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燃料电池汽车行业分析报告
2014年燃料电池汽车行业分析报告
2014年12月
目录
一、燃料电池：
清洁、高效、成长快3
1、燃料电池工作原理3
2、燃料电池的市场空间5
二、燃料电池汽车：
商业化条件已具备6
1、质子交换膜燃料电池堆8
2、高压储氢罐11
三、量产版燃料电池汽车问世12
1、丰田Mirai12
2、2015款现代途胜燃料电池汽车14
四、加氢站：
分布集中，以点带面15
五、燃料电池上市公司：
市场预期乐观17
六、重点公司简况18
1、上汽集团19
2、宇通客车19
3、东岳集团19
4、北京碧空20
5、大连新源动力20
6、舜华新能源20
七、风险因素21
燃料电池汽车融合了内燃机汽车和纯电动汽车的优点，不仅排放几乎为零而且续驶里程足够长，是新能源汽车的终极解决方案。
随着丰田首款量产型燃料电池汽车Mirai上市，燃料电池汽车再次成为全世界的焦点。
2015年开始，本田、通用、大众、福特、奔驰等汽车制造商均计划在3年内向市场投放燃料电池车型。
量产车型的上市标志着燃料电池汽车已具备商业化的条件，全球燃料电池汽车产业将进入高速发展期，社会关注度也将达到前所未有的高点，由此带来的投资机会不容忽视。
一、燃料电池：
清洁、高效、成长快
1、燃料电池工作原理
燃料电池是一种原电池（也称为一次电池，与二次电池相对应，二者区别在于原电池不能充电），借助于电化学过程，可将燃料的化学能直接转换为电能，转换效率在40%～60%。
燃料电池主要由正极、负极和电解质三部分组成。
根据电解质的类型，可将其分为六类：
质子交换膜燃料电池（PEMFC）、碱性燃料电池（AFC）、磷酸燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、固态氧化物燃料电池（SOFC）和直接甲醇燃料电池（DMFC）。
不同类型的燃料电池具备完全不同的技术特征，工作温度、功率大小、工作效率彼此差别很大，应用场合也不尽相同，但工作原理大同小异，整个反应的生成物只有水，具体工作过程如下：
1.燃料（多为氢气）和氧化剂（多为氧气）分别持续供给阳极和阴极；
2.阳极处，在催化剂的作用下，电子从燃料中释放，反应式为：
H2→2H++2e
3.由于阳极和阴极之间存在电位差，电子经外电路、负载流向阴极，同时燃料的正离子经由电解质流向阴极，形成放电回路；
4.阴极处，氧化剂与正离子发生化学反应，并生成反应物（多为水），反应式为：
2、燃料电池的市场空间
目前，燃料电池主要应用于固定式发电、交通运输和便携电源三大领域。
2013年，全球燃料电池系统出货量约35,000套，销售规模达13亿美元，2008年至2013年的复合增长率分别为32.0%和34.1%，保持较高增速。
固定式发电是燃料电池全球第一大应用领域，亚洲地区尤为明显。
松下、东芝等公司推出的“Ene-Farm”家庭燃料电池在日本获得了不错的销量，仅2013年这一数字就超过了26,000套。
与固定式发电不同，车载燃料电池系统的运行环境，如安装空间、工作温度更加苛刻，商业化的难度更大。
因此在交通运输领域，燃料电池叉车是目前主要的应用对象，2013年美国市场的销量超过1000台。
预计到2017年，全球主要的汽车制造商都将推出量产版的燃料电池乘用车，一个巨大的市场空间正在被打开。
便携式电源方面，2013年全球的出货量在1500台左右，市场规模较小，主要用作移动电子设备的充电器。
二、燃料电池汽车：
商业化条件已具备
作为燃料电池的一个重要应用领域，燃料电池汽车具有无比广阔的发展前景。
与内燃机汽车相比，燃料电池汽车的能量转化效率高出近一倍，而且近乎零排放；与纯电动汽车相比，续驶里程不再受限，燃料补给时间也大大缩短。
放长远看，整车成本将进一步降低，加氢站也会越来越多，燃料电池汽车在产品属性、消费体验等环节全面占优，未来规模化应用是大概率事件。
从整车结构看，燃料电池汽车与纯电动汽车较为相似，二者都是由电机驱动，最大的区别在于燃料电池汽车的电能主要来源于车载燃料电池系统，蓄电池作为辅助能量源。
这主要是因为燃料电池系统进行过高或过低功率输出时，工作效率会显著降低，因此辅以较小容量的蓄电池，在燃料电池系统的低效工作区间为驱动电机提供能量。
车载燃料电池系统是燃料电池汽车的核心，由质子交换膜燃料电池堆和高压储氢罐组成，其成本约占到整车成本的45%。
受益于近年燃料电池技术的突飞猛进，2008年至今车载燃料电池系统的成本下降50%以上，系统性能已能满足整车要求，商业化的条件已经具备。
但若要大规模推广，寿命和成本与传统内燃机汽车相比仍缺乏竞争力。
1、质子交换膜燃料电池堆
考虑到整车安装空间有限且稳定性要求较高，质子交换膜燃料电池是车载燃料电池系统的最佳选择。
质子交换膜燃料电池堆由数百个燃料电池单体和空气循环系统、冷却系统、传感器等附件共同组成。
其中，燃料电池单体的成本占到燃料电池堆总成本的50%左右。
2008年至今，质子交换膜燃料电池技术已经取得了巨大的进步。
如果能够大规模生产（50万套/年），质子交换膜燃料电池系统的成本可降至5000美元左右（55美元/kW），工作寿命也达到2500小时（相当于12万公里）。
可以说，车载燃料电池技术已具备商业化的条件。
但与传统内燃机相比，若要保持足够的竞争力，质子交换膜燃料电池堆的成本需要进一步降至30美元/kW，寿命也要提高一倍至5000小时（相当于24万公里）。
质子交换膜燃料电池单体由催化剂、双极板和电解质三部分组成。
考虑规模经济带来的成本下降（年产50万套），2013年单体成本约为27美元/kW，催化剂、双极板和质子交换膜成本分别占单体成本的46%、24%和11%。
催化剂：
阴极和阳极有效催化剂仍以铂族金属（PGM）为主。
目前，铂金的现货价格约为1200美元/盎司，质子交换膜燃料电池堆的PGM需求量约为0.25~0.3g/kW。
一个100kW的车载燃料电池系统，PGM的成本达到1200美元左右，约占系统总成本的1/4。
双极板：
作用主要有三个：
一、分隔反应气体，二、充当导体将各个单体电池串联起来，三、通过流场为反应气进入电极及水的排出提供通道。
常用的有石墨双极板和金属双极板两种，前者更为常见。
电解质：
在一定的温度和湿度条件下，具有选择透过性，只容许H+（质子）通过，而不容许H2分子及其它离子通过。
目前采用最多的是全氟磺酸型固体聚合物交换膜（Nafion膜，由杜邦公司生产）。
2、高压储氢罐
乘用车车载燃料电池系统的高压储氢罐一般储存6kg左右的高压氢气，可保证燃料电池汽车与内燃机汽车具有相当的行驶里程（600km），储氢罐的体积和重量将分别在240L和130kg左右。
整个储氢罐的成本估计在3300美元左右。
为使储氢罐的体积尽可能小，储氢罐中氢气的压力越高越好，目前国际上主流高压储氢罐的压力级别已提升至700bar。
由于罐中氢气压力较高，储氢罐必须有很高的强度，同时为了使其重量尽可能轻，碳纤维复合材料得到大量应用，其重量和成本均占到整个储氢罐的60~70%。
三、量产版燃料电池汽车问世
1、丰田Mirai
丰田全新燃料电池汽车Mirai于2014年12月15日正式在日本上市销售，售价723万日元，若考虑日本政府的补贴，消费者实际支付价格为520万日元；美国市场的售价为57,500美元，在享受联邦和州两级优惠政策后，价格会降至45,000美元。
Mirai的长宽高分别为4870mm/1810mm/1535mm，轴距为2780mm，是一款B级车。
按整车尺寸，已上市的新能源汽车中福特插电式混合动力车型FusionEnerg与之最为接近，售价约为35,000美元。
Mirai补贴后的价格高于同级别插电式混合动力车型，估计与同级别纯电动车型相当。
Mirai驱动电机的功率为113kW，峰值扭矩335N.m，相当于一台2.0L自然吸气汽油发动机的动力水平，百公里加速10秒以内。
Mirai的燃料电池堆栈由370片质子交换膜燃料电池单体组成，体积约为37L，可输出114kW的发电功率，体积能量密度达3.1kW/L，为世界顶尖水平。
Mirai的两个高压储氢罐，大小相当，内部容积之和为122.4L，采用700bar压力可储存5公斤氢气。
高压储氢罐采用了大量碳纤维，以获得较轻的重量，估计两个储氢罐的重量在90kg左右。
Mirai充氢5分钟即可行驶约500公里。
除燃料电池堆栈外，Mirai在后轴上还布置了一个1.6kwh的镍氢电池组，在整车负载低的时候可以单独为电机供电；当整车负载高的时候，可以弥补燃料电池堆栈的不足，提供额外的功率；当车辆减速时，也可以存储制动能量。
另外，Mirai不会产生CO、CO2、PM、NOx等污染物，排放物只有水，实现了真正的零排放。
2015年，Mirai的全球销量目标700辆，其中日本400辆，美国和欧洲分别200辆和100辆。
近期，丰田投入逾1.6亿美元提升Mirai产能，以满足火热的市场需求，随着加氢站数量不断增加，预计到2017年销量将达到3,000辆。
2、2015款现代途胜燃料电池汽车
2014年5月，2015款现代途胜氢燃料电池汽车正式在美国加州上市。
目前，新车只能通过租赁方式使用，每月租金499美元，租期三年。
租赁期内，现代将为用户提供免费加氢、免费保养维护以及上门服务等优惠方案。
燃料电池版途胜在外观和内饰方面与燃油版基本保持一致，长宽高分别为4406/1820/1654mm，轴距为2637mm，仍为一款紧凑型SUV。
驱动电机最大功率100kw、峰值扭矩300Nm，0-100km/h加速用时12.5秒，略逊色于汽油版途胜。
车载燃料电池系统最大发电功率100kw，采用质子交换膜燃料电池，其电化学反应的生成物只有水，不会对环境造成任何污染。
两个高压储氢罐内部容积之和为144L，可储存700bar的高压氢气5.63kg，能够供汽车行驶430公里，而整个加氢过程仅需10分钟。
另外，新车还配备了一个容量为0.95kwh的锂离子电池组与燃料电池系统协同工作，提高燃料电池的工作效率。
四、加氢站：
分布集中，以点带面
H2stations的数据显示，截止2014年3月，全球共有约190座加氢站，集中在美国、欧洲和日本三个地区。
其中，美国拥有62座，是全球加氢站建设规模最大的国家；亚洲地区主要集中在日本和韩国；欧洲地区主要在德国和英国。
以上五个国家共有加氢站138座，占比74.6%。
目前，建设一个加氢站需要花费100万~200万美元，尽管花费不菲，但上述各国政府却表现出很高的积极性，希望以经济发达区域为中心大力推广燃料电池汽车，对加氢站建设给予财政支持，逐渐向全国辐射。
美国方面，加利福尼亚州计划到2015年底累计推广燃料电池汽车6000辆，为保证正常运营，15年底加氢站的数量将达68座，然后以每年新增约20座的速度推进建设。
加州政府每年将出资2000万美元补贴加氢站建设，以保障推广指标的完成。
康州、纽约、俄亥俄等至少7个州均表示将加大对燃料电池和氢能技术的支持力度。
德国方面，交通部计划投入5,000万欧元新建35座加氢站，分布在柏林、汉堡等重要城市以及交通要道和高速公路上，初步形成网络化覆盖，到2015年加氢站数量将增至50个，可满足5,000辆燃料电池车的加氢需求；到2025年，目标达到1000座。
英国方面，2020年之前将建设65座小型加氢站，覆盖中心城市，连接高速公路；之后逐步完成向大中型加氢站的升级，数量也随之增加，更多的城市和道路将被覆盖；到2030年，大中型加氢站将增至约1,200个，能够满足160万辆燃料电池汽车的加氢需求。
日本方面，2015年以前以东京、大阪、名古屋、福冈四大城市为中心推广燃料电池汽车，并建设大约100座加氢站；到2025年，将加氢站数量增加至1,000座；到2030年，进一步增加至5,000座。
中国方面，目前共有2座加氢站，分别位于北京和上海。
另外，中国政府对于日加氢能力不少于200公斤的新建燃料电池汽车加氢站将每座补贴400万元，以鼓励各地建设加氢站。
五、燃料电池上市公司：
市场预期乐观
在车载燃料电池系统领域，PlugPower和Ballard是两家最具代表性的上市公司。
PlugPower主要产品是GenDrive燃料电池系统，为电动叉车提供动力。
2013年公司共接到GenDrive订单1079个，最终交付918个，市场份额超过60%；公司配套的电动叉车主要销售给BMW、可口可乐、雀巢、沃尔玛等知名企业，是该领域的绝对领导者。
公司目前仍处于亏损状态，但不影响市场对公司前景的乐观预期，2014年的股价表现比较不错，截止2014年12月12日，涨幅为33.0%，期间最大涨幅324.5%。
Ballard的质子交换膜燃料电池技术处于世界领先水平，主要生产燃料电池堆和燃料电池系统，应用于交通运输、备用电源、分布式发电等多个领域，并为大众HyMotion燃料电池汽车配套燃料电池堆。
公司近年一直未能实现盈利，但经营状况有好转迹象，2014年股价表现良好，截止12月12日，涨幅为8.0%，期间最大涨幅293.1%。
六、重点公司简况
与欧美日相比，我国燃料电池技术仍处于研发和试验阶段，距离批量生产仍有一定的差距。
建议关注资本雄厚且已涉足燃料电池汽车业务的汽车企业龙头、技术先进并与国外领先企业密切合作的燃料电池科技公司以及产业链上潜在的兼并收购机会。
1、上汽集团
2010年世博会期间，提供了1000辆新能源汽车，载客1.2亿人次，总里程超过2900万公里；公司管理层表示2015年将推出80辆燃料电池汽车，大批量生产时该车成本约为60万~70万元，后期更大批量生产时成本将降至5万美元。
作为汽车上市公司龙头，上汽集团在燃料电池汽车领域已领先竞争对手。
2、宇通客车
2009年研发了第一代燃料电池客车，并于2013年底完成第二代燃料电池客车的整车开发和性能测试，满载氢耗为8.3kg/100km，续驶里程大于300km，技术成熟度已经能够满足示范运行。
中国客车信息网报道称宇通将在2014年底完成郑州市第一座加氢站建设，为2015年的示范运行提供基础设施。
3、东岳集团
作为亚洲规模最大的氟硅材料生产基地、中国氟硅行业龙头企业，2013年11月27日，与AFCC（奔驰福特）正式签署车用燃料电池膜合作协议，在确保现有燃料电池膜批量供膜样品基础上，合作研制下一代高性能低成本燃料电池膜和催化层。
东岳在燃料电池膜的创新技术、产品质量、低成本运作等环节均处于世界领先水平。
4、北京碧空
公司是Ballard在中国的战略合作伙伴，并且收购了Ballard备用电源子公司（丹麦丹森）10%的股份，成为Ballard集团的股东。
2013年5月，与Ballard签署“关于燃料电池产业化技术转让及国产化合作项目备忘录”，对于提升公司产品竞争力和影响力贡献良多。
5、大连新源动力
主要从事质子交换膜燃料电池及组件的研制生产，被国家授予“燃料电池及氢源技术国家工程研究中心”，是目前国内燃料电池领域规模最大的企业，多次获得国家级、省部级技术进步奖。
上汽集团、长城电工、南都电源、新大洲A都持有新源动力股份，公司在技术产业化方面拥有得天独厚的优势。
6、舜华新能源
主要从事氢能和分布式能源技术研发和推广，先后承担了北京奥运会、上海世博会和广州亚运会的燃料电池汽车供氢保障任务，是国内领先的氢能系统及设备和分布式能源系统供应商。
加氢站普及是燃料电池汽车大规模推广的前提，公司业务有望先于整车率先启动。
七、风险因素
1.铂、碳纤维等价格居高不下；
2.加氢站建设不达预期；
3.锂离子电池技术取得突破。
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