中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：為何要寫燃料電池?電池自發(fā)明以來已經(jīng)得到了大規(guī)模的廣泛應(yīng)用，在現(xiàn)代消費(fèi)電子領(lǐng)域鋰電池已經(jīng)占據(jù)了主導(dǎo)的地位。在現(xiàn)在這個(gè)時(shí)點(diǎn)上，工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步和電池技術(shù)本身所處的發(fā)展階段都有 可能給整個(gè)經(jīng)濟(jì)帶來一場革命性的變化。對(duì)此我們梳理了一下電池的發(fā)展簡史，在這個(gè)過程中我們會(huì)一步步的看到電池發(fā)展過程中的一些技術(shù)變化和當(dāng)時(shí)的產(chǎn)業(yè)環(huán)境對(duì)技術(shù)路線選擇所起到的重要作 用。
在本篇報(bào)告中，我們通過技術(shù)發(fā)展史的比較和數(shù)據(jù)量化比較，試圖 闡述幾個(gè)非常明確的觀點(diǎn)：
1)燃料電池并非對(duì)鋰電池的替代，而是未來能源系統(tǒng)中處于核心地位的裝備。
2)燃料電池的發(fā)展有其本身的技術(shù)成熟的因素，但更為重要的是外圍產(chǎn)業(yè)環(huán)境的變化——控制技術(shù)的大幅提升導(dǎo)致了對(duì)電源更高、更新的需求。
3)下一輪能源的革命并非發(fā)生在生產(chǎn)側(cè)，而是發(fā)生在消費(fèi)側(cè)，以環(huán)境保護(hù)的名義發(fā) 展新能源的政策路線大概率是錯(cuò)誤的。
4)由于技術(shù)指標(biāo)的突破（源自于其電化學(xué)反應(yīng)過程），未來人類能源系統(tǒng)的全電化將會(huì)帶來裝備產(chǎn)業(yè)的革命，能源效率相比于內(nèi)燃機(jī)時(shí)代將會(huì)得到一個(gè)質(zhì)的提升。
目前主要的產(chǎn)業(yè)鏈上可以關(guān)注的方向是：
1）鉑金屬價(jià)格有望大幅上升；
2）質(zhì)子交換膜的產(chǎn)量嚴(yán)重不夠；
3）高端碳纖維材料的產(chǎn)能嚴(yán) 重不足，碳纖維逐漸從裝飾性材料轉(zhuǎn)向功能性材料；
4）高壓、低溫閥門壁壘較高；5）空壓機(jī)等配套設(shè)備的需求大幅上升；
6）驅(qū)動(dòng)電機(jī)和控制模塊有望銷量暴增；
7）加氫站建設(shè)有望迎來熱潮——經(jīng)濟(jì)可行性有望實(shí)現(xiàn)；
8）整車領(lǐng)域的繁榮。
燃料電池設(shè)計(jì)概念的公司居多，同濟(jì)科技，長城電工，南都電源等， 但是我們最看好的公司是：1）雪人股份（空氣循環(huán)系統(tǒng)，參股 OPCON）；2）大洋電機(jī)（參股巴拉德，F(xiàn)CV 整車動(dòng)力總成，在武 漢投資巨大）；3）貴研鉑業(yè)（A 股最為純正的鉑業(yè)務(wù)公司，主題概 念突出）；4）東岳集團(tuán)（HK，交換膜國內(nèi)龍頭，估值低）。上述四 家公司可以代表了目前 FCV 領(lǐng)域主要的零部件和系統(tǒng)集成公司，目 前整車領(lǐng)域主要的標(biāo)的我們認(rèn)為應(yīng)以福田汽車、東風(fēng)汽車、宇通客 車這類的商用車企業(yè)為主，乘用車還需在一定程度上等待足夠大的 套利空間——這是由規(guī)模和成本決定的。
風(fēng)險(xiǎn)提示 ：1）燃料電池下游需求不達(dá)預(yù)期；2）補(bǔ)貼政策不達(dá)預(yù)期；3）技術(shù)性的突破不達(dá)預(yù)期；4）未預(yù)期到的安全性問題；5）市場系統(tǒng)性風(fēng)險(xiǎn)。
1、 前言：為何要寫燃料電池
電池自發(fā)明以來已經(jīng)得到了大規(guī)模的廣泛應(yīng)用，在現(xiàn)代消費(fèi)電子領(lǐng)域鋰電池已經(jīng) 占據(jù)了主導(dǎo)的地位。在現(xiàn)在這個(gè)時(shí)點(diǎn)上，工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步和電池技術(shù)本身所處的 發(fā)展階段都有可能給整個(gè)經(jīng)濟(jì)帶來一場革命性的變化。對(duì)此我們梳理了一下電池的發(fā)展簡史，在這個(gè)過程中我們會(huì)一步步的看到電池發(fā)展過程中的一些技術(shù)變化和當(dāng)時(shí)的產(chǎn)業(yè)環(huán)境對(duì)技術(shù)路線選擇所起到的重要作用。
在這個(gè)變化的過程中，我們可能第一次面臨一個(gè)革命性的拐點(diǎn)，這種拐點(diǎn)來自內(nèi)生性的技術(shù)驅(qū)動(dòng)——而非目前普遍認(rèn)為的環(huán)保等其他外生性因素，在現(xiàn)在的工 業(yè)體系和能源體系中，可能會(huì)帶來非常大的影響。
在本篇報(bào)告中，我們通過技術(shù)發(fā)展史的比較和數(shù)據(jù)量化比較，試圖闡述幾個(gè)非常明確的觀點(diǎn)：
1)燃料電池并非對(duì)鋰電池的替代，而是未來能源系統(tǒng)中處于核心地位的裝備。
2)燃料電池的發(fā)展有其本身的技術(shù)成熟的因素，但更為重要的是外圍產(chǎn)業(yè)環(huán)境的變化——控制技術(shù)的大幅提升導(dǎo)致了對(duì)電源更高、更新的需求。
3)下一輪能源的革命并非發(fā)生在生產(chǎn)側(cè)，而是發(fā)生在消費(fèi)側(cè)，以環(huán)境保護(hù)的名義發(fā)展新能源的政策路線大概率是錯(cuò)誤的。
4)由于技術(shù)指標(biāo)的突破（源自于其電化學(xué)反應(yīng)過程），未來人類能源系統(tǒng)的全電化將會(huì)帶來裝備產(chǎn)業(yè)的革命，能源效率相比于內(nèi)燃機(jī)時(shí)代將會(huì)得到一個(gè)質(zhì)的提升。
一個(gè)邏輯上的演進(jìn)和技術(shù)參數(shù)的量化比較是必須的，我們?cè)诖俗鲆粋€(gè)詳細(xì)的產(chǎn)業(yè)分析，分享電池這個(gè)行業(yè)給我們帶來的機(jī)會(huì)。
2、 與市場的不同認(rèn)識(shí)：從能源系統(tǒng)的變遷說起
我們認(rèn)為：未來的能源革命會(huì)發(fā)生在能源的消費(fèi)端，進(jìn)而改變能源的生產(chǎn)端。
技術(shù)內(nèi)生性的需求大概率會(huì)導(dǎo)致離網(wǎng)動(dòng)力設(shè)備的全電化，能源終端消費(fèi)結(jié)構(gòu)中電 力的占比有望超過 50%，一次能源的生產(chǎn)端會(huì)向能量密度較高的核電變遷，新能源（風(fēng)光）的演進(jìn)技術(shù)路線大概率在經(jīng)濟(jì)上不具有可行性。低碳、環(huán)保問題不 再是能源系統(tǒng)的核心問題——?dú)v史上也從來不是，至少數(shù)據(jù)是這么顯示的。
技術(shù)的進(jìn)步可能突破目前石油和電力體系的市場結(jié)構(gòu)，基于燃料電池的分布式 能源系統(tǒng)會(huì)快速膨脹，生產(chǎn)端的地域優(yōu)勢會(huì)越來越不明顯?；谛碌碾姵叵到y(tǒng) 和控制技術(shù)，交通工具和能源基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)會(huì)迎來新的革命。
2.1、 從能源結(jié)構(gòu)的變遷說起——生產(chǎn)與消費(fèi)
全球最為權(quán)威的能源消費(fèi)數(shù)據(jù)是 BP 公司的《世界能源統(tǒng)計(jì)評(píng)論》，我們根據(jù)最 新的數(shù)據(jù)，更新了過去 13 年的中國一次能源結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，從表格中我們可以看到的數(shù)據(jù)顯示：
1）煤炭和石油的消費(fèi)總量仍然占據(jù)了 80%以上的市場份額，但是過去 13 年期 份額下降了 9.1%；
2）高碳的煤炭和石油下降的比重被新能源替代了，中國的天然氣消費(fèi)和新能源消費(fèi)占比的持續(xù)提升帶來了能源產(chǎn)業(yè)的繁榮；
3）一次能源的統(tǒng)計(jì)口徑還是生產(chǎn)口徑，在整體的油當(dāng)量統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)下是這個(gè)比例，細(xì)分統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以參考我國統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)。
以統(tǒng)計(jì)局公布的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)口徑：
1）2015 年中國的石油消耗量為 5.43 億噸，其中汽油消費(fèi) 1.05 億噸，柴油消費(fèi)1.73 億噸，煤油消費(fèi) 2400 萬噸左右，合計(jì)三者為 3 億噸左右，剩余的石油消耗主要是用作化工產(chǎn)品生產(chǎn)。
2）2015 年中國煤炭消耗 39.65 億噸，其中發(fā)電用煤 18.4 億噸，煉鋼消耗 6.3億噸，建材消耗 5.3 億噸，化工消耗 2.5 億噸。四大行業(yè)消耗的煤炭占煤炭消費(fèi) 總量的 82%，其中電煤一項(xiàng)消耗占比超過 45%。
其中：1）汽油和柴油的主要消費(fèi)主體是汽車和各種工程機(jī)械，以及船用柴油；
2）煤炭的主要消費(fèi)中 45%的比例用于發(fā)電，為其他部門提供能源。在中國近3/4 的電力用于工業(yè)用電，剩下的服務(wù)業(yè)用電和居民用電大約各占 1/8。
能源生產(chǎn)端結(jié)構(gòu)的決定性因素主要是一國資源稟賦和國際經(jīng)濟(jì)實(shí)力的體現(xiàn)。在主要經(jīng)濟(jì)體中，我國是煤炭利用占比最高的國家。而能源終端消費(fèi)模式的結(jié)構(gòu)則更能體現(xiàn)一國經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和發(fā)展水平的體現(xiàn)。下圖是根據(jù)國際能源署和國家統(tǒng)計(jì)局制作的一張能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)圖，這張圖里隱含的經(jīng)濟(jì)含義可能更為深刻。
從上表中可以看到：
1）中國仍有超過 40%的能源是來自于煤炭的直接燃燒和利用，包括工業(yè)，鋼鐵，水泥和居民取暖等，其中最主要的還是工業(yè)鍋爐直接燃燒掉是主要的用途。電力 和石油的消費(fèi)占比近 50%，未來的能源變化主要還是會(huì)在此處產(chǎn)生變革——電力替代石油。
2）美國的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)里面，電力的消費(fèi)占比和中國差不多，但是美國幾乎沒有煤炭的直接消費(fèi)，主要是石油和天然氣的消費(fèi)，在美國石油和天然氣的主要用途是汽車、取暖等居民消費(fèi)用途。
3）絕大多數(shù)國家，或者從全球平均水平來看，終端能源消費(fèi)的主要結(jié)構(gòu)是由電力、石油和天然氣構(gòu)成的，全球平均水平來看，這三種終端能源消費(fèi)形式占據(jù)了 73.9%的主要份額。
4）剔除天然氣之外，全球近 60%的能源是以電力和石油形式消費(fèi)掉的，油電的替代在技術(shù)不成熟的情況下是很難進(jìn)行的，能量密度是一個(gè)不可跨越的障礙，而隨著技術(shù)進(jìn)步和控制技術(shù)的發(fā)展，電對(duì)油的替代變成了內(nèi)生性的需求——而非外生性的環(huán)保需求。
2.2、 新能源的偽命題——因環(huán)保之名
新能源的社會(huì)發(fā)展思潮主要是低碳和空氣污染兩條輿論宣傳主線。但是就數(shù)據(jù) 來看，這兩條在邏輯上都是站不住腳的。
新能源相對(duì)于傳統(tǒng)能源來說，主要的特征在于能量轉(zhuǎn)換和使用過程中是否有碳 元素的參與。就美國這種成熟國家來看，電的消耗只占能源消費(fèi)總量的 1/5 左右。 并不是不用電，而是能源利用的方式應(yīng)該是使用目的相匹配，在家里可以用電加 熱，但是在工廠里一般的熱源采用化石燃料供熱的可能性就更高。在目前的發(fā)達(dá) 經(jīng)濟(jì)體中，美國的能源新能源新消費(fèi)模式最為具有代表性，發(fā)達(dá)國家中的美國， 日本，韓國，法國，德國，英國，意大利，西班牙等，電力消費(fèi)的占比上限基本 維持在 20-25%左右。無法突破這個(gè)比例上限的主要原因是技術(shù)原因，否則像法 國這種核電占比非常高的國家里，大家都應(yīng)該用電力，而非用化石能源。
而一般來說，電力是一種二次能源，是其他形式一次能源轉(zhuǎn)化而來，真正清潔 低碳的社會(huì)當(dāng)中，需要考慮的問題是一次能源生產(chǎn)方式的稟賦問題。全球主要 經(jīng)濟(jì)體的能源消費(fèi)主體仍然是非電力能源，這背后的原因是經(jīng)濟(jì)和技術(shù)水平?jīng)Q定 的。
從狹義的新能源（風(fēng)、光、生物質(zhì)）來看，都是需要轉(zhuǎn)化成電力才能被消費(fèi)掉。 在這種情況下，即便是不考慮經(jīng)濟(jì)性，就算是狹義的新能源占發(fā)電量的比例達(dá)到 了 20%，則最終對(duì)一個(gè)國家最終能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的影響大概也就是不超過 5%左右。 這種投入的成本如果再綜合經(jīng)濟(jì)意義上的測算，最終可能是完全得不償失的。并 且新能源產(chǎn)業(yè)的高成本轉(zhuǎn)嫁給了消費(fèi)者部門，造成了社會(huì)福利的下降。
從傳統(tǒng)的含碳能源（煤炭，石油和天然氣）來看，產(chǎn)生單位熱量的二氧化碳排放 強(qiáng)度約為 1：0.65：0.44，從這個(gè)角度上來看，只需要將煤炭的占比下降 10%，天然氣的消費(fèi)占比提升到 15%左右，基本可以完成同等數(shù)量的碳排放減排，更不用說減排效果更好的核電和水電了。從新能源入手，不如改變化石能源消費(fèi)結(jié) 構(gòu)來的簡單、經(jīng)濟(jì)。
從技術(shù)上來說能源生產(chǎn)方式的選擇有很強(qiáng)的主觀性，但是在主要的經(jīng)濟(jì)體中多數(shù) 國家的電力消費(fèi)占比維持在 15-25%之間，世界平均水平為 17.7%。這背后的主要原因不是電力不足，而是技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的問題。舉個(gè)最簡單的例子，即便是在城市的電力供應(yīng)能確保的情況下，廚房主要的能耗仍然是天然氣，雖然電磁爐、微波爐這些東西的普及度很高，但是中餐廚房的天然氣仍然是主要的能源消費(fèi)模式。從經(jīng)濟(jì)性的角度考慮，北方的取暖設(shè)施主要還是燃煤和燃?xì)忮仩t，而不可能是更為方便“清潔”的電力。這些終端應(yīng)用的技術(shù)和文化習(xí)慣決定了，電力在現(xiàn)代社會(huì)的能源體系中滲透力度并不是很高。
因而我們?cè)谏a(chǎn)側(cè)的大規(guī)模努力可能并不能改變我們?nèi)匀皇且粋€(gè)“高碳”社會(huì)的 現(xiàn)實(shí)，即便是以核電占比最大的法國來看，電力系統(tǒng) 75%的電力來自于核電， 但是并沒有顯著提升法國能源消費(fèi)中的電力占比，其只比中國高了 1.1%，幾乎 可以忽略不計(jì)。法國的碳排放量低于中國的主要原因是法國的石油和天然氣消費(fèi) 占比遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過中國，而煤炭消費(fèi)占比遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于中國。這個(gè)是由兩國的資源稟賦和 經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)有關(guān)。發(fā)達(dá)國家的能源消費(fèi)中汽車能耗占比比較顯著，在這種情況下， 煤炭和電力是無法滿足車、船和飛機(jī)對(duì)能源的需求的。
我們?cè)谝徊ù蟮男履茉蠢顺敝?，即便是歐洲和美國再努力，最后的投入產(chǎn)出比可 能并不會(huì)很理想。最核心的約束因素在于電力的占比在總能耗中很難突破 25%。即便是未來低成本的儲(chǔ)能技術(shù)完全經(jīng)濟(jì)應(yīng)用以后，也很難降低社會(huì)的碳排放總量——至少從生產(chǎn)側(cè)來看是這個(gè)樣子的。即便是中國，目前的電力結(jié)構(gòu)中非化石能 源電力的占比已經(jīng)近 1/3，未來核電的發(fā)展和水電的發(fā)展，可能進(jìn)一步將這個(gè)比 例提升到超過 50%。在這種情況下，大力發(fā)展風(fēng)光之類的能源，來實(shí)現(xiàn)低碳能 源的替代，最終的替代率可能極限不會(huì)超過 10%。
從環(huán)境保護(hù)的的角度來看，中國的總能耗中電能占比 1/5，而且未來真正高污染 的火電占比可能下降到 50%不到，在這種情況下，風(fēng)、光對(duì)火電的替代基本是 對(duì)總量污染物排放的影響不會(huì)超過 10%，未來污染物要實(shí)現(xiàn)大幅度的下降僅僅 依賴發(fā)展新能源是不太可能的，而且從邊際成本的角度來說，可能是投入產(chǎn)出比 最差的一種技術(shù)選擇。
環(huán)境保護(hù)的說法歷來是推動(dòng)新能源的一個(gè)重要因素，但是從邏輯上來說，這個(gè) 是完全錯(cuò)誤的。在霧霾嚴(yán)重的北京，中科院和北京環(huán)保局都曾發(fā)布過自己的研究 成果。其主要的結(jié)論是：區(qū)域傳輸貢獻(xiàn)約占 28%~36%，本地污染源排放貢獻(xiàn)占64%~72%；而在本地污染貢獻(xiàn)中，機(jī)動(dòng)車、燃煤、工業(yè)生產(chǎn)、揚(yáng)塵為四大主要 來源，分別占 31.1%、22.4%、18.1%、14.3%，餐飲等其他排放約占 14.1%。另外，直接一次污染物的占比一般在 30%左右，有 70%的污染源是來自于二次 污染顆粒，氣態(tài)的物質(zhì)通過復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)生成（主要是酸性物質(zhì)）PM2.5 顆粒。
在區(qū)域輸送的問題上，PM2.5 可以被上升氣流帶到高空，的確可以擴(kuò)散上千公 里，但是對(duì)多數(shù)污染物來說，主要還是近距離 300KM 以內(nèi)的污染物輸送。環(huán)保 部環(huán)境規(guī)劃院發(fā)布 2015 年度全國 PM2.5 跨省輸送矩陣的數(shù)據(jù)顯示：2015 年， 北京 PM2.5 來源中，本地污染排放貢獻(xiàn) 66%，而跨境傳輸?shù)谋壤挥?1/3 左右， 其中，河北輸送占 18%，天津、山東輸送分別占 4%。
圖 1：2015 年度全國 PM2.5 跨省輸送矩陣
從上表中可以看出，除了海南之外，主要省份的污染物還是區(qū)內(nèi)污染物，基本占 比都是超過 50%的。數(shù)據(jù)最小值是海南，經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)，但是靠近中國經(jīng)濟(jì)最發(fā) 達(dá)的廣東省，主要污染物基本是廣東，湖南、湖北輸送過去的，另外的兩個(gè)比較 特殊的數(shù)據(jù)是西藏和新疆，新疆地處偏遠(yuǎn)，主要的空氣污染物基本是本地污染物， 西藏的污染物來源本地占了 95%。在東部地區(qū)，地區(qū)間的輸送影響相對(duì)大一些。
我們?cè)诳偙淼幕A(chǔ)上單獨(dú)列出來四個(gè)直轄市的數(shù)據(jù)，繪制成如下餅圖：
圖 2：2015 年度主要直轄市 PM2.5 跨省輸送矩陣
資料來源：環(huán)保部環(huán)境規(guī)劃院、中國環(huán)境規(guī)劃聯(lián)盟、國海證券研究所
從上表可以看到，在外部輸送污染物的占比當(dāng)中，臨近省份是影響最大的，一般這個(gè)距離在 2-500 公里的范圍上。
以北京為例，空氣中 18%的 PM2.5 來自于河北，這可以基本確定是鋼鐵產(chǎn)業(yè)的 污染，而北京本地是幾乎沒有燃煤電廠的，在這種情況下，空氣污染嚴(yán)重的北京 和新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展毫無關(guān)系。即便是北京用的都是內(nèi)蒙古和甘肅的風(fēng)電，空氣 質(zhì)量不會(huì)有半點(diǎn)改善的跡象。
電動(dòng)車是新能源大產(chǎn)業(yè)下的一個(gè)細(xì)分子行業(yè)，其造成的大氣污染占比并沒有想 象中的高。北京本地污染源中排放貢獻(xiàn)占 64%~72%；而在本地污染貢獻(xiàn)中，機(jī) 動(dòng)車、燃煤、工業(yè)生產(chǎn)、揚(yáng)塵為四大主要來源，分別占 31.1%、22.4%、18.1%、 14.3%，機(jī)動(dòng)車的占比為 31.1%，也就是說機(jī)動(dòng)車在總污染物的排放中占比大約 為 20%左右，是一個(gè)非常重要的污染源頭。但是其中的一次排放只占大約 30%，
二次污染物占比在 70%左右（主要是二氧化硫和氮氧化物）。如果嚴(yán)格控制汽油中的含硫量，降低酸性氣體的排放，是可以將機(jī)動(dòng)車對(duì)空氣污染的影響下降到一 個(gè)很低的水平。以北京為例，北京地區(qū) 2005 年的機(jī)動(dòng)車才開始實(shí)施國三標(biāo)準(zhǔn)，在這種存量替換的過程中，汽車標(biāo)準(zhǔn)和油品標(biāo)準(zhǔn)的提升并不會(huì)帶來立竿見影的效 果，需要一個(gè) 5-10 年的更換周期才會(huì)有顯著的變化，電動(dòng)汽車的存量替代也是 這個(gè)邏輯。而未來實(shí)施的京 6 標(biāo)準(zhǔn)，其污染物排放比現(xiàn)在的國四和國五標(biāo)準(zhǔn)會(huì)大 幅下降，最終汽車的污染物排放變成了空氣污染的次要因素。大規(guī)模的替換新能 源車新能源車能在一定程度上緩解北京的空氣污染壓力，但是效果上來說不會(huì)很 明顯。
新能源和能源的清潔利用是兩個(gè)完全不用的概念，提高環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，增加環(huán)境治理 投入，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于發(fā)展新能源，以及電動(dòng)汽車。經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào) 整，污染治理手段的提高、能源利用效率的提升才是最根本的辦法，能源的清潔 利用是有效解決環(huán)境污染的主要手段和方法。能源結(jié)構(gòu)的消費(fèi)現(xiàn)狀決定了在目前 的情況下，以環(huán)保的名義發(fā)展新能源和電動(dòng)汽車是不解決根本問題的。
國內(nèi)的新能源政策導(dǎo)向正在發(fā)生一個(gè)極大的偏差，有限的財(cái)政經(jīng)費(fèi)在補(bǔ)貼一個(gè)低 效率的生產(chǎn)部門。從整體和宏觀的角度制定激勵(lì)政策才是提高政府治理效率，促進(jìn)新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心和關(guān)鍵所在。國內(nèi)的企業(yè)利益對(duì)政策制定的主導(dǎo)權(quán)過重。
2.3、 能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的動(dòng)力是內(nèi)生性的
能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整將是內(nèi)生性的，包括生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)調(diào)整和消費(fèi)的結(jié)構(gòu)調(diào)整。
從表 2 的數(shù)據(jù)中我們可以非常清楚的看到，能源消費(fèi)的結(jié)構(gòu)中一般只有 20%左右是電力消耗，這個(gè)結(jié)構(gòu)中國和發(fā)達(dá)國家并沒有任何顯著的需求。發(fā)達(dá)國家的經(jīng)
濟(jì)結(jié)構(gòu)和我們有非常大的不同，在電力的消費(fèi)結(jié)構(gòu)中也有非常大的不同，但是最終在終端能源消費(fèi)模式上的占比來看，這個(gè)數(shù)據(jù)并沒有多大的變化。這個(gè)背后的 原因可能是兩個(gè)方面的：1）經(jīng)濟(jì)上的原因；2）技術(shù)上的原因。
從中國目前發(fā)展的重工業(yè)來看，不論是鋼鐵，還是水泥都是中國煤炭消耗的大戶， 其中的部分工藝是無法替代的。在鐵礦石的冶煉環(huán)節(jié)，焦炭的作用是不可替代的。 在水泥的燒結(jié)環(huán)節(jié)雖然天然氣可以一定程度上替代煤炭，但是由于經(jīng)濟(jì)性和資源 稟賦的問題，天然氣在水泥行業(yè)里很難得以大規(guī)模的推廣和應(yīng)用。相反在西方社 會(huì)，汽車和交通工具的能耗占比較高，而這一部分是無法用電的。
能源的消費(fèi)形式在很大程度上是由能源的技術(shù)形態(tài)決定的，其次是經(jīng)濟(jì)性決定。 這兩個(gè)因素的存在是客觀的，很難以人的意志為轉(zhuǎn)移。
電的消費(fèi)比例不會(huì)因?yàn)槿藶榈拇碳ざ鴮?dǎo)致占比大幅提升，同樣，中國的重工業(yè)結(jié) 構(gòu)決定了中國對(duì)煤炭的依賴是不可能因?yàn)橥菩行履茉炊玫礁拘缘母纳?。基?環(huán)保、能源安全等各種理由推廣新能源或試圖改變能源結(jié)構(gòu)的做法，最終會(huì)被證 明在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上是不可行的。
西方國家的石油和天然氣消耗主要用于居民消費(fèi)（直接或間接），因而對(duì)煤炭的 需求并沒有多大，煤炭產(chǎn)量再多，但是在汽車上是無法替代石油的，相反乙醇汽 油在美國和巴西等地的普及率高于中國。
能源的終端消費(fèi)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，主要取決于經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和技術(shù)水平限制，在目前的情 況下，能源結(jié)構(gòu)想實(shí)現(xiàn)較大的變化是十分困難的，中國未來幾年可以確定的是石 油的消費(fèi)會(huì)大幅上升，主要的增量在汽油和煤油上（汽車和飛機(jī)的進(jìn)一步普及），民用端的天然氣消費(fèi)量還會(huì)維持一個(gè)相對(duì)較高的增長。電力的結(jié)構(gòu)大概率不會(huì)出 現(xiàn)較大的變化，除非技術(shù)上能出現(xiàn)突破。
而一旦在技術(shù)上突破油電的相互替代，那有望在消費(fèi)和生產(chǎn)結(jié)構(gòu)上給能源體系的 調(diào)整帶來一場革命性的變化。
2.4、 電驅(qū)動(dòng)的核心在控制
我們?cè)诒竟?jié)專注討論一下電的未來發(fā)展趨勢。未來的社會(huì)，電池可能成為整個(gè) 能源系統(tǒng)的核心——包括現(xiàn)有的離子型電池，燃料電池，以及未來可能開發(fā)出 來的性能指標(biāo)更好的電池。
電自從被發(fā)明出來之后，在很短的時(shí)間內(nèi)成為了人類的主要能源模式。和電同一 時(shí)期發(fā)明的一項(xiàng)重要技術(shù)是內(nèi)燃機(jī)技術(shù)。可以說是電動(dòng)機(jī)和內(nèi)燃機(jī)提供了過去
100 年經(jīng)濟(jì)發(fā)展所需要的動(dòng)力。作為目前人類社會(huì)最為主要的動(dòng)力裝置，一個(gè)是將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，一個(gè)是將燃油的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。
在具體的應(yīng)用場景上，電的主要用途還是用于固定和半固定設(shè)備上，以工廠環(huán)境 下的使用為主，我們可以稱之為在網(wǎng)動(dòng)力裝置。在當(dāng)下社會(huì)，制造業(yè)工廠中的多 數(shù)動(dòng)力裝置已經(jīng)選擇了電力作為主要能源，電傳輸迅速，清潔，安靜，易控，通過電網(wǎng)傳輸?shù)目煽啃院蛡鬏敼β识伎梢詽M足現(xiàn)代大工業(yè)發(fā)展的需求。而在離網(wǎng)設(shè) 備中，內(nèi)燃機(jī)仍然是主要的動(dòng)力裝備。
內(nèi)燃機(jī)的主要用途在汽車、飛機(jī)、輪船、工程機(jī)械等需要大范圍移動(dòng)的裝置上， 為這些設(shè)備提供動(dòng)力。中國目前有超過 60%的石油消耗是為交通工具提供能源。 在過去 100 年的發(fā)展過程中，二者一直沒有什么重大沖突。但是未來 5 年可能 是電能侵入內(nèi)燃機(jī)行業(yè)的關(guān)鍵性 5 年，一旦技術(shù)上成熟起來，有望帶來新一輪的 能源革命。發(fā)達(dá)國家未來的終端能源消費(fèi)模式中電（氫）的消費(fèi)有望突破 50%的占比，使得人類社會(huì)對(duì)化石能源的依賴大幅減輕，進(jìn)而進(jìn)入真正意義上的低碳 社會(huì)。同時(shí)由于氫的來源方式十分廣泛，一次能源的大幅調(diào)整也必將發(fā)生變化， 石油的戰(zhàn)略定位也將受到極大的影響。
電和內(nèi)燃機(jī)作為動(dòng)力系統(tǒng)的區(qū)別主要來自兩個(gè)方面：1）能量密度；2）控制。
在內(nèi)燃機(jī)發(fā)展的初期，電池的技術(shù)發(fā)展也處在初期，在選擇離網(wǎng)動(dòng)力設(shè)備的時(shí)候， 在早期的汽車是以鉛酸電池為主的。在 19 世紀(jì)下半期開始的半個(gè)世紀(jì)里，由于 石油工業(yè)的落后（那個(gè)時(shí)候主要是用石油生產(chǎn)煤油進(jìn)行照明），以及內(nèi)燃機(jī)性能 的不穩(wěn)定，鉛酸電池在很長的時(shí)間里成為了重要的離網(wǎng)設(shè)備的動(dòng)力裝置。技術(shù)性 能上在當(dāng)時(shí)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)續(xù)航 40 英里的水平，在商業(yè)模式上，早就出現(xiàn)了更換 電池模組的方式（Hartford Electric Light）。但是在內(nèi)燃機(jī)成熟和石油工業(yè)發(fā)展起來以后，汽車的動(dòng)力裝置迅速由鉛酸電池轉(zhuǎn)向了內(nèi)燃機(jī)，一個(gè)非常關(guān)鍵的原因在于續(xù)航里程——特別是在汽車發(fā)展早期。
續(xù)航里程的關(guān)鍵其實(shí)是動(dòng)力裝置的能量密度。就我們從系統(tǒng)（而非材料）能量 密度的角度來看，人類過去 100 年中發(fā)明的經(jīng)濟(jì)適用的離網(wǎng)動(dòng)力裝置只有內(nèi)燃 機(jī)。現(xiàn)在內(nèi)燃機(jī)形態(tài)多種多樣，最常見的是汽車用活塞式內(nèi)燃機(jī)，也有船用燃?xì)?輪機(jī)、柴油機(jī)，也有飛機(jī)用的渦輪\渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。
我們?cè)诖私o出一個(gè)簡單的能量密度的估計(jì)數(shù)據(jù)。這種估計(jì)不是基于簡單的材料 的化學(xué)能估計(jì)，而是基于系統(tǒng)重量進(jìn)行的估計(jì)。
一個(gè)常用的汽車鋁制發(fā)動(dòng)機(jī)的重量在 120kg 左右，供油系統(tǒng)和控制系統(tǒng)一般估 計(jì)在 30-50 公斤左右。60 升的燃油重量一般在 40 公斤左右。這樣一個(gè)能做動(dòng)力 輸出的內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)內(nèi)含燃料的情況下重量可以控制在 200 公斤以內(nèi)。汽油的熱 值是 43070kJ/kg，按上述數(shù)據(jù)這算，內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)的能量密度大約在 8614kJ/kg的水平。
鋰電池以現(xiàn)在的技術(shù)水平多數(shù)維持在 150-200Wh/kg 的水平（三元材料），較高 的松下已經(jīng)基本能做到 220Wh/kg 左右，在這種情況下這算下來的能量密度大約 在 500-700kJ/kg 的水平。這只是鋰電池單體，在實(shí)際應(yīng)用中需要考慮 pack 的概念，填充，散熱、控制等系統(tǒng)的重量考慮進(jìn)來以后，能量密度很難做到 500kJ/kg。
在這種情況下，我們看到的系統(tǒng)能量密度水平，鋰電池大約是內(nèi)燃機(jī)水平的 6%左右。如果考慮到內(nèi)燃機(jī)效率和電動(dòng)機(jī)能量轉(zhuǎn)化效率的差距，大約其中效率的差 距是 3 倍，從做功效果（行駛里程）的角度來看，如果按照一箱油標(biāo)準(zhǔn) 700-800KM計(jì)算的話，特斯拉的能量系統(tǒng)重量差不多要是內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)的 5 倍左右。目前特斯 拉的行駛里程大約在 600KM 左右，電池能量系統(tǒng)的重量差不多要在 600kg 左右。 從整車重量的角度來看，一般家用 B 級(jí)轎車重量在 1600kg 左右，而特斯拉的車 重在 2100kg 左右，基本數(shù)據(jù)是吻合的。
而鉛酸電池基本就不可能了，目前的鉛酸電池的能量密度大約只有鋰電池能量密 度的 30-40%左右，從續(xù)航里程的角度來說，不太適合在電動(dòng)車上使用。在不考慮續(xù)航里程的室內(nèi)電動(dòng)車輛上，有一定的市場空間。
圖 3：不同動(dòng)力系統(tǒng)在考慮效率情況下的功效比較
資料來源：電車之家官網(wǎng)、國海證券研究所
上圖是我們根據(jù)主流產(chǎn)品的性能指標(biāo)計(jì)算出的不同動(dòng)力系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化過程中的效率和損耗情況，其中藍(lán)色部分是真實(shí)的有效做功情況。從數(shù)據(jù)上來看，這個(gè)差距還是非常大的。在汽車上鋰電池對(duì)內(nèi)燃機(jī)的替代，還有一定的技術(shù)可行性，但是在長航時(shí)飛行器上，鋰電池能量密度的缺陷就會(huì)非常明顯，是技術(shù)上是否可行的問題。在長航時(shí)的無人機(jī)上，多采用固定翼的飛機(jī)，就是出于這方面的考慮，多旋翼飛行器無法解決航時(shí)的問題。
在過去的 100 多年，關(guān)于動(dòng)力裝置的發(fā)展和發(fā)明，基本延續(xù)了電機(jī)和內(nèi)燃機(jī)完 全并行的兩條發(fā)展路徑，其中也有技術(shù)融合（80-90 年代的發(fā)動(dòng)機(jī)電噴技術(shù)使得 電子控制技術(shù)引入內(nèi)燃機(jī)，大幅提升了燃燒控制水平，改善了燃油效率）。最新 的產(chǎn)業(yè)技術(shù)讓我們看到了二者合流的希望：未來電機(jī)全面替代內(nèi)燃機(jī)在離網(wǎng)動(dòng) 力設(shè)備上的主導(dǎo)地位，離網(wǎng)動(dòng)力設(shè)備的全電化是未來的大趨勢。
這個(gè)判斷基于三方面技術(shù)的成熟：人工智能，傳感器技術(shù)，燃料電池/鋰電池。 最近這 5 年科技前沿最重要的技術(shù)變革就是來自于傳感器技術(shù)，人工智能的發(fā)展 初步進(jìn)入了一個(gè)新的階段，燃料電池初步的量產(chǎn)和成本下降。如果這三項(xiàng)技術(shù)任 何一項(xiàng)都沒有成熟，那全電動(dòng)的汽車想成為大眾普極品是較為困難的。能源系統(tǒng) 的調(diào)整如果沒有這三項(xiàng)技術(shù)的支持，也很難得到內(nèi)生性的推動(dòng)力量。
因而我們對(duì)全電動(dòng)汽車的看法和行業(yè)邏輯有非常大的不同：電動(dòng)車的發(fā)展與趨 勢的決定因素是控制的精細(xì)化和智能化——這些都需要電力供應(yīng)，而非環(huán)保等行 業(yè)主流的觀點(diǎn)，控制精細(xì)化的極致就是 5 級(jí)汽車自動(dòng)駕駛技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，在只需要 知道目的地的情況下，系統(tǒng)可以直接完成全部駕駛功能而不需要人的干預(yù)，并且 在安全性能上顯著超越人的駕駛水平。
因而總結(jié)一下我們上述第一部分我們闡述的核心觀點(diǎn)：
在歷史發(fā)展路徑上來看，19 世紀(jì)動(dòng)力裝置最重要的發(fā)明是電動(dòng)機(jī)和內(nèi)燃機(jī)兩項(xiàng) 提供動(dòng)力裝置的設(shè)施。過去 100 年二者發(fā)展相對(duì)獨(dú)立，對(duì)控制系統(tǒng)要求沒有那 么高，因而決定系統(tǒng)應(yīng)用場景的主要決定性因素是能量密度。就廣泛商用的角度 來看，內(nèi)燃機(jī)幾乎是唯一的離網(wǎng)動(dòng)力設(shè)備，主要是源自于化石燃料的高能量密度， 和鋰電池相比，即便是效率上有一些差距，但是能量密度仍然在最終做功效果上 有顯著的優(yōu)勢。因而內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)在離網(wǎng)動(dòng)力裝置和在網(wǎng)動(dòng)力裝置上的市場份 額是完全不同的。電能在這方面最大的劣勢是電的儲(chǔ)存成本過高，能量密度過低。
即便是發(fā)展到目前的鋰電池階段，在能量密度上相比于內(nèi)燃機(jī)仍然有非常大的劣 勢，但是已經(jīng)基本可用了，這是在補(bǔ)貼情況下鋰電池電動(dòng)汽車發(fā)展起來的一個(gè)大 技術(shù)背景。如果是鉛酸電池的能量密度，一個(gè)續(xù)航能達(dá)到 7-800 公里的車自重可能超過 3 噸，這是技術(shù)上不可接受的。
汽車電動(dòng)化的核心驅(qū)動(dòng)因素是控制技術(shù)的發(fā)展，背后是傳感器技術(shù)和人工智能算法在這兩年的發(fā)展，設(shè)備的控制、運(yùn)算和智能化要求能源的供給必須是電力，這個(gè)通過機(jī)械設(shè)備是無法實(shí)現(xiàn)真正意義上的自動(dòng)駕駛的。因而全電化的汽車動(dòng)力系統(tǒng)是未來發(fā)展的重點(diǎn)，這個(gè)行業(yè)趨勢的決定性因素不是環(huán)保。也就意味著特斯拉一開始的技術(shù)驅(qū)動(dòng)就是控制和自動(dòng)駕駛，這個(gè)在第一代特斯拉車型中就是非常突出的特征了，但是在現(xiàn)有技術(shù)線實(shí)現(xiàn)全電驅(qū)動(dòng)能用的最成熟的技術(shù)是鋰電池，但是這并不代表未來還是鋰電池。對(duì)特斯拉這個(gè)公司而言，方向選對(duì)并不代表一 定會(huì)成功，還是需要解決的關(guān)鍵是：供應(yīng)鏈+成本，以及給用戶提供的新功能——自動(dòng)駕駛。
至于控制系統(tǒng)的核心：傳感器感知和人工智能算法，我們后續(xù)的報(bào)告會(huì)詳細(xì)介 紹其發(fā)展歷程和現(xiàn)在的技術(shù)水平，相比較而言我們持有一個(gè)非常樂觀的判斷。
從控制的角度來說：未來能源變革的核心不是能源的生產(chǎn)方式，而是在消費(fèi)模 式上實(shí)現(xiàn)終端能源消費(fèi)模式的全電化，未來電力消費(fèi)的占比在能源總能耗上可 能超過 50%。
