東北證券:燃料電池產業鏈和投資機會解析

【百萬研報隨心查】微信研報機器人:DISPLORE_DG


一、行業專家:加氫站產業鏈解析

在這個裡頭主要會談三個方面。一個方面是指加氫站的一個種類,第2個的話是指加氫站的一些構成,包括它的一個產業鏈的這樣介紹。同時第3個方面會介紹一下加氫站裡頭的一些主要設備。第2個考慮到就是說大家是一些跟金融可能是跟金融相關的,那麼我們會在加氫站可能的發展趨勢,包括這個行業可能需要關注的一些機會,會做一個簡單的介紹。所以從4個部分就構成了今天我發言的一個主題。

加氫站的分類。有以下幾個分類:1)一按照國家標準來分,這個標準主要是指根據它的容量來進行區分,分成一級站、二級站、三級站,所以我們去參觀瞭解一個加氫站的時候,一定是需要去了解它的容量是多少。我們國家現在容量基本上是根據總的容量和單罐容量去設置去考慮的,指一個加氫站裡涉及它有多少個氫氣的儲罐,這些儲罐在規定的壓力等級下面,他可以出多少氫氣。客觀來講,分法其實不是最合理,因為一個加氫站在他實際上的能力跟你的儲罐的容量是有關係,但不是一個直接對應的關係。三級站是最小的,小於1000公斤,單罐容量是小於500公斤,儲罐的話一般會小於兩個。二級站是指在總容量是在1000公斤到4000公斤之間,單罐的容量可以小於1000公斤,所以一般最多4個儲罐。一級是4000-8000公斤,那意味著我國大於8000公斤的加氫站不允許建的。從目前國家標準規劃來說,單罐的能力是2000公斤,因此最多配置4個儲罐或者氣瓶組。

在我們實際的應用當中就會碰到很多種分法。2)按照氣源的方式:單純的加氫站、油氫的合建站,氣氫站(天然氣和氫氣混合的站)。3)介質的形態,包括液氫加氫站和壓縮氣態性的加氫站。4)還氣源的來源包括管束車、管道氣、撬裝的加氫站等。a)管束車就是指有一個魚雷車的氣瓶組,像魚雷一樣的這樣的一個氫氣儲罐,裝在車尾拖車上面,然後形成給氫氣站進行氫氣供應的這樣一種方式。b)也有管道供氣,在現場利用水電解等等一些合成的方法可以或者在站上可以獲得氫氣。這個概念在國外是有一定比例的,但是在我們國家目前去年除了河北在這方面會進行一些探索,在其他地方都是不允許的,因為氫氣的危險化學品屬性,他不能夠離開化工園區去進行生產。c)撬裝的加氫站,我國的撬裝加氫站是為了去規避建築物和構築物產生的對規劃審批的要求,實際上就是把這些站房、設備都集成到一個集裝箱裡頭。集裝箱,因為根據建築的規範,它不算建築也不算構築物,所以他不需要去進行規劃的審批。能夠使加氫站落地,看似會更加順利,但實際上在最後的合法取證帶來非常多的麻煩,一般是走不通的。d)移動式的加氫站,這一類就是在特殊時期(世博會期間)是被允許過,但是目前是被禁止的。所以政策是傾向於固定站。所以我們討論的都是以固定的加氫站為基礎。

加氫站的構成,通常我們去參觀一個加氫站,其實你會發現它會分為通常分為4個區域,第一個區域是指氫氣的存儲的區域。第2塊區域是指壓縮的區域,把低壓、中壓的氫氣壓到高壓,魚雷車剛剛進站的時候,通常是20兆帕以下(18~19兆帕)的氣體會壓縮到45兆帕,或者說90兆帕。第3個區域是指加氫區指跟車輛接觸的一個區域,包括加氫基和加氫槍。第四個區域是指控制區。這個區域其實是加氫站經濟和管理的一個核心區域,就包括它的站控系統、安全系統、電氣系統、消防系統等等,對整個加氫站進行這樣的一個集中的管控。


東北證券:燃料電池產業鏈和投資機會解析


產業鏈可以分為三類

第一,是最頂端的,材料類:同樣是一個壓力容器,在高壓下儲存氫氣的材料和儲存其他氣體的材料是由明顯差別的,因為氫氣分子是最小的氣體分子,氫氣的使用過程、尤其是高壓過程中,容易使一般的材料產生氫脆嗎,所以材料要求比較特殊。這個是產業鏈的頂端,所有跟氫氣有關的材料,包括儲罐,壓縮機接觸的這些面、氣瓶等等都會涉及到材料端的。為了使整個氣瓶的失效原理是一種開裂的方式,有些會使用碳纖維纏繞的氣瓶組,那麼碳纖維也是屬於材料端,所以材料會涉及有機材料和無機材料,包括是加氫機用的軟管,當然也有不鏽鋼、橡膠的,現在可能橡膠的比重會更多一點,這些套管等等都是屬於有機材料。這些都是屬於產業鏈的上端。

第二,設備的製造端。包括機械和電氣。首先電氣控制元件包括一些傳感器、閥門等等,這些其實是構成整個加氫站控制的一些關鍵元件,首先它需要有閥門,是直接參與控制的,第二需要有變送器和傳感器,比如壓力變送器、氫氣洩漏傳感器、可燃氣體傳感器等等,這些都是在整個元器件設備的製造環節。因為氫氣的特殊性,所以無論閥機,還是整個元件,對於相應程度都有很高要求的。主要是有幾個原因:1)氫氣的爆炸極限比較窄,少量的洩露如果處理不當、沒有被揮發的話就容易造成聚集,所以對監控的要求比較高;2)高壓對於密閉的高要求。在低壓的時候把管道、容器密封好了,氫氣是不洩露,但是一旦加到高壓就會洩露,所以對整個設備除了材料很關鍵外,還有製作過程和加工工藝也十分關鍵。例如,日本的儲氣瓶組異形瓶在原來材料的基礎上,通過工藝的改造,能夠把壽命提高。這些實際的案例就是指通過工藝改進能夠使產品品質得到大幅度的提升,這些特殊性會給我們帶來的啟示就是,我們去看一個企業的時候,它幕後的一些技術有可能會形成公司很有價值的一些點。

第三,集成端。比方說加氫站的一些投資商、製造商包括整體設備提供方可能會有一些核心零部件,但是很多在大層面都是把各種器件形成集成來形成加氫站的設備和裝備。這個是指我們俠義地去看加氫站它會形成這樣的一個價值鏈。如果廣義地去看,還會形成一些價值鏈,比如說氫氣的供給,制氣不同的方法會產生不同的來源,目前來講,氫氣的製備核心有幾大類,現在一般講的是廢氫,就是指復產再利用的氫氣,像煤化工、天然氣裂解、包括一些PDH的復產、化學工藝的復產、氯鹼的復產等等工藝,還有綠氫,是通過太陽能的電解等等工藝,還有一些通過生物的,對於目前產業投資來說目前還不是重點關注的方向。

從產業鏈另外一端還會延伸到運輸端、氫氣儲存端,儲氫的形式工業上現在主要是液態和氣體壓縮,還有一些比如說液體儲氫,固體儲氫,這些都是在試驗階段,離大規模工業化還有距離,其優劣點這裡不詳細說,今後可能會有突破。

第四,站控系統。國內企業不是每家都能做好站控系統,需要滿足汽車工業協會IOS2001規定,甚至對於未來可能有的大排量的氫能源重卡可能將要超過規定要求。是否能做到、有效、快速的加氫是關鍵,尤其安全是首要考慮。

發展趨勢及其帶來的發展機會

趨勢有以下幾類:1)商業化的加氫站。國外加氫站數量與氫能源汽車比其實很低,但我國比例較高,需要加氫站有長時間持續加氫的能力,因此對壓縮機、儲罐能力有更高要求。2)低成本化。單獨加氫站佔地較大,500公斤加氫站佔地約2畝,土地也是不小的成本支出,設備如何小型化模塊化是實現它的關鍵。而設備的小型化需要材料的技術進步,目前加氫站零部件、管道的鏈接都是通過管道螺紋的方式,當材料耐侵蝕性更加強可以使用焊接時,就能實現減小體積、減小洩露,這種材料技術在日本已有實現。3)低成本化。看整個產業鏈有幾個核心模塊。比如氫氣形態,液氫就會在長距離運輸、大規模商業化會得到先機。超高壓的氫氣壓縮機設備在液氫方式就不值錢,只有在氣源製造廠才需要壓縮機,而一般加氫站只需要液氫泵。因此氣氫對液氫的轉變會對之前設備的投資有顛覆性的影響。再比如20MPa的儲氣瓶也是同樣沒有前途的,30噸車拖300公斤氫氣最後有效加氫200多公斤,這是非常沒效率的。這對新材料的研發比如碳材料等有促進作用。

最後強調安全:無論技術路徑怎麼變化,材料的穩定、設備長時間安全穩定的運行是關鍵,因此對各家公司的產品需要以通過國家安全認證的方式進行有效評估。

二、汽車:上汽、長城、宇通在燃料電池領域的佈局

雖然燃料電池的大規模商業化時間還比較遠,但燃料電池作為汽車的動力系統,龍頭車企投入和態度對產業化進度很具有參考意義。國內主要的龍頭車企目前也的確在真金白銀的在推進燃料電池的產業化。

上汽集團:行業的老大哥,國內最早佈局燃料電池的大型汽車集團,早在2001年就啟動了燃料電池汽車的研究,02年首款燃料電池概念車在上海工博會亮相,16年推出有重要有重要意義的榮威950氫燃料電池乘用車,當年投放51輛。

2018年,上汽集團專門成立了上海捷氫科技有限公司,其最新一代電堆為300系列,功率達到了115kw,功率密度達到了3.1kW/L,且能夠實現零下30℃冷啟動。預計20年就會搭載於部分可量產車型,例如大通G20 FC首款量產燃料電池MPV、躍進FKY312市政環衛中型卡車等。

長城汽車:民營車企的領頭羊,錢都是辛苦錢賺來的,更有參考意義,長城汽車也非常重視在燃料電池的佈局。長城汽車的新能源戰略同時佈局鋰電和氫能,分別成立蜂巢能源和未勢能源,前者專注於鋰電池,後者專注於燃料電池。公司自建的氫能技術中心自2018年6月投入使用,建設投資5.7億RMB,建設時吸納人才105人,頂尖外籍專家19人,碩士以上學歷80%。另外,擁有國家標準實驗室11個,引進歐美設備240餘臺,具備高壓儲氫瓶及燃料電池的試製能力,在儲氫安全性、燃料電池、系統性能、整車性能領域具備120項檢測能力。

18年8月,公司收購上海燃料電池汽車動力系統有限公司51%股權,上燃動力在燃料電池汽車動力總成及動力總成控制器、集成功率控制單元、遠程監控車載模塊技術上有較強的研發與應用實力。2019年4月,長城控股出資3.07億完成對上燃動力的增資擴股,完成對上燃動力100%控股。同時,長城控股出資4.5億成立未勢能源科技有限公司,未勢能源團隊有300多人,其中50多位海外氫能技術人才。此外,長城集團還在德國慕尼黑成立了氫燃料車的研發中心。

根據長城汽車透露,預計在2022年北京冬奧會之前會推出首款氫燃料電池汽車。

宇通客車:宇通客車早在09年開始第一代燃料電池客車的研發,在12年組建燃料電池研究中心,並取得國內首個燃料電池商用車認證資質,目前量產的是第三代燃料電池車型,加氫時間僅需10-15分鐘,續航里程超過500公里,可以實現-30℃低溫啟動,同時第四代燃料電池客車也處於研發之中。

公司從18年開始,首次開始通過公交車示範運營的方式投放燃料電池客車,18年8月,公司在張家口投放首批25臺氫燃料電池公交車,同年12月在鄭州也投放了20輛氫燃料電池公交車,19年8月,在鄭州又額外增加了2輛氫燃料電池公交。雖然當前總規模不大,但是最難的是從0到1,反而從1到N就比較容易,隨著這些首批的燃料電池公交取得比較好的效果,後續必然加大該方面的產業化。

三、有色:燃料電池催化材料-貴研鉑業

現在燃料電池用的比較多的是的質子交換膜技術,質子交換膜對催化劑的要求是耐酸性、電化學穩定性、催化效果、合適的表面吸附能等,目前來看用的最多的就是鉑。H2在 Pt 催化劑表面上的電氧化反應在動力學上是一個非常快的過程,可以幫助氫氣和氧氣快速反應。最典型的催化劑材料為碳載鉑(Pt/C)。像國內佈局比較早的上汽,在11年、12年就佈局在催化劑,包括膜這一塊,當時催化劑是和貴陽鉑業的合作,膜是和東嶽。貴研鉑業現在進行的是電堆材料前端的膜電極催化材料,目前氫燃料電池催化劑業務進度處於實驗室研發試驗階段,研發團隊和業務目前放在集團公司中,每年大約近千萬研發投入,研發人員約十幾位。現在真正能在上車應用,現在基本上用的還是國外的,催化劑國外用的比較多的是日本田中和莊信萬豐。但國產的催化劑是具有成本優勢的,譬如莊信萬豐的價格是430元/克。而國內同規格的產品才240/克。假設降到15g,對應成本大概在能減少28000左右。所以未來一旦這個燃料電池汽車普及的話,公司的產品也能夠推向市場實現量產。貴研鉑業是專門做貴金屬催化劑的,像汽車尾氣催化劑這一塊的話,目前也是面臨和國際巨頭莊信萬豐和巴士賦這些的衝擊,現在整體國際品牌的佔比在70%左右,國內是30%,那未來如果說國內染料電池車能夠實現一個彎道的超車的話,可能國內企業的佔比會更高一些。那類比新能源車,按國內未來100萬輛燃料電池車,假設催化劑按3500一輛車,對應的市場空間在35億,假設貴研鉑業能佔到20%,那對應收入在7億。

四、新能車:燃料電池產業中商用車環節最受益

在燃料電池汽車市場爆發初期,商用車最為受益。

第一,商用車目前是燃料電池的主要載體。而目前對於乘用車而言,有成本過高,空間有限以及加氫站普及度有限等等問題

從數據上看,19年合格證數據國內燃料電池汽車產量3018輛,同比87%的增長。全部是客車以及專用車,其中客車1335輛,YOY+88%;專用車1683輛,YOY+85%。

第二,當下階段的燃料電池汽車與最初新能源客車的推廣一樣,行業本質的驅動力在政策,應用於公共領域,行業的利潤源於補貼。

覆盤15-16年開始新能源汽車行業爆發式增長階段中,可以發現客車在收入及利潤體量上是最為受益的。

首先就是為什麼去覆盤、對標15-16年。回顧國內新能源汽車發展,第一階段是09-12年是“十城千輛”的示範推廣,累計推廣2.7萬輛;第二階段13-15年是推廣應用階段。15年4月份四部委聯合下發通知,16-20年後續補貼政策出臺,補貼範圍惠及全國,電動化趨勢更加篤定,當年新能車產量35.9萬輛,同比是320%的增長,真正意義上的爆發。然後進入第三階段16-20年全面推廣。

而燃料電池的購置補貼在15年的補貼通知中20-50萬不等,直到18年都沒有退坡。但是在2019年的補貼政策中,說過渡期補貼退坡20%,過渡期後補貼政策另行公佈。但是過渡期後的政策遲遲未落地,我們判斷當政策明朗,可以類比15年補貼通知落地,產業發展會更加明確。所以從時點來看,如果政策落地,則可以去對標15年新能源政策落地後的產業趨勢。

當然從絕對數量上看,19年燃料電池合格證數據只有3K臺,14年新能源商用車產量2.95萬輛。有將近10倍的差距,但從市場規模看,宇通18年年報中披露的數據,燃料電池客車的均價是322萬,而15-16年新能源客車的均價是60-70萬,所以市場規模上,國內19年的燃料電池汽車已經是大幾十億的規模。

而後我們去回顧行業爆發之初的市場下,到底哪些環節更為受益。15年新能源市場的主導力量還是客車,如今燃料電池的應用場景也是商用車,所以我們單就客車的情況來看。

產業鏈最核心的是整車和電池環節,我們從幾個角度來對比一下客車和配套客車的鋰電池環節。

從市場規模的角度:15、16年新能源客車分別為9.7、12.4萬輛,以龍頭公司宇通、金龍的財報來看,新能源客車單車售價在60-70萬之間,粗算15、16年新能源客車的市場規模分別是630、800億的市場規模。其中電池的成本佔比,根據寧德和國軒年報的數據,15、16年佔比在30%-40%。

從毛利體量對比,15-16年,宇通、金龍在新能源客車的毛利率分別是30%、20%,我們以25%的毛利率測算,對應新能源客車市場15-16年毛利分別是157,200億。而15-16年國軒、寧德毛利率分別48%、42%,以45%測算,帶動電池環節的毛利體量分別為90/143億元,與整車市場相比是58%、71%。

從淨利潤體量對比,客車費用率10-15%,電芯廠費用率22%-25%,對於客車環節的淨利水平12.5%,15-16年79/100億;電池環節21.5%的淨利率,15-16年43/68億,與整車市場相比55%/68%。

從產業鏈對比的角度可以看到,客車環節的收入體量、毛利體量和淨利潤體量是大大高於配套的電池環節的。就現階段燃料電池車輛來看,宇通單車均價332萬,燃料電池系統成本120萬,佔比37%,與15-16年鋰電池的佔比大體相當。從億華通的申報稿我們也可以看到,毛利率45%-50%之間,和最初寧德、國軒的盈利能力也相當。

從市場表現來看,我們觀察宇通、金龍、中通、安凱在15-16年兩年內的區間最大漲幅,宇通是在120%,中通是270%,其餘兩家是180%左右。而電芯環節中,國軒、猛獅、億緯、欣旺達漲幅分別是230%、250%、300%、350%。在市場爆發階段,客車、電池環節的相關標的都有良好的正收益,但電池環節表現更好。其中電池環節漲幅更高的有一個原因在於電池不僅應用到客車領域,同時應用到乘用車領域,乘用車的預期市場更為廣闊,當年16年新能源乘用車的增速超過50%,而客車只有不到30%,乘用車的比例在提升。整體動力電池的利潤體量在16年和客車環節相當,而且電池環節增速更好,所以我們可以理解電池環節漲幅更高。

但在現階段在乘用車上的發展與應用尚未成熟的情況下,燃料電池主要應用場景還是在商用車上,商用車環節現在以及預期的收入以利潤體量會優於電池環節。商用車環節是最能夠出利潤的,並且足夠有彈性。


東北證券:燃料電池產業鏈和投資機會解析


五、零部件:燃料電池各部分價值量分析

燃料電池環節各環節價值量:

燃料電池汽車成本結構主要就是三個層次,燃料電池系統,電堆和膜電極。

燃料電池發動機系統主要由燃料電池發動機、電壓變換器(DC/DC)、車載氫系統等構成,其中燃料電池發動機主要部件包括電堆、發動機控制器、氫氣供給系統等,電堆是由雙極板與膜電極交替疊合。相較於傳統燃油車或純電動汽車動力系統,燃料電池發動機系統結構較為複雜。

目前來看影響燃料電池汽車購置成本還是較高,以四款分別為燃料電池、純電動、插電混合動力以及燃油動力的12米客車車型為例,60kw的燃料電池大巴購車成本約為260萬元,250kwh的鋰離子純電動大巴約為150萬元,50kwh/154kw的混合動力大巴約為80萬元,燃油大巴車約為60萬元,可以看出目前從直接購置成本看,燃料電池車約為鋰電車1.7倍,約為混動和燃油車4倍,購置成本較為昂貴。進一步拆分來看,目前60kw的燃料電池發動機系統約為130萬元,佔燃料電池大巴總成本約50%。進一步拆分發動機系統,根據億華通招股書,60KW的發動機系統成本約為58萬元,其中直接材料50萬元,佔比85%,人工和製造各7%左右。在直接材料中,電堆及核心配件34萬元佔比約70%,其他部分成本主要是空壓機,電子電控等。根據產業鏈交流,進一步細拆,電堆中膜電極成本佔比接近60%左右,其他如雙極板,質子交換膜,催化劑和氣體擴散層佔剩下的40%。

所以如果膜電極的價格能夠持續下行,那麼電堆的成本也會往下走,燃料電池大巴的成本也就會持續往下走。但目前價格仍然比較高,如果按照每KW的成本來考慮,在2015年的時候全球像豐田和巴拉德的膜電極的成本是7000-10000元/kw,而根據2019年上半年情況,國內的膜電極的生產成本降到了1200-1500元/kw,膜電極的成本下降的非常大。

我們覺得未來降本還可以繼續從規模效應和國產化替代來入手。

未來降本空間:

規模效應:目前燃料電池產業鏈規模相對較小,規模效應還未體現。根據美國能源局的數據統計,當燃料電池發動機年產量從1000套提高到50萬套,則燃料電池發動機系統成本將從約180美元/千瓦(1260元/kw)下降到約45美元/千瓦(315元/kw),成本下降幅度超過75%。根據國內《節能與新能源汽車技術路線圖》技術路線圖的規劃,氫燃料電池汽車到2020年小規模示範應用,屆時燃料電池汽車規模5000輛、電堆成本1000元/kw,乘用車和商用車系統成本分別下降至1500/5000元/kw,到2025年實現大批量應用,屆時燃料電池汽車規模5萬輛、電堆成本500元/kw,乘用車和商用車系統成本分別下降至800/2000元/kw,到2030年大規模化商業推廣,屆時燃料電池汽車規模100萬輛、電堆成本150元/kw,乘用車和商用車系統成本分別下降至200/600元/kw。可以看出,當產業規模從千級到百萬級,成本降幅超80%。

國產替代:目前電堆具備國產化能力,但核心零部件仍依靠進口。電堆是燃料電池發動機的動力來源,具有較高的技術壁壘。目前電堆生產企業有兩種模式,一是以豐田汽車為代表的國際知名車企大多自行開發或與合作伙伴共同開發燃料電池電堆,一般不對外開放;二是以 Ballard、Hydrogenics為代表的國際知名電堆生產企業在燃料電池領域深耕多年,具有較強的技術積累和產業化能力,可以對外單獨供應車用電堆。近年來國內已呈現出一批具備自主核心技術、可實現車用燃料電池電堆批量化生產的電堆獨立供應商,主要包括神力科技、新源動力、弗爾賽等。膜電極主要依靠進口,核心技術尚有差距。膜電極性能與質量直接影響電堆整體發電能力與發電效率、壽命和安全性能。國外膜電極供應商主要包括 Johnson Matthey(莊信萬豐)、Ballard 等具備大規模的流水線生產能力的供應商;另外豐田汽車、本田汽車等燃料電池車企也自主開發了用於其自身乘用車產品的膜電極但並不對外銷售。目前國內自主生產的膜電極產品目前已可在一定程度上滿足下游電堆需求,武漢理工新能源科技有限公司早在2008年已實現自主開發,目前已具備批量生產車用膜電極的能力。同時,東嶽集團、上海河森等膜電極也先後實現了質子交換膜、氣體擴散層等關鍵材料的自主開發與批量化生產,推進了膜電極的國產化,但在專業技術特性、產品實現能力、批量化生產工藝還存在差距。根據億華通的測算,若電堆及核心零配件實現國產或自產,則相應的單位成本能從國產前33萬降低至19萬左右,相應成本節省約14萬元,對毛利貢獻增加20%。

行業前景:

規模效應和國產化替代結合起來就是國內產業鏈,目前國內外最大的差距在於國內產業鏈薄弱,國內大部分公司都較小,因此規模優勢和技術壁壘相對而言均不是太容易快速建立,對比日本,我們可以看到有豐田培育整個產業鏈,而國內產業鏈相對比較弱。另外就是裝備工藝,缺乏相應更好的裝備,現在一些關鍵環節只能保證做出來但如何批量做出來還是難,而汽車工藝本身就是大規模的產業,因此還需要進一步推演。


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