、舜华新能源布局燃料电池、电解槽、加氢站等领域，另一方面与运营商、园区管委会开发了“车—站—景”终端应用新模式，具体如图4所示。

图4中国石化公司“车—站—景”一体化终端应用模式

长城未势能源公司则通过“自研+检测服务”布局全产业链，立足核心零部件开发，掌握核心部件技术，基于此向上探索核心材料供应商合作模式，向下利用示范项目进行产品应用提升，已布局建立了“制—储—运—加—应用”的装备一体化供应链，具体如图5所示。

图5长城未势能源公司氢能产业布局

1.3生态圈发展模式

生态圈由较大规模氢能项目、供应多个终端、覆盖价值链的若干环节、建立覆盖特定地理范围的氢生态系统4个要素组成，从主导方式来看，氢能生态圈可分为企业自发性生态圈、政府主导性生态圈2种模式。

企业自发性生态圈以国华投资公司、宁夏煤业公司、国网综合能源公司、飞驰汽车公司等7方共建宁东可再生氢生态碳中和示范区为代表。该示范区建设过程中氢能生态圈合作伙伴分工明确，实现了“煤化工+绿氢”技术创新链、整车制造产业链、产业孵化金融链相互推动，未来将形成以新能源、氢能基础设施、氢燃料汽车等领域的科技研发与产业聚合创新链条。

政府主导性生态圈以山东“氢进万家”科技示范工程为代表，该工程整体布局如图6所示，工程以氢能高速、氢能港口、科普基地、氢能园区、氢能社区为依托，聚焦开展副产氢纯化、可再生能源制氢、管道输氢、氢能交通、热电联供等氢能生产和利用技术的工程化示范，打造万台套氢能综合供能装置示范基地，凝聚了产业链资源，探索氢能在多种场景下的高效、安全利用新模式。

图6山东“氢进万家”示范工程整体布局

1.4技术授权孵化模式

氢能产业属于技术密集型行业，出于对核心技术的共性需求，以氢能技术作为核心要素构建了多种合作模式，以技术授权合作模式为主，共同研发为辅。国内以中科院大连化物所、武汉理工、清华大学等科研院所为主，而国外主要以巴拉德、丰田、Hydrogenics、Nel等技术厂商为主，具体如图7所示。

图7技术授权模式

大连化物所以自有全产业链科研成果技术产业化为契机，通过自研电解水制氢及氢燃料电池技术专利等知识产权投资入股方式进行市场化运营，将自身具备的技术优势逐渐转化为氢能应用成果，以技术合资的方式成立了新源动力、明天氢能、国创氢能、中科洁净能源创新研究院等公司，引领国内燃料电池及氢能产业发展。

巴拉德则以市场占有率提升为目标，积极推进技术授权。常见授权许可包括设计和工艺知识产权、产品许可和本土制造化3种类型，与潍柴动力、广东国鸿、中山大洋电机等国内合作伙伴带来了领先的燃料电池电堆技术。

共同研发方面，米其林和佛吉亚成立合资公司共同开发车用氢燃料电池系统。此外，戴姆勒与沃尔沃成立合资公司，加快燃料电池重卡示范项目的落地。

1.5跨界融合发展模式

由于氢能产业链长，核心技术众多，生态系统纷繁复杂，需要整个供应链通力合作，氢能行业的竞争力也取决于各环节中所有企业的竞争力。跨界融合指氢能市场企业不断跨越技术、产业、地理等边界，创造性地整合各种资源和能力，持续迭代产品和服务，进而形成自身的复合竞争优势。康明斯公司、潍柴集团公司是核心产业并购转型的代表性企业，而英美资源是投资转型的独有企业。

康明斯公司通过收购水吉能、LoopEnergy等公司，使康明斯公司从传统动力总成供应商转型为具备从制氢到燃料电池制造的完整产业能力，可为不同市场的用户提供差异化氢能源集成解决方案的氢能企业。英美资源集团作为矿业公司与氢能关键原材料提供商，通过直接投资关键技术、设立投资基金、促进商业合作等方面推动氢能产业快速发展。

2氢能产业合作新模式分析

2.1模式定位

从模式定位来看，能源耦合主要集中在上游，少数应用场景涉及储运与氢能利用消纳，该模式下氢能发展立足于主业，转化现有制氢资源，最小化氢能早期应用成本短板效应，构建清洁低碳的能源供给体系。氢能产业一体化与生态圈发展模式覆盖了产业链所有环节，但定位截然不同，一体化发展模式基于企业独占，在产业布局上具备进攻性，而生态圈通过牵头企业和配套企业之间的利益联结机制，形成大中小企业协同、上下游协作联动的产业链互动协调生态。技术授权与跨界融合以产业上下游两端为重点，原因在于可再生能源电解制氢设备与氢燃料电池为核心技术密集、产业附加值高的能源装备，二者基于技术转化与企业转型寻求新兴增长点的定位开展氢能合作模式，具体如图8所示。

图8 5种新模式主要涉及产业链环节

2.2核心能力要求

新合作模式的核心能力与关键活动情况见表1。能源耦合模式要求企业掌握多能流协同、电解水制氢、工业流程清洁氢替代技术等新兴技术，以氢作为新增产品与原有能源开发模式系统集成。布局全产业链的企业需要建立绝对领先的技术研发能力、产品持续创新力、成本控制与供应链管控能力，通过对产业链的全方位拓展和整合，实现各环节衔接效应、把握高利润环节，构建氢能一体化供应链。生态圈模式要求参与企业自发或在政府引导下建立系统性共生关系，实现企业之间分工协作高效性，打造稳定、可达预期合作目的的市场环境。技术授权则依托一定区域内领先的核心技术进行成果转化。跨界融合依托企业转型动力与资本投入开展业务。

表1 氢能产业合作新模式核心能力

2.3面临挑战

能源耦合模式的威胁来自市场机制，由于该模式需要参与多个能源市场的交易，因此需要优化当前能源市场机制，尤其以可再生能源电解水制氢电价矛盾最为突出，以沽源风电制氢综合利用项目为例，该项目已于2019年接近完工，但与当地电网调剂余缺，风电须先上网后再进行制氢，企业需要承担过网费、容量费等附加费用，极大地提高了制氢成本，该项目至今未投产，严重影响投资回报，部分案例见表2。

表2 氢能产业合作新模式面临挑战与借鉴案例

由于氢能产业整体未进入成熟期，表现出规模化程度低、核心技术约束力高、行业经营者竞争力较弱等特点，一体化发展模式在近期经济效益与产业链协同效果不明显。同时上下游各环节都需要大量资金投入，由于上下游彼此关联，易产生连锁反应，同时也面临管理协调成本大、资金风险高等挑战。以现代汽车Genesis燃料电池汽车项目为例，现代汽车进行了原材料至整车的全产业链整合，最后因开发性能和研究进展未达到预期目标，该项目近期被迫中止。

生态圈发展模式的劣势在于多方分工协作存在不确定性，以及潜在的政企关系、市场前景波动，若有一方协作出现不稳定因素，会逐渐引发整体生态圈崩坏效应。该模式在应用时需制衡各方利益冲突，避免负效应大于外部经济效应，导致内部竞争多于协作的局面出现。以日产汽车公司与德国戴姆勒股份公司、美国福特汽车公司合作开展燃料电池汽车为例，在上述生态圈中，日产汽车公司为主要的技术供应商，而戴姆勒股份公司与福特汽车公司服务于市场开拓与当地资源整合，由于基础设施不普及、研发投入高以及资源对纯电动汽车的倾斜迫使日产、戴姆勒和福特冻结燃料电池车商业化合作计划。

技术授权模式双方需严格基于双方签订的合约进行市场活动，都需规避相关技术授权过程中的风险点，核心技术被竞合企业掌握而被超越是技术所有者最大威胁，被授权方则需要尽可能减少对自身协调性的影响。丰田适度的燃料电池技术专利开放为新入局者扫除技术障碍，同时在新兴企业技术路线选择中占据主导。

企业跨界必须基于自身的核心价值，创新性地选择切入氢能产业链方向，成为能够产生业务增量的变量，最终成为行业引领者，而非简单的跨行业并购和嫁接。如果核心竞争力缺失，发展战略不明确，将面临严峻资金压力与经营风险，典型案例为青年汽车集团。

2.4前景展望

能源耦合模式是未来氢能发展的主要方向，在行业内纵向优化方面，随着可再生能源大规模推广推动氢储能需求，平准化发电成本持续下降带动制氢成本降低，促进氢能产业规模化发展。在行业间横向合作方面，钢铁、化工等“难以脱碳领域”需要引入清洁氢替代化石能源。

由于氢能作为资本密集性、核心技术密集性产业，完全具备一体化发展模式条件的企业极少，未来将以龙头企业与配套企业组成“1+N”生态圈模式为主。在产业发展早期，企业间的自发联结促进了产业规模化，同时政府性主导的生态圈为氢能监管提供了良好环境。在产业发展成熟期，由于竞争激烈，企业抱团发展将成为自发趋势。

氢能是技术创新及超越的长坡道，也是未来技术授权的主战场之一。由于技术代差的固有属性，该模式会一直伴随氢能产业全生命周期。但随着我国氢能及燃料电池核心技术逐步突破，通过加强技术专利体系构建，我国逐渐从技术使用者过渡到技术授权者。

氢能也是新技术的重要创新应用载体和跨界融合关键交汇点，未来氢能产业与关联产业将呈现更深层次的交叉融合发展，进一步带动材料、化工、制造等多个领域绿色低碳发展，助力“双碳”目标如期实现。近期将以交通与金融跨界为主，远期将以氢能产业向生产、消费领域全方位深度渗透，但优质标的稀缺、市场竞争加剧，再难以通过兼并收购快速切入氢能行业。

2.5对比分析

由于能源耦合模式与新能源和传统能源行业产生联结效应，生态圈模式促成了产业链联动效应，二者在推广性、产业规模效应与企业经济效应上位居前列，同时企业自身技术跨度不大，风险性主要存在于外部条件，是值得大力推广的2种合作模式。

而一体化模式长期看来可以取得较好的企业经济效应，属于大而全的合作方式，但对产业整体规模化的贡献有限，同时对技术需求高，整体风险性大，推广性难度较大。技术授权在合作过程中聚焦一个或几个关键技术，整体属于小而精的合作模式，促进了技术交流与技术进步。跨界融合能为企业带来新的业务增长极，但是收益与风险并存，氢能合作新模式对比特性分析情况具体如图9所示。

图9氢能合作新模式对比特性分析

3结语

从发展环境来看，随着氢能产业发展提速，进入氢能产业发展的企业为数众多，行业竞争日渐激烈。产业链盈利模式尚待构建，如何应对挑战、破局而出是摆在氢能企业实现高质量发展的关键。新模式是我国氢能产业发展的有生力量，也是国际氢能产业发展的重要趋势。从企业经营及产业发展意义出发，综合分析总结了当前合作新模式的优劣势及发展前景，为未来氢能新模式发展提出有效建议，支撑氢能产业积极健康发展。各种合作新模式发展具备优势的企业类型与代表性企业见表3。