氢燃料电池行业分析报告.docx

1、氢燃料电池行业分析报告2019年氢燃料电池行业分析报告2019年4月与锂电形成优势互补燃料电池汽车率先起量。相比于锂电池汽车，氢燃料电池汽车在续航、载重、长途运输、能源快速补给方面拥有较大优势，有望成为长途交通运输市场中的核心运输工具。国家补贴支持政策加码氢燃料电池国产化进程加速。锂电池汽车已经进入后补贴时代，而燃料电池补贴强度依然较大，根据2019年补贴政策，过渡期内乘用车、轻型商用车和大中型商用车补贴上限分别为16、24、40万元/辆，过渡期后地补全面转向加氢等基础设施建设。且氢能源发展于2019年首次进入政府工作报告，按照中国氢能产业基础设施发展蓝皮书提出的目标，到2020年，中国燃料电

2、池车辆要达到1万辆、加氢站数量达到100座，行业总产值达到3000亿元，行业增长空间巨大。基础设施先行氢气产储运有望率先实现成本优化。1）影响我国氢气售价的最主要因素是氢气储运环节，短途运输主要用气氢拖车，长途则采用液氢罐车方式，可以保证单位输氢成本在1015元/吨公里；2）我国氯碱副产氢气成本低廉、氢气纯度较高，目前产能可供应约19万辆氢电池汽车运行，且风光等新能源走入平价时代，有望提供大量低价电力用于电解水制氢；3）加氢站等基础设施补贴优厚，补贴占成本比重至少为19%，氢燃料电池汽车补贴占成本比重约17%，且部分地区在加氢销售环节依然给予补贴，19年缓冲期结束后地补全面转向加氢等基础设施建

3、设，因此从补贴成本占比来看，加氢环节更具有吸引力；4）借鉴锂电池汽车发展历史，车桩比呈现U型变化，发展初期车桩比快速下降以满足充电要求，我们认为氢燃料电池产业也将以此进程发展，产业发展初期，加氢站等基础设施增速将快于终端汽车以及中游动力系统。产业并购整合加快电池系统各环节逐个击破。我国氢能源产业发展速度与国际水平还有较大距离，看好与国际领先企业积极交流、采用战略合作协议或者持股的方式与国际龙头企业深度绑定的企业，有望实现弯道超车。两者在国际化合作中将形成优势互补，促进我国氢能源产业发展。目前氢燃料电池汽车处于产业发展初期，题材炒作叠加政策催化带来行情出现，最先看到的将是下游产品的出现，短期看加

4、氢站等基础设施配套的快速崛起；之后带动中上游材料环节技术进步，中期看技术突破实现国产化大批量供应；最后是成本不断优化实现经济性，长期终极目标是氢燃料电池汽车的平价化。看好研发实力优秀、主业经营稳定、资金雄厚的优质公司在长期胜出：1）氢气产储运加环节补贴相对有吸引力，且其成本有望率先实现突破；2）中游国产化进程加速将获取超额收益；3）与国际龙头深度合作的国内企业有望实现技术弯道超车。一、与锂电优势互补，政策催化氢能汽车1、交通领域拉动氢燃料电池快速成长氢燃料电池是将燃料蕴含的化学能直接变为电能的发电装置，拥有以下特点：1）能量密度高。氢气本身的燃烧能量密度是汽油的3倍。即使是在燃料电池系统中，能

5、量密度可达500Wh/kg，远高于锂电池水平；2）无污染。电能转换是化学反应而非燃烧，产物是水，能量转化效率可以达到60%；3）应用场景丰富。可用于交通运输、便携式设备、发电站和航空航天等领域。氢燃料电池本质是发电机，而非储能装置，能量储存在氢气和氧气中。氢气作为负极失去电子，氧气作为正极得到电子，通过不断消耗电极气体材料，从而在外电路产生电流。氢燃料电池下游应用广泛，任何需要产生电力的场景均可以使用。近年来交通领域的应用成为燃料电池快速增长的主要动力，20112017年复合增速达到1.48倍，且2017年交通领域燃料电池应用占比已达到66%，预计未来随燃电池汽车渗透率的不断升高，这一比例有望

6、继续提升。燃料电池种类多样，有碱性燃料电池、质子交换膜燃料电池、磷酸型燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池，它们的区别主要在于燃料和电解质。其中，质子交换膜燃料电池兼具能量转化效率、工作温度、环境友好、成本降幅空间大等特性，是目前氢燃料电池的主要应用载体，2017年其渗透率已经超过70%；磷酸型燃料电池和固体氧化物燃料电池主要应用在固定式燃料电池电站以及便携式电源领域，因此依然保持一定渗透率，合计约25%。成本的持续下降是近年来燃料电池快速增长的主要原因。根据美国能源部(DOE)的测算，在年产50万套燃料电池系统情况下，燃料电池系统成本将从每千瓦5355美元下降到2020年每千瓦4

7、0美元，未来目标成本是每千瓦30美元，降幅达到43%。氢燃料电池系统主要由电堆和辅助系统构成，电堆是燃料电池的核心，是将氢能转化为电能的场所，因此决定了燃料电池的关键性能（效率、能量密度等），其主要由双极板和膜电极构成；而辅助系统是燃料存放的区域，主要由储氢瓶和空压机等构成，而氢气和氧气分别来自于加氢站和空气，辅助系统进行气体过滤、除杂和加湿后将氢气和氧气送入电堆，提供燃料电池的正负极材料。成本方面，电堆和辅助系统在燃料电池系统中占比均为49%：1）燃料电池电堆中，双极板和催化剂是成本主要来源，占比分别为30%和43%；2）辅助系统成本构成主要是空气循环、氢循环以及热管理系统，成本占比分别为4

8、3%、11%和19%。2、与锂电优势互补，政策加码催化崛起锂电池汽车经过2009年“十城千辆”发展后，目前已经进入后补贴时代，产品技术与成本已经有长足的进步，虽然在与燃油车平价化的道路上还有距离，但是目前已经实现了大规模商业化应用。作为锂电池汽车的动力核心，动力电池有些缺陷限制其广泛应用：1）由于能量密度的天然上限以及低温下续航能力大幅衰退的缺点，锂电汽车在远程和重型运输领域的大规模应用受到限制；2）锂电池的快充性能和能量密度难以兼具，充电时间长以及充电桩分布密度也影响了其在私人领域的推广；3）锂电池材料大部分为有机物，一旦发生交通事故，安全隐患成为最大的风险点。氢能源在一定程度上可以弥补锂电

9、池汽车的短板：1）锂电池目前单体能量密度最高可以达到300Wh/kg，但是成组后能量密度损失在20%40%之间。氢气能量密度远高于锂电池，其提供的续航里程可以实现汽车长途运行；2）氢燃料电池汽车在加氢站加氢仅需要35分钟，与燃油车补充能源时间相仿。而在目前技术水平下，锂电池汽车补充能源至少需要1个小时。当然加氢站依然需要大规模普及；3）安全性方面，由于氢气密度极小，泄露后会以极快的速度进行扩散，达不到爆炸浓度，因此即使发生氢气泄露点燃的情况，氢气也是呈现燃烧而非爆炸的状态。锂电池汽车在发生碰撞后，极片短路会产生大量的热量引燃电池材料，导致汽车火焰难以扑灭。因此，燃料电池汽车在续航里程、低温性和

10、安全性方面优于锂电池汽车，可以与锂电池汽车在应用领域上形成优势互补：1）从出行距离来看，锂电池汽车由于运营成本较低，家庭都市使用可以达到低成本节能环保效果。而中长途旅行方面，锂电池汽车续航里程存在天花板，且能源补充耗时较长，氢燃料汽车弥补了续航里程和能源补给时间过长的问题，与锂电池汽车形成良好互补；2）载重量方面，锂电池汽车载重量相对较小，一般不超过2吨，载重过大将缩短续航，难以满足运营要求。氢燃料汽车续航能力较强，可以承担更大载重量（2吨以上）；3）车辆大小。氢气密度极小，在70Mpa下5kg氢气需要占用空间122.4升，B级车尼桑天籁油箱容积大概70升，多占近一倍的空间，大型车更适合采用燃

11、料电池系统。由于燃料电池汽车对锂电池汽车在部分领域优秀的替代性，我国政府也加大对氢燃料电池汽车的推广力度，2018年燃料电池产量仅1619辆，且全部为商用车，2017年燃料电池乘用车仅有上汽集团销售一款荣威950，用于出租租赁。与锂电池“十城千辆”的推广方式相似，氢燃料电池汽车也由商用车起步，积累新能源汽车运营经验，再不断配套完善基础设施建设，降低动力系统成本，实现乘用车领域的大规模应用，完成汽车能源结构转型。燃料电池的快速推广也离不开政策支持。燃料电池汽车早在2001年就与锂电池汽车进入“863计划”，之后多次出现在国家能源转型的战略规划目标中。2016年，工信部在中国氢能产业基础设施发展蓝

12、皮书中规划，到2020年，加氢站数量达到100座；燃料电池车达到10000辆；氢能轨道交通车辆达到50列；到2030年，加氢站数量达到1000座，燃料电池车辆保有量达到200万辆；到2050年，加氢站网络构建完成，燃料电池车辆保有量达到1000万辆。最直接的，国家给予燃料电池汽车购置补贴：从2009年乘用车和轻型商用车补贴定额25万元/辆，十米以上客车60万元/辆，到2018年乘用车按照额定功率补贴6000元/kW（上限20万元/辆），燃料电池轻型客车、货车定额补贴上限30万元/辆，大中型客车、中重型货车定额补贴上限50万元/辆，并制定了电堆额定功率技术要求，大大降低了燃料电池汽车的购置费用。

13、注：*表示补贴上限二、国产化进程加速氢燃料电池蓄势待发1、电堆：燃料电池的动力核心电堆是燃料电池动力系统的核心，相当于锂电池的PACK，决定了燃料电池的主要性能。其由膜电极与双极板交替层叠组合。氢气和氧气分别由双极板进入电堆，在气体扩散层分散加湿后通过质子交换膜发生电化学反应。国内电堆已经实现国产化，且寿命可以达到15000小时，与国际水平接轨。按照燃料电池汽车每日行驶68个小时，燃料电池电堆可以使用57年，基本满足运营类车辆每年2万公里运行的里程要求。国际电堆龙头是巴拉德（BLDP），其已经与超过15家巴士制造公司建立了合作关系，生产超过270万片膜电极(MEA)，出货超过270MW的PEM

14、燃料电池产品。近年来巴拉德加大了与国内企业的合作，国鸿氢能、南通泽禾、大洋电机、厦门金龙、潍柴动力先后以战略合作协议或者持股的方式与巴拉德建立深度合作关系，加快我国电堆和膜电极产品研发和技术推进的速率。当然还有部分国内企业自主研发燃料电池电堆，如新源动力和神力科技，但是在产能规模、功率密度和耐久性方面与巴拉德还存在差距。生产工艺方面，电堆主要是材料结构件的组装，目前核心壁垒在于质子交换膜和催化剂的技术突破和成本降低。（1）膜电极：燃料电池的电芯国内可以自产膜电极是质子交换膜燃料电池发生电化学反应的场所，相当于锂电池的电芯，其主要由质子交换膜、催化剂和气体扩散层3部分组成，成本占比超过燃料电池系

15、统的50%。目前国内武汉理工新能源等企业已经可以自产，产品功率密度最高可达1W/cm2，Pt含量低至0.3mg/cm2，其部分产品已经出口美国、欧洲市场，自动化产线产能可达数十万片/年;广东国鸿投资约8亿元的开展膜电极项目，预计2019年实现年产10万平方米膜电极的规模，2020年实现产业化大规模发展。国外企业巴拉德可以自产膜电极供应其电堆，其他专业膜电极生产厂商如Gore、JM、3M、Toray(Greenerity)则专注于各类膜电极产品供应。生产工艺方面，膜电极的发展经历了气体扩散电极（gas diffusionelectrode，GDE）、催化剂涂覆在质子交换膜上的CCM型膜电极（ca

16、talyst coated membrane）和有序化膜电极三代。有序化膜电极具有优良的多相传质通道，大幅度降低了膜电极中催化剂Pt的载量，并且提升了膜电极的性能和使用寿命。但是有序化膜电极还处在实验室研究阶段，面临着水管理等问题需要解决，是未来膜电极技术的主流方向，目前最可能实现商业化的低铂膜电极是第二代CCM型膜电极。（2）质子交换膜：低氟化是方向国内可自产质子交换膜是膜电极的核心，相当于锂电池的电解液和隔膜，起着隔离燃料和氧化剂及充当电解质的作用，是电池内部质子传递的导体，对电子绝缘，另外还需要对催化剂具有支撑作用，属于具有选择透过性的功能高分子膜。其需要具有以下性质：质子传导率高、化学稳定性好、热稳定性强、机械性能好、气体渗透性小、水的电渗系数小、价格低廉等性质。按照含氟量划分，质子交换膜分为全氟、非全氟、无