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氫燃料電池車作為面向未來的汽車能源技術，長續(xù)航無污染的優(yōu)點顯而易見，但成本居高不下始終是阻礙大規(guī)模推廣應用的重要原因。與此同時，日本豐田Mirai(參數|詢價)的大幅降本引起了全球關注，但在其背后，日本國內家用燃料電池系統(tǒng)（Ene-Farm）的推廣是否也起到了重要的降本促進作用？中國是否該效仿該路徑來實施相應的推廣計劃？我們就來研究一下Ene-Farm的相關問題，以期對國內產業(yè)發(fā)展提供借鑒。
本期精華導讀
★燃料電池汽車成本仍然極高、阻礙乘用車技術應用，但豐田Mirai的大幅降本需要高度重視。
★豐田Mirai成本降低不僅與豐田自身有關，與日本全社會推進的計劃也有緊密關系。
★日本全社會推進的主要方式是Ene-Farm家用燃料電池計劃，規(guī)模效應對于燃料電池系統(tǒng)降本有明顯促進作用。
★從技術原理上講，雖然Ene-Farm家用燃料電池計劃確實存在較好的協同降本作用，但從實際國情出發(fā)，我國并不適宜大規(guī)模沿用該思路。
★國內燃料電池汽車降本的主要著力點還是車輛本身，社會協同降本的思路可考慮數據中心的不間斷發(fā)電技術，而非家用。
一、燃料電池汽車的命門：成本
燃料電池車主要是以氫氧電化學反應為動力來源的汽車，具有長續(xù)航、零排放、燃料補給速度快、功率大、運行平穩(wěn)等諸多優(yōu)點，被廣泛視為21世紀終極車用能源技術。但燃料電池車的缺點也同樣明顯，其中最主要的就是成本太過高昂。
高昂到什么程度呢？高昂到即便是財大氣粗的中國，也需要對其進行20-50萬元不等的單車補貼（基準），才勉強能進行推廣應用。即便如此，國內產量仍然繆繆無幾，2018年也才生產了1000多輛。
當然，提到成本，就不得不提豐田的Mirai，作為全球率先量產并投放市場的燃料電池乘用車，其之所以敢站在市場開賣，還是與其成本大幅下降有很大關系：從最初立項的預計售價1億日元（約600萬人民幣），到2018年日本國內補貼后售價500余萬日元（約30萬人民幣）。
豐田Mirai之所以能實現如此明顯的降本，除了量產規(guī)模擴大、混合動力系統(tǒng)大規(guī)模應用、系統(tǒng)簡化等原因之外，還有一點必須予以重視：整個電池系統(tǒng)的成本是如何降低的？
『豐田Mirai燃料電池系統(tǒng)簡化情況』
畢竟，作為整車里面成本最高的部分，燃料電池系統(tǒng)的降本才是關鍵，無論如何去簡化，基于質子交換膜（PEMFC）為核心的電堆系統(tǒng)是不可能被拿掉的。
『燃料電池車成本構成及與量產規(guī)模的關系 圖片源自證券研報』
二、Mirai降本是否借了Ene-Farm的東風？
無獨有偶，日本還有另一項產品也用到了以質子交換膜為核心的電堆系統(tǒng)，那就是Ene-Farm（家用燃料電池熱電聯供系統(tǒng)）。
再翻查一下，原來豐田也有用到這個東西，旗下的愛信精機早就應用了該系統(tǒng)（見下圖）。
具體來講，愛信精機這套系統(tǒng)采用了SOFC技術路線，也就是我們熟知的固體氧化物技術路線，輸出功率700W，發(fā)電效率達到了46.5%。不僅是愛信精機，其實東芝和松下也有相關的產品，也就是聚合物電解質的Ene-Farm產品，其中應用到了質子交換膜。
『日本Ene-Farm主要產品及技術指標 圖片源自網絡』
而Ene-Farm的工作原理可以簡單概括為：通過天然氣制取氫氣，再通過氫氣發(fā)電來提供家庭用的熱能和電能，包括熱水、暖氣、供電等。這套系統(tǒng)從日本政府大力補貼至今，全社會已經推廣應用了近30萬套。
『日本Ene-Farm應用規(guī)模及成本下降情況』
從上圖可知，隨著推廣規(guī)模的擴大，以及幾大廠家的競爭加強，整個系統(tǒng)的成本在快速下降，從最初的800萬日元降至了目前的100萬日元左右，也就是6-7萬元人民幣/套。
目前還沒有確切的統(tǒng)計分析，來確定Ene-Farm的規(guī)?；瘧脤τ谌毡救剂想姵剀嚨某杀鞠陆档降子卸啻蟮拇龠M作用。但可以絕對肯定的是，Ene-Farm中采用的電極、電解質膜、催化劑、分離器等都是汽車通用的關鍵部件，遠超于燃料電池車的應用量對于整個產業(yè)鏈的成本降低作用肯定是極其明顯的；同時，Ene-Farm還帶動了氫氣的生產、運輸等環(huán)節(jié)的發(fā)展，形成了產業(yè)協同效應。可以說，豐田Mirai的成本降低，Ene-Farm作用功不可沒。
三、日本政府大力推動是首要動力
Ene-Farm得到有效推廣，與日本政府的關系密不可分：2009年，單套Ene-Farm價格約340萬日元，再加上50萬日元左右的施工費，但政府給予了140萬日元的補貼，因此用戶實際負擔金額為250萬日元左右（約15萬人民幣），雖然補貼連連下降，但2015年ENE-FARM的合計補貼金額還是達到了222億日元之多。
之所以日本如此強烈推進，是因為日本的國土資源情況極為特殊，作為一個島國，日本絕大多數資源或者能源都需要進口，無法實現能源獨立。因此強烈的危機感促使日本上下對發(fā)展可獨立的能源需求極為迫切。
氫能無疑是一個優(yōu)秀的選項，即便不采用天然氣制氫，也可以通過無窮無盡的太陽能/水/核電來電解水制氫，實現社會能源的獨立供給，雖然很困難但至少是一個具有可行性的技術選項。
『日本氫能社會愿景設想』
也就是說，在面向未來的可持續(xù)發(fā)展道路上，日本要想擺脫能源受制于人，氫能社會是不得已押寶又必須押寶的選項：即便賭失敗了，也不會有怨言，畢竟沒有更好的選項。
四、我國國情不同不能跟風押寶
不管是純電動也好，插電式混合動力也好，還是燃料電池技術，其本質上都是在解決車用能源的問題，都是在解決能源安全的問題。而我國的資源條件相比日本而言，確實“寬裕”不少。統(tǒng)計數據顯示：我國石油探明儲量為256億桶，天然氣探明儲量超過1萬億立方米，總發(fā)電量近6.8萬億千瓦時，短期內還不存在完全依賴進口的情況。
換句話說，為了區(qū)區(qū)幾萬輛燃料電池汽車應用規(guī)模，現階段就將“寶”壓在氫燃料電池上的做法是不可取的！
進一步來看，Ene-Farm這套技術對于我國當前的國情也并不十分適用。即便現在一套系統(tǒng)的成本也降至接近6萬元人民幣，對于絕大多數家庭而言也很難負擔，購買這套系統(tǒng)，實際上一年僅能省下3000—4000元人民幣的電費，需要15年以上才能抵消購買成本。
這對于絕大多數家庭而言，根本就不會接受?；蛟S讀者會問，日本為何會得到部分推廣呢？單純是因為家庭更加富裕嗎？其實并不是，日本地震頻繁，家庭斷電是常有的事情，Ene-Farm技術可以不受地震影響，可以連續(xù)若干天實現獨立發(fā)電，這也是很多家庭購買的重要原因。
所以說，不管是經濟性，還是必要性，Ene-Farm在我國根本不具備大規(guī)模推廣的可能性，效仿日本全社會推進、同時實現家用和汽車的協同降本更是難上加難。
五、Ene-Farm局部應用可能性分析
雖然大規(guī)模應用并不現實，但不影響Ene-Farm在我國的局部推廣。在我國南方，由于全面供暖尚未實現，因此對家庭采暖設備需求正在逐步加大，同時南方天然氣資源相對豐富，給Ene-Farm提供了便利條件。
再來核算一下，一套地暖系統(tǒng)目前價格約在2萬元左右，每年的采暖所需要的燃氣費是2500元左右，按照10年計算，綜合采暖成本是45000元。若國內應用Ene-Farm的成本可達到6萬元一套，則每年所需的燃氣采暖費大致相同，但每年節(jié)省的電費可以達到3000元以上，因此10年下來綜合成本是5萬元左右，與地暖系統(tǒng)相差不大。
加上Ene-Farm的不間斷供電特性，對于南方新建的高檔小區(qū)而言，可以構成很好的吸引力，當然這必須要地方政府聯同企業(yè)共同推進。
另外，Ene-Farm的不間斷供電特性，對于國內日益龐大的大數據企業(yè)而言也是很好的參考選項，統(tǒng)計數據顯示，國內數據中心的電費已占數據中心運維總成本的60%-70%，而空調所用電費占其中的40%。每年總消耗的電能超過2000億瓦時。顯然，應該合理推動Ene-Farm在數據中心方面的應用。
六、國內燃料電池汽車降本的思路
說了半天的Ene-Farm和社會協同，還是要回到主題上來：車用燃料電池應該如何降本？很明顯，效仿日本Ene-Farm的全社會推進已經不是好辦法了，那么剩下的事情只能交給自己來做。
筆者的看法是，國內燃料電池車降本要從規(guī)模上做起，特別是要從商用車領域做起，再協同到乘用車領域上來。而商用車領域除了各國常見的公交客車以外，還有對大功率有需求的工程用車。
之所以這么講，是因為我國基礎建設的力度還在，未來十年甚至二十年對于工程車的需求都會處于全世界的高位水準，而2018年國內工程車的需求量已經在40萬輛左右，這是一個極為龐大的數字。燃料電池功率大、首先替換柴油的特性正好在工程車領域可以得到很好的發(fā)揮，加上工程車比較集中的使用場景，加氫問題也能較好的解決。通過工程車的規(guī)模化應用，帶動整個產業(yè)鏈的發(fā)展，帶動整個產業(yè)鏈的成本下降，最終將這種成本下降傳遞到乘用車領域。
還要注意的一點是，乘用車領域我們過于偏向PEMFC質子交換膜技術路線，實際上日產一直在堅持SOFC固體氧化物技術路線。日產的設想是：使用SOFC燃料電池系統(tǒng)作為純電動的增程發(fā)動機，用來彌補純電動續(xù)航短的缺點，當電池即將耗盡時，燃料電池發(fā)電機起動為動力電池充電，直至充滿。
這種技術路線的好處是，SOFC固體氧化物技術反應慢、工作溫度也很高，應對復雜工況時不能實現很好的急速啟動，不能很好的變化負荷，但作為有預判緩沖、可恒定輸出的增程發(fā)動機，恰恰是非常合適。
最后還是那句話，取其精華去其糟粕，不是不學國外，也不是一味的放棄豐田路線去走日產路線，而是要學會正確的師夷長技，這才是強大的根本所在。
本期精華導讀
★燃料電池汽車成本仍然極高、阻礙乘用車技術應用，但豐田Mirai的大幅降本需要高度重視。
★豐田Mirai成本降低不僅與豐田自身有關，與日本全社會推進的計劃也有緊密關系。
★日本全社會推進的主要方式是Ene-Farm家用燃料電池計劃，規(guī)模效應對于燃料電池系統(tǒng)降本有明顯促進作用。
★從技術原理上講，雖然Ene-Farm家用燃料電池計劃確實存在較好的協同降本作用，但從實際國情出發(fā)，我國并不適宜大規(guī)模沿用該思路。
★國內燃料電池汽車降本的主要著力點還是車輛本身，社會協同降本的思路可考慮數據中心的不間斷發(fā)電技術，而非家用。
一、燃料電池汽車的命門：成本
燃料電池車主要是以氫氧電化學反應為動力來源的汽車，具有長續(xù)航、零排放、燃料補給速度快、功率大、運行平穩(wěn)等諸多優(yōu)點，被廣泛視為21世紀終極車用能源技術。但燃料電池車的缺點也同樣明顯，其中最主要的就是成本太過高昂。
高昂到什么程度呢？高昂到即便是財大氣粗的中國，也需要對其進行20-50萬元不等的單車補貼（基準），才勉強能進行推廣應用。即便如此，國內產量仍然繆繆無幾，2018年也才生產了1000多輛。
『近三年國內燃料電池車產量』
當然，提到成本，就不得不提豐田的Mirai，作為全球率先量產并投放市場的燃料電池乘用車，其之所以敢站在市場開賣，還是與其成本大幅下降有很大關系：從最初立項的預計售價1億日元（約600萬人民幣），到2018年日本國內補貼后售價500余萬日元（約30萬人民幣）。
『豐田燃料電池成本下降情況』
豐田Mirai之所以能實現如此明顯的降本，除了量產規(guī)模擴大、混合動力系統(tǒng)大規(guī)模應用、系統(tǒng)簡化等原因之外，還有一點必須予以重視：整個電池系統(tǒng)的成本是如何降低的？
『豐田Mirai燃料電池系統(tǒng)簡化情況』
畢竟，作為整車里面成本最高的部分，燃料電池系統(tǒng)的降本才是關鍵，無論如何去簡化，基于質子交換膜（PEMFC）為核心的電堆系統(tǒng)是不可能被拿掉的。
『燃料電池車成本構成及與量產規(guī)模的關系 圖片源自證券研報』
二、Mirai降本是否借了Ene-Farm的東風？
無獨有偶，日本還有另一項產品也用到了以質子交換膜為核心的電堆系統(tǒng)，那就是Ene-Farm（家用燃料電池熱電聯供系統(tǒng)）。
『日本Ene-Farm家用燃料電池熱電聯供系統(tǒng)及結構示意』
再翻查一下，原來豐田也有用到這個東西，旗下的愛信精機早就應用了該系統(tǒng)（見下圖）。
『豐田燃料電池技術應用領域』
具體來講，愛信精機這套系統(tǒng)采用了SOFC技術路線，也就是我們熟知的固體氧化物技術路線，輸出功率700W，發(fā)電效率達到了46.5%。不僅是愛信精機，其實東芝和松下也有相關的產品，也就是聚合物電解質的Ene-Farm產品，其中應用到了質子交換膜。
『日本Ene-Farm主要產品及技術指標 圖片源自網絡』
而Ene-Farm的工作原理可以簡單概括為：通過天然氣制取氫氣，再通過氫氣發(fā)電來提供家庭用的熱能和電能，包括熱水、暖氣、供電等。這套系統(tǒng)從日本政府大力補貼至今，全社會已經推廣應用了近30萬套。
『日本Ene-Farm應用規(guī)模及成本下降情況』
從上圖可知，隨著推廣規(guī)模的擴大，以及幾大廠家的競爭加強，整個系統(tǒng)的成本在快速下降，從最初的800萬日元降至了目前的100萬日元左右，也就是6-7萬元人民幣/套。
目前還沒有確切的統(tǒng)計分析，來確定Ene-Farm的規(guī)?；瘧脤τ谌毡救剂想姵剀嚨某杀鞠陆档降子卸啻蟮拇龠M作用。但可以絕對肯定的是，Ene-Farm中采用的電極、電解質膜、催化劑、分離器等都是汽車通用的關鍵部件，遠超于燃料電池車的應用量對于整個產業(yè)鏈的成本降低作用肯定是極其明顯的；同時，Ene-Farm還帶動了氫氣的生產、運輸等環(huán)節(jié)的發(fā)展，形成了產業(yè)協同效應。可以說，豐田Mirai的成本降低，Ene-Farm作用功不可沒。
三、日本政府大力推動是首要動力
Ene-Farm得到有效推廣，與日本政府的關系密不可分：2009年，單套Ene-Farm價格約340萬日元，再加上50萬日元左右的施工費，但政府給予了140萬日元的補貼，因此用戶實際負擔金額為250萬日元左右（約15萬人民幣），雖然補貼連連下降，但2015年ENE-FARM的合計補貼金額還是達到了222億日元之多。
之所以日本如此強烈推進，是因為日本的國土資源情況極為特殊，作為一個島國，日本絕大多數資源或者能源都需要進口，無法實現能源獨立。因此強烈的危機感促使日本上下對發(fā)展可獨立的能源需求極為迫切。
氫能無疑是一個優(yōu)秀的選項，即便不采用天然氣制氫，也可以通過無窮無盡的太陽能/水/核電來電解水制氫，實現社會能源的獨立供給，雖然很困難但至少是一個具有可行性的技術選項。
『日本氫能社會愿景設想』
也就是說，在面向未來的可持續(xù)發(fā)展道路上，日本要想擺脫能源受制于人，氫能社會是不得已押寶又必須押寶的選項：即便賭失敗了，也不會有怨言，畢竟沒有更好的選項。
四、我國國情不同不能跟風押寶
不管是純電動也好，插電式混合動力也好，還是燃料電池技術，其本質上都是在解決車用能源的問題，都是在解決能源安全的問題。而我國的資源條件相比日本而言，確實“寬裕”不少。統(tǒng)計數據顯示：我國石油探明儲量為256億桶，天然氣探明儲量超過1萬億立方米，總發(fā)電量近6.8萬億千瓦時，短期內還不存在完全依賴進口的情況。
換句話說，為了區(qū)區(qū)幾萬輛燃料電池汽車應用規(guī)模，現階段就將“寶”壓在氫燃料電池上的做法是不可取的！
進一步來看，Ene-Farm這套技術對于我國當前的國情也并不十分適用。即便現在一套系統(tǒng)的成本也降至接近6萬元人民幣，對于絕大多數家庭而言也很難負擔，購買這套系統(tǒng)，實際上一年僅能省下3000—4000元人民幣的電費，需要15年以上才能抵消購買成本。
這對于絕大多數家庭而言，根本就不會接受?；蛟S讀者會問，日本為何會得到部分推廣呢？單純是因為家庭更加富裕嗎？其實并不是，日本地震頻繁，家庭斷電是常有的事情，Ene-Farm技術可以不受地震影響，可以連續(xù)若干天實現獨立發(fā)電，這也是很多家庭購買的重要原因。
所以說，不管是經濟性，還是必要性，Ene-Farm在我國根本不具備大規(guī)模推廣的可能性，效仿日本全社會推進、同時實現家用和汽車的協同降本更是難上加難。
五、Ene-Farm局部應用可能性分析
雖然大規(guī)模應用并不現實，但不影響Ene-Farm在我國的局部推廣。在我國南方，由于全面供暖尚未實現，因此對家庭采暖設備需求正在逐步加大，同時南方天然氣資源相對豐富，給Ene-Farm提供了便利條件。
再來核算一下，一套地暖系統(tǒng)目前價格約在2萬元左右，每年的采暖所需要的燃氣費是2500元左右，按照10年計算，綜合采暖成本是45000元。若國內應用Ene-Farm的成本可達到6萬元一套，則每年所需的燃氣采暖費大致相同，但每年節(jié)省的電費可以達到3000元以上，因此10年下來綜合成本是5萬元左右，與地暖系統(tǒng)相差不大。
加上Ene-Farm的不間斷供電特性，對于南方新建的高檔小區(qū)而言，可以構成很好的吸引力，當然這必須要地方政府聯同企業(yè)共同推進。
另外，Ene-Farm的不間斷供電特性，對于國內日益龐大的大數據企業(yè)而言也是很好的參考選項，統(tǒng)計數據顯示，國內數據中心的電費已占數據中心運維總成本的60%-70%，而空調所用電費占其中的40%。每年總消耗的電能超過2000億瓦時。顯然，應該合理推動Ene-Farm在數據中心方面的應用。
六、國內燃料電池汽車降本的思路
說了半天的Ene-Farm和社會協同，還是要回到主題上來：車用燃料電池應該如何降本？很明顯，效仿日本Ene-Farm的全社會推進已經不是好辦法了，那么剩下的事情只能交給自己來做。
筆者的看法是，國內燃料電池車降本要從規(guī)模上做起，特別是要從商用車領域做起，再協同到乘用車領域上來。而商用車領域除了各國常見的公交客車以外，還有對大功率有需求的工程用車。
之所以這么講，是因為我國基礎建設的力度還在，未來十年甚至二十年對于工程車的需求都會處于全世界的高位水準，而2018年國內工程車的需求量已經在40萬輛左右，這是一個極為龐大的數字。燃料電池功率大、首先替換柴油的特性正好在工程車領域可以得到很好的發(fā)揮，加上工程車比較集中的使用場景，加氫問題也能較好的解決。通過工程車的規(guī)模化應用，帶動整個產業(yè)鏈的發(fā)展，帶動整個產業(yè)鏈的成本下降，最終將這種成本下降傳遞到乘用車領域。
還要注意的一點是，乘用車領域我們過于偏向PEMFC質子交換膜技術路線，實際上日產一直在堅持SOFC固體氧化物技術路線。日產的設想是：使用SOFC燃料電池系統(tǒng)作為純電動的增程發(fā)動機，用來彌補純電動續(xù)航短的缺點，當電池即將耗盡時，燃料電池發(fā)電機起動為動力電池充電，直至充滿。
這種技術路線的好處是，SOFC固體氧化物技術反應慢、工作溫度也很高，應對復雜工況時不能實現很好的急速啟動，不能很好的變化負荷，但作為有預判緩沖、可恒定輸出的增程發(fā)動機，恰恰是非常合適。
最后還是那句話，取其精華去其糟粕，不是不學國外，也不是一味的放棄豐田路線去走日產路線，而是要學會正確的師夷長技，這才是強大的根本所在。
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