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燃料电池行业发展研究报告

2019年燃料电池行业发展研究报告

正文目录

1.风起亚洲，燃料电池商业化大幕拉起4

1.1.燃料电池将成氢能应用的发动机4

1.2.计划三倍提升能源自给率，日本通过氢能实现能源战略转型7

1.3.韩国发布氢能经济发展路线图，2025年建成10万辆氢燃料车生产体系8

1.4.国内发展氢能既有现实基础，亦有政策愿景9

2.上游原料端：

制氢、储氢与加氢11

2.1.制取：

电解水制氢是趋势11

2.2.储运：

高压气态储氢最常用，储氢材料是发展方向12

2.3.加氢站：

燃料电池发展必备基础设施，长期降本依靠核心设备国产化13

3.中游燃料电池系统：

以车用燃料电池（PEMFC）为例17

3.1.电堆：

燃料电池的核心部件17

3.2.气体循环系统：

主要部件包括空压机、氢气循环泵及储氢瓶19

4.车用氢能市场空间测算20

4.1.燃料电池汽车氢气需求测算20

4.2.车用燃料电池行业规模测算20

图表目录

图1：

燃料电池构成4

图2：

燃料电池构成4

图3：

燃料电池产业链4

图4：

燃料电池分下游出货数量（单位：

千台套）5

图5：

燃料电池分下游出货规模（MW）5

图6：

2015-2020年全球及中国市场燃料电池需求量及预测6

图7：

中国燃料电池汽车产量（辆）6

图8：

2016-2018年工信部推荐目录中燃料电池数量6

图9：

燃料电池分种类出货数量（单位：

千套）6

图10：

燃料电池分种类出货规模（MW）6

图11：

2011年福岛核电事故后日本进口能源比重剧增7

图12：

2011年起日本化石燃料占比快速提升7

图13：

韩国能源对外依赖度较高9

图14：

韩国替代能源和核电用电量提升较慢9

图15：

我国能源自给率较高（万吨标准煤）9

图16：

我国风电弃风问题长期存在（亿千瓦时）9

图17：

中国汽车工程学会对燃料电池汽车的发展规划10

图18：

全球制氢来源11

图19：

不同制氢方法制氢成本对比11

图20：

截至2018年底加氢站数量按地区分布13

图21：

截至2018年底加氢站数量按国家分布13

图22：

主要国家加氢站短期规划概况13

图23：

全球及各地区加氢站分布图14

图24：

加氢站主要设备15

图25：

200kg日加氢能力加氢站成本分布15

图26：

中国燃料电池产业区域竞争格局16

图27：

燃料电池成本构成17

表1：

不同燃料电池对比5

表2：

不同燃料电池对比7

表3：

韩国氢能产业发展规划8

表4：

2019年以来燃料电池发展受到政府频频关注9

表5：

北上广三地2020年燃料电池汽车推广目标可达9000辆10

表6：

制氢方法对比11

表7：

储氢技术对比12

表8：

各国加氢站规划（中国客车网数据）14

表9：

我国正在运营的加氢站统计14

表10：

佛山市南海区加氢站补贴标准16

表11：

2020年双极板单位成本可下降57%18

表12：

我国电堆部件研发目标部分提前达成，与国外仍有差距19

表13：

国内燃料电池汽车氢气需求空间测算（亿元）20

表14：

燃料电池系统市场空间测算（亿元）21

1.风起亚洲，燃料电池商业化大幕拉起

1.1.燃料电池将成氢能应用的发动机

燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，是发电装置而非储能装置。

燃料电池是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。

与锂电池不同，燃料电池没有储能功能，本质上只是一个能量转换器，更像是一台发电机。

它的工作原理是：

氢气通入阳极（负极），在催化剂的作用下被氧化成氢离子（质子）和电子，氢离子通过质子交换膜达到阴极（正极），和氧气结合生成水，而电子只能在电场的作用下通过外电路达到阴极，连续不断地反应就产生了电流。

燃料电池发电效率高、无噪声、污染小，是最有发展前途的发电技术。

与传统发电方式不同，燃料电池有自己的特殊性：

1）效率高，通过电化学反应把燃料的化学能（吉布斯自由能）直接转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，

效率很高；2）污染小，燃料电池用燃料和氧气作为反应物，有害气体（SOX,NOX）的排放量极少；3）无噪声，没有机械传动部件，故没有噪声污染。

从节约能源和保护生态环境的角度来看，燃料电池是最有发展前途的发电技术。

图1：

燃料电池构成图2：

燃料电池构成

资料来源：

XX图片，浙商证券研究所资料来源：

奥冠电池，浙商证券研究所

结合燃料电池的构成及工作原理，燃料电池产业链主要包括上游原料、中游燃料电池系统和下游应用。

1）上游原料端：

氢气和氧气是燃料电池的动力来源，其中氧气比较容易获得，主要是氢气的制取、储存和运输。

2）中游燃料电池系统：

主要包括燃料电池电堆、空压机、水泵、氢泵、储氢器、加湿器以及部分装配件，其中电堆是最核心的部分，在燃料电池中成本占比高达60%以上。

电堆又包括双极板、电解质、催化剂、气体扩散层。

3）下游应用：

主要包括固定发电、交通运输、便携式电子以及包含军事、航天在内的特殊领域。

图3：

燃料电池产业链

资料来源：

浙商证券研究所

全球燃料电池市场规模巨大，其中交通运输设备燃料电池将成为未来增长主力。

按照应用场景的不同，燃料电池可分为便携式燃料电池、固定式燃料电池和交通运输设备燃料电池。

其中便携式燃料电池应用于3C消费电子、辅助装置系统及无人机等领域，固定式燃料电池多应用于UPS、家用热电联产设备及边防发电装置，交通运输设备燃料电

池主要应用于新能源汽车领域。

根据日本富士经济预测，2025年全球燃料电池系统市场规模将增至3281亿元，其中

便携式燃料电池系统市场规模将达20亿元，固定式燃料电池系统市场规模将达1419亿元，交通运输设备燃料电池市场规模将达1842亿元。

2017年便携式燃料电池系统出货量约0.5万台套，占比为7.09%，出货规模为0.6MW，

占比0.09%；固定式燃料电池系统出货量约5万台套，占比达76.7%，出货规模为222.3MW，占比为33.75%；交通运输设备燃料电池系统出货量约1.06万台套，占比约15.04%，出货规模为435.7MW，占比为66.16%。

图4：

燃料电池分下游出货数量（单位：

千台套）图5：

燃料电池分下游出货规模（MW）

8080

6060

4040

2020

20142015201620172018f

资料来源：

E4tech，浙商证券研究所资料来源：

E4tech，浙商证券研究所

表1：

不同燃料电池对比

便携式

固定式

交通运输式

定义

包括小型辅助动力装置（apu）在内的可移动性装置

提供电力（有时也提供热量）的非移动性装置

为车辆提供推进动力或范围扩展的装置

功率范围

1Wto20kW

0.5kWto2MW

1kWto300kW

技术

质子交换膜燃料电池

（PEMFC）

直接甲醇燃料电池（DMFC）固体氧化物燃料电池（SOFC）

质子交换膜燃料电池（PEMFC）熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）碱性燃料电池（AFC）固体氧化物燃料电池（SOFC）磷酸燃料电池（PAFC）

质子交换膜燃料电池（PEMFC）直接甲醇燃料电池（DMFC）

举例

1.小型移动式辅助动力装置（露营车,船只,照明）2.军事应用（便携式军用电源、橇装发电机）3.便携式产品（手电筒,电池充电器）,小型个人电子产品（mp3播放器,相机）

1.大型固定式原动力及热电联产（CHP）

2.小型固定热点联合

3.不间断电源（UPS）

4.大型永久辅助动力装置（例如货车及船只）

1.物料搬运车辆

2.燃料电池电动汽车（FCEV）

3.卡车和公交车

4.轨道车辆

5.自动驾驶车辆（水陆空）

资料来源：

E4tech，浙商证券研究所

中国燃料电池需求量快速增长，预计未来将成为全球主要的燃料电池生产和销售国。

根据EVTank联合伊维经济研究院发布的《中国燃料电池产业发展白皮书（2018）》，数据显示2017年中国市场燃料电池实际需求量达到44.7MW，同比增长90.2%，主要由于汽车领域对燃料电池需求量的暴增。

2017年中国燃料电池汽车产量由2015年的10辆增加到2018年1528辆，而固定式和便携式领域燃料电池在中国市场的需求量进展缓慢。

根据EVTank预测，随着中国

燃料电池汽车市场的快速增长，2020年中国市场燃料电池的需求量将达到230.0MW，占全球的市场的比重由2015

年的3.9%上升到14.4%。

届时，中国将成为全球主要的燃料电池生产和销售国。

图6：

2015-2020年全球及中国市场燃料电池需求量及预测

1800

1600

1400

1200

1000

800

600

400

200

2015201620172018E2019E2020E

20%

15%

10%

资料来源：

EVTank，浙商证券研究所

图7：

中国燃料电池汽车产量（辆）图8：

2016-2018年工信部推荐目录中燃料电池数量

1800

1600

1400

1200

1000

800

600

400

200

20142015201620172018

100

201620172018

资料来源：

中汽协，浙商证券研究所资料来源：

工信部，浙商证券研究所

从燃料电池种类来看，质子交换膜燃料电池（PEMFC）应用最为广泛。

根据电解质的不同，燃料电池一般分为碱性燃料电池（AFC）、磷酸燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐电池（MCFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）、质子交换膜燃料电池（PEMFC）等五大类。

其中前三种类型工作温度不大于200℃，又称低温燃料电池，MCFC和SOFC的工作温度

大于650℃，叫做高温燃料电池。

质子交换膜燃料电池（PEMFC）出货数量与出货规模绝对领先，是目前应用前景最广阔的燃料电池技术。

PEMFC运行温度低于120℃，启动时间短，结构简单，尤其适用于汽车等交通工具，是未来发展最快的燃料电池技术。

PEMFC的不足在于技术难度较大，需使用铂作为催化剂，因此生产成本较高。

2017年，

PEMFC出货数量4.37万台套，占比62%，出货规模466.7MW，占比71%，出货数量与出货规模绝对领先，应用最为广泛。

图9：

燃料电池分种类出货数量（单位：

千套）图10：

燃料电池分种类出货规模（MW）

801000

AFCMCFCSOFCPAFCDMFCPEMFC

800

50600

30400

200

72.7

151.8

341

589.1

466.7

20142015201620172018f

资料来源：

E4tech，浙商证券研究所资料来源：

E4tech，浙商证券研究所

表2：

不同燃料电池对比

类型

质子交换膜燃料电

池（PEMFC）

碱性燃料电池

（AFC）

磷酸盐型燃料电池

（PAFC）

碳酸盐型燃料电池

（MCFC）

固体氧化物型燃料

电池（SOFC）

燃料

氢气、甲醇

纯氢

氢气

氢气、煤气、天然气、沼气等

氧化剂

空气、氧气

纯氧

空气、氧气

电解质

聚合物膜

氢氧化钾

磷酸盐基质

碳酸锂、碳酸钠、碳酸基质

稳定氧化锆等薄膜或薄板

催化剂

铂

无

铂

无

工作温度

80-100℃

90-100℃

190-200℃

600-700℃

700-1000℃

水管理

蒸发排水+动力排水

蒸发排水

气态水

发电效率

固定式35%运输

60%

40%

45%-50%

60%

发电能力

1kw-2mw

10-100kw

1kw-100kw

100-400kw

300kw-3mw

用途

备用电源、移动电源、分布式发电、运输、特种车辆

太空、军事

分布式发电

分布式发电、电力公司

辅助电源、电力公司、分布式发电

资料来源：

公开资料，浙商证券研究所

1.2.计划三倍提升能源自给率，日本通过氢能实现能源战略转型

2018年日本经济产业省公布了第五期《能源基本计划》，提出了面向2030年及2050年的能源中长期发展战略，未来发展方向是压缩核电发展，降低化石能源依赖度，举政府之力加快发展可再生能源，推进日本能源转型。

日本的能源资源严重依赖于海外供给，存在着相当程度的国家能源风险。

由于2011年的事故导致核电发展停滞等情况恶化，日本能源自给率从2010年度的20%降至2015年度的7%左右。

目前来看日本电能难以作为能源供应的主力，氢能作为日本作为一种清洁的二次能源，构建完成氢能制备、储存、运输和利用的国际产业链，对于日本有很高的战略价值。

因此，日本积极推进氢燃料发电、氢燃料汽车发展，推进“氢能社会”的构建。

图11：

2011年福岛核电事故后日本进口能源比重剧增图12：

2011年起日本化石燃料占比快速提升

0.95

0.9

0.85

0.8

0.75

0.7

20052006200720082009201020112012201320142015

100.03%

90.03%

80.03%

70.03%

60.03%

50.03%

40.03%

30.03%

20.03%

10.03%

0.03%

20052006200720082009201020112012201320142015

替代能源和核电化石燃料

资料来源：

世界银行，浙商证券研究所资料来源：

世界银行，浙商证券研究所

日本面向2030年发展规划是一个具体的、可预见的行动纲领，依靠现有的人才、技术创新、基础设施完善和系统开发，设定了明确的发展目标：

⚫削减能耗：

到2030年能耗总量要削减0.5亿千升油当量，2016年度能耗总量已削减880万千升油当量；

⚫零排放电力比例：

2016年度的数据约为16%（可再生能源15%，核能为2%）。

到2030年实现零排放电力占比44%的目标，其中可再生能源发电在总发电量中占比要提升至22%~24%，核电占比将要降至20%~22%，化石燃料电力占比减少至56%；

⚫二氧化碳排放量：

2016年度为11.3亿吨，到2030年要削减至9.3亿吨；

⚫电力成本：

2013年电力支出9.7万亿日元，2030年要削减到约9.2-9.5万亿日元；

⚫能源自给率：

2016年为8%，2030年要达到24%。

1.3.韩国发布氢能经济发展路线图，2025年建成10万辆氢燃料车生产体系

2019年1月，韩国政府发布“氢能经济发展路线图”，计划到2025年建成10万辆氢燃料车生产体系。

具体来

看，根据该路线图，韩国政府计划到2019年底，在国内普及4000辆以上氢燃料电池汽车；到2025年，建立年产量

10万辆氢燃料电池汽车的生产体系；到2040年，将分阶段生产620万辆氢燃料电池汽车。

其中，韩国政府计划在公

共交通领域普及氢燃料电池汽车，力争到2022年有2000辆、到2040年有4万辆氢燃料电池公交车投入使用。

此外，

到2021年，韩国警方将用氢燃料电池汽车替换820辆警务大巴。

表3：

韩国氢能产业发展规划

2018

2019E

2022E

2030E

2040E

氢能源汽车（保有量）

2000

4000

81000

1800000

6200000

其中：

公交车

2000

41000

出租车

80000

卡车

30000

加氢站

310

1200

发电量（GW）

资料来源：

新华网，浙商证券研究所

韩国能源对外依赖度较高，因而大力发展替代能源，但提升速度较慢。

韩国能源结构与日本类似，长期依靠进口能源，能源安全问题较为突出。

根据世界银行数据，韩国近年用电量稳步上升，同时能源对外依赖度也不断提升，2005年能源进口比例为79.55%，至2014年提升近82%，期间能源对外依赖一度超过83%。

因此，韩国政府希望大幅提

升替代能源的使用水平，例如2009年在首尔计划推广氢燃料电池的使用，提出到2020年使氢燃料电池的使用量占首尔全部替代能源使用量的30%。

数据显示。

2009年以来，韩国替代能源和核电用电量增长并不快，至2014年仅占全国用电量的15.5%，较2009年的16.5%反倒有所降低。

图13：

韩国能源对外依赖度较高图14：

韩国替代能源和核电用电量提升较慢

600000

500000

400000

300000

200000

100000

84%

83%

82%

81%

80%

79%

78%

85000

80000

75000

70000

65000

20%

15%

10%

-5%

2005200620072008200920102011201220132014

用电量（GWh）能源进口比例

77%

60000

2005200620072008200920102011201220132014

替代能源和核能用电量（GWh）同比增速

-10%

资料来源：

世界银行，浙商证券研究所资料来源：

世界银行，浙商证券研究所

1.4.国内发展氢能既有现实基础，亦有政策愿景

氢能建设有关内容首次写入政府工作报告，行业发展受到政府关注。

3月19日国务院在今年的政府工作报告中提出“推进充电、加氢等设施建设”，此后燃料电池行业频频受到有关部门的关注。

此后在2019年的新能源补贴政策中，燃料电池相关政策也被明确将被另行制定，且地方补贴也可持续，而非像锂电池汽车一样取消。

4月23日，工信部新闻发言人亦表态将联合有关部门开展氢燃料电池汽车的示范运行。

我们认为，燃料电池行业在导入期受到政府支持，将有利于行业突破原有的政策桎梏，并在技术研发、市场开拓上获得助力。

表4：

2019年以来燃料电池发展受到政府频频关注

时间