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      1. 當前位置: 首頁 > 資訊 > 行業分析

        國際氫能戰略與專利分析

        方野2020發布時間:2023-08-14 12:20:41

          前言

          氫能是一種來源豐富、綠色低碳、應用廣泛的二次能源,正逐步成為全球應對氣候變化和能源轉型發展的重要抓手。隨著全球新一輪科技革命和產業變革蓬勃興起,新興能源技術以前所未有的速度加快迭代,助推氫能產業快速發展。據國際氫能源委員會預測,到2030年全球氫能領域投資總額將達5000億美元,而2050年全球氫能產業鏈產值將超過2.5萬億美元。在此背景下,目前已有超過40多個國家和地區制定了國家氫能發展戰略,積極培育氫能及燃料電池技術攻關和產業發展,如圖1所示。在推動氫能發展的過程中,各國根據自身資源稟賦、產業基礎、市場訴求等因素,分階段、分領域推進氫能發展戰略,并在實踐中不斷完善,已經形成各具特色的發展模式。


        圖1全球氫能戰略布局概況

          資料來源:中國氫能聯盟研究院

          1 主要國家氫能戰略分析

          1.1 美國:重視氫能技術研發 加快釋放應用潛力

          美國是最早發展氫能的國家,多年來始終將氫能作為重要能源戰略儲備技術,持續支持氫能全產業鏈技術研發,并加快示范創建和戰略部署,以期實氫能產業規?;l展。2021年7月美國能源部(以下簡稱“DOE”)宣布投資5250萬美元用于綠氫技術的研發,這筆資金將惠及多項氫能研發項目,旨在十年內將氫能成本降低80%,達到每千克1美元。11月DOE又發布《碳中性氫能技術基礎科學》研發指南,明確了高效新型電解水制氫、氫機理等4個優先研發方向。2022年2月,DOE下屬化石能源和碳管理辦公室宣布2800萬美元的聯邦資金,用于推動綠氫作為一種無碳燃料用于交通、工業和電力生產。2022年11月,DOE發布《國家清潔氫能戰略和路線圖(草案)》,制定2022-2035年近、中、長期清潔氫能發展行動時間表,如表1所示,明確在制氫、儲氫、運氫及終端應用的各階段發展目標。此外,美國于2023年6月發布首個國家能源戰略規劃路線圖。


        資料來源:《國家清潔氫能戰略和路線圖(草案)》

          1.2 歐盟:探索氫能規?;?構建綜合應用體系

          歐盟氫能產業發展較早,也是目前最積極推進氫能發展的地區之一。歐盟通過致力于探索氫能規?;?,構建氫能的綜合應用體系,以便實現低碳發展。2020年歐盟推出《歐洲氫能戰略》,計劃到2030年,在歐盟和非歐盟國家各安裝40GW可再生能源制氫裝置,同時制定包含交通運輸、建筑、工業能源與原料、發電等氫能終端多領域應用路線圖,如圖2所示,逐步構建氫能綜合應用體系。為繼續擴大氫能供給,2022年歐盟委員會和歐洲氫能貿易協會組成“清潔氫伙伴關系”,提供3億歐元,支持清潔氫生產、儲存和分配等環節,并推動氫能在航空、重型運輸等典型難減排行業中的應用;同時歐盟發起“清潔氫能聯合行動計劃”,投資10億歐元用于研發氫能的制取、儲存、交叉領域等,并支持氫能示范項目,加大本土氫能供給;此外,歐盟多數國家在全球各地尋求氫能供應合作伙伴,加快港口氫能基礎設施建設,確保氫能進口。


        圖2歐盟氫能應用路線圖

          資料來源:《歐盟氫能戰略》

          1.3 日本:多層次布局戰略 構建“氫能社會”

          日本將氫能作為解決能源問題的終極解決方案,并提出建設“氫能社會”目標,其基本架構如圖3,具體目標見表2。該目標要求通過開發一次能源,獲取氫氣和電力,并開展綜合利用。2014年4月,在“第四次能源基本計劃”中,日本政府明確提出加速建設和發展“氫能社會”的戰略方向,并且把氫能、電力和熱力共同構成二次能源的三大支柱。


        圖3日本“氫能社會”基本架構圖

          為實現氫能社會目標,日本布局了全方位多層次的氫能發展戰略。在國家層面,日本不斷完善氫能源政策體系。自2017年日本首次制定《氫能基本戰略》后,日本政府發布多項政策支持氫能發展。2020年日本發布《2050年碳中和宣言》,指出氫能對碳中和目標的凸顯作用;2022年2月頒布的《第六次能源基本計劃》,強調綠色氫能和氨能在能源系統中發揮重要作用;此外2023年6月日本修訂了氫能基本戰略。在城市層面,于2016年東京都政府推出了針對2020年東京奧運會和殘奧會的“氫社會”計劃,旨在通過東京奧運會展示“氫能社會”發展成果;此外2022年2月,日本福岡市公布了氫能社會計劃,重點關注燃料電池汽車以及居民生活使用氫能的事項,并修訂氫能社會法規。在企業層面,積極開展氫能產業協同。日本能源企業意識到國家能源戰略對企業發展戰略的重要性,積極參與相關領域的科研活動。例如2020年10月由豐田汽車、東芝、ENEOS、Iwatani、川崎重工等9家日本私營企業組建“日本氫能協會”,以促進氫能行業的供應鏈和全球伙伴關系的形成;2023年5月日本川崎、鈴木、本田、雅馬哈四家主機廠設立發動機技術研究組合“HySE”推動氫燃料發動機普及。


        資料來源:公開數據,政研咨詢中心整理

          1.4 韓國:采取激進財政補貼 打造經濟發展新引擎

          韓國將氫能產業作為韓國未來發展的三大戰略投資領域之一。韓國政府韓國政府自2019年起對新建加氫站提供30億韓元的建設補貼,對已存續加氫站提供上一年運營費用66%的運營補貼;減免加氫站50%的國有土地租賃費,并為民營加氫站提供長期低息貸款;同時推出氫能城市計劃,為氫燃料電池汽車提供財政補貼1304億韓元。2020年,韓國工業能源部發布《2020年新能源和可再生能源技術開發利用和行動計劃》,為制氫基地項目提供299億韓元的資金支持。為了加快氫能應用,促進氫能燃料電池車發展,韓國宣布2023年將為16920輛氫能燃料電池車提供補貼,包括16000輛乘用車、700輛公交車、100輛貨車以及120輛清潔車,同時購買氫能燃料電池車的個人/企業居住地的地方政府將為氫能燃料電池乘用車提供最高2250萬韓元的補貼,考慮到不同地區的差異,部分乘用車可獲得最高3000萬韓元的補貼。通過大力發展“氫經濟”,韓國政府預計到2040年,將提供42萬個就業崗位,創造43萬億韓元經濟附加值。

          2 全球車用氫能專利分析

          2.1 申請趨勢

          本報告專利文獻數據均來自INCOPAT全球專利數據庫,本節車用氫能專利檢索數據采集時間段為2003年1月1日至2022年12月31日,涵蓋了整車集成、質子交換膜燃料電池系統以及氫內燃機相關的專利技術,專利申請趨勢如圖4所示??傆媽@麛祿?7191條,其中以簡單同族合并方式處理后共計41338件。


        圖4全球車用氫能專利申請趨勢圖

          車用氫能技術最早在1980年由日本開始著手研究,后隨著全球溫室效應的加劇,車用氫能技術越發受到重視,更多國家加入了該技術領域的探索,隨著多年的技術發展,2003年至2013年間,研究成果持續涌現,專利申請趨勢緩慢增長。

          2014年起,全球主要國家高度重視車用氫能技術發展,多國將氫能上升至國家能源戰略高度,不斷加大對車用氫能技術研究和產業化扶持力度,有效促進了全球車用氫能的技術進步,專利申請曲線突增猛漲,最高年申請量達四千余件,進入飛速發展期。

          2.2 區域分布

          在過去20年間,車用氫能專利區域分布如圖5所示。中國、日本和美國在車用氫能技術領域擁有較高的專利申請量,是當前全球范圍內較有技術競爭力和市場競爭力的地區國家。

          中國綜合實力不斷提升,新能源汽車發展勢頭強勁,越發受到全球關注,已成為車用氫能技術和市場布局重點地區,因此在中國有著較高的車用氫能技術專利布局申請量;日本作為車用氫能技術起源國,在該領域具有先發優勢,已開始進行車用氫能技術的全球布局;美國作為強有力的發達國家代表,技術研發實力雄厚,一直保持較高的專利申請量。


        圖5全球車用氫能專利區域分布

          2.3 主要申請人

          全球車用氫能技術領域專利申請量排名前十的申請人如圖6所示。從圖中可以看到,目前車用氫能技術主要掌握在眾多車企手中,其中較典型的如日本豐田和本田、韓國現代、美國通用和福特以及中國一汽,而北京億華通作為唯一的非車企型企業列入其中,具有較佳的研發實力。

          此外,日本豐田的專利申請量排名第一,遠超其他申請主體。作為最早研究車用氫能技術的實力代表,日本豐田公司自1992年開展車用氫能技術的研究,且在2014年,豐田公司的首款燃料電池乘用車“Mirai”成功上市,此后豐田公司陸續開展車用氫能技術的大量研究,增加專利申請量。


        圖6全球車用氫能專利主要申請人

          2.4 技術流向

          從全球車用氫能技術流向來看,美國、日本、德國和韓國為主要技術輸出國,技術自主創新性較強,具有較強的研發實力和市場、技術控制力;中國、美國、日本和歐洲地區為主要的技術輸入目標國,尤其是中國,具有較大的市場空間,是市場爭奪的焦點地區。


        圖7全球車用氫能專利技術流向

          3 總結與建議

          3.1 氫能產業發展價值獲全球認可

          雙碳背景下氫能產業價值日益凸顯。氫能作為低碳發展必然路徑,發展前景已得到全球一致認同,參考各國氫能產業發展推廣經驗,預計氫能產業發展價值將在三個方面獲得全球認可:

          一是雙碳背景下氫能產業獲得更多“碳機遇”及“碳認可”。雙碳背景下全球多國加速可再生能源發展,而由于可再生能源的季節波動性,產生了大規模長周期調峰、儲能需求。同時在雙碳背景下,工業、交通、化工多個領域面臨嚴重的減碳壓力。歐盟發布的氫能戰略,旨在以氫能為抓手,促進全產業鏈的低碳發展,此戰略一方面明確了氫能的減碳角色,另一方面也為氫能產業帶來巨大的低碳發展機遇,預計未來全球均將加速推動碳市場建設,并以氫為抓手推動產業低碳發展,屆時氫能產業將從碳政策、碳交易、碳補貼等多個方面獲得實際支持。

          二是交通領域氫能發展路線逐漸明確。在汽車產業全面電動化背景下,歐盟、美國均發布了明確的發展路線圖,在交通領域氫能重卡發展前景已明確,同時在未來去油、去碳的發展大背景下,氫能由于儲存密度、加注速度等方面無可替代的優勢,將成為多個場景下燃油車的完美替代品,隨著碳成本的持續提升,根據應用場景不同,氫電互補、氫電全功率混動的技術路線將成為未來汽車產業主流技術路線。

          三是氫能價值日益凸顯,將成為未來國際產業競爭關鍵領域。在推動可持續發展方面,包括中國在內的多個國家均存在化石能源依賴問題,日韓等能源依賴嚴重國家已極度重視氫能發展,希望通過氫能產業的推動擺脫能源依賴困境,預計隨著氫能的持續發展,全球大部分國家均將認識到氫能在可持續發展方面價值并加大氫能推廣力度。在技術競爭力方面,氫能可與多個產業結合,實現產業的升級及變革,全球氫能產業規模預計將達數十萬億元,美、日、韓多國高度重視氫能技術發展,氫能技術將成為國際產業競爭重點。

          3.2 車用氫能專利發展態勢良好

          隨著各國對氫能技術的重視,全球車用氫能技術迎來飛速發展,車用氫能專利發展呈現以下特點:

          一是車用氫能技術蓬勃快速發展,展現良好申請態勢。目前車用氫能技術已經進飛速發展階段,各個國家及各個申請人爭相強奪技術控制點和市場控制點,未來幾年,車用氫能領域的技術競爭和市場競爭或將激烈展開。

          二是日本車用氫能技術領先,中美緊隨其后。當前,從綜合實力來看,日本具有較強的研發實力,其在全球范圍內的專利布局也較為廣泛,車用氫能技術的發展水平暫時領先其他國家。中國和美國的車用氫能技術雖然發展較晚于日本,但后期的爆發力較強,申請人均有著較強的研發實力和較高的專利申請量,未來中日美的車用氫能技術或將形成三足鼎立的局面。

          3.3 建議政府堅持戰略引領,完善氫能產業規劃布局

          與歐美日韓相比,我國氫能產業起步較晚,雖然國家發改委已出臺《氫能產業發展中長期規劃(2021-2035年)》作為氫能產業的指導性規劃文件,但是國家層面對企業的規劃統籌仍顯不足,產業鏈上下游企業發展不同步,難以形成大范圍的集群協作效應,補貼和引導政策不配套,產業鏈各環節、各地區之間政策措施不統一。

          建議政府堅持戰略引領,完善氫能產業規劃布局。通過政府補貼引導社會資本投資,強化氫能的能源屬性,將氫能列入國家綠色基金及投資管理體系,明確財政、稅收等多方面政策支持標準和支持時限,建立相應的資金和擔保機制,積極引導社會資本投資,促進國有大型能源企業向以氫能為代表的新能源業務轉型、支持中小民營企業進入氫能及燃料電池細分市場,方135野8509先9287生借助政府補貼措施加快氫能基礎設施建設。

          4.4 特斯拉汽車公司的創始人埃隆·馬斯克最近宣布,特斯拉計劃在2024年邁入氫能時代,這一消息在網絡上引發了廣泛討論。許多人對特斯拉的這一決策表現出濃厚的興趣,并懷抱著滿懷期待的心情。

          氫能源憑借其高能量密度和零排放等優勢,已成為未來能源發展的重要方向。特斯拉一直是全球電動汽車行業的領軍者,始終致力于推動清潔能源的研發和應用。對特斯拉而言,投身氫能源領域是一項重大的戰略抉擇。


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