燃料电池汽车行业深度报告

        氢燃料电池汽车迎历史性发展契机

1.1 能源：结构调整势在必行

顶层设计护航新能源汽车产业，2025 年占比达到 25%左右。2019年12月3日，工信部正式发布《新能源汽车产业发展规划(2021-2035 年)》征求意见稿显示，到 2025 年新能源汽车市场竞争力明显提高，动力电池、驱动电机、车载操作系统等关键技术取得重大突破，新能源汽车新车销量占比达到 25%左右。

锂动力电池与燃料电池汽车将长期共存发展，并行不悖。 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，较长的时间内将是多种技术路线并存发展，目前而言，锂动力电动汽车更适合乘用车领域，以氢气作为能源供给的燃料电池更适合于长距离的重载和商用车领域。氢燃料电池汽车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。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，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、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。

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。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。氢气燃料热值几乎是其他化石燃料的 3 倍多，氢能源发电建设成本最低。

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。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。

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。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%。

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。

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。

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。

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。

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。

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 1~12 kW 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。

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 20 MPa，经济运输半径为 200 km 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：在氢燃料电池汽车领域，目前技术发展较成 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。

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。

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。

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。

2）建设运行成本高制约加氢站建设投资热情。

3）选址困难影响加氢站发展规模。

4）行业管理职能不明确影响加氢站建设进度

2.3 中游燃料电池：产学研齐发力

氢燃料电池动力系统即使用氢燃料电池发动机代替了传统燃油发动机，使用储氢罐代替了油箱，通过燃料电池的氢氧电化学反应，产生电能通过电动机驱动车辆行驶。电池系统核心主要包括氢燃料电池发动机和车载氢系统。

氢燃料电池发动机主要包括燃料电池电堆、空压机、膜增湿器等，主要功能是为燃料电池汽车提供动力来源。

车载氢系统主要由高压储氢瓶和氢气调节系统等组成，主要功能是存储氢气，并为氢燃料电池发动机供应适当压力、足够流量的氢气。

2.3.1产业快速发展，但技术仍有待提升

燃料电池系统又称燃料电池发动机，包括电堆和辅助系统(氢气、空气系统、热 管理系统、控制系统)，其性能大小不仅和电堆输出能力有直接关系，且需要匹配相应高性能辅助部件，氢气循环装置、空压机和加湿器等。

燃料电池辅助系统关键零部件包含空气压缩机、空气增湿器、氢气循环装置等， 当前由于资金与市场的局限，国内几乎空白，仅有压缩机一项能够在国内找到生产商，其余的均处于研究阶段或者需要进口。由于缺少部件模型定向开发需求， 忽略零部件集成匹配，在集成度方面同样处于劣势。

燃料电池的性能主要包括功率密度、寿命、成本等指标，国内燃料电堆成熟产品在技术指标上与国外领先产品存在较大差距。国外燃料电池模块功率密度普遍达到 3kW/L 水平，国内指标小于 1kW/L。目前国内正开发或少量已开发的大功率金属电堆产品，技术指标逐渐追赶但产品成熟度仍有较大差距。

电池成本持续下降将助推产业发展。根据美国能源部（DOE）的测算，以 80kW 质子交换膜燃料电池为例，在大规模生产条件假设下，燃料电池的生产成本从在 2010 年以前大幅下降，从 2011 年开始较为稳定地维持在 50 美元/kW 以上的 水平，同时美国目标在 2020 年将燃料电池成本降低到 40 美元/kW，远期价格为 30 美元/kW。若按 2006 与 2020 年的 124 与 30 美金/kW 计算，期间年均降幅 约为 10.6%，越到后期技术升级难度越大，降幅越小。

2.4下游整车：国外领先，国内“以商带私”

国外氢燃料电池汽车技术领先：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，部分领先车企产品的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 汽车销量处于领水平。

燃料电池商用车技术指标低于乘用车。在 2019 上海车展部分 FCEV 部分参展车型中，与国外成熟车型对比分析：燃料电池乘用车朝着高动力、长续航 和系统高度集成化目标发展，续航 500+km，储氢压力 70Mpa，燃料电池功 率 50+kW 级别，同时配备高功率电池，燃料电池发动机高度集成，但整体 技术不完善且处于样品状态。燃料电池商用车技术指标低于乘用车，一方面， 考虑到整车成本；另一方面，高性能零部件产品不成熟。特点：35mpa 储氢 压力配套高能量动力电池，续航达 400km，整车布置空间优越系统集成度不 高；技术方向：长续航+高可靠性。

技术与规模驱动成本与价格下行。目前国内氢燃料电池系统等产品价格根据客户 订单数量而呈现梯度报价，电堆平均价格在 6000~8000 元/kW，相比 2018 年有 20%左右的降幅；系统价格较 2018 年降低 10%，单台燃料电池公交车价格在150~300 万之间。随着国内燃料电池产业链完善，国产产品逐步应用，预计氢 燃料电池系统价格在每年 15~20%的降幅，售价快速下降将有效推动行业快速前 进。

我国车载燃料电池车以商用车和专用车主导。目前来看，国内主流燃料电池系 统供应商的系统体积功率密度普遍在 300kW/L 以下，而系统的质量比功率密度 多处于 220~320kW/kg 之间；23 款燃料电池系统中，功率分布在 30kW≤P＜ 50kW 的系统有 18 款，占比 78%。中游燃料电池系统的功率密度主要由下游的 市场状态决定。目前我国燃料电池整车主要由商用车和专用车主导，下游的市场 需求决定了中游电池系统的功率分布；同时，中游的技术水平制约下游产品的市 场空间。

我国燃料电池乘用车发展相对滞后。目前来我国燃料电池客车和专用车市场迅速 扩张，市场规模处于世界前列，然而乘用车的发展却驻足不前。主要由于两方面 的原因，一方面，我国燃料电池堆的技术水平还达不到乘用车的水准。另一方面， 燃料电池车的推广离不开加氢站的建设。加氢站配套的不足直接导致下游需求的 弱化，车企也没有动力向乘用车领域进行研发和推广。

国内技术与国外领先水平差距较大。在燃料电池全产业链核心技术方面，我国除 了石墨双极板、石墨板电堆在性能价格方面当前可与国外产品媲美外，其余产品差距还较大，国内普遍处于小批量，样品阶段，原因主要是早期国内产业链企业 较少；研发基础弱；技术积累时间短。目前国产产品基本处于边研发、边试用、 边装车的阶段，适用产品验证周期短，导致实际使用中的稳定性和寿命不达标。