氫燃料電池汽車產業鏈報告

1. 氫燃料電池汽車迎歷史性發展契機

1.1 能源：結構調整勢在必行（略）

頂層設計護航新能源汽車產業，2025 年佔比達到 25%左右。2019 年 12 月 3 日， 工信部正式發佈《新能源汽車產業發展規劃(2021-2035 年)》徵求意見稿顯示，到 2025 年新能源汽車市場競爭力明顯提高，動力電池、驅動電機、車載操作系 統等關鍵技術取得重大突破，新能源汽車新車銷量佔比達到 25%左右。

鋰動力電池與燃料電池汽車將長期共存發展，並行不悖。從汽車技術路線而言， 我們認為，較長的時間內將是多種技術路線並存發展，其中鋰動力電動汽車、燃 料電池汽車將逐步取代傳統燃油車，趨勢將不可逆轉。目前而言，鋰動力電動汽 車更適合乘用車領域，燃料電池更適合於長距離的重載和商用車領域。其中，以 氫氣作為能源供給的氫燃料電池汽車具有其獨特優勢，我們認為，其未來應用前 景十分廣闊。

燃料電池汽車處於導入期，處於提速階段。從汽車行業的生命週期來看，目前傳 統燃油車處於相對成熟階段，傳統車企也在新能源汽車如火如荼的發展的倒逼下， 加速轉型；而鋰電池動力電池汽車處於行業發展的成長期，未來發展前景廣闊， 產業鏈的頭部企業具有較好的中長線 α 投資機會；燃料電池汽車產業處於行業的 導入期，隨著產業資本的融入、產品更迭、技術升級以及政策大力扶持等多因素 影響，燃料電池汽車產業鏈迎來了歷史性的機遇，行業具有較好的 β 彈性的投資 機會。

近年來氫燃料電池汽車產業發展明顯提速。從全球範圍來看，目前國外氫燃料 電池汽車已經完成了整車的技術、性能研發工作，整車性能已能接近傳統汽 車水平，成熟度已接近產業化階段，如日本豐田、本田和韓國現代汽車，其 中豐田 Mirai 汽車銷量處於領先水平。2018 年 5 月，李克強總理參觀豐田汽車 北海道工廠，考察日本燃料電池汽車。總理回國後，國務院多部委即成立燃料電 池聯合小組，國內氫燃料電池行業發展明顯加速，國內代表性企業及產品有上汽 集團旗下榮威 950 轎車。

從全球範圍看，目前很多國家都出臺了強有力的支持氫能源發展的相關政策。其 中，力度最大、響應最積極的是日本，歐盟、美國和韓國緊隨其後，印度、冰島、 加拿大和巴西等也有部署，中國也頻出相關政策。

1.2 氫能源：交通領域漸成核心場景

氫能是公認的最潔淨的燃料，應用前景廣闊。氫不是一次能源，需要使用一次能 源通過轉換來生產出能量載體。氫氣是工業氣體中的一個重要品種，在化工、化 肥、石化、電子、冶金、食品、航空航天、能源等諸多領域乃至醫學上都有廣泛的應用。人類對於氫能的研究已有幾百年的歷史，但近年來，隨著燃料電池的快 速發展和推廣，氫能作為燃料進入高速發展階段。

從不同能源的燃油熱值與發電建設成本方面考慮，氫能源均具優勢。從燃料熱 值角度看，氫能源高於天然氣、汽油、煤和乙醇等其他能源。氫氣燃料熱值幾乎 是其他化石燃料的 3 倍多。從發電建設成本來講，氫能源發電建設成本最低。EIA 數據顯示，氫氣發電建設成本僅 580 美元/千瓦，在光伏、風能、天然氣、 生物質能、石油發電等眾多方式中成本最低。

縱觀全球，自進入 21 世紀以來，氫能的開發利用步伐逐漸加快，尤其是在一些 發達國家，都將氫能列為國家能源體系中的重要組成部分。隨著燃料電池技術的 不斷完善，以燃料電池為核心的新興產業將使氫能的清潔利用得到最大發揮，主 要表現在氫燃料電池汽車、分佈式發電、氫燃料電池叉車和應急電源產業化初現 端倪。

氫能產業政策與規劃：全球氫能源發展加速，美國、日本、韓國、法國等發達國 家不斷加大對氫能源研發、產業化的扶持推動力度，日本更是將氫能源開發利用 確定為國家未來重要的戰略性產業。作為一種戰略性高效清潔能源，氫能源產業 目前正在受到國內外的廣泛重視，處於產業導入快速發展的時段。

根據 2019 年《中國氫能及燃料電池產業白皮書》，氫能源產業的發展事關中國能 源戰略體系，事關中國生態文明建設，事關戰略新興產業佈局。結合氫能及燃料 電池技術進步，氫能將成為中國能源體系中的重要組成部分，若 2050 年氫能應 用達到 10%，需氫氣量約 6000 萬噸，全國加氫站達 10000 座以上。氫能在交通 運輸和工業領域得到普及應用，燃料電池車將達到 500 萬輛/年，固定式發電裝 置達到 2 萬臺套/年。

燃料電池在運輸領域的現狀分析：我國氫燃料電池汽車目前確定的發展目標 為：到 2020 年，實現氫燃料電池汽車技術規模化示範運行，示範車輛達到 5000 輛。到 2025 年，實現氫燃料電池汽車技術的推廣應用，商用車達到萬 輛規模，乘用車規模達到 4 萬輛。到 2030 年，實現氫燃料電池汽車的大規模 推廣應用，氫燃料電池汽車產銷規模達到 50 萬輛。

近年來全球燃料電池汽車高速發展：2013~2017 年全球氫燃料電池汽車銷量 僅為6475輛，其中大部分為豐田的Mirai系列。2018年有了較大幅度的增長， 合計銷售5525輛；2019年全球銷量增至7500輛，其中主要增量來自於中國。國內的燃料電池汽車從 2016年的629輛迅速擴張到2018年1527輛， 在2019 年實現 2737 輛，其增速十分明顯。

交通領域漸成氫燃料電池核心應用場景。氫燃料電池作為全球能源可持續發展和 戰略轉型的重要技術路徑，目前已明確為全球能源和交通領域發力的重要支撐。國外有英國、德國、法國、荷蘭、日本等國都大力推出燃料電池汽車，並加大加 氫站建設。我國也在大力推動氫燃料電池汽車綠色環保產業的發展。未來燃料電 池有望在新能源汽車領域中佔據重要的地位。

1.3 氫燃料汽車：行業提速前景廣闊

氫燃料電池：它屬於燃料電池的一種，和其他燃料電池相比，其工作溫度低、響 應速度快和體積小等特點完全適用於電動汽車的動力源，被認為是未來新能源汽 車最重要的發展方向之一。

工作原理：它將氫氣和氧氣的化學能直接轉換成電能的發電裝置。其基本原理是 電解水的逆反應，把氫和氧分別供給陽極和陰極，氫通過陽極向外擴散和電解質 發生反應後，放出電子通過外部的負載到達陰極。

氫燃料電池汽車眾多優勢凸顯。燃料電池汽車具有高效（一次能量轉化）、環保 （零排放、產物只有水）、超長續航里程（功率密度遠大於鋰電）、3-5 分鐘加註 時間短等優點。1）氫氣作為可再生能源，其來源廣泛；2）環保在工作過程中， 產物為水，無有害物生成；3）能源轉化率高：燃料電池的轉換效率高達 60%， 是內燃機的 2~3 倍；4）加氫速度快：僅需 3~5 分鐘可加滿；5）續航時間長：氫燃料電池的能量密度高，車載續航里程可達 500~1000 公里。

相較於純電動汽車或燃油車具有諸多優勢，一旦大規模應用，將進一步改變汽車 行業生態。從汽車技術路線而言，我們認為，較長的時間內將是多種技術路線並 存發展，其中鋰動力電動汽車、燃料電池汽車將逐步取代傳統燃油車，趨勢將不 可逆轉。相較而言，鋰動力電池比較適合乘用車領域，燃料電池比較適合於長距 離的重載和商用車領域，目前處於導入期的提速階段。

氫燃料電池汽車，市場潛力巨大：未來十餘年，燃料電池汽車將成為全球汽車市 場增速最快的細分市場。根據中商產業研究院的預測，至 2032 年全球燃料電池 汽車銷量將超過 500 萬輛，2020~2032 年期間 CAGR 高達 43%。

主流國家燃料電池汽車佈局有序推進。根據《2019 年燃料電池汽車產業報告》 中數據顯示，按照各國路線圖規劃，中日韓和美國市場的燃料電池汽車數量有望 2025 年後進入高速增長期。德國、加拿大等國尚未有清晰的規劃。例如中國在2025 與 2030 年的燃料電池汽車保有量預期分別為 48 萬輛與 256 萬輛；而美國 分別為 20 萬輛與 530 萬輛。

燃料電池汽車產業生態系統尚未完善。1）燃料電池本身成本較高：儘管氫燃料 電池汽車的市場前景和潛力巨大，但是要實現大規模的市場化推廣和應用。我國 還有許多技術障礙需要解決，特別是在關鍵基礎材料、零部件、電池系統集成以 及批量穩定製備能力等方面需要加強。2）基礎設施需加強：燃料電池汽車的應 用對於基礎設施的依賴相當嚴重，而加氫站的建設成本極為高昂，難以大規模快 速形成規模。例如，目前美國的加氫站主要集中在舊金山灣區、加州洛杉磯和奧 蘭治縣，因而燃料電池汽車在這幾個區域的銷售情況較好。

2. 產業鏈：導入期佈局提速，未來空間廣闊

近年來國內外處於提速狀態。但相比於鋰動力電池汽車產業鏈處於相對滯後的水 平，尤其是上游的氫氣的製備、儲運、加註等關鍵技術與加氫站建設，以及中游 燃料電池系統的多個細分領域仍處於相對滯後的水平，對其進行深入行業研究與 分析具有重要意義。

氫燃料電池汽車產業鏈較長。氫燃料電池汽車產業鏈主要包括上游氫氣以及加氫 站、中游氫燃料電池系統、下游氫燃料電池汽車等多個環節，每個環節對產業的 推廣應用起著重要作用。

2.1 國內氫燃料電池產業集群

目前，在我國中東部沿海經濟、技術實力較強的珠三角、長三角和北京等地區， 聚集了我國燃料電池發展的主要企業。近幾年燃料電池投資熱情持續升溫，由幾 年前的數十家發展到現在的近千家燃料電池企業。根據中汽研資料顯示，我國氫 能源產業已形成七大產業集群：華北、華東、華南、華中、西南、東北、西北。就地域優勢而言，各產業集群均有其特色與優勢：

華北地區：北京市高校以及科研單位技術優勢明顯。山西省氫能資源豐富，適合 開展低成本、高能效氫燃料質子交換膜燃料電池動力系統關鍵技術研發。

華東地區：山東具有豐富的氫氣資源。江蘇省擁有南京金龍、蘇州金龍、蘇州弗 爾賽、南京百應、江蘇重塑、國富氫能等一批優勢企業。浙江嘉興為氫能產業化 示範試點；寧波則是氫燃料電池汽車物流運輸應用示範試點；湖州為氫能產業鏈 一體化示範試點；杭州氫燃料電池汽車城市公交應用示範試點。

華南地區：廣東省對氫能源的政策支持力度大，汽車產業發達，廣汽與本田、豐 田有合作。較特殊的海南省，可藉助自貿區建設、自身豐富的可再生能源、作為 旅遊勝地環境治理的必要性等實現氫能產業的快速發展。

華中地區：河南鄭州 2015 年建成國內第一座加氫站，而從 2009 年宇通客車一直 在進行燃料電池客車技術攻關研發。近兩年來，東風汽車、南京金龍、武漢理工 新能源、武漢眾宇、雄韜電源等一批國內頂級氫能研發企業，紛紛落戶湖北。而 安徽明天氫能技術領先，發展前景廣闊，有望進入產業集群區域。

西南地區：四川水利資源豐富，天然氣資源儲量富足，為天然氣制氫提供了較強 的能源保障；工業副產氫潛力豐富，可滿足氫能產業發展需求。目前，四川已經 研製出全球領先的氫能燃料電池動力系統。重慶市有豐富的天然氣、頁岩氣資源 用於制氫，汽車工業基礎好，產業起步早。

東北地區：吉林省白城市目前大力發展清潔能源，並且與一汽合作，以電解水制 氫為主要技術路線，構建制氫、儲氫、運氫、用氫和氫能裝備全鏈條產業集群， 搶佔未來能源領域的制高點。

2.2 上游氫氣環節：參與者較多，加氫站亟需擴建

優質上市企業佈局，有序推進行業發展。上游氫氣環節包括制氫、儲氫、運氫以 及注氫等多個環節，目前在每個環節都有眾多優質企業加入，有序推進行業的快 速發展。其中，上市公司作為主力參與者，如嘉化能源、美錦能源、華昌化工、 衛星石化等等優質企業，未來也將與行業同步發展且估值有望同步提升。

2.2.1氫氣製備：多樣化途徑，因需擇優

目前氫氣的工業應用大多采用高壓氣態形式作為燃料或原料，上 遊供氫體系尚處 於萌芽探索階段，幾種制氫路線的經濟性尚處驗證之中。例如，投資較重的化石 燃料制氫（煤制氫和天然氣重整制氫）作為定向的供氫路線，其可行性獲得認可 之前難以大規模推廣。而水電解路線雖然可以實現分散式供氫，但其經濟性取決 於電力成本的降低，國內風電和光伏的棄電利用水平是制約該路線未來發展程度 的關鍵。但隨著如光伏、風電平價的臨近，清潔能源發電，電解水制氫的可提升 空間更為廣闊。

氫氣製備的幾種主要方式：包括化石燃料制氫（石油裂解、天然氣、水煤氣法等） 、 工業副產氫（氯鹼、焦爐氣、丙烷脫氫等）、化工原料高溫裂解制氫（甲醇裂解、 乙醇裂解、液氨裂解等）、電解水制氫（光能、風能、水電、核能等）、和新型制 氫方法（生物質、光化學等）。

化石燃料制氫：以煤、石油及天然氣等為原料製取氫氣是當今製取氫氣最主要的 方法。該方法在我國都具有成熟的工藝，並建有工業生產裝置。

煤制氫：煤炭經過氣化、一氧化碳變換、酸性氣體脫除、氫氣提純等關鍵環 節，可以得到不同純度的氫氣。煤制氫優點是技術成熟、成本較低，煤制氫 成本僅 0.55~0.83 元/m3，遠低於天然氣制氫 0.80~1.75 元/m3 及甲醇制氫 1.5~2.5 元/m3成本，適合大規模生產。神華集團煤制氫能力已經達到 450 億 m3/年，可供 2 億輛燃料電池車用氫超過千年，缺點是排放量高，氣體雜質 多。

天然氣制氫。天然氣制氫的原理: 在一定壓力、一定高溫及催化劑作用下， 將甲烷和水蒸氣轉化為一氧化碳和氫氣等，餘熱回收後，在變換塔中將一氧 化碳變換成二氧化碳和氫氣的過程。再經過換熱、冷凝、汽水分離，通過程 序控制將氣體依次通過裝有 3 種特定吸附劑的吸附塔，由變壓吸附( PSA) 提純氫氣。

高溫裂解制氫：

甲醇制氫。近年來，隨著國內甲醇生產規模的擴大，甲醇蒸汽轉化制氫工藝 發展迅速。以甲醇為原料，採用甲醇重整生產氫氣技術，已在國內外商業化 多年，規模一般在 2500 m3 /h 以下。目前，該技術已廣泛應用於電子、冶金、 食品以及小型石化行業中。甲醇重整制氫技術與大規模的天然氣、輕油、水 煤氣等轉化制氫相比，具有流程短，投資省，能耗低，無環境汙染等特點。

氨制氫。氨分解制氫是一種重要的制氫方法，液氨可以方便安全運輸，到達 目的地後進行氨分解制氫，即把液氨加熱至 800~850℃，在鎳基催化劑作用 下，對氨進行分解，分解效率可達 99%以上，得到含 75%H2和 25% N2的混 合氣體。一般用作半導體或其他工業的保護氣體，也可提純獲得高純度氫氣。

工業副產氫：工業副產氫總量較大， 主要來自氯鹼工業副產氣、煤化工焦爐煤 氣、丙烷脫氫、合成氨產生的尾氣、煉油廠副產尾氣等。

氯鹼工業製備氫氣：純度高( 體積分數達到 99.3%以上) ，主要用於生產氯 化氫及 PVC，但仍有很多氫氣富餘放空。2018 年國內燒鹼產量按 3800 萬噸 /年計，共副產氫氣 95 萬噸，其中自用達 60%以上。據統計，中國氯鹼工業 每年剩餘氫氣達( 28~34)萬噸，造成嚴重資源浪費。工業副產氫提純最常用 的是變壓吸附技術( PSA) 。目前採用 PSA 技術的焦爐煤氣制氫、氯鹼尾氣 制氫等裝置已經得到推廣，規模化的提純成本為 3~5 元/kg，計入氣體成本 後氫氣價格為 8~14 元/kg，具有較高的成本優勢。

光解水制氫：光解水制氫技術始自 1972 年，由日本東京大學 Fujishima A 和 Honda K 兩教授發現 TiO2 單晶電極光催化分解水從而產生氫氣這一現象， 從 而揭示了利用太陽能直接分解水制氫的可能性，開闢了利用太陽能光解水制氫的 研究道路。

比較分析各種制氫方式、能源價格以及制氫成本等多因素綜合考慮，在現階段， 成本低、氫氣產物純度較高的氯鹼工業副產氫的路線，已經可以滿足下游燃料電 池車運營的氫氣需求；在未來氫能產業鏈發展得比較完善的情況下，利用可再生 能源電解水制氫將成為終極能源解決方案。

從全球範圍來看，目前天然氣的制氫仍為主要技術路線，佔比高達 48%，醇類 與煤制氫分列第二、第三，佔比分別為 30%與 18%，而電解水制氫比例僅為 4%。作為全球燃料電池汽車領跑者的日本而言，目前電解水佔比高達 63%，遠超化 石原料制氫的 17%的比例，其產業成熟度較高，優勢明顯。

2.2.2氫氣儲運：短期氣態，中遠期液態

儲氫技術是氫能源推廣環節中的一項關鍵技術。然而，由於氫氣的特殊性質， 氫氣的儲存成為現今阻礙氫能推廣應用的瓶頸。為了解決這一難題，各國科學家 紛紛研究開發了多種儲氫技術。目前使用比較廣泛的儲氫手段主要有高壓儲氫、 液態儲氫、金屬氧化物儲氫、碳基材料儲氫以及化學儲氫等。

高壓氣態儲氫：在氫燃料電池汽車領域，目前技術發展較成熟且應用最為廣 泛的是高壓氣態儲氫。高壓氣態氫儲存裝置有固定儲氫罐、長管氣瓶及長管 管束、鋼瓶和鋼瓶組、車載儲氫氣瓶等。

國內在固定儲氫罐研發上已取得顯著成果。在攻克多項關鍵技術的基礎上， 利用自有專利技術已成功研製出了一種具有抑爆抗爆、缺陷分散、運行狀態可在線監測的多功能多層高壓儲氫罐。目前壓力等級可達到45、 77和98 MPa， 相關技術指標達到國際領先水平，但高壓儲氫的質量密度一般都低於 3%， 遠遠沒有達到美國能源部提出的質量分數為 6.5%的質量儲氫密度標準。

低溫液化儲氫：指的是將純氫氣冷卻到-253℃，使之液化，而後將其裝到低 溫儲罐中。液態氫的密度為 70.6 kg /m3，其質量密度和體積密度都遠高於高 壓儲氫，對於交通工具用氫內燃機和燃料電池而言，應用前景十分誘人。然 而，氫氣的深冷液化過程十分困難，首先要將氫氣進行壓縮，再經熱交換器 進行冷卻，低溫高壓的氫氣最後經節流閥進行進一步冷卻，製得液態氫。墨 西哥 SS.SOLUCIONES 公司開發了一種內部是特殊冷卻材料 CRM 的冷卻 裝置，其主要優勢是熱焓變化大，該液化儲氫裝置有望在不久的將來可以得 到推廣。

行業應用現狀：目前，液態儲氫在火箭、衛星等航天領域已得到應用。液態 儲氫技術雖前景誘人，但它的缺點也是顯而易見。多級壓縮冷卻過程使其耗 能嚴重，目前製備 1L 液氫需耗能 1~12 kW h· 。如此，液態儲氫製備成本過 高。另外，液態儲氫對低溫儲罐的絕熱性能要求苛刻，因此對低溫儲氫罐的 設計製造及材料選擇的成本也高昂，尚屬難題。目前國內上海浦江氣體公司、 富瑞特裝、嘉化能源擬進行低溫液化儲氫裝置建設。

固態合金儲氫：自然界中某些金屬具有很強的捕捉氫的能力，在一定的溫度 和較低的壓力條件下， 這些金屬能吸附大量氫氣，反應生成金屬氫化物， 同 時放出熱量。想要把氫氣重新釋放出來， 只須將這些金屬氫化物加熱，就 會分解出來。這些吸附氫氣的金屬，稱為儲氫合金。常用的儲氫合金有鈦錳 系、鑭鎳系、鈦鐵系、鎂系。目前浙江大學已研發固態合金儲氫技術，處於 示範階段。

固態合金儲氫的優點是加氫站無需高壓設備，簡化加氫站的建設，減少前期 投入，對閥體等部件要求降低，降低成本和故障率。金屬氫化物儲氫目前存 在的問題主要有以下幾個方面: 1) 由於金屬氫化物自身重量大而導致質量 儲氫密度較低; 2) 很多金屬氫化物吸脫氫氣溫度高，吸脫速率慢; 3)某些金 屬合金其自身成本過高，難以普及。

氫氣的運輸：目前，氫氣主要輸送方式有高壓氣態輸送、液氫輸送，有機液體氫 氣運輸、固態氫氣運輸。由於目前技術、成本等條件制約，尚未進入廣泛應用階 段。氣氫輸送主要為管道輸送、長管拖車和氫氣鋼瓶輸送。管道輸送一般用於輸 送量大的場合，目前已有數條長 50km、承壓 2~4MPa 的輸氫管道正在運行中， 管道內徑已達 400mm。長管拖車運輸存儲壓力為 20 MPa，經濟運輸半徑為 200 km 左右，用於輸送量不大、氫氣用量噸及或以下; 氫氣鋼瓶則用於用量小、用 戶比較分散的場合。液氫輸送一般採用罐車和船，可長距離輸送。儘管氫氣運輸 方式很多，但從發展趨勢來看，在今後相當長一段時期內加氫站氫氣主要通過長 管拖車、槽車和氫氣管道進行運輸。

氫氣儲運在交通領域的主流方式：在氫燃料電池汽車領域，目前技術發展較成熟 且應用最為廣泛的是高壓氣態儲氫。高壓氣態氫儲存裝置有固定儲氫罐、長管氣 瓶及長管管束、鋼瓶和鋼瓶組、車載儲氫氣瓶等。

2.2.3加氫站：全球加快佈局，仍需提速

加氫站是制約氫燃料電池汽車推廣應用。加氫站作為向氫燃料電池汽車提供 氫氣的基礎設施，是氫燃料電池汽車產業中極其關鍵的重要環節，產業的發 展和商業化離不開加氫站等基礎設施的建設。因為設備與技術要求，加氫站 的建設運營成本遠高於加油站和充電站，氫能源大規模使用也要以加氫站覆 蓋為基礎，目前加氫站的數量還不足以完全滿足商業化應用的需求。

根據 H2 stations 公佈的全球氫燃料電池汽車加氫站年度評估報告，截至 2018 年，全球加氫站數目達到 369 座，其中歐洲 152 座、亞洲 136 座、北美 78 座。其中日本、德國和美國三國合計 198 座，佔全球總數的 53.7%，顯示出 三國在氫能與燃料電池技術領域的領先地位。

華東、華南地區加氫站建設較快。從地理位置上來看，近五十座加氫站分別位於 安徽、北京、上海、江蘇、浙江、廣東、河北、遼寧、河南、四川、湖北、山東、 山西、內蒙古、新疆等地，分佈較為分散。其中，廣東已建成並投入運營 13 座 加氫站，上海已建成加氫站 8 座，其餘省和直轄市的加氫站數量均小於 5 座， 華南、華東佈局力度較大，遠超其他地區。

加氫站是燃料電池汽車發展的重要配套設施，也是各個國家的規劃建設重點。

目前，包括中國、日本、德國、韓國、美國在內的多個國家紛紛出臺相應規 劃以加快加氫站的建設佈局，助推氫能源產業快速發展。

放眼未來，未來加氫站的類型逐漸多樣化，也將趨向於更加專業化和標準化，央 企國企成為加氫站的主要建設者，加氫站分佈更加合理。通過統一籌備配合地方 政策，加氫站將在全國各地多點開花，形成更加完備的上游產業配套。

我國氫燃料電池汽車加氫站建設的痛點：

1） 氫燃料電池汽車發展水平制約加氫站規模化進程。與國際先進水平相比， 我國氫燃料電池汽車在整車總體佈置、動力性能、氫氣消耗量等基本性 能方面差距不大，但在關鍵材料及技術、核心零部件、耐久性及整車集 成等方面仍有明顯差距。

同時，我國氫燃料電池汽車產業著力發展大型客車、運輸車及專用車等 商用車，尚無量產的乘用車。商用車行駛路線基本固定且車輛集中，只 需在車輛使用附近地區有加氫站即可滿足需求，從而造成加氫站行業的 商業化進程停滯。

2）建設運行成本高制約加氫站建設投資熱情：目前我國加氫站核心設備的 技術儲備不足，國產化水平較低，加氫站核心設備的研發、應用技術遠遠落 後於日本、歐美等發達國家，如 70MPa 高壓儲氫技術、加氫站不鏽鋼材料、 氫氣壓縮機、氫氣加註機等核心技術。加氫站核心技術的缺失，造成加氫站 建設所需設備主要依賴進口，推高了建設運行成本。

3）選址困難影響加氫站發展規模：鑑於加氫站的商用服務屬性，加氫站選 址 應首選城市城區，確保加氫服務的便利性。但是我國中心城市人口密集， 城市建設用地緊張，尋找適合建設加氫站的用地非常困難。

4）行業管理職能不明確影響加氫站建設進度：目前，我國氫能應用沒有明 確對應的主管部門，加氫站規劃、立項、審批、運營監管等方面的制度尚不 健全，加氫站建設的審批流程無規可依，地方政府對加氫站建設存在審批盲 區，大大制約了基礎設施建設的進度。

2.3 中游燃料電池：產學研齊發力

氫燃料電池動力系統即使用氫燃料電池發動機代替了傳統燃油發動機，使用儲氫 罐代替了油箱，通過燃料電池的氫氧電化學反應，產生電能通過電動機驅動車輛 行駛。電池系統核心主要包括氫燃料電池發動機和車載氫系統。

氫燃料電池發動機主要包括燃料電池電堆、空壓機、膜增溼器等，主要功能是為 燃料電池汽車提供動力來源。

車載氫系統主要由高壓儲氫瓶和氫氣調節系統等組成，主要功能是存儲氫氣，並 為氫燃料電池發動機供應適當壓力、足夠流量的氫氣。

2.3.1產業快速發展，但技術仍有待提升

燃料電池系統又稱燃料電池發動機，包括電堆和輔助系統(氫氣、空氣系統、熱 管理系統、控制系統)，其性能大小不僅和電堆輸出能力有直接關係，且需要匹 配相應高性能輔助部件，氫氣循環裝置、空壓機和加溼器等。

燃料電池輔助系統關鍵零部件包含空氣壓縮機、空氣增溼器、氫氣循環裝置等， 當前由於資金與市場的侷限，國內幾乎空白，僅有壓縮機一項能夠在國內找到生 產商，其餘的均處於研究階段或者需要進口。由於缺少部件模型定向開發需求， 忽略零部件集成匹配，在集成度方面同樣處於劣勢。

質子交換膜燃料電池(Proton exchange membrane fuelcells，PEMFC)屬於燃料電池 的一種，和其他燃料電池相比，其工作溫度低、響應速度快和體積小等特點完全 適用於電動汽車的動力源，被認為是未來新能源汽車最重要的發展方向之一。電 池單體主要構成組件為電極、電解質隔膜與集電器等。

燃料電池組成主要分兩部分：膜電極組件(MEA)和雙極板，除此外其他結構件包 括：密封件、端板和集流板等。而電堆是由多片單電池組成的結構；電堆及其監 測單元(CVM)、外部封裝、流體岐管總成叫燃料電池模塊。

膜電極組件由氣體擴散層、催化劑層、質子交換膜三部分組成。它對燃料電池的 輸出功率、工作壽命有著決定性的影響

質子交換膜是一種固態電解質膜，主要用來隔離燃料和氧化劑以及傳遞質子(H+) 的作用。在實際應用中，要求質子交換膜要有良好的質子傳導率和化學、機械的 穩定性。

目前常見膜有 Nafion 系列以及國內新源動力、武漢理工的複合膜，以及市場應 用最多的 Gore 複合膜。豐田 Mirai、本田 Clarity、現代 NEXO 和國內新源均 採用戈爾機械增強複合膜，主要成分為 ePTFE(增強膨脹聚四氟乙烯)+新型氟化 離子聚合物，在機械強度和抗腐蝕性能方面有極大優勢。

當前燃料電池最關鍵零部件膜產品基本由國外壟斷和控制，國內企業或研究單位 目前也未形成量產規模或達到量產水平。

電極：燃料電池的電極是燃料發生氧化反應與氧化劑發生還原反應的電化學反應 場所，其性能的好壞關鍵在於觸媒的性能、電極的材料與電極的製程等。

催化劑是發生電化學反應的場所，目的降低活化能，提高反應速率。質子交換膜 燃料電池最常用的催化劑是 Pt/C，或者由過渡金屬元素和鉑的合金物組成的催 化劑 Pt/M，以此增強催化劑穩定性、耐腐性，比如 Pt-Co/C、 Pt-Fe/C、 Pt-Ni/C。

受催化劑材料技術和工藝等諸多因素的影響，當前國內產品的鉑載量需求是國外 先進水平的 3-4 倍，國內一家燃料電池電堆 Pt 載量約為 0.6mg/cm2， 1.07g/kW， 而 Mirai Pt 載量僅為 0.30g/kW。這也是當前國產電堆成本較高的重要原因之一。由於受到成本和壽命限制，催化劑重點方向朝著低鉑、無鉑化和鉑合金催化劑發 展了，國內催化劑龍頭貴研鉑業在產業鏈中具有明顯的競爭優勢與稀缺性。

擴散層作用在於支撐催化劑層、收集電流，併為電化學提供電子通道、氣體通道 和排水通道，一般由多孔基層和微孔層組成。支撐層大多是經過憎水處理過的多 孔碳紙或碳布，微孔層由導電炭黑和憎水劑組成。支撐層比較成熟的產品有日本 的 Toray、德國的 SGL、加拿大的 AVCard，國內中南大學在進行碳紙的研究工 作，但缺少量產條件。

雙極板：是燃料電池中屬於體積最大、質量最重的部件，決定了燃料電池體積和 質量密度，也是影響製造成本的重要因素。主要功能在分隔氧化劑與還原劑，並 傳導離子，故電解質隔膜越薄越好，但亦需顧及強度。集電器又稱作雙極板，具 有收集電流、分隔氧化劑與還原劑、疏導反應氣體等之功用，集電器的性能主要 取決於其材料特性、流場設計及其加工技術。

雙極板通常採用金屬和石墨以及它們的複合材料。豐田、本田燃料電池均採用了 鈦金屬雙極板技術，同時優化流體通道，通過提高氣體擴散性減小濃度過電壓， 功率密度達到 3.1kW/L。國內不少燃料電池公司，大連新源、北京氫璞、上海神 力、明天氫能已經開發出金屬板燃料電池，燃料電池模塊功率密度超過 2.0kW/L， 除去端板，堆棧功率可達到 3kW/L。

隨著國內有越來越多的膜電極生產商開始湧現出來，行業的競爭也開始加劇。據 統計，現階段實現量產供貨的企業除了武漢理工氫電和蘇州擎動，還有美錦能源 參股的鴻基創能。而泰極動力、喜瑪拉雅、俊吉科技、亞南電機、江蘇延長桑萊 特等公司取得一定進展，在加快進行佈局。

值得注意的是，一些電堆廠將產業鏈條延伸到膜電極領域，這也在很大程度上加 劇了膜電極市場的複雜性。據瞭解，國內老牌的燃料電池廠商新源動力和清能股 份都是自產膜電極，而後起之秀愛德曼、明天氫能、東方氫能、南科燃料也建立 起生產線，實現膜電極自產。

歐美日英在雙極板行業領先：在保持一定機械強度和良好阻氣作用的前提下，雙 極板厚度應儘可能地薄，以減少對電流和熱的傳導阻力。目前市場上氫燃料電池 的雙極板材料有石墨、金屬和複合材料三類。目前國際市場上，歐美日石墨、金 屬雙極板整體較強，美、英複合材料雙極板處於世界先進水平。

國內石墨板強於金屬板：國內石墨雙極板較成熟，個別廠商生產的石墨雙極板部 分性能已達國際先進水平，如上海弘楓實業、上海弘竣、淄博聯強等企業。金屬 和複合材料雙極板在我國研究較晚，技術仍有較大提升空間。現階段國內金屬和複合材料雙極板的相關研究機構及企業有武漢理工大學、愛德曼氫能源、新源動 力等。

燃料電池的性能主要包括功率密度、壽命、成本等指標，國內燃料電堆成熟產品 在技術指標上與國外領先產品存在較大差距。國外燃料電池模塊功率密度普遍達 到 3kW/L 水平，國內指標小於 1kW/L。目前國內正開發或少量已開發的大功率 金屬電堆產品，技術指標逐漸追趕但產品成熟度仍有較大差距。

根據亞化諮詢的資料顯示，目前國內主要燃料電池生產企業：

上海神力：2019 年 1 月，由上海神力聯合上海申龍客車有限公司研發的兩款 氫燃料電池公交車，正式交付上海奉賢巴士公共交通有限公司、上海奉賢汽 車客運有限公司。資料顯示，上海神力研發的電堆體積功率密度突破 2.2kW/L，支持-30℃低溫自啟動、-40℃低溫存儲，廣泛適用於客車、物流 車、乘用車等領域。

北京氫璞創能：公司當前碳基石墨板水冷電堆主要分第三代和第四代。其中第 三代電堆功率 18kW，功率密度 1.5kW/L，設計耐久性 10000 小時；第四代 電堆功率 46kW，功率密度 1.8kW/L，均主要用於商用車。公司當前的金屬 板水冷電堆功率密度為 2.5kW/L。目前，公司正在研發第三代金屬板水冷電 堆。

明天氫能：2018 年 12 月明天氫能目前已成功開發出 64kW 的商業化金屬雙極 板電堆，體積比功率達到 3.0kW/L。在市場開發方面，公司已與多家整車廠 建立戰略合作關係。

廣東國鴻氫能：廣東國鴻成立於 2015 年 6 月，公司分別與加拿大巴拉德公司 和上海重塑成立合資公司，生產業界領先的電堆和系統模塊。當前，國鴻氫 能電堆年產能 2 萬套，國產化程度達到 90%，工作壽命在 12000 小時以上。9SSL 系列燃料電池電堆是為交通領域涉及的液冷式電堆產品，能夠滿足車 用變載動態特性要求，具有良好的單電池均一性，根據組裝單電池數的不同， 額定功率為

新源動力：2018 年 3 月，HYMOD®-300 型車用燃料電池電堆模塊完成壽命 測試和整車應用驗證。該電堆模塊由新源動力股份有限公司開發，採用高穩 定性、高性能的膜基催化層膜電極設計和高可靠性的複合雙極板結構，經壽 命測試和整車應用驗證，突破了車用燃料電池 5000 小時的耐久性難關。同 時該產品實現了電堆在-10℃環境下的低溫啟動，以及在-40℃下的儲存。

新研氫能源：2018 年 8 月，大同新研氫能源公司（新研氫能源科技有限公司 全資子公司）與山西大同市政府簽訂投資合作協議。根據協議，大同新研擬 投建氫能和燃料電池生產基地項目。該項目總投資 8 億元，建設規模年產 10000 套燃料電池電堆。

蘇州弗爾賽：2018 年 8 月，弗爾賽發佈 2018 年半年度報告。公司表示，報告 期內，弗爾賽作為課題牽頭單位，承擔了國家新能源汽車專項“燃料電池發 動機及商用車產業化技術與應用”項目中課題一“標準化電堆成套開發與制 造關鍵技術”中的主要研發任務和組織管理工作。

武漢理工：雄韜股份委託武漢理工大學開發的 62kW 金屬雙極板燃料電池電 堆項目完成，並完成了進行了項目驗收。

氫燃料電池系統成本佔比過半，成降本核心要素。在燃料電池汽車產業鏈中， 燃料電池系統由電堆和輔助系統兩部分組成，其中輔助系統還包括空壓機、控制 器、氫循環泵等，系統中最核心的部分是燃料電池電堆和空壓機，其在燃料電池 系統中的佔比最高，分別為 49%和 21%，也就是說，目前來看加強燃料電池電 堆和空壓機的研發，可以大幅降低燃料電池的整車成本，其技術的進步尤為重要。

電池成本持續下降將助推產業發展。根據美國能源部（DOE）的測算，以 80kW 質子交換膜燃料電池為例，在大規模生產條件假設下，燃料電池的生產成本從在 2010 年以前大幅下降，從 2011 年開始較為穩定地維持在 50 美元/kW 以上的 水平，同時美國目標在 2020 年將燃料電池成本降低到 40 美元/kW，遠期價格為 30 美元/kW。若按 2006 與 2020 年的 124 與 30 美金/kW 計算，期間年均降幅 約為 10.6%，越到後期技術升級難度越大，降幅越小。

2.3.2專利與論文情況（略）

2.4 下游整車：國外領先，國內“以商帶私”

國外氫燃料電池汽車技術領先：目前國外氫燃料電池汽車已經完成了整車的技術、性能研發工作，整車性能已能接近傳統汽車水平，部分領先車企產品 的成熟度已接近產業化階段。如日本豐田、本田和韓國現代汽車，其中豐田 Mirai 汽車銷量處於領先水平。

氫燃料電池汽車工作原理：燃料電池發出的電能，經 DC/DC 升壓，利用電 機轉化為機械能，驅動車輛行駛。一般情況下，為了彌補燃料電池動力輸出 缺陷，配備了儲能電池，採用“電電混合”工作模式。

燃料電池商用車技術指標低於乘用車。在 2019 上海車展部分 FCEV 部分參 展車型中，與國外成熟車型對比分析：燃料電池乘用車朝著高動力、長續航 和系統高度集成化目標發展，續航 500+km，儲氫壓力 70Mpa，燃料電池功 率 50+kW 級別，同時配備高功率電池，燃料電池發動機高度集成，但整體 技術不完善且處於樣品狀態。燃料電池商用車技術指標低於乘用車，一方面， 考慮到整車成本；另一方面，高性能零部件產品不成熟。特點：35mpa 儲氫 壓力配套高能量動力電池，續航達 400km，整車佈置空間優越系統集成度不 高；技術方向：長續航+高可靠性。

技術與規模驅動成本與價格下行。目前國內氫燃料電池系統等產品價格根據客戶 訂單數量而呈現梯度報價，電堆平均價格在 6000~8000 元/kW，相比 2018 年有 20%左右的降幅；系統價格較 2018 年降低 10%，單臺燃料電池公交車價格在150~300 萬之間。隨著國內燃料電池產業鏈完善，國產產品逐步應用，預計氫 燃料電池系統價格在每年 15~20%的降幅，售價快速下降將有效推動行業快速前 進。

我國車載燃料電池車以商用車和專用車主導。目前來看，國內主流燃料電池系 統供應商的系統體積功率密度普遍在 300kW/L 以下，而系統的質量比功率密度 多處於 220~320kW/kg 之間；23 款燃料電池系統中，功率分佈在 30kW≤P＜ 50kW 的系統有 18 款，佔比 78%。中游燃料電池系統的功率密度主要由下游的 市場狀態決定。目前我國燃料電池整車主要由商用車和專用車主導，下游的市場 需求決定了中游電池系統的功率分佈；同時，中游的技術水平制約下游產品的市 場空間。

我國燃料電池乘用車發展相對滯後。目前來我國燃料電池客車和專用車市場迅速 擴張，市場規模處於世界前列，然而乘用車的發展卻駐足不前。主要由於兩方面 的原因，一方面，我國燃料電池堆的技術水平還達不到乘用車的水準。另一方面， 燃料電池車的推廣離不開加氫站的建設。加氫站配套的不足直接導致下游需求的 弱化，車企也沒有動力向乘用車領域進行研發和推廣。

國內技術與國外領先水平差距較大。在燃料電池全產業鏈核心技術方面，我國除 了石墨雙極板、石墨板電堆在性能價格方面當前可與國外產品媲美外，其餘產品差距還較大，國內普遍處於小批量，樣品階段，原因主要是早期國內產業鏈企業 較少；研發基礎弱；技術積累時間短。目前國產產品基本處於邊研發、邊試用、 邊裝車的階段，適用產品驗證週期短，導致實際使用中的穩定性和壽命不達標。

國內整車汽車企業參與者主要以客車為主，專用車為輔，乘用車企業主要有上汽 與長城汽車參與。整體而言，中通客車領銜行業發展，未來或存較大空間以及具 有一定的溢價屬性。

在新能源汽車高速發展的大背景下，汽車企業積極參與前瞻部署。2019 年上海 申龍完成 903 輛燃料電池客車，中通客車 686 輛，上汽大通 307 輛，穩居前三甲。2017~2019 年累計產量居市場前三強為中通客車、上海申龍與佛山飛馳，分別對 應 1476、937、704 輛。總體而言，基數較小，後續增長潛力大，其中，我們看 好上市公司中通客車在客車領域的先發優勢及其競爭力。

據中國汽車工業協會預測，到 2035 年，我國氫燃料電池汽車將會形成 428 萬輛 級保有規模。基於燃料電池應用特點及我國新能源汽車產業發展形勢，商用車將 成為燃料電池汽車主流車型，因此保有量佔比也將遠高於乘用車。

文章來源：未來智庫

文章整理：優利威