2018年氢燃料电池行业研究报告
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导语
根据OFweek统计合格证口径数据，2018年我国燃料电池汽车产量为1619辆，带动燃料电池需求51MW;相比2017年的产量1275辆，同比增加27%。
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来源：国泰君安
▌核心投资逻辑
氢能时代来临，燃料电池前景广阔。
1.2019年两会期间，氢能被首次写入政府工作报告，“继续执行新能源汽车购置优惠政策，推动充电、加氢等设施建设”。
2.氢燃料电池汽车是未来极具竞争力的新能源汽车技术，传统汽车强国纷纷推出燃料电池战略规划。美国、日本、韩国、中国等各国，目标在2030年，分别达到百万辆燃料电池汽车累计销量，以及千座加氢站。
3.目前燃料电池汽车约50%的成本为燃料电池系统，氢燃料电池成本有望大幅下降。
IEA预计在2030年，燃料电池汽车可以下降到目前价格的56%左右，相对其他技术类型的汽车，将具有足够的经济性。尤其在货运及重型交通领域，氢燃料电池汽车是取代传统燃油汽车的根本途径。
产业链设备先行，燃料电池、加氢站、储运等环节优先受益。
1. 燃料电池产业链分为制氢、储运、加氢、燃料电池、终端应用等各个环节。
2.中游燃料电池环节:随着未来产量规模的提升，燃料电池成本将大幅下降。车用80kW燃料电池系统成本平均为45美元/kW(年产50万套的规模)，其中燃料电池堆成本为19美元/kW。辅助系统关键部件的成本为26美元/kW，主要为空气压缩机、氢气循环系统、增湿器的成本。
3.全球加氢站运营数量达到369座，美日德拥有全球2/3的加氢站。我国加氢站42%的成本为压缩机、其次是储氢19%、冷却设备12%。
竞争格局:技术研发取得重大进展，产业化尚待提升。
1.燃料电池系统总体技术接近国际先进水平。海外商用车发动机供应商为Ballard、Hydrogenics;国内亿华通、新源动力等。
2.空压机:国内车用燃料电池空压机基本依赖进口，海外供应商Honeywell、Opcon等。
3.我国氢燃料电池汽车初期以公交及商用车为主，主要为35Mpa加氢站。储氢瓶海外以70MPaIV型瓶为主，我国为35MPaIII型瓶。
▌氢能时代来临，燃料电池前景广阔
氢能被首次写入政府工作报告
2019年两会期间，氢能首次被写入政府工作报告。2019年政府工作任务，“继续执行新能源汽车购置优惠政策，推动充电、加氢等设施建设”。对于氢能来讲，这是第一次单独提出来，在国家政府工作报告中出现，具有重大意义。
氢作为一种清洁能源和良好的能源载体，具有清洁高效、可储能、可运输、应用场景丰富等特点。氢燃料电池是一种以电化学反应方式将氢气与空气(氧气)的化学能转变为电能的能量转换装置。由于不经过高温
燃烧过程，氢燃料电池唯一的排放产物是水，没有污染物排放;只要能保障氢气的供给，燃料电池将会持续输出电能。
氢燃料电池汽车不仅是未来货运交通电动化的必然选择，更是未来实现氢能经济的重要元素。燃料电池技术可帮助氢能在电力、液体燃料、热力在三网之间实现清洁高效转化，使得原本分离的电网、气网、热网彼此形成衔接，从而大幅提升能源系统的整体运行效率。因此，加快推广氢燃料电池汽车技术对我国长期能源转型具有重要战略意义。
传统汽车强国纷纷推出燃料电池战略规划
正是认识到氢能源电池汽车技术的独特优势，美国、日本、德国、韩国等传统汽车制造强国纷纷将氢燃料汽车技术作为未来替代内燃机汽车技术的战略选择。
日本丰田早在2014年底推出全球首款量产燃料电池乘用车Mirai;也将燃料电池技术应用于重型商用卡车。本田、现代、通用等传统燃油汽车企业也已向市场推出量产车型。
(1) 日本:2017年12月发布的“基本氢能战略(”BasicHydrogenStrategy)概述了首个以氢能为中心的政策。日本还主办了第一次氢能部长级会议，概述了加速氢能技术进步的四个关键领域。
(2) 美国:2018年7月，加州燃料电池协会，发布了一份愿景报告，目标是到2030年，100万辆燃料电池汽车和1000个氢燃料站。
(3) 澳大利亚:2018年8月，澳大利亚政府发布了国家氢能路线图，并宣布计划于2019年12月发布其氢气战略。
(4) 韩国:2019年1月，韩国政府宣布了其氢路线图，目标是到2040年，燃料电池汽车的生产能力将达到630万台，氢燃料站将达到1200个。
氢燃料电池:成本有望大幅下降，将具有经济性氢燃料电池汽车、纯电动汽车及插电式混合动力汽车同为当前最具代表性的新能源汽车技术路线。
根据IEA的技术对比：
(1)从环境影响而言，当前氢燃料电池汽车的全生命周期排放强度虽普遍高于纯电动汽车，但明显低于燃油汽车;
(2)从车辆性能而言，目前燃料电池乘用车续航里程可达到500公里以上，明显高于一般电动汽车续航水平，且氢燃料加注速度快，解决了长期困扰纯电动汽车发展的续航里程焦虑和快速补充能源问题。
(3)在低温启动、电池循环寿命与回收等工程技术层面，氢燃料汽车也接近内燃机车辆水平。
氢燃料电池汽车价格在未来有望大幅下降。2015年，丰田公司宣布最新的氢燃料电池汽车在试运行期价格是6万美元，但是该价格可能主要反映的是客户的支付意愿，而不是生产汽车的成本，因为氢燃料电池汽车目前主要是针对高收入群体和汽车技术爱好者，并且要求在居住地附近有相应的加氢站。
降低成本是发展氢燃料汽车的关键。燃料电池系统的高成本增加了整个汽车的成本，未来的主攻方向是如何在减小成本的同时延长使用寿命。降低燃料电池系统的成本从理论上讲是可行的，并且很大程度上决定了整个汽车的成本。
但是高压罐的成本却较难下降，因为高压罐的成本很大程度上取决于昂贵的复合材料，所以目前的研发重点集中在降低高压罐的复合材料成本。电池和电力控制系统的成本随着技术的进步都会有一定的下降，因为材料的限制不会下降得太多，但是高技术的融入会延长电池使用寿命，从而提高整个汽车的使用性能。
氢燃料电池汽车同时具备与纯电动汽车相当的节能减排效益和与传统汽柴油汽车相近的车辆性能，是未来极具竞争力的新能源汽车技术路线。特别在货运及重型交通领域，氢燃料电池汽车往往被认为是取代传统燃油汽车的根本途径。
氢燃料电池:货运及重型交通等领域具有更强优势
氢燃料电池在重型交通领域，具有明显的优势。随着车重和续航的提升，燃料电池汽车成本将逐步接近甚至低于纯电动汽车。
根据Cano,Zachary&Banham的研究，轻型客运方面，续航里程在600公里以内，纯电动汽车的成本要明显低于氢燃料电池汽车，但在600公里以上，电动汽车的成本大幅上升，超过燃料电池汽车成本。
重型货运方面，续航里程400公里以上，燃料电池汽车成本将显著低于纯电动汽车成本。因此，相对锂电池，氢燃料电池在重型交通领域，具有更强的技术适应性。
燃料电池汽车增长迅速，客车、货车是主要应用领域
近年来我国燃料电池汽车产销量保持每年千辆左右，主要为客车和专用车辆。根据OFweek统计合格证口径数据，2018年我国燃料电池汽车产量为1619辆，带动燃料电池需求51MW;相比2017年的产量1275辆，同比增加27%。
就销量结构上看，我国氢燃料电池车以客车和专用车为主，其中专用车产量(含货车、环卫车等)为909辆，相比2017年增长尤为明显，客车产量为710辆。中通汽车、飞驰汽车两家企业占据全国总产量的70%以上。
我国氢燃料电池汽车路线图发布
我国氢燃料电池汽车的发展愿景是:到2030年实现百万辆氢燃料电池汽车上路行驶，到2050年与纯电动汽车共同实现汽车零排放。发展目标:
(1) 到2020年，燃料电池汽车示范规模累计达到5,000辆，其中，燃料电池商用车占比60%，乘用车占比40%;加氢站超过100座。
(2) 到2025年，燃料电池汽车推广规模累计达到5万辆，其中，燃料电池商用车1万辆，乘用车4万辆;加氢站超过300座。
(3) 到2030年，燃料电池汽车推广累计超过100万辆，加氢站超过1,000座，可再生能源制氢达到50%以上。
根据我国氢燃料电池发展路线图，加氢站的规模需要与氢燃料电池汽车相匹配。我国氢燃料电池汽车初期以公交及商用车为主，因此主要以35Mpa加氢站为主。
2020年后，氢燃料电池轿车开始推向市场，70Mpa加氢能力的加氢站显著增加。同时，随着加氢站数量的增加，加氢站与加油站、充电站的混合形式能源站成为主要形式
补贴力度持续，扶持氢燃料电池快速发展
我国中央和地方对燃料电池的财政补贴力度持续，扶持氢燃料电池快速发展。2019年3月26日，财政部、工信部、科技部和发改委联合发布《关于进一步完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》，补贴政策的主要变化:3月26日-6月25日为过渡期，期间销售上牌的燃料电池汽车按2018年对应标准的0.8倍补贴;地方补贴过渡期后不再对新能源汽车(新能源公交车和燃料电池汽车除外)给予购置补贴，转为用于支持充电(加氢)基础设施“短板”建设和配套运营服务等方面。
▌产业链设备先行:制氢、储运、加氢、电池系统
产业链结构
从制氢、储运、加氢、电池系统到应用在氢燃料电池产业链中，上游是氢气的制取、运输和储藏，在加氢站对氢燃料电池系统进行氢气的加注;中游是电堆等关键零部件的生产，将电堆和配件两大部分进行集成，形成氢燃料电池系统;在下游应用层面，主要有交通运输、便携式电源和固定式电源三个方向。
氢能和燃料电池的关键技术主要是氢能的生产工艺、燃料电池技术、氢燃料的运输与配送等。
燃料电池系统:总体技术接近国际先进水平
燃料电池车用动力系统主要包括燃料电池发动机、动力电池、电机驱动系统、控制系统、DCDC直流变换器。
我国攻克了车用燃料电池动力系统集成、控制和适配等关键技术难点，形成了燃料电池系统、动力电池系统、DC/DC(直流/直流)转换器、驱动电机、储氢与供氢系统等关键零部件部件配套研发体系，总体技术接近国际先进水平。
以同济大学新能源汽车工程中心为主的氢燃料电池轿车动力系统研发团队和以清华大学汽车安全与节能国家重点实验室为主的氢燃料电池客车动力系统研发团队，在车用燃料电池动力系统平台技术方面取得重要进展。
国内燃料电池发动机开发模式与国外不同，国外采用全功率型发动机，国内则采用氢-电混合燃料电池发动机。
国内有北京亿华通、新源动力、上海重塑、广东国鸿重塑等企业开发出30kW以上燃料电池发动机。
目前装载北京亿华通燃料电池发动机的客车租赁车队(北京60辆燃料电池团体客车)和燃料电池公交车车队(张家口74台燃料电池公交车)已正式投入商业化运营;装载上汽集团自主研发的燃料电池发动机的FCV80实现了百台级的销售和日常运营;上海重塑的燃料电池发动机装载了500台物流车投入商业化运营。
电池堆:
占据燃料电池的主要成本电堆是燃料电池的主要成本，年产1,000套系统与年产50万套系统，电堆占燃料电池成本分别为66%、42%。
根据DOE的估算，车用80kW燃料电池系统成本平均为45美元/kW(年产50万套的规模)，其中燃料电池堆成本为19美元/kW。
从成本敏感性因素分析来看，膜电极的比功率、贵金属铂的用量及膜成本是决定成本的关键因素。另外，辅助系统关键部件的成本为26美元/kW，空气压缩机、氢气循环系统、增湿器的成本是关键因素。
电堆是发生电化学反应的场所，也是燃料电池动力系统核心部分，由多个单体电池以串联方式层叠组合构成。将双极板与膜电极交替叠合，各单体之间嵌入密封件，经前、后端板压紧后用螺杆紧固拴牢，即构成燃料电池电堆。
电堆工作时，氢气和氧气分别由进口引入，经电堆气体主通道分配至各单电池的双极板，经双极板导流均匀分配至电极，通过电极支撑体与催化剂接触进行电化学反应。
国外乘用车厂大多自行开发电堆，并不对外开放，例如丰田、本田、现代等。也有少数采用合作伙伴的电堆来开发发动机的乘用车企业，例如奥迪(采用加拿大巴拉德定制开发的电堆)和奔驰(采用奔驰与福田的合资公司AFCC的电堆)。
目前国外可以单独供应车用燃料电池电堆的知名企业主要有加拿大的Ballard和Hydrogenics，欧洲和美国正在运营的燃料电池公交车绝大多数采用这两家公司的石墨板电堆产品，已经经过了数千万公里、数百万小时的实车运营考验，这两家加拿大电堆企业都已经具备了一定产能，Ballard还与广东国鸿设立了合资企业生产9SSL电堆。
此外还有一些规模较小的电堆开发企业，例如英国的Erlingklinger，荷兰的Nedstack等，在个别项目有过应用，目前产能比较有限。
国内能够独立自主开发电堆有大连新源动力和上海神力企业，大连新源动力采用的是金属板和复合板的技术路线，与上汽合作，开发了荣威950乘用车和上汽V80客车。
上海神力成立于1998年，是中国第一家专业的燃料电池电堆研发生产企业，目前两家都建成了燃料电池电堆中试线，正处于从小批量到产业化转化的关键阶段。另外有一些新兴的燃料电池电堆企业，例如弗尔塞、北京氢璞、武汉众宇等，也开发出燃料电池电堆样机和生产线，正处于验证阶段。
空压机:
燃料电池氢氧供应的重要部件空压机则是空气压缩机，是车用燃料电池氢氧供应系统的重要部件，它将常压的空气压缩到燃料电池期望的压力，由于燃料电池内部的化学反应对环境“苛刻”的要求，参与反应的空气(其中的氧气)的温度、湿度、压力和流量需要空压机进行控制与调整。常见的空压机类型有滑片式、涡旋式、螺杆式与离心涡轮式等。
氢气循环泵:
国内主要依赖进口设备典型的氢气供应系统HSS包括高压储氢瓶、减压阀、压力调节阀、循环装置(循环泵或引射器)、稳压罐、传感器、各种电磁阀及管路等。HSS通过高压储氢瓶提供电堆所需的氢气，根据电堆的工况特性，对氢气进行调压、加热、加湿，并通过循环装置对电堆出口氢气进行循环利用。
为保证PEMFC稳定高效运行，同时提高氢气利用率，通常采用氢气循环的方法，即氢气把电堆内部生成的水带出后，经水气分离装置将液态水分离，再将氢气循环送回到电堆阳极重复使用，同时对新鲜氢气进行加湿。
目前氢气循环泵依赖进口，美国Park公司开发出氢气循环泵可用于不同的氢燃料电池汽车。
国内目前没有替代品，主要是由于氢气循环泵的氢气密封和水汽腐蚀和冲击问题难以解决，国外也仅有几家能够提供解决方案。国内雪人股份、广顺新能源、汉钟精机等企业正在进行氢气循环泵的研发。
加湿器:国际主流技术为Gas-to-Gas
目前国际上的主流技术是Gas-to-Gas加湿器。国外已经有许多厂家开发出加湿器，并已形成产品，能够满足备用电源到氢燃料电池公交车用加湿需要。如美国的Perma-Pure生产的管式加湿器、加拿大Dipont生产的板式加湿器、德国Mann-Hummel生产的板式和管式加湿器和德国FreudenbergFCCT生产的管式加湿器等。国内生产燃料电池车用加湿器的厂家非常少，且性能亟待提高。
国外以70MPaIV型瓶为主车载供氢系统为燃料电池发动机提供燃料供给，分硬件和控制系统两部分;硬件系统包括碳纤维缠绕铝内胆储氢瓶、组合式瓶阀、溢流阀、减压阀、压力/温度传感器等组成。
我国使用的压力为35MPa的碳纤维缠绕金属内胆气瓶(III型)的储氢密度为3.9%，通过提高压力到70MPa可达5%;而采用碳纤维缠绕塑料内胆气瓶(IV型瓶)储氢密度可以进一步提高到5.5%。我们在IV型气瓶方面尚没有掌握制造技术，在70MPa的III型气瓶方面仅有研发成果，没有产品。
制氢:
SMR和碱性电解槽是经济性相对较好的方式我国氢气产能超过2,000万t/a，但生产主要依赖化石能源，消费主要作为工业原料，清洁能源制氢和氢能的能源化利用规模较小。
(1)氢气供给:国内由煤、天然气、石油等化石燃料生产的氢气占比接近70%，工业副产氢(焦炉煤气、氯碱等)占比约为30%，电解水制氢占比不到1%。
(2)氢气需求:基本为工业用途，如合成氨、合成甲醇、石油炼化等;用于交通领域的燃料电池汽车占比不到1%。
储运:储运环节产业化有待提升
储存:压缩机是储氢的关键技术
通常制氢后得到的氢气通过压缩途径储存。将氢气通过压缩机压缩，存
储在中低压压力等级的储氢罐。当制得的氢气量足够大时，利用地下气穴储存，地下存储的氢气压力水平范围为2MPa至18MPa。若设备允许，氢气可以通过低温液化，储存到低温储氢罐，其储氢量相比压缩储氢要大得多;同等空间下，压缩储氢提供氢储量100kWh，而低温液态存储可达100GWh。对于压缩氢气储氢，压缩机是储氢的关键技术。
运输:
氢能运输能力有待提升相比上游制氢行业，氢能储运和加注产业化较为滞后。压缩氢气与液态、固态和有机液体储氢技术相比相对成熟，但产业化仍有距离。我国压缩氢气主要通过气氢拖车和氢气管道两种方式运输。
(1)气氢拖车:装运的氢气重量只占运输总重量的1%~2%，比较适用于运输距离较近、输送量较低、氢气日用量为吨级或以下的用户。目前，国内加氢站的外进氢气均采用气氢拖车进行运输。
(2)气氢管道:运输应用于大规模、长距离的氢气运输，可有效降低运输成本。国外气氢管道输送相对国内较成熟，美国、欧洲已分别建成2400km、1500km的输氢管道。我国目前氢气管网仅有300~400km，最长的输氢管线为“巴陵-长岭”氢气管道，全长约42km、压力为4MPa。
加氢:燃料电池汽车普及的关键因素
全球范围来看，我国加氢站建设相对缓慢加氢站是燃料电池汽车供应链中一个至关重要的因素，提供加氢站网络建设是普及燃料电池车的先决条件。加氢站的设置在很大程度上是由每日氢燃料的需求量、车载氢燃料的储存方式，以及氢燃料的制造和运输方式等决定的。
不同规模的加氢站采用不同的运输方式。一个小的加氢站初始阶段可能每天只需要50kg到100kg，但是在成熟以后的市场里，加氢站每天可能会需要2,000kg氢燃料。
对于小加氢站，可以采用氢气气体罐运输或者现场制氢，而对于日用氢量大于500kg且没有现场制氢的加氢站，液化运输和管道运输是最好选择。
在终端加氢设施方面，截至2018年9月，我国在运营的加氢站有17座，在建的加氢站38座。目前国内已建和在建站以35MPa为主，也正在规划建设70MPa加氢站，暂无液氢加氢站。
根据LBST的数据，2018年全球运营的加氢站数量达到369座，主要分布在日本、美国、德国，前三个国家拥有全球2/3的加氢站。其中，日本运营数量102座，美国77座，德国66座，法国17座，英国17座，中国15座。运营的369座加氢站中，其中273座对外开放，其余的仅限对公共汽车等开放。
(1) 氢能需求不足，导致加氢站投入平均成本过高、难以大规模铺设;
(2) 国内加氢站成本过高，建设及运营经验不足，加氢站建设运营管理制度体系缺位，加氢站建设运营等行政审批程序不通畅等多方面因素，又使得我国加氢站推广缓慢。
根据交能网数据，目前加氢站建设成本较高，我国一个日加氢能力为200kg的加氢站成本约为1,000万元，欧洲同等量级的加氢站所需成本与国内相当。
建设成本方面，对应日加氢量为200kg的串级高压储氢加氢站，其成本42%约为压缩机。其次是储氢设备占比约为19%;冷却设备占比约11%。对于采用低温液态氢的加氢站，避免了压缩机、冷却设备的投入，成本将在600万元以下。
运营成本方面，能耗来自增压设备和冷却设备的能耗，低温液态加氢，不需要冷却装置，增压能耗较低，因此液态加氢站的运营成本也相对气体加氢站较低;但如果制氢地点与加氢站距离较近时，氢气液化和液态氢气的运输成本都更高，将导致终端成本较高。因此，加氢站的设计应当因地制宜，综合各项成本。
▌成本拆解:产量规模增加，燃料电池成本有望下降
终端用氢成本主要包括制氢、储氢、加氢等三部分。根据国家发改委能源研究所测算，终端用氢价格在35-50元/kg，预计随着用氢规模扩大、技术进步等，用氢成本将下降至25-40元/kg。
目前我国中央和地方财政对氢燃料电池产业扶持力度较大。我国燃料电池产业发展还处于初期，如果未来政府补贴政策发生变化，补贴出现退坡，一定程度将影响燃料电池产业的发展。
在国际上，燃料电池在关键技术尤其是寿命上已经取得了突破，并进入了小批量试运行以及降低成本的阶段。目前，制约我国氢燃料电池汽车发展的瓶颈包括燃料电池耐久性问题、关键材料及核心零部件问题与氢供给难题等技术性制约因素。目前国内燃料电池方面的主要技术风险是来自如何通过技术手段降低系统的成本，并提高燃料电池发动机的使用寿命。
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