燃料电池行业研究：成本结构与降本空间分析

1 燃料电池产业政策驱动效应显著

1.1 交通领域氢能成长性最强

燃料电池在交通领域具有最强增长潜力。从全球来看，燃料电池主要运用于固定式电源、交通运输和 便携式电源三大类领域。既适用于集中发电，建造大、中型电站和区域性分散电站，也可用作各种规格的 分散电源。交通运输领域包括为乘用车、巴士/客车、叉车以及其他以燃料电池作为动力的车辆，目前来看， 随着国家氢能产业的推进和技术的成熟，交通领域应用的商业化进程正在加速，且交通运输领域成长性最 强。2018 年，全球燃料电池约为 803.1MW，2011-2018 年间复合增长率达 32.95%。

1.2 燃料乘用车开始逐步推广，丰田技术领先

凭借零污染、高效率、加氢快、续驶里程长的特点，燃料乘用车现在正处在商业化转化中。以丰田为 代表的车企开始逐步扩大燃料电池汽车的产量，并取得了实质性的进展，2018 年丰田 mairi 销量为 575 辆。 从性能方面来看，丰田 Mirai 其续航里程为 650km，最高车速可达 175km/h，功率密度达到了 3.1kw/L。在 同类车型中处于领先地位。

1.3 补贴政策推进燃料电池行业发展

政策历来是推动新兴产业发展的指挥棒，中国政府于 2016 年 11 月公布《中国氢能产业基础设施发展 蓝皮书(2016)》，明确了我国氢能产业基础设施在近期(2016-2020 年)、中期(2020-2030 年)和远期(2030-2050 年)三个阶段的产业目标和装备制造任务，建立完善有利于氢能产业发展的支撑体系。

政策推动燃料电池汽车发展和氢站基础建设。2019 年过渡期内，客车、货车、乘用车单车补贴分别为 40、24、16 万元，在锂电车辆快速退坡的背景下，燃料电池国家依然给予充足的补贴。部分地方政府也对对加氢站建设实施高额补贴，例如佛山南海对区内单个新建成的加氢站最高补贴高达800 万元。

1.4 燃料电池汽车进入快速发展时期

2019 年有望正式实施“十城千辆”计划，即通过提供财政补贴，计划用3 年左右的时间，每年发展 10 个城市，每个城市推出 1000 辆新能源汽车开展示范运行。在短期内，政策补贴将是燃料电池产业快速发展 的推动力。我们预计 2020 年电动汽车的补贴退出后，氢燃料电池汽车的补贴至少还将维持3 至 5 年。燃 料电池“十城千辆计划”同锂电在 2009 年“十城千辆计划”类似，相关利好政策将连续出台以支持氢燃料 电池的发展，因此我们预计中国燃料电池汽车将进入快速发展时期。

2 我国燃料电池产业发展潜力巨大

2.1 加氢站建设是促进燃料电池大规模应用的关键

美洲和亚洲地区是目前全球加氢站的主要推手。截至目前，美国在运的加氢站约 40 座，日本在运的 加氢站约 94 座。从全球分地区看加氢站的建设情况看，前期以欧洲和美洲的建设数量较多，随着亚洲对 氢能源汽车的研发推广，2016 年后以日本和中国为代表的亚洲加氢站的建设数量不断增加。

未来加氢站中国发展潜力最大。目前大力发展燃料电池汽车加氢站的国家主要有日本、韩国和美国， 各国政府均制定了长期的发展规划。未来 5-10 年，全球主要国家将加快加氢站建设，预计到2020 年，全 球加氢站保有量将超过 435 座;2025 年有望超过 1000 座。其中日本的扶持力度最大，预计建成 320 座; 韩国和美国分别为210 和 200 座。2030 年开始普及加氢站建设，日本、韩国和美国计划分别达到900、520 和 300 座。中国计划到 2020 年达到 100 座，2025 年达到 300 座，2030 年达到 1000 座。

我国目前加氢站数量仍相对不足。截止到 2018 年底我国国内运行加氢站仅有 28 座。氢站数量较少的原因一是建设加氢站所需的核心设备基本依赖进口，加氢站建设成本与维护成本较高。二是目前燃料电池 汽车量较少，加氢需求难以形成规模效应。2015 年以来，随着我国燃料电池汽车产业的逐步发展以及加政 策对加氢站建设的大力支持，各个地区开始规划建设加氢站。未来加氢站的普及和商业化运营将大大有助 于促进燃料电池电动汽车的普及。

2.2 当前保有量相对较少，未来发展中国最具成长空间

当前燃料电池汽车保有量相对较少。截至 2018 年底，从保有量来看，日本大约有 2700 辆、韩国 2000 辆、美国 6500 辆，中国 3500 辆。长远规划来看，全球燃料电池汽车发展正在全面提速。根据各个国家出 台的规划文件，到 2030 年，日本、韩国、美国、中国分别规划燃料电池汽车保有量80、63、20、100 万 辆。

国乘用车尚处于验证阶段，商用车将成为突破口。过去 5 年间，中国燃料电池汽车在政策的补贴下产 销经历了快速发展。但是目前中国燃料电池乘用车仅有概念车，尚未量产。中国燃料电池商用车经过多年 研发已进入商业化阶段，多家车企推出了燃料电池商用车产品。从国家推广目录角度来看，2017 年《新能 源汽车推广应用推荐车型目录》中仅有 3 款专用车、19 款客车入榜，而 2018 年增至 26 款专用车、60 款 客车，专用车、客车车型数分别是 2017 年的 8.67、3.16 倍。2018 年中国燃料电池汽车产销均完成 1527 辆，包括 1418 辆燃料电池客车以及 109 辆燃料电池货车。国内商用车销量为 437.1 万辆，燃料电池汽车渗透 率仅 0.03%，未来发展空间可观。

2.3 中国燃料电池汽车未来市场规模广阔

2016 年10 月，中国标准化研究院资源与环境分院和中国电器工业协会发布的《中国氢能产业基础设 施发展蓝皮书(2016)》首次提出了我国氢能产业的发展路线图。对我国中长期加氢站和燃料电池车辆发 展目标进行了规划。其中 2025 年以前燃料电池汽车以商用车为主，2025 年以后乘用车得到发展。按照客 车、物流车、乘用车百公里耗氢量7kg、3kg、1kg 进行测算得到 2030 年氢气需求为 153 万吨。

3 短期看规模化推动燃料电池成本下降

3.1 电堆成本占比较高，核心部件有待突破

成本高企仍是目前大规模推广的主要障碍。目前燃料电池的成本远远高于锂离子电池及一般的燃油车， 其主要由燃料电池堆、空气供给系统、冷却系统、及氢气检测供给系统等成分构成，其中占比最大的是电 堆，占比高达 30%，电堆中占比最大的是催化剂，占整个电堆成本的 36%。氢燃料电池产业链环节，上游 膜电极及其组分催化剂和质子交换膜国内仅能少量生产，气体扩散层则由国外完全垄断。膜电极占据燃料 电池系统成本 31%，是价值量最高的原材料。此外，膜电极是决定燃料电池系统寿命、性能的关键部件。 因此，上游材料是燃料电池产业链的核心环节。

3.2 规模化效应将有助于显著降低成本

燃料电池成本结构中除少量的氢气供给和车身材料外，各种系统和燃料电堆构成了燃料电池80%以上 的成本。从全球燃料电池的发展来看，产量的增长形成规模化效应，系统成本和电堆成本平摊至每一单位 时将显著下降。根据DOE 数据显示，当电堆产量达到50 万套的情况下，电堆成本有望降低到19 美元/kw， 系统成本有望降低到45 美元/k 。

以广东国鸿为例，其于 2016年 5 月签署引进加拿大巴拉德 9SSL 电堆生产线技术，并在国内建设年生 产 2 万台电堆(30 万 kW)和 5000 套系统的生产线，生产线于 2017 年 7 月 1 日正式投产。 9SSL 系列燃料 电池电堆是为交通领域设计的液冷式电堆产品，能够满足车用车载动态特性要求。它具有良好的单电池均一性，工作寿命超过 2 万 h，最长寿命超过 2.5 万 h。巴拉德 9SSL 系列电堆产品自 2009 年生产至今已累 计生产电堆超过 10,000 台，部署量达到 320MW，产品的成熟性已经过充分的市场验证。2018 年出货 1100 多套，市占率约 70%。2018 年广东国鸿电堆成本为 6000 元/kw，电堆降本空间较大，未来两年预计可降低60%，至 2400 元/kw。

3.3 催化剂和双极板规模化降本难

燃料电池成本高的原因一方面是因为技术难度高，另一方面是量比较少，随着燃料电池量的增加，成 本逐步降低。膜电极成本高昂的重要原因是其催化剂贵金属Pt。燃料电池零部件的成本主要来源于原材料 与加工费用，美国Strategic Analysis 公司发布的报告显示，在目前技术水平下，除催化剂和双极板之外，其 他零部件都具有较强的规模效应，加工成本主导的部件(如质子交换膜、气体扩散层)的成本可通过规模化 生产来降低，随着燃料电池产量规模的扩大在燃料电池成本构成中占比不断缩小。但材料成本占主导的催 化剂难以通过规模化量产实现大幅度降本。

3.4 压缩机等部件降本空间比较大

根据DOE 数据显示，电池组及压缩机、加湿器及其他配件构成的整体燃料电池系统而言，以压缩机为主的其他组件同样尚有成本压缩空间。降到30 美元/kW 的成本下降预期路径中，电池组和其他组件成 本基本各占一半。最后，在量产假设下的充分摊薄成本构成中，材料以外的成本约占1/4。

3.5 氢气环节具有较大降幅空间

未来燃料电池作为新能源主力，对氢能需求会与日俱增。氢能的产业链主要包括制氢、加工、储存、 运氢、加注等环节，由于氢的密度极低，因此在各个环节的成本均比较高。比较日本和我国的加氢站氢气 售价价格组成可以发现，影响日本氢气售价的最主要的两个因素是氢气成本(约占38%)和加氢站固定成 本(约占26%)，而影响我国氢气售价最主要的因素是氢气成本(约占65%)。我国氢气生产可以通过产 业链各个环节缩减成本。短期内，由于高额补贴存在，选择合适的氢源，并降低氢气运输与储藏的成本， 是最适当的选择;长期中，随着行业的发展和补贴额度的下降，通过提高关键设备的国产化率水平来降低 加氢站的建设成本则是未来加氢站降本的明智之选。

4 各个环节成本测算和横向对比

4.1 铂用量仍有下降空间

目前铂金的价格在逐步下降，领先的工业化水平下每100kW 燃料电池催化剂消耗Pt 在30g 左右(略 高于DOE 测算的理论水平)。以国内燃料电池汽车水平为例，按功率100kW 计，单车Pt 的需求量为30g， 合单车催化剂成本超过6000 元人民币。燃油车的尾气清洁催化剂同样对Pt 存在需求，目前的水平大约 在5-10g/辆。丰田Marai0.175g/kw 和国内0.3g/kw 的水平对比来看，铂用量仍有一定的下降空间。

4.2 氯碱制氢产能最大，成本较低

目前工业制氢主要有四种方法，一是采用化石燃料制取氢气(天然气为主)，天然气裂解制氢是在一 定压力、高温及催化剂的作用下，天然气和水蒸气发生反应，终生成氢气和二氧化碳等，在从生成物中提 取产品氢气。二是从化工副产物中提取氢气(焦炉气为主)，焦炉气制氢技术是采用变压吸附的工艺，从 炼焦行业副产的焦炉气中提取纯氢。三是采用来自生物的甲醇甲烷制取氢气，甲醇裂解制氢是甲醇和水混 合，在高温变成蒸汽的情形下由催化剂催化生成氢气和二氧化碳等，然后从生成物中提取产品氢气。四是 利用太阳能、风能等自然能量进行水的电解。从全球制氢来源来看，天然气制氢采用最多，醇类制氢次之， 分别达到了全球产氢量的48%和30%。从国内产能来看，氯碱制氢产能最大，达到76万吨/年。

氯碱制氢具备经济性和环保性。从经济性角度，制氢的成本很大程度上取决于原料的成本，目前煤气 化制氢成本最低，电解水成本最高。根据上海国际能源创新中心的数据，目前煤气化制氢的成本最低，其 次是天然气制氢，为2.00 美元每千克，甲醇裂解3.99 美元每千克，成本最高的是水电解，达到5.20 美 元每千克。相对于石油售价，煤气化和天然气重整已有利润空间，而电解水制氢成本仍居高不下。

2015 年，我国氯碱厂产能为3961 万吨，产量为3028.1 万吨。根据氯碱平衡表，烧碱与氢气的产量配 比为40:1，理论上将产生氢气75.7 万吨，即85 亿Nm3 氢气，理论上可以供243 万辆乘用车使用。但考 虑氯碱厂区域分布、运输距离、期间损耗及不同车型的耗氢量，几十万辆的规模问题不大。

4.3 加氢站投资额相对较高

造成我国加氢站数量少的最大阻碍是加氢站建设的高昂成本。加氢站的主要设备:包括储氢装置、压 缩设备、加注设备、站控系统等，其中压缩机占总成本较高(约30%)。加氢站的关键设备及零部件在我 国还没本土化、自主化和批量化生产,也是加氢站建设成本高昂的重要原因之一。除了建设成本之外,土地 成本也是制约加氢站发展的重要因素。建设加氢站需要申请,而且只有申请商业用地才能在建成后公开运营。 目前设备制造的发展方向主要是加速氢气压缩机的国产化进程，从而降低加氢站的建设成本，促进氢能产 业链的发展。横向对比来看，加氢站的建设成本较高，单个加氢站达到 1500 万元，目前远高于加油站、充 电站、甲醇站等能

按照日加氢300kg 测算，加氢站预计4-5 年可收回成本。一个安装了10 个60KW 充电桩的充电站初始投资额为97 万，政策补贴金额为30 万，以每年53 万度的充电需求量测算，动态投资回报周期为5.31 年。 加氢站初始投资金额为1500 万，国家补贴额为400 万元，以每年109500kg 的加氢需求量测算，动态投资 回收周期为4.23 年。在前期高额的补贴政策支持下，我国加氢站建设有望逐渐显现经济效应。

4.4 运营环节尚无成本优势

期初采购成本来看，由于新能源补贴政策退坡，当前过渡期内，电动汽车、油车、燃料电池汽车三者 的初期购置成本大概相当。按照电车百公里耗电30kwh，度电成本1.2 元;燃料电池加氢气40 元/kg;百公 里消耗氢气2.5kg;油车百公里消耗柴油18L，1L 价格为6.1 元来测算运营成本，燃料电池汽车预计到2020 年尚无优势。

4.5 全生命周期成本对比测算

我们按照8 年使用周期进行测算，考查在全生命周期内电车、燃料电池汽车和油车三者的成本。能耗 成本方面，电车1.2 元/度，百公里耗电30 度;燃料百公里消耗氢气2.5kg，氢气价格40 元/kg 和20 元/kg; 柴油车百公里消耗柴油18L，单价6.1 元/L。目前燃料电池和纯电车全生命周期运营成本相较于油车已经 具备优势;当氢气价格为20 元/kg 的时候，电车和燃料电池汽车成本相当。

膜电极具有较大降本空间。当前国内燃料电池系统成本大约为12000 元/kw，电堆成本大约为7000 元/kw，我们按照产量分别为1000、10000、500000 万套时，对各个环节成本拆分，我们预计在规模化效应下，

电堆成本相较于系统集成成本将更为快速降低，从各个环节来看，膜电极具有较大的降本空间。

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（报告来源：广证恒生；分析师：潘永乐、李子豪）

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