燃料電池元年，氫能產(chǎn)業(yè)鏈誰是霸主？

核心結(jié)論：

2021年有望成為燃料電池汽車發(fā)展元年：

1)2020年9月五部委聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于開展燃料電池汽車示范應(yīng)用的通知》，提出以城市群為單位，以四年為期，采取以獎代補的形式推動燃料電池汽車示范工作，類似于2009年鋰電池汽車十城千輛計劃的落地，通知發(fā)布以后北京、張家口等地均出臺了相應(yīng)的地方氫能發(fā)展規(guī)劃，我們預(yù)計隨著主要城市地方方案的落地，國家示范城市落地可期;

2)北京冬奧會場館內(nèi)用車將采用燃料電池汽車，這將是燃料電池汽車一次較大規(guī)模的商業(yè)化應(yīng)用;

3)我們認為后續(xù)整體氫能產(chǎn)業(yè)鏈來看無論是在氫的市場地位、燃料電池汽車配套設(shè)施建設(shè)、以及燃料電池汽車推廣方面都將會迎來新的發(fā)展機遇，產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)企業(yè)有望充分受益，標的：億華通(688339.SH)、厚普股份(300471.SZ)、雄韜股份(002733.SZ)、全柴動力(600218.SH)、嘉化能源(600273.SH)、騰龍股份(603158.SH)、濰柴動力(000338.SZ)、雪人股份(002639.SZ)、濱化股份(601678.SH)、大洋電機(002249.SZ)、富瑞特裝(300228.SZ)、美錦能源(000273.SZ)、貴研鉑業(yè)(600459.SH)等。

一、燃料電池：新能源、新起點、新征程

燃料電池是通過化學反應(yīng)將化學能轉(zhuǎn)換為電能的裝置。早在1839年英國科學家威廉·格羅夫就發(fā)行了第一個燃料電池，不同于其他的電池類型，燃料電池是通過氫氣裝置內(nèi)部的化學反應(yīng)從而將化學能轉(zhuǎn)換為電能。如下圖所示，燃料電池內(nèi)部發(fā)生反應(yīng)的原理如下：氫氣先進入燃料電池的陽極(步驟①)，然后氫氣與涂覆在陽極上面的催化層進行反應(yīng)，釋放電子形成帶有正電荷的氫離子(步驟②)，接下來氫離子穿過電解液或者電解質(zhì)到達陰極(步驟③)，而電子則流入電路形成電流(步驟④);最后在陰極催化劑使氫離子與空氣中的氧氣結(jié)合形成水，而這也是燃料電池反應(yīng)中的唯一副產(chǎn)品。

燃料電池根據(jù)電解質(zhì)特性和工作溫度等條件可以進行多項分類。燃料電池通常根據(jù)電解質(zhì)性質(zhì)和使用的燃料可以分為質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)、直接甲醇燃料電池(DMFC)、磷酸燃料電池(PAFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)、固體氧化物燃料電池(SOFC)、堿性燃料電池(AFC)等，例如質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)主要依托質(zhì)子交換膜傳遞質(zhì)子介質(zhì)、堿性燃料電池(AFC)使用堿性水基電解質(zhì)如氫氧化鉀溶液作為傳遞質(zhì)子介質(zhì)的等。此外根據(jù)工作溫度的高低還可以將燃料電池分為高溫燃料電池和低溫燃料電池，前者主要包括固體氧化物燃料電池(SOFC)和熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)，后者包括質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)、直接甲醇燃料電池(DMFC)、堿性燃料電池(AFC)、磷酸燃料電池(PAFC)等。

質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)成為目前主流技術(shù)。質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)使用水基酸性聚合物膜作為其電解質(zhì)，由于其較低的工作溫度(低于100℃)和使用貴金屬電極(鉑基電極)等特點，PEMFC電池必須在純氫氣下工作。相較于其它燃料電池，PEMFC具有工作溫度低、啟動速度快、功率密度高、電解質(zhì)無腐蝕性、使用壽命長等優(yōu)點;從而成為目前應(yīng)用于燃料電池汽車的主流技術(shù)，同時也部分應(yīng)用于便攜式和固定式設(shè)備。根據(jù)E4 Tech統(tǒng)計顯示，2019年P(guān)EMFC燃料電池預(yù)計出貨量達到44100套，占全球比重達到62%;預(yù)計裝機容量達到934.2MW，占全球比重達到83%。

二、燃料電池汽車帶來出行新方式

汽車是燃料電池重要的應(yīng)用領(lǐng)域之一。從上文分析可以看到移動式燃料電池應(yīng)用在裝機容量方面位列第一，而汽車則是其重要的一個應(yīng)用方向。不同于傳統(tǒng)的燃油汽車和動力電池驅(qū)動的新能源汽車，燃料電池主要是通過電化學反應(yīng)將陽極的燃料(氫氣)和陰極的氧化劑(氧氣)的化學能轉(zhuǎn)化為電能，從而帶動整個汽車的運行。具體來看燃料電池的核心部件包括發(fā)動機系統(tǒng)、輔助電源和電機;其中發(fā)動機系統(tǒng)主要包括由電堆組成的發(fā)動機、車載儲氫系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和DCDC電壓變換器。而這其中電堆又是最為關(guān)鍵的部件，其是氫氣與氧氣發(fā)生化學反應(yīng)的場所的，其由多個單體電池疊放構(gòu)成，主要材料包括雙極板、膜電極、端板等。

燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈可以細分為整車產(chǎn)業(yè)鏈和氫能產(chǎn)業(yè)鏈。氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈可以細分為汽車相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈以及氫燃料產(chǎn)業(yè)鏈：1)汽車產(chǎn)業(yè)鏈：按照上文所述汽車產(chǎn)業(yè)鏈可以進一步向產(chǎn)業(yè)鏈上游推導到質(zhì)子交換膜、氣體擴散層、催化劑(金屬鉑)等膜電極原材料，以及空壓機、儲氫瓶等車載輔助系統(tǒng);2)氫燃料產(chǎn)業(yè)鏈：主要包括制氫(包括電解水制氫、工業(yè)副產(chǎn)氫等)—儲氫(液氫、高壓儲氫)—運氫—加氫(加氫站加氫)等幾個環(huán)節(jié)。

燃料電池與鋰電池同屬于新能源，兩者存在互補而非替代關(guān)系。目前針對新能源汽車而言，鋰電池企業(yè)和燃料電池汽車均屬于新能源汽車，具體而言燃料電池具備低溫性能好、續(xù)航里程長、加氫速度快等優(yōu)點，適合長距離運輸車、叉車等;而鋰電池具有優(yōu)良的循環(huán)性能，以及便利的充電設(shè)施，適合在私家車、城市服務(wù)用車等領(lǐng)域。因此我們認為鋰電池與燃料電池汽車將會是并存的狀態(tài)而非相互替代的關(guān)系;其中以燃料電池汽車領(lǐng)域領(lǐng)軍品牌豐田汽車為例，其對于燃料電池應(yīng)用領(lǐng)域就確立為長續(xù)航里程、大尺寸的車型(卡車、公交車等等)。

全球主流國家均發(fā)布燃料電池汽車相關(guān)規(guī)劃，行業(yè)發(fā)展正當時。目前在以動力電池為代表的新能源汽車發(fā)展大勢所趨的大背景下，以中國、美國為代表的企業(yè)紛紛發(fā)布了燃料電池相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規(guī)劃。其中美國、中國和歐盟等均在燃料電池保有量等指標上做出了明確的規(guī)劃：1)中國《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》制定了到2020年、2025年、2030年分別實現(xiàn)1萬輛、5萬輛、100萬輛燃料電池汽車保有量的發(fā)展規(guī)劃;2)美國燃料電池與氫能協(xié)會制定了到2022年、2025年、2030年分別累計推廣5萬輛燃料電池汽車和5萬輛燃料電池叉車、20萬輛燃料電池汽車和12.5萬輛燃料電池叉車、530萬輛燃料電池汽車和30萬輛燃料電池叉車的規(guī)劃;3)《歐洲氫能路線圖》(Hydrogen Roadmap Europe)制定了到2030年在乘用車、輕型商用車、重卡、軌交領(lǐng)域累計推廣425萬輛燃料電池運載工具的目標。

銷量上升將帶來成本的快速下降，同時成本下降也將進一步刺激燃料電池汽車的需求，兩者形成良性循環(huán)的局面。目前燃料電池汽車成本中燃料電池系統(tǒng)占比超過一半，而根據(jù)的美國能源局2017年底發(fā)布的報告顯示，預(yù)計2020燃料電池系統(tǒng)成本占比將在2017年的基礎(chǔ)上下降10%以上，最終成本將在2017年的基礎(chǔ)上下降30%以上，而中國目前來看預(yù)計下降空間更大。

電堆是發(fā)動機系統(tǒng)的主要成本構(gòu)成，其制造成本和原材料成本都存在很大的下降空間。進一步細拆燃料電池發(fā)動機成本構(gòu)成可以發(fā)現(xiàn)電堆是其重要的成本中心，其直接材料占其發(fā)動機系統(tǒng)成本的90%左右，而電堆及其核心部件占其直接材料的成本比重約為70%左右，就此推算電堆及其核心部件占發(fā)動機系統(tǒng)的成本為60%左右。因此電堆成本的下降將是推動燃料電池汽車成本下降的主要途徑之一。根據(jù)美國能源局的數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，當燃料電池發(fā)動機年產(chǎn)量從1000套提高到50萬套是，燃料電池電堆及發(fā)動機成本分別從179美元/千瓦、118美元/千瓦下降到45美元/千瓦、19美元/千瓦，成本下降比重達到83.9%、74.86%。

材料國產(chǎn)化和技術(shù)提升等將有效降低電堆成本。電堆的主要材料包括膜電極、雙極板、端板等，其中膜電極又可以分為催化劑、擴散層、質(zhì)子交換膜等。根據(jù)美國能源局的數(shù)據(jù)顯示，催化劑用量隨著技術(shù)的提升其單位用量是逐步減少，但是其成本占比卻在逐步上升，從而進一步反映出電堆成本快速下降的趨勢。目前來看降低電堆成本的方式主要包括：1)優(yōu)化雙極板性能、端板的集成化、材料的輕量化等來提升電堆功率密度;2)通過膜電極國產(chǎn)化、石墨雙極板工藝優(yōu)化和輕薄化、零部件功能復(fù)合、多功能端板整體模具成型設(shè)計等手段降低電堆成本;3)還可以通過提高良品率的維度來降低生產(chǎn)消耗、從而達到降低成本的目的。

三、國內(nèi)燃料電池發(fā)展現(xiàn)狀

政策先行，中國大力推廣燃料電池汽車。早在2009年的燃料電池就已經(jīng)出臺了相關(guān)政策，2013年其正式被納入新能源汽車補貼范圍，2018年《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》的發(fā)布則是正式將燃料電池的發(fā)展目標公布于眾，根據(jù)規(guī)劃到2020年底累計規(guī)模達到5000輛，2025年底累計規(guī)模達到5萬輛(2019年的修訂稿中將2020年累計規(guī)模調(diào)整為1萬輛，2025年的累計規(guī)模調(diào)整為5-10萬輛)，同時在基礎(chǔ)配套設(shè)施方面加大加氫基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也在2019年首次寫入兩會報告。我們認為隨著政策的陸續(xù)出臺，燃料電池汽車整體有望迎來較好的發(fā)展契機。

2020年推出示范城市試點項目，靜待后續(xù)示范城市落地。2020年9月五部委聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于開展燃料電池汽車示范應(yīng)用的通知》，其中明確提到：1)示范期為四年，五部門將采取“以獎代補”方式，對入圍示范的城市群按照其目標完成情況給予獎勵;2)示范內(nèi)容：一是構(gòu)建燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈條、二是開展燃料電池汽車新技術(shù)、新車型的示范應(yīng)用、三是探索有效的商業(yè)運營模式，不斷提高經(jīng)濟性、四是完善政策制度環(huán)境。要建立氫能及燃料電池核心技術(shù)研發(fā)、加氫站建設(shè)運營、燃料電池汽車示范應(yīng)用等方面較完善的支持政策體系。要明確氫的能源定位，建立健全安全標準及監(jiān)管模式，確保生產(chǎn)、運輸、加注、使用安全，明確牽頭部門，出臺加氫站建設(shè)審批管理辦法。3)城市群選擇：申報城市應(yīng)打破行政區(qū)域限制，在全國范圍內(nèi)選擇產(chǎn)業(yè)鏈上優(yōu)秀企業(yè)所在城市進行聯(lián)合。

燃料電池累計銷量突破7000輛，后續(xù)政策出臺及北京冬奧會有望進一步刺激需求。從2015年燃料電池汽車開始銷售以來，我國累計銷量已經(jīng)突破7000輛。從補貼政策的維度來看燃料電池補貼政策一般是跟隨新能源汽車補貼政策同步發(fā)布;不同于新能源汽車的補貼的逐年退坡，燃料電池汽車補貼在2016-2018年保持20-50萬元的補貼金額不變;同時2019年補貼下滑幅度也較小，且明確說明會再單獨公布燃料電池補貼政策。我們認為隨著后續(xù)燃料電池示范城市的落地，以及2022年北京冬奧會燃料電池大巴在會議期間的使用都將進一步拉動國內(nèi)需求。

產(chǎn)業(yè)鏈共振加快推進核心技術(shù)和材料國產(chǎn)化。2015年以來隨著我國燃料電池汽車銷售的破局，以宇通、北汽福田等代表的傳統(tǒng)車企紛紛著手燃料電池汽車的研發(fā)和銷售工作。此外以雄韜股份、雪人股份、富瑞特裝為代表的企業(yè)也開始進入關(guān)鍵零部件、氫能產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)。

本文選編自“宏策股”，作者：國君電新團隊；智通財經(jīng)編輯：魏昊銘。