下一場新能源車革命：氫能和燃料電池的“戰(zhàn)備競賽”

在《日本的氫能戰(zhàn)略和燃料電池時代的來臨》中，國泰君安機(jī)械團(tuán)隊曾經(jīng)就日本的氫能戰(zhàn)略進(jìn)行了詳細(xì)復(fù)盤和分析。

事實(shí)上，2019年兩會期間，氫能已經(jīng)首次被寫入中國的政府工作報告：

“繼續(xù)執(zhí)行新能源汽車購置優(yōu)惠政策，推動充電、加氫等設(shè)施建設(shè)”

在全球范圍內(nèi)，民用氫能的“戰(zhàn)備競賽”早已在2017年底由日本的“基本氫能戰(zhàn)略”挑起。目前，包括美國、日本、法國、澳大利亞在內(nèi)的多個國家已發(fā)布其燃料電池汽車及加氫站的長期規(guī)劃。

氫能到底有什么樣的魅力，能夠瞬間引起多國的青睞?又有哪些A股上市公司在該領(lǐng)域有布局?

01 你不知道的氫燃料

從環(huán)境影響而言，當(dāng)前氫燃料電池汽車的全生命周期排放強(qiáng)度雖普遍高于純電動汽車，但明顯低于燃油汽車。

而從車輛性能而言，目前燃料電池乘用車?yán)m(xù)航里程可達(dá)到500 公里以上，明顯高于一般電動汽車?yán)m(xù)航水平。且氫燃料加注速度快，解決了長期困擾純電動汽車發(fā)展的續(xù)航里程焦慮和快速補(bǔ)充能源問題。

最后，在低溫啟動、電池循環(huán)壽命與回收等工程技術(shù)層面，氫燃料汽車也接近內(nèi)燃機(jī)車輛水平。

與純電動汽車相當(dāng)?shù)墓?jié)能減排效益和與傳統(tǒng)汽柴油汽車相近的車輛性能，讓氫能成為未來極具競爭力的新能源汽車技術(shù)路線。

數(shù)據(jù)來源：國泰君安證券研究

不僅如此，根據(jù)IEA的數(shù)據(jù)，與其他幾種汽車供能方式相比，燃料電池汽車的價格雖然目前很高，但未來有很大的下降空間，預(yù)計2030年可以下降到現(xiàn)在價格的56%左右。相對其他技術(shù)類型的汽車，將具有足夠的經(jīng)濟(jì)性。

這也是氫燃料汽車未來發(fā)展的關(guān)鍵所在：燃料電池系統(tǒng)的高成本增加了整個汽車的成本，未來的主攻方向是如何在降低成本的同時，延長使用壽命。

這在從理論上講是可行的，但是燃料電池中的核心部件——高壓罐的成本卻較難下降，因?yàn)楦邏汗薜某杀竞艽蟪潭壬先Q于昂貴的復(fù)合材料。這也是目前產(chǎn)業(yè)界集中力量要攻克的技術(shù)難點(diǎn)。

02 中國氫能戰(zhàn)略的現(xiàn)在與未來

近年來，我國燃料電池汽車產(chǎn)銷量保持每年千輛左右，主要為客車和專用車輛。

根據(jù)OFweek統(tǒng)計合格證口徑數(shù)據(jù)，2018 年我國燃料電池汽車產(chǎn)量為1619 輛，帶動燃料電池需求51 MW;相比2017年的產(chǎn)量1275輛，同比增加27%。

2018年我國燃料電池汽車產(chǎn)量同比增長27%

數(shù)據(jù)來源：中機(jī)中心合格證口徑、國泰君安證券研究

就銷量結(jié)構(gòu)上看，我國氫燃料電池車以客車和專用車為主，其中專用車產(chǎn)量(含貨車、環(huán)衛(wèi)車等)為909 輛，相比2017 年增長尤為明顯，客車產(chǎn)量為710輛。中通汽車、飛馳汽車兩家企業(yè)占據(jù)全國總產(chǎn)量的70%以上。

中通客車、飛馳汽車

占據(jù)全國產(chǎn)量70%以上

數(shù)據(jù)來源：中機(jī)中心合格證口徑、國泰君安證券研究

但顯然，這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

我國氫燃料電池汽車的發(fā)展愿景是：到2030年實(shí)現(xiàn)百萬輛氫燃料電池汽車上路行駛，到2050年與純電動汽車共同實(shí)現(xiàn)汽車零排放。

數(shù)據(jù)來源：節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖、國泰君安證券研究

要達(dá)成這樣的目標(biāo)，曾經(jīng)令新能源車產(chǎn)業(yè)為之瘋狂的“補(bǔ)貼狂魔”再次出動。自2018年年初至今，已有十余個省區(qū)市發(fā)布補(bǔ)貼細(xì)則。

2019年3月，國家補(bǔ)貼也終于落地：

2019年3月26日至6月25日過渡期間銷售上牌的燃料電池汽車按2018年對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的0.8倍補(bǔ)貼。

(2018年標(biāo)準(zhǔn)：燃料電池乘用車按可定功率補(bǔ)貼，標(biāo)準(zhǔn)為6000元/kW，補(bǔ)貼上限20萬元/輛;輕型燃料電池客車/貨車以及大中型客車/中重型貨車采用定額補(bǔ)貼，補(bǔ)貼上限分別為30萬元/輛和50萬元/輛)。

03 產(chǎn)業(yè)鏈起底：挑戰(zhàn)何在

在氫燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈中，上游是氫氣的制取、運(yùn)輸和儲藏，在加氫站對氫燃料電池系統(tǒng)進(jìn)行氫氣的加注;中游是電堆等關(guān)鍵零部件的生產(chǎn)，將電堆和配件兩大部分進(jìn)行集成，形成氫燃料電池系統(tǒng);在下游應(yīng)用層面，主要有交通運(yùn)輸、便攜式電源和固定式電源三個方向。

數(shù)據(jù)來源：國泰君安證券研究

氫能和燃料電池的關(guān)鍵技術(shù)主要是氫能的生產(chǎn)工藝、燃料電池技術(shù)、氫燃料的運(yùn)輸與配送等。

氫燃料電池

燃料電池車用動力系統(tǒng)主要包括燃料電池發(fā)動機(jī)、動力電池、電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、DCDC 直流變換器。

我國攻克了車用燃料電池動力系統(tǒng)集成、控制和適配等關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)，形成了燃料電池系統(tǒng)、動力電池系統(tǒng)、DC/DC(直流/直流)轉(zhuǎn)換器、驅(qū)動電機(jī)、儲氫與供氫系統(tǒng)等關(guān)鍵零部件部件配套研發(fā)體系，總體技術(shù)接近國際先進(jìn)水平。

以同濟(jì)大學(xué)新能源汽車工程中心為主的氫燃料電池轎車動力系統(tǒng)研發(fā)團(tuán)隊，和以清華大學(xué)汽車安全與節(jié)能國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為主的氫燃料電池客車動力系統(tǒng)研發(fā)團(tuán)隊，在車用燃料電池動力系統(tǒng)平臺技術(shù)方面取得重要進(jìn)展。

乘用車方面

國外乘用車廠發(fā)動機(jī)均采用全功率模式，再加上乘用車內(nèi)空間有限，因此均使用高壓金屬板電堆，體積功率密度高(>3kW/L)，均實(shí)現(xiàn)-25℃以下低溫啟動，壽命5000小時以上，已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化銷售。但是，國內(nèi)燃料電池乘用車發(fā)動機(jī)僅有上汽一家自主開發(fā)的榮威950轎車(30kW)完成公告認(rèn)證，其他乘用車企業(yè)均采用合作的方式，還處于樣車開發(fā)階段，例如北汽、廣汽、長安、漢騰等。

商用車方面

國外商用車發(fā)動機(jī)供應(yīng)商主要有巴拉德、Hydrogenics和US Hybrid，這三家企業(yè)目前都與國內(nèi)的企業(yè)有合作，發(fā)動機(jī)均采用石墨板和中低壓技術(shù)路線，壽命超過10000小時。

氫燃料電池的主要成本集中于電池堆，年產(chǎn)1,000套系統(tǒng)與年產(chǎn)50萬套系統(tǒng)中，電堆占燃料電池成本分別為66%和42%。

國外乘用車廠大多自行開發(fā)電堆，并不對外開放，例如豐田、本田、現(xiàn)代等。也有少數(shù)采用合作伙伴的電堆來開發(fā)發(fā)動機(jī)的乘用車企業(yè)，例如奧迪(采用加拿大巴拉德定制開發(fā)的電堆)和奔馳(采用奔馳與福田的合資公司AFCC的電堆)。

目前國內(nèi)車用燃料電池空壓機(jī)基本依賴進(jìn)口，國產(chǎn)的僅廣順空壓機(jī)在上汽有實(shí)際應(yīng)用。

除此之外，關(guān)鍵零部件還包括氫氣循環(huán)泵、加濕器和儲氫瓶，目前我國廠商仍處于研制階段。產(chǎn)業(yè)鏈應(yīng)用中主要依賴進(jìn)口。

氫氣制備與儲運(yùn)

我們曾在《日本的氫能戰(zhàn)略和燃料電池時代的來臨》中對電解制氫和重整制氫進(jìn)行了羅列對比。

我國氫氣產(chǎn)能超過2,000萬t/a，但生產(chǎn)主要依賴化石能源，消費(fèi)主要作為工業(yè)原料，清潔能源制氫和氫能的能源化利用規(guī)模較小。

氫氣供給：國內(nèi)由煤、天然氣、石油等化石燃料生產(chǎn)的氫氣占比接近70%，工業(yè)副產(chǎn)氫(焦?fàn)t煤氣、氯堿等)占比約為30%，電解水制氫占比不到1%。

氫氣需求：基本為工業(yè)用途，如合成氨、合成甲醇、石油煉化等;用于交通領(lǐng)域的燃料電池汽車占比不到1%。

相比上游制氫行業(yè)，氫能儲運(yùn)和加注產(chǎn)業(yè)化較為滯后。我國壓縮氫氣主要通過氣氫拖車和氫氣管道兩種方式運(yùn)輸。

氣氫拖車：裝運(yùn)的氫氣重量只占運(yùn)輸總重量的1%~2%，比較適用于運(yùn)輸距離較近、輸送量較低、氫氣日用量為噸級或以下的用戶。目前，國內(nèi)加氫站的外進(jìn)氫氣均采用氣氫拖車進(jìn)行運(yùn)輸。

氣氫管道：運(yùn)輸應(yīng)用于大規(guī)模、長距離的氫氣運(yùn)輸，可有效降低運(yùn)輸成本。國外氣氫管道輸送相對國內(nèi)較成熟，美國、歐洲已分別建成2400 km、1500 km 的輸氫管道。我國目前氫氣管網(wǎng)僅有300~400 km， 最長的輸氫管線為“ 巴陵- 長嶺”氫氣管道，全長約42 km、壓力為4 MPa。

加氫

加氫站是燃料電池汽車供應(yīng)鏈中一個至關(guān)重要的因素，提供加氫站網(wǎng)絡(luò)建設(shè)是普及燃料電池車的先決條件。加氫站的設(shè)置在很大程度上是由每日氫燃料的需求量、車載氫燃料的儲存方式，以及氫燃料的制造和運(yùn)輸方式等決定的。

不同規(guī)模的加氫站采用不同的運(yùn)輸方式。一個小的加氫站初始階段可能每天只需要50kg到100kg，但是在成熟以后的市場里，加氫站每天可能會需要2,000kg氫燃料。對于小加氫站，可以采用氫氣氣體罐運(yùn)輸或者現(xiàn)場制氫，而對于日用氫量大于500kg且沒有現(xiàn)場制氫的加氫站，液化運(yùn)輸和管道運(yùn)輸是最好選擇。

在終端加氫設(shè)施方面，截至2018 年9 月，我國在運(yùn)營的加氫站有17 座，在建的加氫站38 座。目前國內(nèi)已建和在建站以35 MPa 為主，也正在規(guī)劃建設(shè)70 MPa 加氫站，暫無液氫加氫站。這在全球范圍內(nèi)是相對緩慢的。

這其中原因有二：一方面，氫能需求不足，導(dǎo)致加氫站投入平均成本過高、難以大規(guī)模鋪設(shè);另一方面，國內(nèi)加氫站成本過高，建設(shè)及運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)不足，加氫站建設(shè)運(yùn)營管理制度體系缺位，加氫站建設(shè)運(yùn)營等行政審批程序不通暢等多方面因素，又使得我國加氫站推廣緩慢。

加氫站成本構(gòu)成主要為壓縮機(jī)。根據(jù)交能網(wǎng)數(shù)據(jù)，目前加氫站建設(shè)成本較高，我國一個日加氫能力為200kg的加氫站成本約為1,000萬元，歐洲同等量級的加氫站所需成本與國內(nèi)相當(dāng)。

數(shù)據(jù)來源：交能網(wǎng)、國泰君安證券研究

建設(shè)成本方面，對應(yīng)日加氫量為200kg的串級高壓儲氫加氫站，其成本42%約為壓縮機(jī)。其次是儲氫設(shè)備占比約為19%;冷卻設(shè)備占比約11%。對于采用低溫液態(tài)氫的加氫站，避免了壓縮機(jī)、冷卻設(shè)備的投入，成本將在600萬元以下。

運(yùn)營成本方面，能耗來自增壓設(shè)備和冷卻設(shè)備的能耗，低溫液態(tài)加氫，不需要冷卻裝置，增壓能耗較低，因此液態(tài)加氫站的運(yùn)營成本也相對氣體加氫站較低;但如果制氫地點(diǎn)與加氫站距離較近時，氫氣液化和液態(tài)氫氣的運(yùn)輸成本都更高，將導(dǎo)致終端成本較高。因此，加氫站的設(shè)計應(yīng)當(dāng)因地制宜，綜合各項成本。

數(shù)據(jù)來源：交能網(wǎng)

04 成本拆解

從制氫成本來看，采用不同方式制氫的成本差異較大。根據(jù)來自國家發(fā)改委能源研究所的測算數(shù)據(jù)，電解制氫成本顯著高于化石能源制氫和工業(yè)副產(chǎn)氫。

從氫氣儲運(yùn)來看，成本與儲運(yùn)距離和儲運(yùn)量有密切關(guān)系，目前市場需求量較小，高壓儲氫罐拖車運(yùn)輸百公里儲運(yùn)成本高達(dá)20元/kg。隨著氫能應(yīng)用規(guī)模的擴(kuò)大、儲氫密度提升以及管道運(yùn)輸?shù)囊耄磥須淠軆\(yùn)成本具有較大下降空間。

對于加氫站環(huán)節(jié)，由于當(dāng)前設(shè)備較貴，用氫量小，因此目前加注環(huán)節(jié)的成本約10元/kg。綜合考慮各環(huán)節(jié)，當(dāng)前終端用氫價格在35~50元/kg。隨著用氫規(guī)模擴(kuò)大以及技術(shù)進(jìn)步，用氫成本將明顯下降，預(yù)計未來終端用氫價格將降至25~40元/kg。因此，按照百公里用氫1 kg計算，燃料電池乘用車百公里用能成本略低于燃油車，但是要比動力電池乘用車百公里用電價格(居民用電約百公里10元，工商業(yè)用電百公里約20~30 元)高。

產(chǎn)量規(guī)模較小造成的高成本問題同樣出現(xiàn)在燃料電池環(huán)節(jié)。對于燃料電池汽車，目前國內(nèi)車用燃料電池成本還高達(dá)5,000元/kW以上，因此整車成本遠(yuǎn)高于動力電池汽車和燃油車。目前制約燃料電池車應(yīng)用的最大因素也是車的成本太高，主要是由于燃料電池組產(chǎn)量低，使得單價居高不下。

隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，燃料電池成本有望大幅下降。根據(jù)美國能源部(DOE)由學(xué)習(xí)曲線做的燃料電池成本和產(chǎn)量關(guān)系的測算，基于2020年的技術(shù)水平，在年產(chǎn)50萬套80 kW電堆的規(guī)模下，質(zhì)子交換膜(PEM)燃料電池系統(tǒng)成本可降低到40美元/kW(約合260元/kW)，即80 kW 燃料電池汽車的電池系統(tǒng)總價約2萬元。而按照國際能源署預(yù)測，2030 年鋰離子電池系統(tǒng)成本有望降低至100 美元，同等水平的60 kWh動力電池車電池系統(tǒng)總價約為4萬元。

數(shù)據(jù)來源：DOE、國泰君安證券研究

因此，從長期來看，未來燃料電池汽車成本有望比動力電池汽車更低，和燃油車的成本相當(dāng)。燃料電池成本下降速率將明顯高于鋰離子電池，其原因主要在于：

目前鋰離子電池產(chǎn)業(yè)已具備較大規(guī)模，成本下降速率已逐漸趨于穩(wěn)定，而燃料電池產(chǎn)業(yè)仍處在發(fā)展初期，其成本具有巨大下降潛力;

電堆是燃料電池成本的主要組成部分，電堆中除鉑催化劑外，其他材料包括石墨、聚合物膜、鋼等，幾乎不存在類似于鋰、鈷、鎳等稀缺材料對鋰電池成本的剛性限制。而且近10 年來在技術(shù)進(jìn)步推動下，單位功率鉑用量大幅下降，豐田Mirai 燃料電池鉑含量僅約0.2 g/kW，未來有望降低至0.1 g/kW 以下，且鉑可以回收利用，可以有效降低電堆成本。

05 哪些公司已經(jīng)入局?

雖然氫能對于改善我國能源結(jié)構(gòu)、保障國家能源安全有著重要意義。但仍然需要注意風(fēng)險因素的存在。

首先，目前我國中央和地方財政對氫燃料電池產(chǎn)業(yè)扶持力度較大。我國燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展還處于初期，如果未來政府補(bǔ)貼政策發(fā)生變化，補(bǔ)貼出現(xiàn)退坡，一定程度將影響燃料電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

其次，在國際上，燃料電池在關(guān)鍵技術(shù)尤其是壽命上已經(jīng)取得了突破，并進(jìn)入了小批量試運(yùn)行以及降低成本的階段。目前，制約我國氫燃料電池汽車發(fā)展的瓶頸包括燃料電池耐久性問題、關(guān)鍵材料及核心零部件問題與氫供給難題等技術(shù)性制約因素。目前國內(nèi)燃料電池方面的主要技術(shù)風(fēng)險是來自如何通過技術(shù)手段降低系統(tǒng)的成本，并提高燃料電池發(fā)動機(jī)的使用壽命。

基于投資價值的角度，我們正在關(guān)注包括以下公司在內(nèi)的多個氫能源產(chǎn)業(yè)布局企業(yè)。

完整氫能源產(chǎn)業(yè)鏈布局

雪人股份

雪人股份主業(yè)為制冰設(shè)備、壓縮機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，借助其擁有的燃料電池空氣循環(huán)系統(tǒng)、氫氣循環(huán)泵等核心技術(shù)先發(fā)優(yōu)勢，2016年起開始布局氫產(chǎn)業(yè)鏈，通過一系列國際并購、控股或者參股，引進(jìn)氫能與燃料電池領(lǐng)域國際先進(jìn)技術(shù)。目前，雪人股份掌握上游“水電解制氫+加氫站+氫液化技術(shù)”，覆蓋下游“燃料電池+空氣供給系統(tǒng)+氫循環(huán)泵”完整的氫能源產(chǎn)業(yè)鏈布局。

2019年3月20日，雪人股份與重慶兩江新區(qū)管理委員會、重慶市經(jīng)濟(jì)和信息化委員會簽署了《投資燃料電池發(fā)動機(jī)及其核心零部件制造項目合作協(xié)議》。公司擬在重慶市兩江新區(qū)投資設(shè)立燃料電池發(fā)動機(jī)及其核心零部件制造項目，項目擬總投資45.5億元，將通過三期建設(shè)，最終達(dá)到年產(chǎn)10萬套燃料電池發(fā)動機(jī)及電堆等核心部件的產(chǎn)能。同時在重慶市分期建設(shè)35座加氫站。

氫燃料電池龍頭公司

億華通

億華通專注于氫燃料電池動力系統(tǒng)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化，目前已實(shí)現(xiàn)氫燃料電池發(fā)動機(jī)批量化生產(chǎn)，其中燃料電池發(fā)動機(jī)采用世界領(lǐng)先的干膜技術(shù)，具有低溫啟動、低溫儲存、高效率、高可靠性等優(yōu)勢。采用燃料電池發(fā)動機(jī)和動力電池的電電混合動力系統(tǒng)構(gòu)型，為客戶提供集系統(tǒng)構(gòu)型分析、系統(tǒng)集成、動力系統(tǒng)優(yōu)化控制、工程服務(wù)為一體的整套解決方案。

氫儲運(yùn)、加氫站核心供應(yīng)商

中集安瑞科（03899）

中集安瑞科主要從事能源、化工以及流體食品行業(yè)的各式運(yùn)輸、儲存及加工設(shè)備的設(shè)計、開發(fā)、制造及銷售，在河北石家莊、廊坊，安徽蚌埠，湖北荊門，江蘇南通、張家港，荷蘭Emmen、Sneek，丹麥Randers及比利時Menen等多個城市擁有制造基地，兼有一流的壓力容器、罐式集裝箱、液態(tài)食品生產(chǎn)儲運(yùn)及化工裝備產(chǎn)品生產(chǎn)線。借助在CNG儲罐等高壓儲罐、天然氣氣瓶等高壓裝備領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢，安瑞科較早切入氫能業(yè)務(wù)。