燃料电池行业深度报告Word格式文档下载.docx
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锂动力电池与燃料电池汽车将长期共存发展，并行不悖。
从汽车技术路线而言，我们认为，较长的时间内将是多种技术路线并存发展，其中锂动力电动汽车、燃料电池汽车将逐步取代传统燃油车，趋势将不可逆转。
目前而言，锂动力电动汽车更适合乘用车领域，燃料电池更适合于长距离的重载和商用车领域。
其中，以氢气作为能源供给的氢燃料电池汽车具有其独特优势，我们认为，其未来应用前景十分广阔。
燃料电池汽车处于导入期，处于提速阶段。
从汽车行业的生命周期来看，目前传统燃油车处于相对成熟阶段，传统车企也在新能源汽车如火如荼的发展的倒逼下，加速转型；
而锂电池动力电池汽车处于行业发展的成长期，未来发展前景广阔，产业链的头部企业具有较好的中长线α投资机会；
燃料电池汽车产业处于行业的导入期，随着产业资本的融入、产品更迭、技术升级以及政策大力扶持等多因素影响，燃料电池汽车产业链迎来了历史性的机遇，行业具有较好的β弹性的投资机会。
近年来氢燃料电池汽车产业发展明显提速。
从全球范围来看，目前国外氢燃料电池汽车已经完成了整车的技术、性能研发工作，整车性能已能接近传统汽车水平，成熟度已接近产业化阶段，如日本丰田、本田和韩国现代汽车，其中丰田Mirai汽车销量处于领先水平。
2018年5月，李克强总理参观丰田汽车北海道工厂，考察日本燃料电池汽车。
总理回国后，国务院多部委即成立燃料电池联合小组，国内氢燃料电池行业发展明显加速，国内代表性企业及产品有上汽集团旗下荣威950轿车。
从全球范围看，目前很多国家都出台了强有力的支持氢能源发展的相关政策。
其中，力度最大、响应最积极的是日本，欧盟、美国和韩国紧随其后，印度、冰岛、加拿大和巴西等也有部署，中国也频出相关政策。
1.2氢能源：
交通领域渐成核心场景
氢能是公认的最洁净的燃料，应用前景广阔。
氢不是一次能源，需要使用一次能源通过转换来生产出能量载体。
氢气是工业气体中的一个重要品种，在化工、化肥、石化、电子、冶金、食品、航空航天、能源等诸多领域乃至医学上都有广泛的应用。
人类对于氢能的研究已有几百年的历史，但近年来，随着燃料电池的快速发展和推广，氢能作为燃料进入高速发展阶段。
从不同能源的燃油热值与发电建设成本方面考虑，氢能源均具优势。
从燃料热值角度看，氢能源高于天然气、汽油、煤和乙醇等其他能源。
氢气燃料热值几乎是其他化石燃料的3倍多。
从发电建设成本来讲，氢能源发电建设成本最低。
EIA数据显示，氢气发电建设成本仅580美元/千瓦，在光伏、风能、天然气、生物质能、石油发电等众多方式中成本最低。
纵观全球，自进入21世纪以来，氢能的开发利用步伐逐渐加快，尤其是在一些发达国家，都将氢能列为国家能源体系中的重要组成部分。
随着燃料电池技术的不断完善，以燃料电池为核心的新兴产业将使氢能的清洁利用得到最大发挥，主要表现在氢燃料电池汽车、分布式发电、氢燃料电池叉车和应急电源产业化初现端倪。
氢能产业政策与规划：
全球氢能源发展加速，美国、日本、韩国、法国等发达国家不断加大对氢能源研发、产业化的扶持推动力度，日本更是将氢能源开发利用确定为国家未来重要的战略性产业。
作为一种战略性高效清洁能源，氢能源产业目前正在受到国内外的广泛重视，处于产业导入快速发展的时段。
根据2019年《中国氢能及燃料电池产业白皮书》，氢能源产业的发展事关中国能源战略体系，事关中国生态文明建设，事关战略新兴产业布局。
结合氢能及燃料电池技术进步，氢能将成为中国能源体系中的重要组成部分，若2050年氢能应用达到10%，需氢气量约6000万吨，全国加氢站达10000座以上。
氢能在交通运输和工业领域得到普及应用，燃料电池车将达到500万辆/年，固定式发电装置达到2万台套/年。
燃料电池在运输领域的现状分析：
我国氢燃料电池汽车目前确定的发展目标为：
到2020年，实现氢燃料电池汽车技术规模化示范运行，示范车辆达到5000辆。
到2025年，实现氢燃料电池汽车技术的推广应用，商用车达到万辆规模，乘用车规模达到4万辆。
到2030年，实现氢燃料电池汽车的大规模推广应用，氢燃料电池汽车产销规模达到50万辆。
近年来全球燃料电池汽车高速发展：
2013~2017年全球氢燃料电池汽车销量仅为6475辆，其中大部分为丰田的Mirai系列。
2018年有了较大幅度的增长，合计销售5525辆；
2019年全球销量增至7500辆，其中主要增量来自于中国。
国内的燃料电池汽车从2016年的629辆迅速扩张到2018年1527辆，在2019年实现2737辆，其增速十分明显。
交通领域渐成氢燃料电池核心应用场景。
氢燃料电池作为全球能源可持续发展和战略转型的重要技术路径，目前已明确为全球能源和交通领域发力的重要支撑。
国外有英国、德国、法国、荷兰、日本等国都大力推出燃料电池汽车，并加大加氢站建设。
我国也在大力推动氢燃料电池汽车绿色环保产业的发展。
未来燃料电池有望在新能源汽车领域中占据重要的地位。
1.3氢燃料汽车：
行业提速前景广阔
氢燃料电池：
它属于燃料电池的一种，和其他燃料电池相比，其工作温度低、响应速度快和体积小等特点完全适用于电动汽车的动力源，被认为是未来新能源汽车最重要的发展方向之一。
工作原理：
它将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置。
其基本原理是电解水的逆反应，把氢和氧分别供给阳极和阴极，氢通过阳极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阴极。
氢燃料电池汽车众多优势凸显。
燃料电池汽车具有高效（一次能量转化）、环保（零排放、产物只有水）、超长续航里程（功率密度远大于锂电）、3-5分钟加注时间短等优点。
1）氢气作为可再生能源，其来源广泛；
2）环保在工作过程中，产物为水，无有害物生成；
3）能源转化率高：
燃料电池的转换效率高达60%，是内燃机的2~3倍；
4）加氢速度快：
仅需3~5分钟可加满；
5）续航时间长：
氢燃料电池的能量密度高，车载续航里程可达500~1000公里。
相较于纯电动汽车或燃油车具有诸多优势，一旦大规模应用，将进一步改变汽车行业生态。
相较而言，锂动力电池比较适合乘用车领域，燃料电池比较适合于长距离的重载和商用车领域，目前处于导入期的提速阶段。
氢燃料电池汽车，市场潜力巨大：
未来十余年，燃料电池汽车将成为全球汽车市场增速最快的细分市场。
根据中商产业研究院的预测，至2032年全球燃料电池汽车销量将超过500万辆，2020~2032年期间CAGR高达43%。
主流国家燃料电池汽车布局有序推进。
根据《2019年燃料电池汽车产业报告》中数据显示，按照各国路线图规划，中日韩和美国市场的燃料电池汽车数量有望2025年后进入高速增长期。
德国、加拿大等国尚未有清晰的规划。
例如中国在2025与2030年的燃料电池汽车保有量预期分别为48万辆与256万辆；
而美国分别为20万辆与530万辆。
燃料电池汽车产业生态系统尚未完善。
1）燃料电池本身成本较高：
尽管氢燃料电池汽车的市场前景和潜力巨大，但是要实现大规模的市场化推广和应用。
我国还有许多技术障碍需要解决，特别是在关键基础材料、零部件、电池系统集成以及批量稳定制备能力等方面需要加强。
2）基础设施需加强：
燃料电池汽车的应用对于基础设施的依赖相当严重，而加氢站的建设成本极为高昂，难以大规模快速形成规模。
例如，目前美国的加氢站主要集中在旧金山湾区、加州洛杉矶和奥兰治县，因而燃料电池汽车在这几个区域的销售情况较好。
2.产业链：
导入期布局提速，未来空间广阔
近年来国内外处于提速状态。
但相比于锂动力电池汽车产业链处于相对滞后的水平，尤其是上游的氢气的制备、储运、加注等关键技术与加氢站建设，以及中游燃料电池系统的多个细分领域仍处于相对滞后的水平，对其进行深入行业研究与分析具有重要意义。
氢燃料电池汽车产业链较长。
氢燃料电池汽车产业链主要包括上游氢气以及加氢站、中游氢燃料电池系统、下游氢燃料电池汽车等多个环节，每个环节对产业的推广应用起着重要作用。
图21：
氢燃料电池汽车产业链
2.1国内氢燃料电池产业集群
目前，在我国中东部沿海经济、技术实力较强的珠三角、长三角和北京等地区，聚集了我国燃料电池发展的主要企业。
近几年燃料电池投资热情持续升温，由几年前的数十家发展到现在的近千家燃料电池企业。
根据中汽研资料显示，我国氢能源产业已形成七大产业集群：
华北、华东、华南、华中、西南、东北、西北。
就地域优势而言，各产业集群均有其特色与优势：
华北地区：
北京市高校以及科研单位技术优势明显。
山西省氢能资源丰富，适合开展低成本、高能效氢燃料质子交换膜燃料电池动力系统关键技术研发。
华东地区：
山东具有丰富的氢气资源。
江苏省拥有南京金龙、苏州金龙、苏州弗尔赛、南京百应、江苏重塑、国富氢能等一批优势企业。
浙江嘉兴为氢能产业化示范试点；
宁波则是氢燃料电池汽车物流运输应用示范试点；
湖州为氢能产业链一体化示范试点；
杭州氢燃料电池汽车城市公交应用示范试点。
华南地区：
广东省对氢能源的政策支持力度大，汽车产业发达，广汽与本田、丰田有合作。
较特殊的海南省，可借助自贸区建设、自身丰富的可再生能源、作为旅游胜地环境治理的必要性等实现氢能产业的快速发展。
华中地区：
河南郑州2015年建成国内第一座加氢站，而从2009年宇通客车一直在进行燃料电池客车技术攻关研发。
近两年来，东风汽车、南京金龙、武汉理工新能源、武汉众宇、雄韬电源等一批国内顶级氢能研发企业，纷纷落户湖北。
而安徽明天氢能技术领先，发展前景广阔，有望进入产业集群区域。
西南地区：
四川水利资源丰富，天然气资源储量富足，为天然气制氢提供了较强的能源保障；
工业副产氢潜力丰富，可满足氢能产业发展需求。
目前，四川已经研制出全球领先的氢能燃料电池动力系统。
重庆市有丰富的天然气、页岩气资源用于制氢，汽车工业基础好，产业起步早。
东北地区：
吉林省白城市目前大力发展清洁能源，并且与一汽合作，以电解水制氢为主要技术路线，构建制氢、储氢、运氢、用氢和氢能装备全链条产业集群，抢占未来能源领域的制高点。
2.2上游氢气环节：
参与者较多，加氢站亟需扩建
优质上市企业布局，有序推进行业发展。
上游氢气环节包括制氢、储氢、运氢以及注氢等多个环节，目前在每个环节都有众多优质企业加入，有序推进行业的快速发展。
其中，上市公司作为主力参与者，如嘉化能源、美锦能源、华昌化工、卫星石化等等优质企业，未来也将与行业同步发展且估值有望同步提升。
2.2.1氢气制备：
多样化途径，因需择优目前氢气的工业应用大多采用高压气态形式作为燃料或原料，上游供氢体系尚处于萌芽探索阶段，几种制氢路线的经济性尚处验证之中。
例如，投资较重的化石燃料制氢（煤制氢和天然气重整制氢）作为定向的供氢路线，其可行性获得认可之前难以大规模推广。
而水电解路线虽然可以实现分散式供氢，但其经济性取决于电力成本的降低，国内风电和光伏的弃电利用水平是制约该路线未来发展程度的关键。
但随着如光伏、风电平价的临近，清洁能源发电，电解水制氢的可提升空间更为广阔。
氢气制备的几种主要方式：
包括化石燃料制氢（石油裂解、天然气、水煤气法等）、工业副产氢（氯碱、焦炉气、丙烷脱氢等）、化工原料高温裂解制氢（甲醇裂解、乙醇裂解、液氨裂解等）、电解水制氢（光能、风能、水电、核能等）、和新型制氢方法（生物质、光化学等）。
化石燃料制氢：
以煤、石油及天然气等为原料制取氢气是当今制取氢气最主要的方法。
该方法在我国都具有成熟的工艺，并建有工业生产装置。
煤制氢：
煤炭经过气化、一氧化碳变换、酸性气体脱除、氢气提纯等关键环节，可以得到不同纯度的氢气。
煤制氢优点是技术成熟、成本较低，煤制氢成本仅0.55~0.83元/m3，远低于天然气制氢0.80~1.75元/m3及甲醇制氢1.5~2.5元/m3成本，适合大规模生产。
神华集团煤制氢能力已经达到450亿m3/年，可供2亿辆燃料电池车用氢超过千年，缺点是排放量高，气体杂质多。
天然气制氢。
天然气制氢的原理:
在一定压力、一定高温及催化剂作用下，将甲烷和水蒸气转化为一氧化碳和氢气等，余热回收后，在变换塔中将一氧化碳变换成二氧化碳和氢气的过程。
再经过换热、冷凝、汽水分离，通过程序控制将气体依次通过装有3种特定吸附剂的吸附塔，由变压吸附（PSA）提纯氢气。
高温裂解制氢：
甲醇制氢。
近年来，随着国内甲醇生产规模的扩大，甲醇蒸汽转化制氢工艺发展迅速。
以甲醇为原料，采用甲醇重整生产氢气技术，已在国内外商业化多年，规模一般在2500m3/h以下。
目前，该技术已广泛应用于电子、冶金、食品以及小型石化行业中。
甲醇重整制氢技术与大规模的天然气、轻油、水煤气等转化制氢相比，具有流程短，投资省，能耗低，无环境污染等特点。
氨制氢。
氨分解制氢是一种重要的制氢方法，液氨可以方便安全运输，到达目的地后进行氨分解制氢，即把液氨加热至800~850℃，在镍基催化剂作用下，对氨进行分解，分解效率可达99%以上，得到含75%H2和25%N2的混合气体。
一般用作半导体或其他工业的保护气体，也可提纯获得高纯度氢气。
工业副产氢：
工业副产氢总量较大，主要来自氯碱工业副产气、煤化工焦炉煤气、丙烷脱氢、合成氨产生的尾气、炼油厂副产尾气等。
氯碱工业制备氢气：
纯度高（体积分数达到99.3%以上），主要用于生产氯化氢及PVC，但仍有很多氢气富余放空。
2018年国内烧碱产量按3800万吨/年计，共副产氢气95万吨，其中自用达60%以上。
据统计，中国氯碱工业每年剩余氢气达（28~34）万吨，造成严重资源浪费。
工业副产氢提纯最常用的是变压吸附技术（PSA）。
目前采用PSA技术的焦炉煤气制氢、氯碱尾气制氢等装置已经得到推广，规模化的提纯成本为3~5元/kg，计入气体成本后氢气价格为8~14元/kg，具有较高的成本优势。
光解水制氢：
光解水制氢技术始自1972年，由日本东京大学FujishimaA和HondaK两教授发现TiO2单晶电极光催化分解水从而产生氢气这一现象，从而揭示了利用太阳能直接分解水制氢的可能性，开辟了利用太阳能光解水制氢的研究道路。
比较分析各种制氢方式、能源价格以及制氢成本等多因素综合考虑，在现阶段，成本低、氢气产物纯度较高的氯碱工业副产氢的路线，已经可以满足下游燃料电池车运营的氢气需求；
在未来氢能产业链发展得比较完善的情况下，利用可再生能源电解水制氢将成为终极能源解决方案。
从全球范围来看，目前天然气的制氢仍为主要技术路线，占比高达48%，醇类与煤制氢分列第二、第三，占比分别为30%与18%，而电解水制氢比例仅为4%。
作为全球燃料电池汽车领跑者的日本而言，目前电解水占比高达63%，远超化石原料制氢的17%的比例，其产业成熟度较高，优势明显。
2.2.2氢气储运：
短期气态，中远期液态储氢技术是氢能源推广环节中的一项关键技术。
然而，由于氢气的特殊性质，氢气的储存成为现今阻碍氢能推广应用的瓶颈。
为了解决这一难题，各国科学家纷纷研究开发了多种储氢技术。
目前使用比较广泛的储氢手段主要有高压储氢、液态储氢、金属氧化物储氢、碳基材料储氢以及化学储氢等。
高压气态储氢：
在氢燃料电池汽车领域，目前技术发展较成熟且应用最为广泛的是高压气态储氢。
高压气态氢储存装置有固定储氢罐、长管气瓶及长管管束、钢瓶和钢瓶组、车载储氢气瓶等。
国内在固定储氢罐研发上已取得显著成果。
在攻克多项关键技术的基础上，利用自有专利技术已成功研制出了一种具有抑爆抗爆、缺陷分散、运行状态可在线监测的多功能多层高压储氢罐。
目前压力等级可达到45、77和98MPa，相关技术指标达到国际领先水平，但高压储氢的质量密度一般都低于3%，远远没有达到美国能源部提出的质量分数为6.5%的质量储氢密度标准。
低温液化储氢：
指的是将纯氢气冷却到-253℃，使之液化，而后将其装到低温储罐中。
液态氢的密度为70.6kg/m3，其质量密度和体积密度都远高于高压储氢，对于交通工具用氢内燃机和燃料电池而言，应用前景十分诱人。
然而，氢气的深冷液化过程十分困难，首先要将氢气进行压缩，再经热交换器进行冷却，低温高压的氢气最后经节流阀进行进一步冷却，制得液态氢。
墨西哥SS.SOLUCIONES公司开发了一种内部是特殊冷却材料CRM的冷却装置，其主要优势是热焓变化大，该液化储氢装置有望在不久的将来可以得到推广。
行业应用现状：
目前，液态储氢在火箭、卫星等航天领域已得到应用。
液态储氢技术虽前景诱人，但它的缺点也是显而易见。
多级压缩冷却过程使其耗能严重，目前制备1L液氢需耗能1~12kW·
h。
如此，液态储氢制备成本过高。
另外，液态储氢对低温储罐的绝热性能要求苛刻，因此对低温储氢罐的设计制造及材料选择的成本也高昂，尚属难题。
目前国内上海浦江气体公司、富瑞特装、嘉化能源拟进行低温液化储氢装置建设。
固态合金储氢：
自然界中某些金属具有很强的捕捉氢的能力，在一定的温度和较低的压力条件下，这些金属能吸附大量氢气，反应生成金属氢化物，同时放出热量。
想要把氢气重新释放出来，只须将这些金属氢化物加热，就会分解出来。
这些吸附氢气的金属，称为储氢合金。
常用的储氢合金有钛锰系、镧镍系、钛铁系、镁系。
目前浙江大学已研发固态合金储氢技术，处于示范阶段。
固态合金储氢的优点是加氢站无需高压设备，简化加氢站的建设，减少前期投入，对阀体等部件要求降低，降低成本和故障率。
金属氢化物储氢目前存在的问题主要有以下几个方面:
1）由于金属氢化物自身重量大而导致质量储氢密度较低;
2）很多金属氢化物吸脱氢气温度高，吸脱速率慢;
3）某些金属合金其自身成本过高，难以普及。
氢气的运输：
目前，氢气主要输送方式有高压气态输送、液氢输送，有机液体氢气运输、固态氢气运输。
由于目前技术、成本等条件制约，尚未进入广泛应用阶段。
气氢输送主要为管道输送、长管拖车和氢气钢瓶输送。
管道输送一般用于输送量大的场合，目前已有数条长50km、承压2~4MPa的输氢管道正在运行中，管道内径已达400mm。
长管拖车运输存储压力为20MPa，经济运输半径为200km左右，用于输送量不大、氢气用量吨及或以下;
氢气钢瓶则用于用量小、用户比较分散的场合。
液氢输送一般采用罐车和船，可长距离输送。
尽管氢气运输方式很多，但从发展趋势来看，在今后相当长一段时期内加氢站氢气主要通过长管拖车、槽车和氢气管道进行运输。
氢气储运在交通领域的主流方式：
2.2.3加氢站：
全球加快布局，仍需提速加氢站是制约氢燃料电池汽车推广应用。
加氢站作为向氢燃料电池汽车提供氢气的基础设施，是氢燃料电池汽车产业中极其关键的重要环节，产业的发展和商业化离不开加氢站等基础设施的建设。
因为设备与技术要求，加氢站的建设运营成本远高于加油站和充电站，氢能源大规模使用也要以加氢站覆盖为基础，目前加氢站的数量还不足以完全满足商业化应用的需求。
根据H2stations公布的全球氢燃料电池汽车加氢站年度评估报告，截至2018年，全球加氢站数目达到369座，其中欧洲152座、亚洲136座、北美78座。
其中日本、德国和美国三国合计198座，占全球总数的53.7%，显示出三国在氢能与燃料电池技术领域的领先地位。
华东、华南地区加氢站建设较快。
从地理位置上来看，近五十座加氢站分别位于安徽、北京、上海、江苏、浙江、广东、河北、辽宁、河南、四川、湖北、山东、山西、内蒙古、新疆等地，分布较为分散。
其中，广东已建成并投入运营13座加氢站，上海已建成加氢站8座，其余省和直辖市的加氢站数量均小于5座，华南、华东布局力度较大，远超其他地区。
加氢站是燃料电池汽车发展的重要配套设施，也是各个国家的规划建设重点。
目前，包括中国、日本、德国、韩国、美国在内的多个国家纷纷出台相应规划以加快加氢站的建设布局，助推氢能源产业快速发展。
放眼未来，未来加氢站的类型逐渐多样化，也将趋向于更加专业化和标准化，央企国企成为加氢站的主要建设者，加氢站分布更加合理。
通过统一筹备配合地方政策，加氢站将在全国各地多点开花，形成更加完备的上游产业配套。
我国氢燃料电池汽车加氢站建设的痛点：
1）氢燃料电池汽车发展水平制约加氢站规模化进程。
与国际先进水平相比，我国氢燃料电池汽车在整车总体布置、动力性能、氢气消耗量等基本性能方面差距不大，但在关键材料及技术、核心零部件、耐久性及整车集成等方面仍有明显差距。
同时，我国氢燃料电池汽车产业着力发展大型客车、运输车及专用车等商用车，尚无量产的乘用车。
商用车行驶路线基本固定且车辆集中，只需在车辆使用附近地区有加氢站即可满足需求，从而造成加氢站行业的商业化进程停滞。
2）建设运行成本高制约加氢站建设投资热情：
目前我国加氢站核心设备的技术储备不足，国产化水平较低，加氢站核心设备的研发、应用技术远远落后于日本、欧美等发达国家，如70MPa高压储氢技术、加氢站不锈钢材料、氢气压缩机、氢气加注机等核心技术。
加氢站核心技术的缺失，造成加
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