大象如何转身?详述内燃机巨头康明斯的氢能转型、本土化历程和启示

2022/01/05 09:56氢云链

创新S曲线表明,历史上颠覆式创新通常都是由小企业、初创企业发起。跨界黑马打死老师傅案例在技术迭代速度快、技术更新周期短的领域才容易发生,如互联网消费领域、通信领域、液晶面板等。在工业领域,尤其是能源工业领域颠覆式创新是较难发生的。例如,汽车工业经过100年才出现一个跨界杀手代表——马斯克,凭一己之力打破百年汽车工业格局;在能源工业领域,似乎还没有哪个跨界黑马能撼动西门子等巨头的地位。但清洁能源科技崛起引发的能源革命迹象正在挑战这些工业巨头的神经!如光伏产业的迅速崛起让中国企业在能源科技上崭露头角,风电领域同样延续了中国企业快速追赶的趋势。从2022年时点展望未来,一个问题是,在氢能和燃料电池领域,是传统能源老巨头继续引领风骚,或是新兴企业实现王朝更迭,还是新老搭配的混合体或综合型企业能独占鳌头?本文通过回顾百年传统内燃机巨头企业——康明斯的氢能转型历程,探讨和思考,未来10年,哪类企业具备长跑基因、有望最终登上氢能产业的“铁王座”?

一、大象转身:凭借并购一举跨入技术领先者行列

百年老店康明斯是全球最大的独立发动机制造商,目前业务涵盖了发动机、配电、零部件、动力系统和新能源等五个部分,其中,柴油动力业务广为人知,最具行业影响力。燃料电池是下一代清洁动力技术路线,也是柴油动力最具前景的替代品之一。在全球动力电气化、能源清洁化发展趋势确立的背景下,康明斯的传统内燃机业务转型势在必行。

2019年,康明斯联合AP以15美元/股、约2.9亿美元对价完场对加拿大知名企业Hydrogenics水吉能的控股收购,其中,康明斯股份占比81%,属于控股股东。2021年,康明斯以氢产业领先者身份对外提供成熟电解水制氢、燃料电池、储氢罐等产品和服务,可见,通过技术并购让康明斯顺利完成大象转身并快速进入技术领先者行列。

从业务关系看,康明斯原有的发动机、配电、零部件、动力系统业务板块与氢能业务关联程度一般,其中,燃料电池对于内燃发动机业务有明显的替代关系。尽管如此,康明斯对于未来氢能板块业绩的期望并不算低。如图表1所示,到2025年,康明斯电解槽业务收入目标为4亿美元,并实现100辆火车提供燃料电池系统销售目标。对比另一家电解槽知名企业NEL,在2021年实现近4千万美元营收水平(见图表2),这4亿美元营收意味着康明斯要在4年内,以10倍业绩增长规模实现对NEL行业统治力的逆袭。可见,康明斯对抢占电解水制氢的市场第一的宝座的信心几乎没有任何掩饰。相比之下,康明斯对到2025年车用燃料电池业务营收却并不乐观,也没有具体信息对外披露。

图表1康明斯2025年氢能源业务发展目标

图表1康明斯2025年氢能源业务发展目标

来源:康明斯,HydrogenDaySummary,2021.07

图表2 NEL电解槽业务营收情况

图表2 NEL电解槽业务营收情况

二、后来者居上:快速打造氢能技术矩阵和产品线

日本氢燃料电池量产汽车Mirai上市成为产业标杆事件,代表燃料电池汽车技术成熟,掀起全球氢能产业化浪潮。本文以2014年为起点,分析康明斯氢能技术和产品布局。

1)2014年康明斯开始执行氢能实践,参与为哥斯达黎加的一个氢能运输系统进行研发项目。

2)2018年康明斯加入了国际氢能委员会(Hydrogen Council)后,在10月,康明斯与哥斯达黎加Ad Astra公司合作开发燃料电池公交巴士。

3)2019年9月,康明斯完成对水吉能(Hydrogenics)的并购,实现快速进入氢动力行业的战略布局。通过收购,康明斯拥有了质子交换膜(PEM)和碱性水电解制氢技术、产品和服务能力。为打造氢能技术矩阵和产品线,同年,康明斯持续在氢能科技领域公司布局,投资了LOOP能源公司,与现代汽车公司签署谅解备忘录,并投资于固态氧化物燃料电池的开发。  

图表3 Loop 30kW及50kW增程器

图表3 Loop 30kW及50kW增程器

4)2019年年底,康明斯电动动力事业部正式更名为新能源动力事业部,氢动力业务正式成为其核心发展板块。

5)2020年6月,康明斯与氢储运企业NPROXX签署合资协议,新合资公司将继续以NPROXX名义经营(康明斯占股50%),为客户提供应用于道路和轨道的氢气和压缩天然气存储产品。

6)2021年7月,宣布已开始氢燃料内燃机开发的前瞻测试,旨在进一步探索先进零碳技术发展的新路径。

可见,康明斯早期的氢能燃料电池技术源自于自身多年的研发以及战略合作伙伴。从康明斯氢能源业务发展历程可以看出,康明斯文化开放,在新技术产业化、商业化方面的商业经验十分丰富。公司在20多年前便开始关注燃料电池技术发展,但直至2019年,全球产业化趋势确立阶段,康明斯才正式通过战略收购氢能科技公司水吉能(Hydrogenics)获得了成熟的燃料电池和水电解槽技术和产品,快速进入燃料电池领域并开始对外提供产品和技术服务。

众所周知,Hydrogenics是加拿大一家技术底蕴深厚的头部科技公司,收购Hydrogenics让康明斯在短期内,成功跨入国际电解槽、燃料电池技术的领先者行列。氢云链认为,康明斯与Hydrogenics是强强联合并购案例:康明斯强大的市场能力弥补了Hydrogenics产品商业化不足,Hydrogenics成熟的技术和产品让康明斯发挥产业链优势,实现了短期内成为电解槽和燃料电池领域翘楚的目标。根据2021年年报披露,现阶段,康明斯正在快速推动电解水制氢业务的发展,推动电解槽业务在中欧地区的项目落地。

三、主打产品:电解槽、燃料电池和储氢罐三箭齐发

康明斯在氢能源业务上形成了电解槽、燃料电池和储氢罐三大板块(氢燃料发动机尚处于开发阶段)。其中,Hydrogenics 在电解槽和燃料电池上已推出成熟产品,并有较为丰富的应用案例;储氢罐业务具体由参股子公司以NPROXX的名义负责开展业务。

(一)电解槽产品拥有PEM和ALK两种技术路线

康明斯电解槽包括HyLYZER®PEM电解槽和HySTAT®碱性电解槽两个产品系列。其中HyLYZER®PEM电解槽额定功率规格在1MW-20MW,而HySTAT®碱性电解槽额定功率规格在50MW-500MW。具体型号见图表1和图表2。

图表4康明斯HyLYZER®1000-30PEM电解槽和HySTAT®70-10碱性电解槽产品图

图表4康明斯HyLYZER®1000-30PEM电解槽和HySTAT®70-10碱性电解槽产品图

HyLYZER®PEM电解槽系列产品介绍如下:

图表5康明斯HyLYZER®PEM电解槽产品主要参数介绍

图表5康明斯HyLYZER®PEM电解槽产品主要参数介绍

HySTAT®碱性电解槽系列产品介绍如下:

图表6康明斯HySTAT®碱性电解槽系列产品主要参数介绍

图表6康明斯HySTAT®碱性电解槽系列产品主要参数介绍

截至目前,康明斯在全球已累计部署了超过600个电解槽项目。经过长期的市场验证,康明斯凭借先进的HyLYZER®PEM和HySTAT®碱性电解槽技术为市场提供了高效、紧凑的低成本电解水制氢解决方案,并因高安全性、高生产效率和投资回报率(ROI)等诸多优势而成为行业的标杆。康明斯HyLYZER®PEM电解槽系列产品应用案例具体见下图表4和图表5。

图表7康明斯HyLYZER®PEM电解槽项目介绍

图表7康明斯HyLYZER®PEM电解槽项目介绍

图表8康明斯HyLYZER®PEM电解槽应用案例

图表8康明斯HyLYZER®PEM电解槽应用案例

康明斯HySTAT®碱性电解槽系列产品应用案例具体见图表6和图表7。

图表9康明斯HySTAT®碱性电解槽项目介绍

图表9康明斯HySTAT®碱性电解槽项目介绍

图表10康明斯HySTAT®碱性电解槽应用案例

图表10康明斯HySTAT®碱性电解槽应用案例

从康明斯的电解槽产品可以看出,通过技术并购,康明斯全面承接了Hydrogenics在电解槽业务上完善的产品线和成熟的电解水技术,使康明斯快速成为一家拥有良好电解槽及燃料电池技术和项目经验的氢能源公司。康明斯电解槽项目主要分布在德国、比利时、挪威、英国、意大利、比利时等欧洲国家和美国、加拿大;项目规模主要在1MW-2MW;配套于P2G、加氢站、工业等多种应用类型。

(二)燃料电池主要用于交通运输和备用发电领域

目前,康明斯同时拥有PEMFC和AFC两种技术路线产品,并于2019年开始投资SOFC燃料电池产品的开发。康明斯燃料电池产品主要技术参数介绍如下表:

图表11康明斯燃料电池产品主要技术参数介绍

图表11康明斯燃料电池产品主要技术参数介绍

康明斯的燃料电池产品主要应用于电动交通工具,具体如氢燃料电池列车、氢燃料重卡、城市通勤车、电动叉车、氢燃料船等。以及独立电动动力工厂配置的燃料电池备用发电系统。

图表12康明斯燃料电池驱动的首个北美氢燃料电池零排放渡轮

图表12康明斯燃料电池驱动的首个北美氢燃料电池零排放渡轮

早在2015年,Hydrogenics被阿尔斯通选为主要合作伙伴,为阿尔斯通的CoradiaiLint客运列车开发和实施氢燃料电池系统。由康明斯燃料电池驱动的两列阿尔斯通CoradiaiLint列车已于2018年9月在德国成功投入商业运行。

图表13阿尔斯通CoradiaiLint氢燃料电池动力客运列车

图表13阿尔斯通CoradiaiLint氢燃料电池动力客运列车

截至2019年10月,康明斯氢燃料电池产品全球出货量累计约2000台,其中约400台销往中国,在中国道路上运行的搭载HD30燃料电池的客车数量约120辆。

2021年7月26日,AirProducts(AP)公司与康明斯签署备忘录。康明斯将为AP提供氢燃料电池电动动力系统,集成于选定的主机厂重卡车型上,将为AP全球运输车队的车型转换为氢燃料电池车。在成功完成验证和试点阶段后,空气产品公司计划将其全球车队的约2,000辆卡车转换为零排放氢燃料电池车。双方期待车队的验证运营可于2022年启动。

康明斯的储氢瓶产品业务由于具体是由与NPROXX合资成立的子公司以NPROXX的名义来开展,本文中不作详细介绍。

(三)新能源事业部的营收情况

康明斯新能源事业部(NewPower)由前电动动力事业部和氢能源业务于2019年合并成立。 从NewPower部门的营收及利润情况可以看出,目前该部门业务整体尚处于开发阶段,且近三年部门的研发投入明显增加,这也是部门EBITDA为负且逐年递增的主要原因。新能源动力部门的财务数据见图表14 。

图表14 2018-2020年康明斯新能源动力业务销售额,数据来源:Cummins年报

图表14 2018-2020年康明斯新能源动力业务销售额,数据来源:Cummins年报

四、一气呵成:中国氢能本土化策略特色

与其他进军中国的国际氢能企业对比,康明斯最大的特点可能在于其深度的本土化战略。康明斯十分重视中国市场本土化发展。将近50十年前,在中国对外开放大门还未完全打开之时,康明斯就来到中国寻求合作,成为最早来华“试水”的外国企业之一。根据康明斯官网信息,康明斯已经在中国设立了30家机构,其中包括16家合资企业,19家区域服务中心和两千多家授权经销商组成的服务网络。中国已经成为康明斯最大的海外市场。

康明斯在中国的业务发展模式大概可以分为两个阶段:

(1)康明斯把在全球非常成熟并且很成功的产品平台引入中国,通过与不同的主机厂结成了合资合作联盟,实现本地化生产。

(2)康明斯针对中国市场和用户的特定需求开发适合中国用户实际需要的全新产品平台。这些新平台是康明斯链合全球技术资源,与中国合资伙伴联合进行新品研发的代表性成果。

在氢能领域,康明斯可能将延续内燃机业务的思路,继续通过合作等方式积极地推进氢能业务本土化策略。

2021年5月,康明斯武汉氢能源工程中心正式挂牌开业,该中心是康明斯新能源事业部氢能业务在中国的第一个工程中心,该工程中心位于上海弗列加武汉工厂园区内,占地1500m2,采用分体模块化结构,由设施区、试制装配以及实验准备区、办公区、负载间、氢气/氮气存放区、燃料电池发动机测试区以及电堆测试区几个功能区组成。目前中心具有燃料电池发动机试制、氢气管路试制、涉氢零部件测试以及燃料电池性能测试功能。其中燃料电池性能测试设备包含电堆性能测试台架和燃料电池发动机测试台架,均来自世界顶级的设备供应商。

图表15 康明斯武汉氢能源工程中心正式挂牌开业

图表15 康明斯武汉氢能源工程中心正式挂牌开业

能源动力实验大楼将配备最新燃料电池实验室、动力康明斯将持续加大在华新能源领域研发投入。正在扩建的康明斯东亚研发中心新基地同样位于武汉,该基地预计将于2022年建成投入使用。其中专属的新电池实验室、传动系统实验室,及整车轮毂实验室等尖端氢能源研发设备,将有力推动康明斯新能源技术的本地化开发应用。

图表16 康明斯东亚研发中心新基地规划鸟瞰图

图表16 康明斯东亚研发中心新基地规划鸟瞰图

2021年9月,康明斯氢能中国总部落地上海自贸区临港新城片区,项目将打造康明斯氢能中国区总部、新能源研发中心及制造基地,涵盖电解水制氢装备电堆、燃料电池发动机及其核心零部件、高压储氢瓶系统等业务,项目计划实现产值100亿元。

图表17 康明斯氢能中国总部项目落地上海临港片区

图表17 康明斯氢能中国总部项目落地上海临港片区

2021年12月8日,康明斯与中国石化资本公司发起设立的恩泽基金按50:50比例共同出资并于中国境内设立合资公司——康明斯恩泽(广东)氢能源科技有限公司。合资公司将落地广东省佛山市南海区,产线将生产康明斯HyLYZER系列质子交换膜(PEM)电解水制氢设备,一期年产500兆瓦能力将于2022年建成并实现量产,后续产能可根据市场需求扩大到吉瓦(1000兆瓦)级。

图表18 康明斯恩泽质子交换膜电解水制氢装置研发生产基地项目签约

图表18 康明斯恩泽质子交换膜电解水制氢装置研发生产基地项目签约

五、总结和启示

康明斯作为全球发动机的标杆企业,入局氢能堪称“大象转身”。亮点是动作神速,在短短一两年间就完成了氢能业务的整合,并开始向市场发力,完美跟上市场带货节奏。作为传统动力企业的代表,康明斯的快速入局对于氢能产业发展有着里程碑意义:一方面,对外展示了传统发动机企业向新能源转型的方法、路径和选择,具有借鉴意义;另一方面,在其他外企加快进入中国市场的背景下,其本土化发展策略也将对国内市场竞争格局产生一定的影响。

(一)验证氢能产业发展趋势确立

康明斯的入局有两个象征性意义:(1)认可氢动力是未来商用车的发展方向之一。在拥有电动化部门的情况下,康明斯布局了燃料电池与氢内燃机等氢动力方向,至少说明全球最大的发动机企业认可了氢动力在商用车领域的可能性;(2)认可氢能产业的前景。发电机同样是康明斯的主营业务之一,电力与康明斯可以说有着直接的联系,因此对于氢气在能源领域的应用,康明斯有着更直接的认知。在氢能业务上,康明斯由早期的试探转变为直接依靠收购知名企业快速入局,其对入场时机的选择和方式的转变,显示了康明斯认可了氢能产业在未来数年快速发展的趋势。

(二)市场策略的选择与技术发展的犹豫

在氢能业务上,康明斯选择了快速推广电解槽业务,对于氢动力业务却暂时押后,其市场策略显示了康明斯对于氢能产业未来的肯定,但也包含了对市场的认知和对技术选择的不确定性。放缓氢动力发展的原因包括:

(1)市场尚未到起量阶段。无论国外国内,氢动力都处于起步阶段。国外目前以乘用车为主,康明斯切入的角度有限,国内则以资源型市场为主,订单来源自政府及关联企业资源,市场化订单同样有限。对于康明斯而言,考虑市场机会不确定、基础设施建设不足、主机厂推广力度较低等因素,同时氢动力也远未到主营业务级别,放缓市场脚步也在情理之中。

(2)技术尚未成熟。康明斯内燃机领域的企业标准一向高于行业平均水平。现阶段,从应用层面而言,氢动力技术,无论燃料电池还是氢内燃机,在稳定性、可靠性等方面都与内燃机还有不小差距,同时康明斯发展燃料电池技术时间较短,贸然推出相关产品不利于品牌维护。对于康明斯而言,可能仍需要一定时间对技术、产品的体系和标准进行研究、完善,或是寻找合适的合作伙伴共同开发、实践、迭代。

(3)技术发展的不确定性。对于氢动力而言,现阶段最大的不确定性不是来自纯电动化的竞争,而是来自氢内燃机与氢燃料电池的选择。

对于内燃机企业而言,燃料电池技术路线仍存在成、寿命、故障率等一系列问题,发展燃料电池还需要抛弃原有技术优势,近乎重新从零开始,而氢内燃机技术路线解决了排放问题,能够延续其在内燃机方面的技术积淀,乃至直接保留整条产业链,同时成本低、寿命长、门槛相对低,无须面对是否要“自我革命”的艰难选择,可谓诱惑极大。

因此,传统内燃机企业在进行路线选择时必然面临着内部的激烈讨论,已经建立双技术路线的也必然面临着内部资源竞争。在技术路线不明朗的情况下,国外企业如丰田,国内企业如一汽、广汽等均布局了多条路线,已达到有备无患的目的。(具体分析可见《氢燃料发动机是内燃机的一次绝地反攻、还是垂死前抓住的最后一根稻草?》)。对于康明斯这样的内燃机代表企业,其内部争论可能更加激烈。好在康明斯家大业大,资源足以支撑起两条路线齐头并进,在市场信号进一步明确后再做取舍。

(三)对中国市场的影响

如第三部分所述,康明斯在中国进行了很深的本土化发展。对比一般的外企,康明斯的本土化更为彻底,尤其在研发上:以康明斯东亚研发中心为例,它不仅是康明斯在全球的第17家研发机构,也是康明斯全球范围内仅次于总部哥伦布技术中心的第二大研发机构,康明斯在华本土制造90%的技术支持来自东亚研发中心。

深度的本土化正是康明斯能够长期在中国生存的重要原因。康明斯在氢能业务上延续其本土化策略,将同时对自主品牌和外企产生深刻影响:对比自主品牌,价格相近、产品更优、同等服务;对比普通外企,产品至少同一水平、价格更低、服务更优。

在康明斯与中石化的合资电解槽企业落地后,有国内电解槽厂商向氢云链直言:“康明斯给了我们很大的压力。他们的产品目前确实要好一些,通过本土化、过个两三年成本再降下来,市场竞争压力会很大。”

对于其他外企而言,在产品力接近的情况下,市场更愿意选择一个能够持续提供技术和服务本地化、并进行持续迭代的企业,还是一个常规的制造厂甚至是产品贸易商?答案是很清楚的。因此,康明斯的进场将极大地激活国内在氢能市场的竞争,为自主品牌发展带来人才流动与更高的技术产品标准要求;为奉行技术封闭文化的外企,如丰田、现代等日韩企业带来技术开放的压力——这都有利于国内氢能产业的良性发展。

从康明斯推广电解槽业务的力度看,氢能市场的前景已经十分明确,但对于车用动力前景似乎还是一个悬而未决的问题:燃料电池与锂电池、燃料电池和氢内燃机谁是过渡路线?从康明斯为电解槽设定了2025年4亿营收的目标,而为氢动力仅设定了配套100辆燃料电池列车——列车已经是现有的业务合作,侧面验证了康明斯对于如何发展氢动力的犹豫。长期发展燃料电池的丰田在2017年也开始储备氢发动机技术路线,专注内燃机的康明斯也开始布局燃料电池路线,说明目前这个问题还没有确定答案。

(四)如何登上氢动力“铁王座”?

通过并购等方式,康明斯完成了技术储备,再配合供应链、市场和本土化等方面的优势,百年康明斯已经完成了“大象转身”第一步。一个有百年历史,天然具备长跑基因的康明斯,十年后,能否延续内燃机时代的市场统治力、未来能否在氢能产业上再造一个康明斯?

尽管康明斯有辗轧国内企业的技术和资源优势,但“成也萧何,败也萧何”。对于康明斯而言,一个肉眼可见的、常识性的障碍是:对技术路线的疑惑不决、现有业务与传统业务的冲突容易引发的战略误判,有可能是目前康明斯唯一的一块短板,也是阻碍康明斯日后能否登上氢动力“铁王座”的潜在风险。据此,康明斯等传统巨头企业在技术路线选择上的犹豫不决,为国内企业带来了错位竞争的机会。“与狼共舞”最好的方式就是加速奔跑,或者趁“老虎打盹”机会主动出击,谋求进入国际产业链来苦练内功!

新阶段,政策开放,康明斯等国际巨头企业进入中国市场是利大于弊,国内企业也无需担心发展空间受限。由于市场空间足够大,那些经历过国产替代、技术创新、弯道超车等三波淘汰赛而胜出的黑马企业,还是有机会最终登上国际氢能产业“铁王座”的。这样判断的依据在于:以电动车、光伏产业为例,未来10-30年,如果中国会成为全球氢能产业火车头,那么,在氢能和燃料电池产业赛道上,就必然会出现一批类似宁德时代、隆基氢能、比亚迪,甚至是五菱宏光一般的产业链黑马企业。对于当下的国内企业而言,如何在接下来的产业化竞争中脱颖而出,成功进入下一个阶段赛道的目标似乎更为现实。毕竟,先有产业化,才会有后面的国产替代、技术创新、弯道超车的精彩故事。

(来源于氢云链)

责任编辑:Zeshuai

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