一.上游代表企業(yè)

1.國內(nèi)制氫技術代表企業(yè)——華能集團、上海合既得

 

• 電解水制氫—— 華能集團

 

中國華能集團有限公司(以下簡稱“中國華能”)是國務院批準的國有企業(yè)，近年來響應國家號召加緊布局氫能產(chǎn)業(yè)鏈。其中，中國華能集團清潔能源技術研究院有限公司(以下簡稱“清能院”)和華能集團技術創(chuàng)新中心有限公司(以下簡稱“華能技術創(chuàng)新中心”)作為華能集團氫能源產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)，專注布局氫能源的制備、儲運和加注領域。

清能院和華能技術創(chuàng)新中心分別以117件和72件專利數(shù)，位列中國電解水制氫領域專利數(shù)量第1名和第3名，其專利數(shù)量占前10名專利申請總量的26.32%。兩公司均進入到該領域的專利申請前10名，展示出華能集團領先的技術實力。(如圖表29)

 

圖表29:華能集團股權結構

 

本研究將兩家子公司合并進行專利維度分析。發(fā)現(xiàn)自2015年開始，華能集團開始在電解水制氫技術領域進行相關技術布局。2015-2020年期間，華能集團在電解水制氫領域的專利申請?zhí)幱趥€位數(shù)的技術萌芽階段。

2021年左右，華能在電解水制氫方法上實現(xiàn)突破，其標志性事件是華能集團主導研制的世界單槽產(chǎn)能最大堿性制氫水電解槽商業(yè)化，也是世界上首套實現(xiàn)這一規(guī)模及每平方米6000安培電流密度性能的商業(yè)化堿性制氫水電解槽。僅2021年就申請了超過40件相關專利，數(shù)量遠超往年專利申請的總和。(如圖表30)

從熱點專利技術圖分析發(fā)現(xiàn)，華能集團在電解池技術申請專利61件，占申請總量的33.33%。其中，電解水技術分支的專利申請最多，達到37件。制氫系統(tǒng)專利申請17件，占比9.29%；控制系統(tǒng)和膜蒸餾技術的專利申請均為16件,占比8.74%。此外，華能集團在冷卻降溫、氧氣儲罐等技術分支也進行了相關的專利布局。

結合堿性制氫的工藝流程來看，華能集團的專利申請主要圍繞在堿性水電解系統(tǒng)相關的技術環(huán)節(jié)，并輻射到其他工藝環(huán)節(jié)配套領域。(如圖表31)

電解水推廣最大的制約點在于電價成本過高，占到總成本的70%。因此，需要尋找新的可再生清潔能源來提升電解水制氫的經(jīng)濟性。從專利維度分析發(fā)現(xiàn)，華能集團在清潔能源領域也進行了相關嘗試，其中在光伏發(fā)電技術申請專利13件，整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)IGCC (IntegratedGasification Combined Cycle)技術申請專利16件。(如圖表32)

 

• 化工原料制氫——上海合既得動氫機器有限公司

 

根據(jù)公開資料顯示，上海合既得動氫機器有限公司和廣東合即得能源科技有限公司兩家公司實際控制人均為向華。由化工原料制氫技術專利數(shù)量排名前10的申請人分析發(fā)現(xiàn)，兩家公司分別以103件和76件專利數(shù)，位列中國化工原料制氫領域排名第1名和第6名。(如圖表33)

圖表33:上海合既得股權結構

上海合既得氫機器有限公司成立于2012年，公司以甲醇為原料，集成甲醇水制氫和燃料電池發(fā)電技術，為不同領域提供環(huán)保供能解決方案，并且上海合既得動氫機器有限公司持有廣東合既得能源科技有限公司66.99%股份。

本研究將兩家公司合并進行專利維度簡析，發(fā)現(xiàn)上海合既得從2012年開始即申請相關專利13件，同年開發(fā)出“醇水動氫機"。此后，上海合既得每年專利申請數(shù)量呈現(xiàn)遞增趨勢。并且在2014年上海合既得研發(fā)出“1.5KW甲醇水氫燃料電池系統(tǒng)”通過工信部認證。在2015年自主研發(fā)的醇氫燃料電池發(fā)電模塊在低速電動車上試運行成功，獲得了廣東省重大科研立項支持，由此產(chǎn)生了大量的技術專利。2015年后，上海合既得開始從技術研發(fā)轉向商業(yè)應用量產(chǎn)，專利申請量隨之下滑到年均低于20件的水平。(如圖表34)

從熱點專利技術圖分析發(fā)現(xiàn)，上海合既得科技在甲醇水相關技術專利申請量79件，占比21.76%；其中甲醇制氫分支專利申請最多，達到57件。

其次，發(fā)電設備相關技術專利申請72件，占比19.83%。氣化室相關技術專利申請56件，占比15.43%。此外，合既得科技在制氫設備、處理系統(tǒng)等其他技術分支也進行了相關的專利布局。

結合化工原料制氫的工藝流程可以看出，合既得主要技術聚焦在甲醇水、制氫設備和發(fā)電系統(tǒng)上，占專利申請總量的50%以上。其次，可以看出合既得非常重視氣化室中氣化管技術的研發(fā)。同時，合既得也對考慮到中下游廠商的需求，在便攜式攜帶和電動汽車方面進行了相應的匹配技術研發(fā)。(如圖表35) (如圖表36)

2.國內(nèi)儲運技術代表企業(yè)一富瑞特裝

由高壓儲運技術專利數(shù)量排名前10的申請入分析發(fā)現(xiàn)，江蘇國富氫能技術裝備股份有限公司(簡稱“國富氫能”)和張家港氫能新能源研究院有限公司，分別以57件和56件相關專利位列國內(nèi)高壓儲運領域的第5名和第6名。

經(jīng)過公開資料查詢，國富氫能成立于2016年6月，是國內(nèi)最大的氫能裝備制造企業(yè)之一。截止2021年6月，國富氫能為我國近60座加氫站提供了加氫成套裝備，為近4000輛各類燃料電池其次配套氫瓶和車載供氫系統(tǒng)，市場占有率超40%。

而張家港氫能新能源研究院有限公司是上市公司富瑞特裝(股票代碼: 300228) 子公司國富氫能與張家港政府和東南大學共同打造的“產(chǎn)、學、研”三位一體新能源創(chuàng)新研發(fā)平臺。故本研究將兩家公司合并納入母公司富瑞特裝分析。(如圖表37)

本研究將兩家公司合并進行專利維度簡析，發(fā)現(xiàn)富瑞特裝自2016年成立之初便進行了相關的專利儲備，且呈現(xiàn)逐年遞增趨勢。其中在2018-2020年期間，富瑞特裝在儲運領域的專利申請占申請總量的90%，說明富瑞特裝在該時間段內(nèi)的創(chuàng)新活力持續(xù)提高。(如圖表38)

從熱點專利技術圖分析發(fā)現(xiàn)，富瑞特裝在內(nèi)殼體相關技術專利申請21件，占比16.94%；其中，內(nèi)殼體的外殼體和外容器各占6件，數(shù)量最多。在加氫站相關技術專利申請18件，占比14.52%。在液氮冷卻系統(tǒng)相關技術專利申請15件，占比12.1%。此外，在儲存系統(tǒng)、取樣口、支撐結構、增壓器、換熱器、密封圈、控制模塊等其他技術分支，富瑞特裝也進行了相關的專利布局。結合車載儲氫罐的原理圖可以看出，富瑞特裝的專利申請聚焦在提升儲氫罐的儲存容量和密閉能力。(如圖表39) (如圖表40)

3.國內(nèi)加注技術代表企業(yè)——上海氫楓能源

上海氫楓能源技術有限公司成立于2016年，是專業(yè)從事加氫站投資、建設和運營的高新技術企業(yè)。根據(jù)公開資料顯示，張家港富瑞特種裝備股份有限公司(簡稱“富瑞特裝”)間接持有上海氫楓能源技術有限公司38.7515%的股權，并且富瑞特裝在可燃氣體的儲存和加注方面可以提供全面的技術支持。由加注技術專利數(shù)量排名前10的申請人分析發(fā)現(xiàn)，上海氫楓能源技術有限公司以77件位列第2名。(如圖表41)

從專利申請態(tài)勢分析發(fā)現(xiàn)，上海氫楓新能源在2017-2020年的4年期間僅有個位數(shù)的專利申請。直到2021年氫楓新能源收購澳大利亞固態(tài)儲氫公司HydrexiaPty.Ltd，通過迅速消化吸收其核心技術，專利數(shù)量呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，2021全年專利申請超往年總和。(如圖表42)

從熱點專利技術分析，上海氫楓能源在氫加注方面的專利布局分析發(fā)現(xiàn)，氫楓能源在加氫站場景申請專利33件，占比43.85%；此外，氫楓能源在控制閥、泵組件等相關技術分支也進行了專利申請。結合站外氫加注原理圖,氫楓能源注重在加氫站智能化、現(xiàn)代化設計，尤其是加氫站關鍵設備以及高密度氫氣儲運設備的研發(fā)、設計方面建立技術壁壘。(如圖表43) (如圖表44)

二.中游代表企業(yè)

1.國內(nèi)燃料電池龍頭企業(yè)——新源動力

新源動力成立于2001年4月，是中國第一家致力于燃料電池產(chǎn)業(yè)化的股份制企業(yè)，主要從事氫燃料電池膜電極、電堆模塊、系統(tǒng)及相關測試設備的設計開發(fā)、生產(chǎn)制造和技術服務。根據(jù)公開資料顯示，中國科學院大連化學物理研究所(簡稱“大連物化所”)持有14.239%新源動力的股權，而大連物化所在氫氣制備、燃料動力電池的研發(fā)方面都居于排行榜前10位；其中在燃料動力電池的專利研發(fā)方面更是以919件專利排名第2?？梢?，在燃料動力電池的研發(fā)方面，大連物化所能夠提供給新源動力諸多支持。而根據(jù)中游燃料動力電池技術專利數(shù)量排名前10的申請人分析發(fā)現(xiàn)，新源動力以381件專利排名第8位。(如圖表45)從專利申請趨勢來看，新源動力申請相關專利始于2001年。此后2002-2012年的十年期間，專利申請雖然略有起伏但是整體呈現(xiàn)遞增趨勢。2013-2018年期間新源動力的專利申請開始持續(xù)走低，最近3年略有反彈趨勢。(如圖表46)

 

從熱點專利技術圖分析發(fā)現(xiàn)，新源動力在膜電極相關技術申請專利246件，占比42.52%；其中在質(zhì)子交換膜相關技術申請專利134件。在燃料電池包相關技術申請專利120件，占比19.93%。在催化劑、陰極板、反應氣等與燃料電池反應相關技術領域也進行了相應的技術布局。結合氫燃料電池原理圖可以發(fā)現(xiàn)，由于膜電極結構設計和制備工藝非常復雜，整個研發(fā)周期長、技術壁壘高，實現(xiàn)規(guī)?；慨a(chǎn)難度十分高。而膜電極又決定了電堆性能、壽命和成本的上限。雖然國產(chǎn)膜電極性能與國際水平接近，但專業(yè)特性上(如:鉑載量、啟停、冷啟動、抗反極等)與國際水平還有一定差距。因此，新源動力在膜電極技術上進行了大量的技術公關和專利布局。(如圖表47) (如圖表48)

 

2.國內(nèi)電堆技術領先企業(yè)——上海神力

上海神力科技有限公司成立于1998年，是國家重點培育、上海市各級政府重點支持的民營新能源高新技術企業(yè)，公司以質(zhì)子交換膜燃料電池研發(fā)、電堆及系統(tǒng)測試為主。根據(jù)公開資料顯示，北京億華通科技股份有限公司持有上海神力科技有限公司32.0263%的股權，是上海神力科技有限公司的第一大股東。由中游燃料動力電池技術專利數(shù)量排名前10的申請人分析發(fā)現(xiàn)，上海神力科技有限公司以375件專利申請排名第9位。(如圖表49) 從專利申請趨勢來看，上海神力從2001年開始申請相關專利，2001-2007年在氫燃料電池相關的專利申請量處于高峰；2008-2018年十年期間專利量急劇下降；2017年開始，上海神力專利申請呈現(xiàn)反彈上升趨勢。(如圖表50)從熱點專利技術圖分析發(fā)現(xiàn)，上海神力在燃料電池方面專利布局數(shù)量最多，達到172件，占比31.33%；其中，燃料電池堆相關技術申請專利達122件。此外，在雙極板相關技術申請專利85件，占比15.48%。在發(fā)動機相關技術申請專利57件，占比10.38%。

結合氫燃料電池工作原理圖可以發(fā)現(xiàn)，作為燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)的心臟，電池電堆成本占據(jù)燃料電池系統(tǒng)成本60%以上，且技術門檻較高。而相比國外燃料電池電堆，國內(nèi)電堆在核心材料缺乏與關鍵技術方面仍存在短板，是燃料電池電堆成本居高不下的主要原因，因此上海神力在降低電堆成方面?zhèn)戎匕l(fā)力。而雙極板怍為電堆系統(tǒng)中的“骨架”，與膜電極層疊裝配成電堆，在燃料電池中起到支撐、收集電流、為冷卻液提供通道、分隔氧化劑和還原劑等作用。其性能優(yōu)劣將直接影響電堆的體積、輸出功率和壽命，故雙極板專利申請量排名上海神力總專利數(shù)的第2位。(如圖表51)
三.下游代表企業(yè)

1.國內(nèi)氫能乘用車代表企業(yè)——武漢格羅夫

武漢格羅夫是武漢資環(huán)院在2016年成立的氫能汽車整車項目，此前的資環(huán)院平臺已經(jīng)擁有泰歌、中極氫能源等多個氫能與燃料電池項目，處于整車研發(fā)和生產(chǎn)環(huán)節(jié)的格羅夫對于資環(huán)院氫能板塊起到了打入燃料電池整車市場的關鍵作用。自成立開始，格羅夫花費了將近5年的時間在全功率氫能動力系統(tǒng)、全新平臺架構、創(chuàng)新能量管理系統(tǒng)、輕量化車身、整車VCU控制系統(tǒng)、熱管理技術等核心領域構建了技術壁壘。(如圖表52)結合氫燃料電池汽車工作原理分析發(fā)現(xiàn)，氫燃料電池動力系統(tǒng)與鋰電池動力系統(tǒng)相差很大，但是與傳統(tǒng)燃油車動力系統(tǒng)構成很接近。主要結構由氫燃料發(fā)動機、鋰電池、高壓儲氫罐、高壓線路組成。從其專利申請態(tài)勢上看，格羅夫在燃料電池技術領域的專利申請上進步很快，僅僅用了3年時間就積累了超過300件的專利申請。

從熱點專利技術圖分析發(fā)現(xiàn)，武漢格羅夫在燃料電池和控制器相關技術專利申請各75件，各占比21.19%；其中，燃料電池系統(tǒng)申請專利35件，整車控制器申請專利36件。其次，在管理系統(tǒng)專利申請35件，占比9.89%。在動力系統(tǒng)和過濾器各申請專利75件，分別占比8.47%。

此外，在尾氣處理、顯示裝置、電動汽車和高壓上電相關的技術分支也進行了相關專利布局。

結合氫燃料電池整車原理圖可以發(fā)現(xiàn)，武漢格羅夫的技術布局主要集中在氫燃料電池系統(tǒng)管理、整車控制以及相關的管理系統(tǒng)方面。側重于氫燃料電池與整車系統(tǒng)的匹配和管理。(如圖表53) (如圖表54)

2.國內(nèi)氫燃料電池發(fā)動機代表企業(yè)——億華通

億華通成立于2012年，公司技術發(fā)展史分為三個階段。第一階段屬于技術探索階段，第二階段屬于技術推廣階段，第三階段屬于批量商業(yè)化階段。成立初期，億華通通過自主研發(fā)氫燃料電池發(fā)動機，相繼推出了氫燃料電池客車和有軌電車；2015年億華通收購了上海神力有限公司，大大增加了自身在氫燃料電池上的技術研發(fā)實力，同年億華通就推出了2款氫燃料電池物流車。

2018年億華通相關專利量開始明顯上升，相繼推出3款氫燃料電池客車和1款氫燃料電池發(fā)動機。2019年億華通通過消化吸收上海神力的電堆技術，迎來了技術的井噴時期，分別于2019年研發(fā)出60KW國產(chǎn)燃料電池發(fā)動機，2020年研發(fā)出120KW燃料電池發(fā)動機。2019年至今的三年時間是億華通專利申請的高峰期。(如圖表55)

現(xiàn)在的億華通已形成以自主氫燃料電池發(fā)動機為核心，包括雙極板、電堆、整車控制器、智能DC/DC、氫系統(tǒng)、測試設備、燃料電池實驗室全套解決方案等在內(nèi)的縱向一體化產(chǎn)品與服務體系。從熱點專利技術圖分析發(fā)現(xiàn)，億華通在發(fā)動機相關技術專利布局最多，持有專利申請102件，占比33.77%；其中在燃料電池發(fā)動機申請專利89件。其次在電池熱管理系統(tǒng)相關技術申請專利56件，占比18.54%。在控制系統(tǒng)方面申請專利26件，占比8.61%。在控制系統(tǒng)方面申請專利26件，占比8.61%。此外，在儲氫裝置、閉環(huán)控制、冷卻系統(tǒng)、計算機、變化器等其他技術分支也進行了相關的專利申請。根據(jù)氫燃料動力電池汽車系統(tǒng)架構圖可以發(fā)現(xiàn)，億華通更加側重在氫燃料發(fā)動機和電池熱管理系統(tǒng)的技術研發(fā)環(huán)節(jié)。(如圖表56)四.氫能行業(yè)技術發(fā)展展望

1.氫能產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展趨勢

可再生能源制氫是長期方向，氫燃料電池產(chǎn)業(yè)化進程尚需時日。在制氫環(huán)節(jié)，可再生能源制氫是長期方向，因為只有可再生能源電解水制備的“綠氫”才能實現(xiàn)真正的零碳排放。根據(jù)IRENA的測算，目前，全球僅有4%的氫氣來自電解水制氫，其余均來自煤炭、天然氣以及石油煉化領域。未來，可再生能源制氫的發(fā)展空間十分可觀。在儲運環(huán)節(jié)，高壓氣態(tài)和高壓液態(tài)儲運氫技術相對成熟，是現(xiàn)階段主要的儲運方式。而固態(tài)儲運因其是以金屬氫化物、化學氫化物或納米材料等作為儲氫載體，具有儲氫密度高、安全性好、氫氣純度高等優(yōu)勢，是未來熱門的研究方向之一，但目前國內(nèi)外均仍處于研究開發(fā)階段。在應用環(huán)節(jié)，由于燃料電池汽車具備長續(xù)航里程、快速加注、高功率密度.低溫自啟動等技術特點。因此，氫燃料電池汽車是新能源汽車的最具發(fā)展前景的技術路線之一。但整體而言，氫燃料電池仍處于起步階段，產(chǎn)業(yè)化進程尚需時日。2.氫能行業(yè)未來技術演進與展望

現(xiàn)階段，無論是大規(guī)?？稍偕茉粗茪?，還是氫能的儲存、運輸、分銷以及具體下游應用，氫能各環(huán)節(jié)基本都處于技術示范和本土化的發(fā)展階段。未來，隨著產(chǎn)業(yè)配套政策落地，技術，進步和成本下降有望進入良性循環(huán)。總體來看，具體產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)中，上游的制氫、儲運是兩大基礎領域。一方面，隨著國家全面推行綠色低碳循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展，以可再生能源電解水制氫為主流的新一代制氫技術將成為引導我國能源消費結構從黑色高碳轉為綠色低碳的關鍵技術。另一方面，儲運領域中，由于高壓氣態(tài)和高壓液態(tài)儲運技術可實現(xiàn)快速充放氫，且成本較低，現(xiàn)已成為國內(nèi)目前主流的儲運技術。而中游環(huán)節(jié)，從專利申請情況來看，氫燃料電池及系統(tǒng)的國內(nèi)申請人研發(fā)重點主要還是集中在膜電極、催化劑、質(zhì)子交換膜、雙極板等關鍵部件。下游產(chǎn)業(yè)鏈主要集中在交通運輸領域，未來，氫燃料電池汽車滲透率有望逐漸提升，帶動上游生產(chǎn)規(guī)模與市場規(guī)模同步擴大

  環(huán)境監(jiān)測