燃料電池商業(yè)化加速：哪些領(lǐng)域有望率先受益?

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國(guó)內(nèi)氫燃料電池產(chǎn)業(yè)：具備產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，整裝待發(fā)

核心觀點(diǎn)：氫燃料電池的底層技術(shù)決定了它是高能量密度、高能量轉(zhuǎn)換率、環(huán)保無(wú)污染的能量來(lái)源，是理想汽車動(dòng)力來(lái)源。目前國(guó)產(chǎn)氫燃料電池零部件、電堆已基本具備產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，重要系統(tǒng)配件主要依賴進(jìn)口，正待政策春風(fēng)起，以揚(yáng)帆遠(yuǎn)航。

1、氫燃料電池工作原理決定了其是理想的汽車動(dòng)力來(lái)源氫燃料電池與蓄電池電極反應(yīng)物質(zhì)貯存于電池內(nèi)部不同，與內(nèi)燃機(jī)相似，是將源源不斷輸入的燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能。

電池的負(fù)極供給燃料(氫氣)，正極供給氧化劑(氧氣、空氣)，氫在負(fù)極上的催化劑的作用下失去電子，成為氫離子，進(jìn)入電解液中，而電子則沿外部電路移向正極，在正極催化劑作用下與氧氣結(jié)合生成水。

燃料電池技術(shù)原理與蓄電池、內(nèi)燃機(jī)有差別，因而兼具兩者的“燃料屬性”、“環(huán)保屬性”和“能量屬性”，適應(yīng)于重載、長(zhǎng)里程、寒冷的運(yùn)輸場(chǎng)景。

目前我國(guó)在PEMFC燃料電池電堆及核心零部件的技術(shù)水平、成本控制水平均距離國(guó)外有差距，系統(tǒng)重要配件幾乎依賴進(jìn)口。

1、核心零部件、單體電池及電堆:我國(guó)能生產(chǎn)，但水平有差距我國(guó)具備核心零部件的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，但距離國(guó)外高端水平有差距。目前催化劑的差距正在縮小，質(zhì)子交換膜、碳紙、膜電極、雙極板等差距還較大，是下一步技術(shù)攻關(guān)的發(fā)力點(diǎn)。

在電堆方面，目前國(guó)內(nèi)最新的技術(shù)指標(biāo)與國(guó)外差距小，但尚待驗(yàn)證。由于卡補(bǔ)貼現(xiàn)象嚴(yán)重，目前已裝車電池功率、功率密度、工況壽命等核心指標(biāo)距離國(guó)外水平有差距。最新技術(shù)水平至少需要經(jīng)過(guò)2-3年的驗(yàn)證，才能確定穩(wěn)定性方面與國(guó)外的差距。

2、重要系統(tǒng)配件幾乎依賴進(jìn)口重要系統(tǒng)配件幾乎依賴進(jìn)口，是技術(shù)攻關(guān)的核心領(lǐng)域。目前，在氫燃料電池的發(fā)動(dòng)機(jī)里，燃料電池電堆的成本占比由50%左右上升至60%-70%，重要系統(tǒng)配件由50%左右下降至約30%。主要變動(dòng)原因?yàn)闅錃庋h(huán)泵和儲(chǔ)氫瓶成本的大幅下降。

將氫燃料電池的制造分為四步：第一步，制造膜電極;第二步，制造雙極板;第三步，將膜電極和雙極板連接在一起;第四步，檢測(cè)制造好的電池的性能及安全性。

圍繞這三個(gè)生產(chǎn)工序，有十類生產(chǎn)設(shè)備：高速攪拌機(jī)、催化劑噴涂機(jī)、干燥機(jī)、壓合機(jī)、雙極板涂層鍍膜設(shè)備、切割設(shè)備、膜電極及電堆密封的點(diǎn)膠機(jī)、電堆檢測(cè)設(shè)備、焊接機(jī)。

以動(dòng)力鋰電池產(chǎn)業(yè)化為鑒：以政策驅(qū)動(dòng)為開端

核心觀點(diǎn)：中央+地方層面積極出臺(tái)政策，借鑒動(dòng)力鋰電產(chǎn)業(yè)化路徑，我們判斷投資時(shí)點(diǎn)上，目前的氫燃料電池對(duì)標(biāo)2009年的動(dòng)力鋰電。

動(dòng)力鋰電由2009年“千城千輛”政策起步，經(jīng)過(guò)10年的補(bǔ)貼實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。燃料電池有望復(fù)制動(dòng)力鋰電的商業(yè)化路徑。

自2009年起，動(dòng)力鋰電新能源汽車在十年的政策扶持下，逐漸實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，從2009年的全國(guó)產(chǎn)銷約5000輛左右，逐步增長(zhǎng)到2018年的生產(chǎn)127萬(wàn)輛、銷售126萬(wàn)輛。

氫燃料電池的政策在4個(gè)方面可對(duì)標(biāo)動(dòng)力鋰電：

(1)推廣措施—均由中央+地方兩級(jí)財(cái)政補(bǔ)貼為政策主要措施，早期關(guān)注先發(fā)優(yōu)勢(shì)，后期關(guān)注產(chǎn)品力優(yōu)勢(shì)。(2)推廣領(lǐng)域—均為先商后乘，早期關(guān)注商用車領(lǐng)域，后期關(guān)注乘用車領(lǐng)域。(3)推廣地域—均從部分城市重點(diǎn)投入到全國(guó)范圍推廣，早期關(guān)注車企的地域優(yōu)勢(shì)。(4)推廣標(biāo)準(zhǔn)—國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)會(huì)遵循越來(lái)越嚴(yán)格的路徑，后期關(guān)注產(chǎn)品力優(yōu)勢(shì)。

不同之處在于配套設(shè)施方面，氫能源汽車是配套先行。動(dòng)力鋰電新能源汽車所需的充電站、換電站等配套設(shè)施起步晚，在2010-2011年僅是設(shè)立了標(biāo)準(zhǔn)，并沒(méi)有鼓勵(lì)政策，2014年起才逐漸加大了力度。

而氫燃料電池車所需的加氫站等配套設(shè)施在2018-2019年就有不少城市出臺(tái)鼓勵(lì)政策。

通過(guò)梳理我國(guó)動(dòng)力鋰電新能源汽車發(fā)展的脈絡(luò)和現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)鏈的狀況，我們判斷，目前氫能正處于產(chǎn)業(yè)導(dǎo)入期，時(shí)間點(diǎn)上可對(duì)標(biāo)動(dòng)力鋰電的2009年，關(guān)鍵行業(yè)驅(qū)動(dòng)力為財(cái)政補(bǔ)貼等產(chǎn)業(yè)扶持政策。

中央層面，2019年3月，氫能被首次寫入政府工作報(bào)告，2019年10月國(guó)家能源委員會(huì)會(huì)議定下大力發(fā)展氫燃料電池的政策基調(diào)。

我們預(yù)計(jì)，財(cái)政部將于2019年Q4出臺(tái)2020年后燃料電池的中央補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)。地方層面，2019年超過(guò)17個(gè)省份28個(gè)城市發(fā)布了氫能相關(guān)的地方政策，全國(guó)各地對(duì)氫能產(chǎn)業(yè)的規(guī)劃布局正在提速。

目前我國(guó)的氫燃料電池政策投入最大的城市為浙江省(寧波市)、廣東省(廣州市、深圳市、佛山市)、江蘇省(鎮(zhèn)江市、張家港市)、上海市、重慶市。1、車載高壓儲(chǔ)氫是主流車輛的氫氣來(lái)源有兩條技術(shù)路線，一條是車載儲(chǔ)氫技術(shù)路線，具體包括高壓儲(chǔ)氫、液氫儲(chǔ)氫、金屬氫化物儲(chǔ)氫、漿液儲(chǔ)氫四種技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式;

另一條是隨車制氫技術(shù)路線，具體包括汽油重整制氫裝置、甲醇重整制氫裝置、硼氫化鈉水解制氫三種技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式。

車載高壓儲(chǔ)氫是主流技術(shù)方式，即車內(nèi)搭載儲(chǔ)氫瓶作為能量?jī)?chǔ)存裝置。

國(guó)際上，從主要汽車廠商的燃料電池布局來(lái)看，車載純氫儲(chǔ)藏系統(tǒng)的車輛占據(jù)市場(chǎng)主導(dǎo)地位。

韓國(guó)現(xiàn)代途勝2013年2月，推出ix35，成為世界上第一輛量產(chǎn)版氫燃料電池汽車;日本豐田2014年12月，推出全全球第一款量產(chǎn)的Mirai氫燃料電池汽車，打開氫燃料電池商業(yè)化的大門;本田和奧迪分別宣布將在2016年推出其氫燃料電池汽車Clarity和Q6h-tron;福特、奔馳于2017年推出其氫燃料電池汽車Explorer和F-CELL;這些車型以高壓儲(chǔ)氫為主流搭載方式。

國(guó)內(nèi)比較理想的方案也是采用高壓儲(chǔ)氫與儲(chǔ)氫材料復(fù)合的儲(chǔ)氫新模式，即在高壓儲(chǔ)氫器皿中填裝質(zhì)量較輕的儲(chǔ)氫材料。

2、國(guó)內(nèi)加氫站建設(shè)數(shù)量上或加速，單站規(guī)模上或增加車載高壓儲(chǔ)氫需要加氫站作為配套設(shè)施。

加氫站相當(dāng)于燃油車的加油站，儲(chǔ)氫瓶相當(dāng)于國(guó)內(nèi)以外供高壓氣氫站為主。

(1)根據(jù)氫氣來(lái)源，加氫站可分為外供氫加氫站和內(nèi)制氫加氫站。因氫氣按照?；饭芾?，制氫站只能在化工園區(qū)內(nèi)，故目前國(guó)內(nèi)尚未有站內(nèi)制氫加氫站。

外供氫加氫站內(nèi)無(wú)制氫裝置，氫氣通過(guò)運(yùn)氫車或者管道由制氫廠運(yùn)輸至加氫站，由壓縮機(jī)壓縮并輸送入高壓儲(chǔ)氫瓶?jī)?nèi)存儲(chǔ)，最終通過(guò)氫氣加氣機(jī)加注到燃料電池汽車中使用。

內(nèi)制氫加氫站內(nèi)建有制氫系統(tǒng)，氫氣來(lái)源包括電解水制氫、天然氣重整制氫等，制備好的氫氣一般需經(jīng)純化、干燥后再進(jìn)行壓縮、存儲(chǔ)及加注等步驟。

電解水制氫和天然氣重整制氫技術(shù)由于設(shè)備便于安裝、自動(dòng)化程度較高，且天然氣重整技術(shù)可依托天然氣基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)展，因而在站內(nèi)制氫加氫站中應(yīng)用最多，歐洲內(nèi)制氫加氫站主要采用這兩種制氫方式。

(2)根據(jù)氫氣存儲(chǔ)方式的不同，可分為高壓氣氫站和液氫站。全球約30%的加氫站為液氫儲(chǔ)運(yùn)加氫站，主要分布在美國(guó)和日本，我國(guó)目前全部為高壓氣氫站，主要為35Mpa。

相比氣氫儲(chǔ)運(yùn)，液氫儲(chǔ)運(yùn)加氫站占地面積更小，存儲(chǔ)量更大，但是建設(shè)難度也相對(duì)更大，適合大規(guī)模加氫需求。高壓氫氣站按壓力分，有35Mpa和70Mpa兩種。70Mpa壓縮密度高，等量氫氣經(jīng)70Mpa壓縮后的體積比35Mpa小，但造價(jià)昂貴，運(yùn)營(yíng)費(fèi)用高。

我國(guó)目前最便宜的制氫來(lái)源是煤炭重整制氫，工業(yè)副產(chǎn)氫來(lái)源充足，氫源不是限制燃料電池的因素。我們判斷，在未來(lái)較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，以煤炭重整制氫、工業(yè)副產(chǎn)氫源為主。

目前工業(yè)上制氫有三種較為成熟的技術(shù)路線：

(1)以煤炭、天然氣等化石能源重整制氫。

以煤為原料制氫是目前成本最低的制氫方式，煤占制氫總成本的約50%，每小時(shí)產(chǎn)能為54萬(wàn)方合成器的裝置在原料煤(600大卡，含碳量80%以上)價(jià)格600元/噸的情況下，制取氫氣成本約8.85元/kg。以天然氣為原料制氫是國(guó)外主流的制氫方式，天然氣占制氫總成本的70%以上。

(2)以焦?fàn)t煤氣、氯堿尾氣、丙烷脫氫為代表的工業(yè)副產(chǎn)氣制氫。

目前工業(yè)副產(chǎn)氫氣的提純成本在0.3-0.6元/公斤，考慮副產(chǎn)氣體成本后，綜合制氫成本約10-16元/公斤。

目前僅燒堿副產(chǎn)的氫氣就足夠1500+個(gè)日加氫規(guī)模為500kg的加氫站使用(截止2019H1，國(guó)內(nèi)加氫站約25個(gè)左右)，氫氣來(lái)源充足。

我國(guó)是全球最大的焦炭生產(chǎn)國(guó)，每噸焦炭可產(chǎn)生焦?fàn)t煤氣約350-450立方米，焦?fàn)t煤氣中氫氣含量約為54%-59%。

我國(guó)燒堿年產(chǎn)量基本穩(wěn)定在3000萬(wàn)-3500萬(wàn)噸之間，副產(chǎn)氫氣75-87.5萬(wàn)噸，其中約60%的氫氣被配套聚氯乙烯和鹽酸利用，剩余約28萬(wàn)-34萬(wàn)噸。

甲醇及合成氨工業(yè)、丙烷脫氫(PDH)項(xiàng)目的合成氣含氫量在60%-95%之間。

我國(guó)甲醇產(chǎn)能8351萬(wàn)噸/年，甲醇馳放氣有上百億立方，其中氫氣數(shù)十億立方米。我國(guó)合成氨產(chǎn)能約1.5億噸/年，每噸合成氨將產(chǎn)生150-250立方米的馳放氣，可回收氫氣約100萬(wàn)噸/年。截止2018年底，我國(guó)已建和在建的PDH項(xiàng)目17個(gè)，副產(chǎn)含氫約37萬(wàn)噸/年。

(3)電解水制氫。

目前電解水制氫技術(shù)主要有堿性水電解槽(AE)、質(zhì)子交換膜水電解槽(PEM)和固體氧化物水電解槽(SOE)，其中堿性水電解槽技術(shù)最為成熟，生產(chǎn)成本在電解水路線下最低，國(guó)內(nèi)單臺(tái)最大產(chǎn)氣量為1000m3/h;質(zhì)子交換膜電解槽流程簡(jiǎn)單，能效較高，國(guó)內(nèi)單臺(tái)最大產(chǎn)氣量為50m3/h，但催化劑昂貴，成本高;固體氧化物水電解槽采用水蒸氣電解，高溫下工作，能效最高，但尚在實(shí)驗(yàn)室階段。電解水法的主要成本在于電價(jià)，因其單位能耗較高(4-5千瓦時(shí)/立方氫氣)，一般認(rèn)為當(dāng)電價(jià)低于0.3元/千瓦時(shí)時(shí)，電解水法的成本接近煤炭或天然氣重整制氫。

油氫混合站是未來(lái)加氫站發(fā)展的方向，目前中石油、中石化已經(jīng)開始進(jìn)行相關(guān)的研究和試驗(yàn)工作。

油氫混合站是指在現(xiàn)有的加油站、加氣站的基礎(chǔ)上，加入加氫功能設(shè)施，使站內(nèi)具有加油、加氣、加氫等多種功能，可以減少前期投入的成本、減少新增場(chǎng)地需求、縮短建設(shè)時(shí)間等問(wèn)題。

根據(jù)《加氫站技術(shù)規(guī)范(國(guó)標(biāo)GB50516-2010)》，加氫站可以單站建設(shè)，但需要重新選址、投入成本高，也可以與加油站、加氣站一同建設(shè)，但需符合相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定。

中石油、中石化已經(jīng)開始積極探索油氫混合站的可行性。2019年7月1日，國(guó)內(nèi)首座油氫合建站——中國(guó)石化佛山樟坑油氫合建站正式建成，日供氫能力為500千克。

目前國(guó)內(nèi)加氫站數(shù)量少，加氫規(guī)模不大，商業(yè)化加氫站稀缺，分布集中。截止2018年底，我國(guó)共運(yùn)營(yíng)23座加氫站，占全球的比例為6.23%。

加氫規(guī)模在500kg/日以上的有9座，占比39%;建站手續(xù)齊備的商業(yè)化加氫站6座，占比26%。

乘用車方面，國(guó)外商用的豐田Mira(i2014版)加滿氫氣需要5kg，單次續(xù)航在500公里左右;國(guó)內(nèi)燃料客車配備的氫燃料電池加滿氫氣需要15kg-30kg之間，每公里需要消耗6-9kg氫氣。

日加氫規(guī)模500kg的加氫站一天只能供應(yīng)100輛乘用車，或30輛客車。我們預(yù)計(jì)，隨著氫燃料電池車數(shù)量的增多，加氫站的數(shù)量會(huì)增加，同時(shí)單站加氫規(guī)模也會(huì)增加。

目前主要的攔路虎是加氫站前期建設(shè)成本高，其中設(shè)備成本約占70%。

根據(jù)《中國(guó)氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書》的測(cè)算，國(guó)內(nèi)建設(shè)一座日加氫能力500公斤、加注壓力為35Mpa的加氫站至少需要1200萬(wàn)，相當(dāng)于傳統(tǒng)加油站的3倍。按中石化2019年4月向厚普股份采購(gòu)的加氫設(shè)備合同來(lái)看，單套加氫站設(shè)備約1100萬(wàn)元。

主要設(shè)備為加氫機(jī)、儲(chǔ)氫罐，目前設(shè)備的國(guó)產(chǎn)率不高，其中加氫機(jī)相當(dāng)于加氫站的大腦，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)所有加注功能、壓縮機(jī)的動(dòng)作、儲(chǔ)氫罐的開關(guān)。

加氫機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)是控制氫氣加注到氣瓶過(guò)程中發(fā)熱的程度，主要關(guān)注流速、劑量。

商業(yè)化運(yùn)營(yíng)的加氫站還需要考慮設(shè)備維護(hù)、運(yùn)營(yíng)、人工、稅收等費(fèi)用，折合加注成本在13-18元/公斤。但受規(guī)模效應(yīng)(氫氣加注量的增加)、油氫合建等建設(shè)方式、設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化等影響，單位加注成本有下降的空間。

下游：客車、物流車領(lǐng)域有望優(yōu)先受益

動(dòng)力鋰電汽車在客車、物流車領(lǐng)域一直做的不好，根本原因在于鋰電池的能量密度比較低，且鋰電池在低溫環(huán)境下容量衰減很快(手機(jī)在北方的冬天掉電極快也是出于這個(gè)原因)。

在物流車這樣的商用領(lǐng)域，下游客戶以電商、快遞、運(yùn)輸公司等市場(chǎng)化公司為主，重載、跨省跨市運(yùn)營(yíng)、夜間運(yùn)營(yíng)是常態(tài)，動(dòng)力鋰電池在這一部分的市場(chǎng)份額一直不高。

燃料電池汽車在動(dòng)力方面可對(duì)標(biāo)柴油車，所具備的的三個(gè)屬性:燃料、能量、環(huán)保屬性，它同時(shí)解決了內(nèi)燃機(jī)燃油帶來(lái)的的污染排放問(wèn)題和電動(dòng)汽車的里程焦慮和壽命問(wèn)題，尤其適用于高負(fù)載、長(zhǎng)距離、寒冷的運(yùn)輸場(chǎng)景中。在這些應(yīng)用場(chǎng)景中，氫燃料電池具備先天的優(yōu)勢(shì)。

同時(shí)，結(jié)合我國(guó)動(dòng)力鋰電新能源汽車的發(fā)展軌跡看，對(duì)于一個(gè)處于產(chǎn)業(yè)引導(dǎo)初期的事物而言，降低成本走向商業(yè)化，取得消費(fèi)者的價(jià)值認(rèn)同，才是其擁有生命力的根本。

儲(chǔ)氫站、燃料電池堆及成本是目前橫亙?cè)谄洚a(chǎn)業(yè)化前面的三座大山。隨著技術(shù)的迭代，目前的燃料電池系統(tǒng)和儲(chǔ)氫站等高昂的成本問(wèn)題，有望得以降低。

目前，我國(guó)已有少量客車、物流車進(jìn)入商用階段。自2017年起，一共有195輛車輛進(jìn)入《新能源車推廣目錄》，其中客車占143款，運(yùn)輸車(物流車)43款，冷藏車+保溫車共計(jì)占7款。

客車領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)較為激烈，北汽福田、佛山飛馳、金龍客車、上海申龍、宇通客車、中通客車均推出超過(guò)15款的客車;運(yùn)輸車、冷藏車、保溫車領(lǐng)域，東風(fēng)汽車、中通客車兩家公司推出超過(guò)10款的運(yùn)輸車。

2018-2019年，我國(guó)燃料汽車的銷售集中在商用車的客車領(lǐng)域，銷量在千輛等級(jí)。根據(jù)中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù)，2018年，我國(guó)出售了1362輛燃料電池車，截止到2019年9月，當(dāng)年出售了1228輛，均為客車、物流車，沒(méi)有乘用車。

根據(jù)采購(gòu)中標(biāo)情況推算，目前氫燃料電池客車的單價(jià)在約150-300萬(wàn)左右，按1500輛年銷量推算，目前燃料電池車市場(chǎng)規(guī)模在20-50億元之間。

乘用車：國(guó)際上有量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，國(guó)內(nèi)有嘗試，需待技術(shù)積累成熟

需等待技術(shù)積累到一定的水平后，燃料電池才會(huì)逐步滲透到乘用車領(lǐng)域。理論上講，乘用車的動(dòng)力系統(tǒng)比商用車更難造，因?yàn)樯逃密噭?dòng)力系統(tǒng)可占據(jù)空間更大，對(duì)電池各項(xiàng)特征有比較高的容錯(cuò)性，售后方面也容易集中處理，乘用車則對(duì)各方面性能的要求都更高。

國(guó)際上有推出量產(chǎn)燃料電池乘用車的經(jīng)驗(yàn)。國(guó)際車企已推出了幾款成熟量產(chǎn)的燃料電池車，其中豐田于2014年推出的Mirai銷量超過(guò)1萬(wàn)輛，且Mirai于2019年推出第二代產(chǎn)品。

韓國(guó)現(xiàn)代途勝2013年2月，推出ix35，成為世界上第一輛量產(chǎn)版氫燃料電池汽車;日本豐田2014年12月，推出全球第一款量產(chǎn)的Mirai氫燃料電池汽車，打開氫燃料電池商業(yè)化的大門;本田和奧迪分別宣布將在2016年推出其氫燃料電池汽車Clarity和Q6h-tron;福特、奔馳分別宣布將于2017年推出其氫燃料電池汽車Explorer和F-CELL，通用擬于2020年前推出雪佛蘭EquinoX和凱迪拉克Provoq。

目前國(guó)內(nèi)有少數(shù)廠家推出幾款乘用車，但均未規(guī)?；a(chǎn)或商用。2015年，上汽集團(tuán)推出第四代采用榮威950車型平臺(tái)的燃料電池車。我們預(yù)計(jì)，隨著國(guó)內(nèi)燃料電池技術(shù)的不斷成熟、整車造價(jià)成本的降低、配套設(shè)施設(shè)備的完善，國(guó)內(nèi)車企也將陸續(xù)推出燃料電池乘用車車型。