燃料电池深度报告：政策力推，技术并进，燃料电池蓄势待发

核心观点：

1、与锂电形成优势互补，燃料电池汽车率先起量。相比于锂电池汽车，氢燃 料电池汽车在续航、载重、长途运输、能源快速补给方面拥有较大优势， 有望成为长途交通运输市场中的核心运输工具。

2、国家补贴支持政策加码，氢燃料电池国产化进程加速。锂电池汽车已经进 入后补贴时代，而燃料电池补贴强度依然较大，根据2019年补贴政策， 过渡期内乘用车、轻型商用车和大中型商用车补贴上限分别为16、24、 40 万元/辆，过渡期后地补全面转向加氢等基础设施建设。且氢能源发展 于 2019 年首次进入政府工作报告，按照《中国氢能产业基础设施发展蓝 皮书》提出的目标，到2020年，中国燃料电池车辆要达到 1 万辆、加氢 站数量达到 100 座，行业总产值达到 3000 亿元，行业增长空间巨大。

3、基础设施先行，氢气产储运有望率先实现成本优化。1)影响我国氢气售价 的最主要因素是氢气储运环节，短途运输主要用气氢拖车，长途则采用液 氢罐车方式，可以保证单位输氢成本在 10~15 元/吨公里;2)我国氯碱副 产氢气成本低廉、氢气纯度较高，目前产能可供应约 19 万辆氢电池汽车 运行，且风光等新能源走入平价时代，有望提供大量低价电力用于电解水 制氢;3)加氢站等基础设施补贴优厚，补贴占成本比重至少为 19%，氢 燃料电池汽车补贴占成本比重约 17%，且部分地区在加氢销售环节依然给 予补贴，19 年缓冲期结束后地补全面转向加氢等基础设施建设，因此从 补贴成本占比来看，加氢环节更具有吸引力;4)借鉴锂电池汽车发展历 史，车桩比呈现 U型变化，发展初期车桩比快速下降以满足充电要求， 我们认为氢燃料电池产业也将以此进程发展，产业发展初期，加氢站等基 础设施增速将快于终端汽车以及中游动力系统。

4、产业并购整合加快，电池系统各环节逐个击破。我国氢能源产业发展速度 与国际水平还有较大距离，看好与国际领先企业积极交流、采用战略合作 协议或者持股的方式与国际龙头企业深度绑定的企业，有望实现弯道超 车。两者在国际化合作中将形成优势互补，促进我国氢能源产业发展。

5、投资建议:目前氢燃料电池汽车处于产业发展初期，题材炒作叠加政策催 化带来行情出现，最先看到的将是下游产品的出现，短期看加氢站等基础 设施配套的快速崛起;之后带动中上游材料环节技术进步，中期看技术突 破实现国产化大批量供应;最后是成本不断优化实现经济性，长期终极目 标是氢燃料电池汽车的平价化。看好研发实力优秀、主业经营稳定、资金 雄厚的优质公司在长期胜出。

报告内容：

1. 与锂电优势互补，政策催化氢能汽车

1.1 交通领域拉动氢燃料电池快速成长

氢燃料电池是将燃料蕴含的化学能直接变为电能的发电装置，拥有以下特点:1)能 量密度高。氢气本身的燃烧能量密度是汽油的3 倍。即使是在燃料电池系统中，能量 密度可达 500Wh/kg，远高于锂电池水平;2)无污染。电能转换是化学反应而非燃烧， 产物是水，能量转化效率可以达到 60%;3)应用场景丰富。可用于交通运输、便携 式设备、发电站和航空航天等领域。

氢燃料电池本质是发电机，而非储能装置，能量储存在氢气和氧气中。氢气作为负极 失去电子，氧气作为正极得到电子，通过不断消耗电极气体材料，从而在外电路产生 电流。氢燃料电池下游应用广泛，任何需要产生电力的场景均可以使用。近年来交通 领域的应用成为燃料电池快速增长的主要动力，2011~2017 年复合增速达到 1.48 倍， 且 2017 年交通领域燃料电池应用占比已达到66%，预计未来随燃电池汽车渗透率的 不断升高，这一比例有望继续提升。

燃料电池种类多样，有碱性燃料电池、质子交换膜燃料电池、磷酸型燃料电池、熔融 碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池，它们的区别主要在于燃料和电解质。其中， 质子交换膜燃料电池兼具能量转化效率、工作温度、环境友好、成本降幅空间大等特 性，是目前氢燃料电池的主要应用载体，2017 年其渗透率已经超过 70%;磷酸型燃料 电池和固体氧化物燃料电池主要应用在固定式燃料电池电站以及便携式电源领域，因 此依然保持一定渗透率，合计约 25%。

主要燃料电池类型：

成本的持续下降是近年来燃料电池快速增长的主要原因。根据美国能源部(DOE)的测 算，在年产 50 万套燃料电池系统情况下，燃料电池系统成本将从每千瓦53~55 美元 下降到 2020 年每千瓦 40 美元，未来目标成本是每千瓦30 美元，降幅达到 43%。

氢燃料电池系统主要由电堆和辅助系统构成，电堆是燃料电池的核心，是将氢能转化 为电能的场所，因此决定了燃料电池的关键性能(效率、能量密度等)，其主要由双 极板和膜电极构成;而辅助系统是燃料存放的区域，主要由储氢瓶和空压机等构成， 而氢气和氧气分别来自于加氢站和空气，辅助系统进行气体过滤、除杂和加湿后将氢 气和氧气送入电堆，提供燃料电池的正负极材料。

成本方面，电堆和辅助系统在燃料电池系统中占比均为 49%:1)燃料电池电堆中， 双极板和催化剂是成本主要来源，占比分别为30%和 43%;2)辅助系统成本构成主 要是空气循环、氢循环以及热管理系统，成本占比分别为43%、11%和 19%。

1.2 与锂电优势互补 政策加码催化崛起

锂电池汽车经过 2009 年“十城千辆”发展后，目前已经进入后补贴时代，产品技术 与成本已经有长足的进步，虽然在与燃油车平价化的道路上还有距离，但是目前已经 实现了大规模商业化应用。作为锂电池汽车的动力核心，动力电池有些缺陷限制其广 泛应用:1)由于能量密度的天然上限以及低温下续航能力大幅衰退的缺点，锂电汽 车在远程和重型运输领域的大规模应用受到限制;2)锂电池的快充性能和能量密度难以兼具，充电时间长以及充电桩分布密度也影响了其在私人领域的推广;3)锂电 池材料大部分为有机物，一旦发生交通事故，安全隐患成为最大的风险点。

氢能源在一定程度上可以弥补锂电池汽车的短板:1)锂电池目前单体能量密度最高 可以达到 300Wh/kg，但是成组后能量密度损失在20%~40%之间。氢气能量密度远高 于锂电池，其提供的续航里程可以实现汽车长途运行;2)氢燃料电池汽车在加氢站 加氢仅需要 3~5 分钟，与燃油车补充能源时间相仿。而在目前技术水平下，锂电池汽 车补充能源至少需要 1 个小时。当然加氢站依然需要大规模普及;3)安全性方面， 由于氢气密度极小，泄露后会以极快的速度进行扩散，达不到爆炸浓度，因此即使发 生氢气泄露点燃的情况，氢气也是呈现燃烧而非爆炸的状态。锂电池汽车在发生碰撞 后，极片短路会产生大量的热量引燃电池材料，导致汽车火焰难以扑灭。

因此，燃料电池汽车在续航里程、低温性和安全性方面优于锂电池汽车，可以与锂电 池汽车在应用领域上形成优势互补:1)从出行距离来看，锂电池汽车由于运营成本 较低，家庭都市使用可以达到低成本节能环保效果。而中长途旅行方面，锂电池汽车 续航里程存在天花板，且能源补充耗时较长，氢燃料汽车弥补了续航里程和能源补给 时间过长的问题，与锂电池汽车形成良好互补;2)载重量方面，锂电池汽车载重量 相对较小，一般不超过 2 吨，载重过大将缩短续航，难以满足运营要求。氢燃料汽车 续航能力较强，可以承担更大载重量(2 吨以上);3)车辆大小。氢气密度极小，在70Mpa 下 5kg 氢气需要占用空间 122.4 升，B 级车尼桑天籁油箱容积大概70 升，多占 近一倍的空间，大型车更适合采用燃料电池系统。

由于燃料电池汽车对锂电池汽车在部分领域优秀的替代性，我国政府也加大对氢燃料 电池汽车的推广力度，2018 年燃料电池产量仅 1619 辆，且全部为商用车，2017 年燃 料电池乘用车仅有上汽集团销售一款荣威950，用于出租租赁。与锂电池“十城千辆” 的推广方式相似，氢燃料电池汽车也由商用车起步，积累新能源汽车运营经验，再不 断配套完善基础设施建设，降低动力系统成本，实现乘用车领域的大规模应用，完成 汽车能源结构转型。

燃料电池的快速推广也离不开政策支持。燃料电池汽车早在 2001 年就与锂电池汽车 进入“863 计划”，之后多次出现在国家能源转型的战略规划目标中。2016 年，工信 部在《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书》中规划，到2020 年，加氢站数量达到 100 座;燃料电池车达到 10000 辆;氢能轨道交通车辆达到 50 列;到 2030 年，加氢站数 量达到 1000 座，燃料电池车辆保有量达到 200 万辆;到 2050 年，加氢站网络构建完 成，燃料电池车辆保有量达到1000 万辆。

最直接的，国家给予燃料电池汽车购置补贴:从 2009 年乘用车和轻型商用车补贴定 额 25 万元/辆，十米以上客车 60 万元/辆，到 2018 年乘用车按照额定功率补贴6000 元/kW(上限 20 万元/辆)，燃料电池轻型客车、货车定额补贴上限 30 万元/辆，大中 型客车、中重型货车定额补贴上限 50 万元/辆，并制定了电堆额定功率技术要求，大 大降低了燃料电池汽车的购置费用。

2. 国产化进程加速，氢燃料电池蓄势待发

2.1 电堆:燃料电池的动力核心

电堆是燃料电池动力系统的核心，相当于锂电池的 PACK，决定了燃料电池的主要性 能。其由膜电极与双极板交替层叠组合。氢气和氧气分别由双极板进入电堆，在气体 扩散层分散加湿后通过质子交换膜发生电化学反应。

国内电堆已经实现国产化，且寿命可以达到 15000 小时，与国际水平接轨。按照燃料 电池汽车每日行驶 6~8 个小时，燃料电池电堆可以使用5~7 年，基本满足运营类车辆 每年 2 万公里运行的里程要求。国际电堆龙头是巴拉德(BLDP)，其已经与超过 15 家巴士制造公司建立了合作关系，生产超过270 万片膜电极(MEA)，出货超过 270MW 的 PEM 燃料电池产品。近年来巴拉德加大了与国内企业的合作，国鸿氢能、南通泽 禾、大洋电机、厦门金龙、潍柴动力先后以战略合作协议或者持股的方式与巴拉德建 立深度合作关系，加快我国电堆和膜电极产品研发和技术推进的速率。

当然还有部分国内企业自主研发燃料电池电堆，如新源动力和神力科技，但是在产能 规模、功率密度和耐久性方面与巴拉德还存在差距。生产工艺方面，电堆主要是材料 结构件的组装，目前核心壁垒在于质子交换膜和催化剂的技术突破和成本降低。

膜电极:燃料电池的电芯 国内可以自产

膜电极是质子交换膜燃料电池发生电化学反应的场所，相当于锂电池的电芯，其主要 由质子交换膜、催化剂和气体扩散层 3 部分组成，成本占比超过燃料电池系统的50%。 目前国内武汉理工新能源等企业已经可以自产，产品功率密度最高可达1W/cm2，Pt 含量低至 0.3mg/cm2，其部分产品已经出口美国、欧洲市场，自动化产线产能可达数 十万片/年;广东国鸿投资约 8 亿元的开展膜电极项目，预计2019 年实现年产 10 万平 方米膜电极的规模，2020 年实现产业化大规模发展。国外企业巴拉德可以自产膜电极 供应其电堆，其他专业膜电极生产厂商如 Gore、JM、3M、Toray (Greenerity)则专注于 各类膜电极产品供应。

生产工艺方面，膜电极的发展经历了气体扩散电极(gas diffusion electrode，GDE)、 催化剂涂覆在质子交换膜上的 CCM 型膜电极(catalyst coated membrane)和有序化膜 电极三代。有序化膜电极具有优良的多相传质通道，大幅度降低了膜电极中催化剂Pt 的载量，并且提升了膜电极的性能和使用寿命。但是有序化膜电极还处在实验室研究 阶段，面临着水管理等问题需要解决，是未来膜电极技术的主流方向，目前最可能实 现商业化的低铂膜电极是第二代 CCM 型膜电极。

质子交换膜:低氟化是方向 国内可自产

质子交换膜是膜电极的核心，相当于锂电池的电解液和隔膜，起着隔离燃料和氧化剂 及充当电解质的作用，是电池内部质子传递的导体，对电子绝缘，另外还需要对催化 剂具有支撑作用，属于具有选择透过性的功能高分子膜。其需要具有以下性质:质子 传导率高、化学稳定性好、热稳定性强、机械性能好、气体渗透性小、水的电渗系数 小、价格低廉等性质。

按照含氟量划分，质子交换膜分为全氟、非全氟、无氟化质子交换膜以及复合膜，目 前主流的质子交换膜材料是全氟磺酸树脂，市场上在售的主要有美国杜邦的 Nafion 系 列膜(Nafion 117、Nafion 115、Nafion 112 等)，比利时苏威的 Aquivion 膜，美国陶氏 化学的 XUS-B204 膜，日本旭硝子的 Flemion 膜，日本旭化成的 Aciplex 膜，和日本 氯工程的 C 膜等，国内比较出色的生产厂家有山东东岳集团，东岳 DF260 膜技术已 经成熟并定型量产，二代规划产能20 万平。

全氟磺酸膜虽然性能优秀，但是也存在缺陷:1)全氟产品合成以及磺化的难度高， 工序复杂也导致成本高居不下，Nafion 膜的价格在 600 美元/平左右，相当于 120 美元 /kW(单位电池电压为 0.65V)，在燃料电池系统中，此膜的成本几乎占总成本20%~30%; 2)对温度和含水量要求高。Nafion 系列膜的最佳工作温度为70~90°C，超过此温度 会使其含水量急剧降低，导电性迅速下降，因此电极反应速度难以提高，催化剂也容 易中毒，从而损害电堆寿命。

鉴于此，部分氟化、无氟化以及复合质子交换膜由此诞生，它们加工相对简单、价格 便宜、化学稳定性好;另外，由全氟的非离子化微孔介质与全氟离子交换树脂结合制 成的复合质子交换膜使原有膜的性能得到改善，同时又提高了复合膜的机械强度和尺 寸稳定性。

催化剂:低铂去铂化 国内外差距较大

燃料电池中的阴极和阳极的反应都需要催化剂来降低其电化学电位，其中阴极还原的 反应速率仍然是电堆能量密度的核心问题。目前来说 Pt 催化剂是最优的选择，但是 Pt 的价格昂贵，所以对于催化剂的研究在于如何减少金属Pt 的载量以及制备多金属复 合合金催化剂。

丰田的燃料电池车 Mirai 每辆车用铂 20g，约合 0.17g/kW，2017 年 100kW 燃料电池用 铂量为 10~15g，这在目前来看是相对稳定的状态，随着未来技术不断进步，可能会有 一定程度的下降。根据美国能源部的规划，到 2020 年燃料电池汽车用铂量预计会下 降到 0.125g/kW，一辆功率为 100kW 的燃料电池汽车用铂量将为12.5g，若出货量为 200MW，需求量约合 2.5 吨。供给方面，根据英美铂金公司预测，2018 年全球铂产量 估计在为245~250 万盎司，约合 70 吨，供给相对充足，即使中长期氢燃料电池汽车 产销达到 100 万辆，粗略估计需求 11 吨，约占产量的 16%，影响逐渐扩大。因此低 铂、去铂化的催化剂是产业发展方向。

另外，催化剂耐久性问题也值得关注。若氢气中含有硫、磷、砷等化合物杂质，可能 会使得铂中毒从而失效，因此产业一边通过提高催化剂的催化活性来实现Pt 用量降低， 一边也在寻找替代Pt 的催化剂，如钯基催化剂、非贵金属催化剂和非金属催化剂。

在燃料电池催化剂方面，国外企业的研究和工艺相对领先，他们已经能够实现批量化 生产，而且性能稳定，其中英国 Johnson Matthey 和日本田中(本田燃料电池车 Clarity 催化剂供应商)是全球铂催化剂的巨头;国内企业依然处于研发阶段，主要是大连物 化所和贵研铂业。大连物化所制备的 Pd@Pt/C 核壳催化剂的氧化还原活性以及稳定性 表现优秀;贵研铂业与上海汽车集团合作 3 年，已经研发出铂基催化剂。

气体扩散层:技术最为成熟 已实现出口

气体扩散层位于膜电极的两侧，主要功能及材料要求是:1)均匀的多孔质结构，透 气性能好;2)电阻率低，电子传导能力强;3)结构紧密且表面平整，减小接触电阻， 提高导电性能;4)具有一定的机械强度，适当的刚性与柔性，利于电极的制作，提 供长期操作条件下电极结构的稳定性;5)适当的亲水/憎水平衡，防止过多的水分阻 塞孔隙而导致气体透过性能下降;6)具有化学稳定性和热稳定性;7)制造成本低， 性比高。

气体扩散层一般由两部分构成:1)基底层:通常使用多孔的碳纸碳布，厚度约 100~400um，主要起支撑微孔层和催化层的作用;2)微孔层:通常是为了改善基底层 的空隙结构而自其表面制作的一层致密碳粉，厚度约 10~100um，主要作用是降低催 化层和基底层之间的接触电阻，使气体和水发生再分配，防止电极催化剂“水淹”， 同时防止催化层在制备过程中渗漏到基底层。

气体扩散通道是由经过憎水处理的憎水性孔道充当，聚四氟乙烯是常用的憎水剂，而 未经憎水处理的亲水性孔道充当产物水的传递通道。其性能主要取决于扩散层厚度， 过厚会增加传质阻力，过薄会发生催化剂渗漏引起电堆寿命减少。

产业化情况来看，目前日本东丽、德国 SGL、巴拉德和台湾碳能公司的碳纸在机械性 能和电化学、热力学方面较为优质，东丽占据了更大的市场份额，而性价比最高的是 台湾碳能公司的产品，其产品专注于燃料电池领域，更贴近客户需求。国内方面安泰 科技多孔钛气体扩散层产品已稳定供应全球知名综合能源供应商普拉格能源公司。

双极板:趋向金属化 国内已量产出口

双极板与膜电极交替层叠组成电堆，是电堆的骨架，主要作用是:1)收集、传导电 流;2)将正负极气体均匀分配到气体扩散层;3)收集并排出反应水和热量，保持电 池温场均匀;4)支撑燃料电池电堆，保护膜电极。双极板的厚度应在保证机械强度 的情况下尽可能薄，减少对电流和热传导的阻力。

双极板材料大致可分为 3 类:1)炭质材料。炭质材料包括石墨、模压炭材料及膨胀(柔性)石墨。传统双极板采用致密石墨，经机械加工制成气体流道。石墨双极板化 学性质稳定，与 MEA 之间接触电阻小;2)金属材料。铝，镍，钛及不锈钢等金属材 料可用于制作双极板。金属双极板易加工，成本低，厚度薄，热导和电导效果好，电 池的体积比功率与比能量高;3)复合材料。在常用的各种双极板材料中，石墨材料 的接触电阻最小，金属材料易加工，且机械强度高，但表面形成的氧化物会增加接触 面积电阻，复合材料可以较好结合两者优点。

石墨是第一代双极板材料，主流供应商包括应该 Bac2 公司、美国 SHF、美国 Graftech、 日本 Fujikura Rubber LTD、日本 Kyushu Refractories CO.LTD、巴拉德等;国内主流企 业是上海神力、杭州鑫能石墨、江阴沪江科技、上海喜丽碳素等。巴拉德开发的无孔 石墨双极板，用碳粉和石墨粉为原料，其石墨化温度通常高于2500°C，且时间长达 1~3 个月，致使无孔石墨板生产成本很高;另外在石墨板上必须采用机械加工蛇形通 道流场的方法也费工费时。因此，巴拉德开发MK55kW PEMFC 中，双极板成本费用 占比60%~70%。

金属双极板是未来发展的重要方向，其功率密度可以达到 3~5kW/L，有助于提升电堆 功率密度，目前金属双极板主要供应商有瑞典Cellimpact、德国 Dana、德国 Grabener、 美国 treadstone 等。国内上海治臻新能源装备有限公司已经开发了包括氢空/氢氧、空 冷/水冷等适用于各种环境的多款量产金属双极板;安泰科技钛双极板 2018 年已实现 量产，已向巴拉德供货。

2.2 正负极气体系统:国产化进行时 成本突破加速

空压机:提升电堆反应速率，降耗提效是趋势

典型的燃料电池空气供应系统由空气过滤器、空压机、电机、中冷器、增湿器和膨胀 机等组成。其中，空压机由电机和膨胀机共同驱动。空气压缩机可让气体压力提升至 原来外界环境压力的 2 到 4 倍，从而提升电堆的反应速度。但空压机的寄生功耗很大， 约占燃料电池辅助功耗的 80%，其性能直接影响燃料电池系统的效率、紧凑性和水平 衡特性。

燃料电池空压机需要满足:1)无油。润滑油会使电堆发生中毒，因此空压机需要采 用水润滑轴承或空气轴承;2)高效。空压机的寄生功率巨大，其效率直接影响着燃 料电池系统的性能;3)小型化和低成本。燃料电池受其功率密度和成本的限制，小 型化和低成本有助于燃料电池汽车的产业化;4)低噪声。空压机是燃料电池系统最 大的噪声源之一，空压机的噪声必须被控制;5)喘振线在小流量区。可以实现燃料 电池在小流量高压比工况下高效地运行;6)良好的动态响应能力。当需求功率发生 变化时，空气流量和压力需进行无延迟地进行调整，以跟踪输出功率的变化。

丰田 mirai 采用罗茨式压缩机，性能稳定，虽然有噪音但是配套降噪措施，其成本有 很大下降空间;雪人股份采用螺杆式压缩机，其持有 OPCON17.01%股权，OPCON 市 场占有率较高。离心式压缩机转速很高，可以达到 80000r/min，其可靠性还需要验证， 成本控制上也有很大问题，其在效率上也不如螺杆和罗茨式压缩机。

车载储氢瓶:高压气氢为主IV型瓶国产化较差

目前主要的储氢方式有高压气态、低温液态、固态。

1)通过增加氢气压力和提高容器材料的比强度，可有效提高气态储氢系统的质量储 氢密度，但由于气体分子间作用力的影响，高压气态储氢的体积储氢密度较低。同时 过高的氢压对储氢罐的安全性设计和成本也是一大挑战。

2)通过加压、降温液化氢气实现的液态储氢拥有理想的质量储氢密度和体积储氢密 度，但保存液态氢对设备要求十分苛刻，且液化氢气所需能耗为氢燃烧热值的 40%， 能量损耗过大。

3)固态储氢方式将氢以原子、离子的形式存储于氢化物中，因此固态储氢材料的体 积储氢密度可观，且材料吸/放氢条件温和，安全性高，但固态储氢材料的质量储氢密 度不占优势。高压复合储氢罐将高压储氢技术与固态储氢材料相结合，同时拥有气态 储氢与固态储氢的优势，是实现安全高密度储氢的有效途径。通过气-固复合的储氢方 式，可有效提升高压储氢罐的体积储氢密度，减小储氢罐体积，降低充氢压力，提高 安全性。而发展在高压条件下具有良好充/放氢特性的储氢材料是提升高压复合储氢罐 性能的关键。

目前车载氢能均以铝合金内胆碳纤维缠绕的高压储氢瓶进行存储，氢气也多以高压气 态随车辆行驶，国内 35MPa 储氢瓶已经商业化应用，但是携带氢量相对较少，储氢质 量占总运输质量接近 5%。储氢罐一般由三层组成:内部是塑料内胆，用于封存氢气; 中间层是碳纤维强化树脂，保证整个储氢瓶的耐压强度;外层是玻璃纤维强化树脂层， 保护储氢瓶防止外力破坏。

按照材质分类，储氢瓶分为I、II、III、IV、V型，材质分别为纯钢制、钢制内胆纤 维缠绕、铝内胆纤维缠绕、塑料内胆纤维缠绕、无内胆纤维缠绕储氢瓶。

车载储氢瓶主要以III、IV型瓶为主，国内III型储氢瓶技术成熟，35MPa 气瓶应用广泛， 70MPa 气瓶开始推广使用。主要企业有科泰克、天海、中材、斯林达、中国中氢、富 瑞特装。

IV型瓶在成本、储氢容量和轻量化方面相对III型瓶优势明显，国外开始推广应用，但 是国内技术还不成熟。美国 Quantum 公司、通用汽车公司、Impco 公司和 Hexagon Lincoln Inc 等世界著名气瓶生产厂商已研制成功多种规格型号的纤维全缠绕高压储氢 气瓶，国内企业工艺落后、碳纤维和树脂性能差、标准缺失等问题限制了IV型瓶的研 发进度。

成本方面，储氢罐的成本主要集中在外部缠绕用的碳纤维上，占比近 60%，目前使用 的级别是 T800，国内主要从日本东丽进口，东丽在碳纤维市场份额占比超过80%; 国内企业碳纤维仅有百吨级量产能力，产能扩大进行进口替代是目前降低成本的最便 捷方式。

3. 氢气产储运加:降低成本的重要环节

3.1 氢气生产:氯碱副产氢可满足当下需求

氢能源是氢燃料电池汽车的核心动力来源，其生产方案较多，主要有:1)化石燃料 制氢:天然气制氢、煤炭制氢等;2)富氢气体制氢:合成氨生产尾气制氢、炼油厂 回收富氢气体制氢、氯碱厂回收副产氢制氢、焦炉煤气回收氢等;3)甲醇制氢:甲 醇分解制氢、甲醇水蒸气重整制氢、甲醇部分氧化制氢、甲醇转化制氢;4)水解制 氢:电解水、碱性电解、聚合电解质薄膜电解、高温电解、光电解、生物光解、热化 学水解;5)生物制氢:生物质通过气化和微生物催化脱氢制氢。

目前全球主要制氢方法来源于化石燃料(66%)和甲醇重整(30%)，电解水成本较高， 仅4%氢气来源于电解水。国内方面，我国氢气主要来源于焦炉煤气(66%)、氯碱工 业副产氢、天然气、甲醇、液氨重整。焦炉煤气中含硫量较高，会引起催化剂中毒从 而减少电堆寿命，加装脱硫装置会大幅增加系统成本，因此目前氢燃料电池的氢气主 要来源于氯碱工业副产氢。但是长期来看，随着可再生能源在我国发电占比逐渐升高， 且新能源电力成本持续降低后，低成本高纯度氢气依然来源于电解水。

目前我国氯碱副产氢产能约 76 万吨/年，完全满足目前氢燃料电池汽车需求，叠加天 然气、甲醇、液氨裂解的氢气产能，合计 278 万吨/年，可供 68 万辆氢燃料电池汽车 使用，其中氯碱副产氢即可供应19 万辆汽车的氢气需求，因此短期内氯碱副产氢完 全满足氢气用量。

随着未来氢燃料电池汽车的快速增长，远期氢气供应依然不足，我们认为电解水制氢 有望成为未来氢气生产的主要来源。电解水制氢目前唯一缺点是耗电量大导致成本过 高，约在 2.5~3.5 元/Nm3 之间，而氯碱副产氢氢气成本仅1.3~1.5 元/Nm3。电解水制 氢成本来源主要是电耗，能耗水平约为4.5~5.5kwh/Nm3，能效在 72%~82%之间，成 本相当于 30~40 元/kg，用电解法生产气态氢的价格比汽油约高 65%，如果生产液态氢， 则比汽油高约 260%以上。

我国电力装机及消费结构转型，可再生能源高速增长，光伏风电占比逐渐扩大，低成 本可再生能源将逐渐成为我国电力消费结构的重要来源:1)2019 年光伏风电已经开 始进入平价时代，部分风电光伏项目已经满足平价要求，未来有望进一步降本，从而 产生大量低成本低价可再生电力;2)近年来，降低弃风弃光率是国家发展新能源的 重要目标之一，2018 年弃光弃风率分别为 3%和 7%，另外弃水率为 5%，合计浪费可 再生能源909.45 亿度电，对应可产生氢气617 万吨，是目前氢气产能的一倍，若将这 一部分浪费的资源用于电解制氢，可产生边际成本极低的氢能源。

3.2 氢气储运:短途气氢拖车，长途液氢罐车

氢气使用和生产地域的不匹配造成了储运问题。相对生产环节，氢气储运问题相对更大:我国氢气输运技术仍不足，存储和运输企业较少，产业化水平低。

氢气生产后的储存方式与车载储氢方式基本相同，均为高压气态、低温液态和固态储 氢，加氢站的气源也多采用外供高压气氢。

储运气瓶与车载气瓶的差别在于压力不同:储运气瓶的压力高于车载氢气瓶。当为燃 料电池汽车加注时，以站内储氢瓶和车载瓶之间的压差为驱动力，高压气态氢气由站 内向车载储气瓶不断加注，直到目标加注质量或者压力则加注完毕。目前加氢站目标 加注压力多为35MPa，站内储气压力为 40~45MPa。为了满足更长续驶里程的需求，70MPa 的加氢站成为未来发展趋势，其储气瓶压力需要达到80~90MPa，因此储运气 瓶需要承担更大的压力，对强度和材质要求相对更高。

液氢储存问题与车载储氢瓶相同。利用低温铁路槽车长距离运输液氢是一种既能满足 较大的输氢量，又比较快速、经济的运氢方法。这种铁路槽车常用水平放置的圆筒形 低温绝热槽罐，其储存液氢的容量可达 100m3。特殊大容量的铁路槽车甚至可运输120~200m3 的液氢。液化氢气所需能耗将近氢气本身的 40%，且需要保持低温，在 101 千帕压强下，温度-252.87°C时，氢气才可转变成无色的液体，导致储氢罐内外温差较 大，因此其储存的容器及输液管道都带有高度的绝热性能。

固态储氢材料是未来氢气储存与运输的重要研究方向，包括物理吸附与金属或非金属 氢化物储氢三个方向，目前都处于研究或者小规模实验状态。

针对氢气的储存方式，氢气运输方式主要是三种:气氢拖车、气氢管道、液氢灌车。 总体来说，300 公里以下的短距离运输，液氢管道运输成本和气氢拖车拥有成本优势， 400 公里以上的长距离运输则液氢罐车更具优势。

1)气氢拖车:由于高压储氢瓶中氢气质量约占储氢瓶总质量的5%，因此运输气氢拖 车运输效率非常低，在运输300 公里左右时成本为 7000 元/吨。其成本主要包括:拖 车折旧费、维护保养费、氢气压缩耗电、人员工资及运输油耗等。目前国内集装管束 拖车的价格约 100 万/台，使用年限 10 年。每辆拖车配备司机两名，每人每年工资及 福利费共 15 万。拖车满载氢气可达 460kg，每百公里消耗柴油约 25 升。拖车平均运 行速度假设为50km/小时，两端装卸时间约 5 小时，年有效工作时间为4500 小时，氢 气压缩过程耗电1kwh/kg。

2)液氢罐车:液氢罐车的运输成本结构与气氢拖车类似，只是增加氢气液化成本及 运输途中液氢的沸腾损耗。槽罐车市场价格约 45 万/辆，每次装载液氢约 4300kg，运 输途中由于液氢沸腾平均每小时损耗0.01%，液化过程损耗 0.5%。液化过程耗电 11kwh/kg。槽罐车充卸一次约耗时6.5 小时。

3)气氢管道:管道输送的年运输能力取决于设计能力，而与运输距离基本无关。目 前，氢气管道使用的直径都不大(多数直径 d<200mm)，输氢压力不高(p<7MPa)，管 道输送距离并不很长(最长的为 208km)，故中间不设氢气加压站。按照φ502mm 的管 道计算，年输送能力为10.04 万吨。管道运输的吨公里成本受运能利用率的显著影响， 随着运能利用率的下降，单位运输成本大幅度提升，在利用率提升到 40%以上之后运 输成本的变化幅度减缓。

对比三种运输方式可以发现，300 公里以下的短距离运输，液氢管道运输成本和气氢 拖车拥有成本优势，400 公里以上的长距离运输则液氢罐车更具优势。

3.3 氢气加注:我国加氢站建设成本相对高昂

目前的加氢站主要集中在欧美和日本，采用的燃料形式主要分为液氢和压缩气体氢气。 多数氢气加注需要利用高压氢气为原料，即压缩氢气的加氢站。此类加氢站主要包括 气体输送和在站制氢两种。在站制氢主要有两种方式:天然气水蒸气重整和水电解制 氢。目前国外已有的加氢站主要以水电解制氢为主，少部分采用天然气水蒸气重整制 氢。各种制氢工艺中，以天然气现场制氢的经济性最好，电解水制氢次之。考虑到燃 料电池汽车对氢气质量的苛刻的要求，目前国外已有的加氢站主要以水电解制氢为主。

据 H2stations.org 统计，截至 2017 年 1 月，全球正在运营的加氢站达到 274 座，其中 欧洲 106 座、亚洲 101 座、北美 64 座、南美 2 座、澳大利亚 1 座。这些加氢站中有 188 座加氢站对外开放，占全球加氢站总数的2/3。其次，加氢站分布数量最多的国家 是日本、美国和德国，分别为 91 座、60 座和 31 座。同时，日本、美国和德国都有加 氢合建站的范例，如戴姆勒、壳牌和林德公司合作建立的不莱梅市加氢站就是加氢合 建站的范例，该加氢站是在壳牌加油站的基础上改造的。

根据深圳国铁新能源开发有限公司统计，截止 2018 年底，我国已建成或在运营的加 氢站有 26 座，前 80%的加氢站集中在广东、上海、江苏、湖北、辽宁五个省份地区。 加氢站投资主体主要是:1)政府投资、或国资能源企业:神华集团、中石化、地方 国资委等;2)汽车厂商:上汽、东风特汽、丰田汽车、宇通、中通、奥新汽车、西 安新青年、佛汽运输等;3)燃料电池或系统企业:新源动力、广东国鸿、亿华通、 上海神力、爱德曼、明天氢能、大洋电机、武汉氢雄等;4)交通物流运营商:氢车 熟路、上海驿动、国能联盛、国能联盛、国联氢能、新宾沐与康等;5)加氢站建设 运营企业:上海舜华、北京海德利森科技、氢枫能源、北京派瑞华氢等;6)加氢站 设备集成供应商:北京海德利森科技、富瑞氢能、厚普股份等;7)气体公司:上海 浦江特种气体、南海燃气、四川燃气、林德、空气化工、顺德兴顺燃气、华昌化工、 滨化集团、广东联悦氢能等。

从工艺布置上考虑，一个标准的氢气加注站系统的基本构成为:氢源(输送或站内制氢)、 氢气压缩机、储氢罐、加注器，此外还有高压阀门组件和安全及控制系统等。充装站 的工艺流程是，变压吸附后输送的高纯原料氢经压缩机压缩加压后进入工艺管路，经 汇流排分配后进入各个充装工位，最后经加注管路装入管束拖车。

根据 GGII，中国单座加氢站投资规模为 1200~1800 万元，500kg/d 供氢能力加氢站的 单站投资规模约为 1510 万元，欧洲同等量级的加氢站所需成本约800~1000 万元。主 要因为 1)国内加氢站的核心设备来自国外，设备价格占加氢站总价格的55%~65%;2)产业前期，为了保障加氢站的安全，国内加氢站的占地面积大;3)中国加氢站建 设数量少，相关法规、加氢站建设运营管理办法等还未有明确、正规的流程，加氢站 的设计、审批、建设等周期较长，人力物力成本较高。

4. 投资建议与标的推荐

4.1 核心观点

与锂电形成优势互补 商用燃料电池汽车率先起量。相比于锂电池汽车，氢燃料电池 汽车在续航、载重、长途运输、能源快速补给方面拥有较大优势，有望在长途交通和 大重量运输市场中成为核心运输工具，与锂电池汽车形成互补。

国家补贴支持政策加码 氢燃料电池国产化进程加速。锂电池汽车已经进入后补贴时 代，而燃料电池补贴强度依然较大，根据 2019 年补贴政策，过渡期内乘用车、轻型 商用车和客车补贴上限分别为 16、24、40 万元/辆，过渡期后地补全面转向加氢等基 础设施建设。且氢能源发展于 2019 年首次进入政府工作报告，按照《中国氢能产业 基础设施发展蓝皮书》提出的目标，到 2020 年，中国燃料电池车辆要达到1 万辆、 加氢站数量达到100 座，行业总产值达到 3000 亿元，行业增长空间巨大。

基础设施先行 氢气产储运有望率先实现成本优化。影响我国氢气售价的最主要因素 是氢气储运环节，短途运输主要用气氢拖车，长途则采用液氢罐车方式，可以保证单 位输氢成本在 10~15 元/吨公里;另外我国氯碱副产氢气成本低廉且氢气纯度较高，目 前产能可供应约 19 万辆氢电池汽车运行，且风光等新能源走入平价时代，有望提供 大量低价电力用于电解水制氢。

产业并购整合加快 电池系统各环节逐个击破。我国氢产业链公司加快与国际领先企 业的合作交流，采用战略合作协议或者持股的方式与国际龙头企业深度绑定，实现弯 道超车。在国际化合作中将形成优势互补，加快我国氢能源产业发展速度。

4.2 选股策略

氢燃料电池处于发展初期，目前厂商很难实现盈利，产业发展将以补贴政策导向为主。 企业为了获得利润将布局补贴优势更为明显的环节，这些环节有望率先取得成效;另 一方面，同属于新能源汽车板块的锂电池汽车发展历史拥有研究借鉴意义，通过对比 两类汽车和电池特点，也能找到投资机会。

下游运营环节:补贴数量丰厚，加氢站优于整车。

从补贴政策方面考虑，补贴主要是补车和补氢两方面:1)补车方面。2019 年缓冲期， 氢燃料电池乘用车、轻型商用车、大中型商用车的补贴上限分别为16、24、40 万元， 以申龙客车为例，补贴占成本的比重约为 17%，缓冲期后难以达到这一比例;2)补 氢方面。1广东中山、佛山等地出台加氢站补贴方案，可获得每站100~500万元的补 贴额度，补贴资金占投资资金比例至少19%。2在加氢销售环节依然有补贴，如江苏 如皋市给予加氢站 15元/公斤的加氢销售补贴，对 70Mpa 加氢设施建成运营后，给予 加氢设备额 20%的补贴;佛山南海区将对2018~2019年度加氢站销售价格为 40 元及 以下的氢气给予 20 元/kg 的补贴，对 2020~2021 年度销售价格为 35 元及以下的氢气 给予 14 元/kg 的补贴，对 2022 年度销售价格为 30 元及以下的氢气给予 9 元/kg 的补贴。3缓冲期后新能源汽车地方购置补贴转向加氢，等因此从补贴成本占比来看，加 氢环节更具有吸引力。

从产业增速考虑，短期内加氢站等基础设施建设增速将快于氢燃料电池汽车增速:1)根据《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书》中规划，到 2020 年，加氢站数量达到 100 座，燃料电池车达到 10000 辆，氢燃料电池汽车和加氢站累计增速分别为86%和 1.29 倍;2)基础设施的迅速配套是新能源汽车快速发展与应用的必要条件，初期的加氢 站布局将先以广度为主，后期不断填充提高密度，提升加氢便利性。锂电池汽车车桩 比经历了 U 型发展曲线，发展初期车桩比快速下降以满足充电要求，后来随着车辆的 大规模起量，车桩比逐渐回升。我们认为氢燃料电池产业也将以此进程发展，车桩比 呈现 U 型变化，产业发展初期，加氢站等基础设施增速将快于终端汽车以及中游动力 系统。

中游电池系统环节:技术突破实现低成本的环节最为受益

中期来看，基础设施配套逐渐完善后，技术的国产化替代将成为行业主旋律，率先实 现中游材料量产的企业将会受益;长期来看，2009 年锂电池汽车十城千辆计划后，2014 年实现汽车起量，之后中游材料和上游资源品环节需求被快速拉动。氢燃料电池汽车 起量后，类比锂钴等资源品，催化剂若没有顺利实现低铂去铂化，铂价格将有望实现 快速攀升。当然两类新能源汽车也有差异性:锂电池成本构成主要是正极材料，正极 材料又以镍钴锰等相对贫乏的资源为核心原材料，而燃料电池电堆成本构成相对均匀，

除催化剂铂以外，其他材料供给量相对较大，将不易出现供给受限引起的价格暴增， 因此中长期行业趋势以成本优势为主要核心驱动力。

策略总结:目前氢燃料电池汽车处于产业发展初期，题材炒作叠加政策催化带来行情 出现，最先看到的将是下游产品的出现，短期看加氢站等基础设施配套的快速崛起; 之后带动中上游材料环节技术进步，中期看技术突破实现国产化大批量供应;最后是 成本不断优化实现经济性，长期终极目标是氢燃料电池汽车的平价化。看好研发实力 优秀、主业经营稳定、资金雄厚的优质公司在长期胜出:1)氢气产储运加环节补贴 相对有吸引力，且其成本有望率先实现突破，推荐关注金灵通(2018 年 10 月在江苏 如皋经开区投资4.5 亿进行 2000 万立方的生物质制氢、加氢站、空压机等项目建设); 2)中游国产化进程加速将获取超额收益，推荐关注雄韬股份(制氢-膜电极-电堆-燃 料电池系统-整车运营全产业链布局);3)与国际龙头深度合作的国内企业有望实现技 术弯道超车，推荐关注潍柴动力(电堆龙头巴拉德第一大股东)。

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（报告来源：长城证券；分析师：马晓明 ）

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）