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    氫能源時代有望開啟,下一個萬億級市場

    發布日期: 2020-02-26
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    氫能源來源廣泛,低碳環保,符合我國碳減排大戰略,同時有利于解決我國能源安 全問題,有望進入我國主流能源體系。我們認為 2050 年左右*產業化的氫燃料電池汽車領域有望產生上萬億的市場空間,隨著應用領域的拓展,氫能相關產業成長空間闊。

    產業鏈上下游中,核心零部件國產化各細分領域*先受益,推薦關 注雪人股份、貴研鉑業、富瑞特裝、東岳集團;其次上下游配套為傳統公司帶來新業務 擴張彈性,推薦關注厚普股份、深冷股份、北方稀土、瀚藍環境,后,我們認為長期 來看,電堆及系統也將走出具有長期競爭力的公司,推薦關注電堆及系統生產商濰柴動 力、東方電氣、大洋電機、騰龍股份、美錦能源、雄韜股份。

    1.氫能源是安邦利民的戰略性能源

    1.1氫能源環保高效,有望納入主流能源體系

    氫能源來源廣泛。作為二次能源,氫不僅可以通過煤炭、石油、天然氣等化石能源重 整、生物質熱裂解或微生物發酵等途徑制取,還可以來自焦化、氯堿、鋼鐵、冶金等工業 副產氣,也可以利用電解水制取,特別是與可再生能源發電結合,不僅實現全生命周期綠 色清潔,更拓展了可再生能源的利用方式。

    氫能源清潔低碳。不論氫燃燒還是通過燃料電池的電化學反應,產物只有水,沒有傳 統能源利用所產生的污染物及碳排放。此外,生成的水還可繼續制氫,反復循環使用,真 正實現低碳甚至零碳排放,有效緩解溫室效應和環境污染。

    氫能源靈活高效。氫熱值高(142.5MJ/kg),是同質量焦炭、汽油等化石燃料熱值的 3-4 倍,通過燃料電池可實現綜合轉化效率90%以上。氫能可以成為連接不同能源形式(氣、電、 熱等)的橋梁,并與電力系統互補協同,是跨能源網絡協同優化的理想互聯媒介。

    氫能源應用廣泛。氫可廣泛應用于能源、交通運輸、工業、建筑等領域。既可以直接 為煉化、鋼鐵、冶金等行業提供高效原料、還原劑和高品質的熱源,有效減少碳排放;也 可以通過燃料電池技術應用于汽車、軌道交通、船舶等領域,降低長距離高負荷交通對石 油和天然氣的依賴;還可應用于分布式發電,為家庭住宅、商業建筑等供電供暖。

    氫能源安全可控。氫氣具有燃點低,爆炸區間范圍寬和擴散系數大等特點,長期以來 被作為?;饭芾?。氫氣是已知密度小的氣體,比重遠低于空氣,擴散系數是汽油的12 倍,發生泄漏后極易消散,不容易形成可爆炸氣霧,爆炸下限濃度遠高于汽油和天然氣。因此在開放空間情況下安全可控。氫氣在不同形式受限空間中,如隧道、地下停車場的泄 漏擴散規律仍有待研究。

    氫氣工業使用歷史悠久。氫氣作為工業氣體已有很長的使用歷史。目前,化石能源重 整是主流的制氫方法,具各成熟的工藝和完善的國家標準規范,涵蓋材料、設備以及 系統技術等內容。電解水制氫技術歷經百年發展,在系統安全、電氣安全、設備安全等方 面也已經形成了比較完善的設計標準體系和管理規范,涵蓋氫氣站、系統技術、供配電系 統規范等內容。

    多種優勢并舉,具備納入我國主流能源體系的基礎條件。綜合以上,我們認為氫能源 具有來源廣泛、安全可控、高效靈活、低碳環保的多種優勢,同時產業發展上百年有一定 成熟度,具備納入我國主流能源體系的基礎條件。

    1.2氫能源符合我國落實碳減排責任的戰略方向

    氫能源可幫助改善我國能源結構現狀。我國長期以來能源相對短缺,能源消費量高于 生產量,進口依賴度較高?;茉丛谀茉瓷a與消費中所占比例過高,能源轉化效率較 低。相比化石能源,氫能源高效環保,可緩解我國能源緊張以及化石燃料燃燒副產品導致 的環境污染問題,對于我國節能減排,走低碳環保之路至關重要。

    我國碳排放形勢嚴峻,節能低碳為大勢所趨。低碳化轉型發展是中國應對內外部新形 勢、新挑戰的共同要求。目前,化石能源燃燒產生的二氧化碳排放是主要的溫室氣體排 放源。上kan,中國碳排放量在2003年超過歐盟,2006年超過美國,連續多年成為大碳排放國,這使得中國在上承受的碳減排壓力與日俱增。2018年,我國二氧化碳排 放量增長2.3億噸,增量占能源相關的二氧化碳排放增長量的 41%;排放總量達到92 億噸,占二氧化碳排放總量的 27.8%。從國內來看,在能源資源、生態環境容量等多 重約束下,有效加強碳排放管控越來越成為推動高質量發展、推進供給側結構性改革的有 力抓手。

     

    責任所系,使我國選擇低碳節能發展之路。2016年9月3日,全國人大chang委會批準我國加入《巴黎氣候變化協定》,該協定指出,各 方將加強對氣候變化威脅的應對,在本世紀末把平均氣溫較工業化前水平升高控制在 2 攝氏度之內,并為把升溫控制在 1.5 攝氏度之內而努力。將盡快實現溫室氣體 排放達峰,本世紀下半葉實現溫室氣體凈*。作為負責任的大國,走低碳節能發展之 路既是我國的責任所系,亦是使命所向,氫能依托自身低碳清潔的特點有望成為我國實現 碳減排大戰略的重要抓手。

    1.3重視氫能源戰略地位,各國爭相發展氫能源

    美國xian將氫能納入能源戰略,DOE主導產學研合作。美國是早將氫能及燃料電池 作為能源戰略的國家。早在 1920 年便提出“氫經濟”的概念,并出臺《1920 年氫研究、 開發及示范法案》,*政府提出氫經濟發展藍圖,奧巴馬政府發布《全面能源戰略》, te朗普政府將氫能和燃料電池作為美國優先能源戰略,并開展前沿技術研究。2018年美國 宣布10月8日為美國國家氫能與燃料電池紀念日。

    美國政府對氫能和燃料電池給予持續支持,近十年的支持規模超過16億美元,并積極 為氫能基礎設施的建立和氫燃料的使用制定相關財政支持標準和減免法規。美國氫能計劃 的實施以美國能源部(DOE)為主導,將資金集中用于解決氫能產業所面臨的技術難題,保持 美國在世界范圍內的領xian地位。DOE 通過資金的投人與引導,構建了以 DOE 所屬國家實 驗室為主導,大學、研究所及企業為輔的研發體系。美國在氫能及燃料電池領域擁有的專li數僅次于日本,尤其在質子交換膜電池、燃料電池系統、車載儲氫三大領域技術專li數量上,兩國的技術占比總和均超過 50%。美國液氫產能和燃料電池乘用車保有量diyi。

     

    截至2018年底,美國在營加氫站42座,計劃2020年建成75座,2025年達到200 座,燃料電池乘用車數量達到 5899 輛。全年固定式燃料電池安裝超過 100 兆瓦,累計固 體式燃料電池安裝超過500 兆瓦。

    日本高度重視氫產業,立志第yi個實現氫能社會。日本高度重視氫能產業的發展,提 出“成為quan球第yi個實現氫能社會的國家”。政府先后發布了《日本復興戰略》《能源戰 略計劃》《氫能源基本戰略》《氫能及燃料電池戰略路線圖》,規劃了實現氫能社會戰略 的技術路線。2018 年,日本召開首屆氫能部長級會議,來自 20 多個國家和歐盟 的能源部長及政府官員參加會議。未來日本將以2020 東京奧運會為契機推廣燃料電池車, 打造氫能小鎮。

    日本過去 30年累計投入數千億日元用于研發推廣,在氫能和燃料電池技術擁有專li數 世界一。在過去的30年里,日本政府先后投入數千億日元用于氫能及燃料電池技術的研 究和推廣,并對加氫基礎設施建設和終端應用進行補貼。日本氫能和燃料電池技術擁有專li數世一,已實現燃料電池車和家用熱電聯供系統的大規模商業化推廣。2014年量產 的豐田 Mirai 燃料電池車電堆大輸出功率達到 114 千瓦,能在零下 30 攝氏度的低溫地 帶啟動行駛,一次加注氫氣kuai只需3 分鐘,續航超過500干米,用戶體驗與傳統汽車無 差別,已實現累計銷量約7000輛,占燃料電池乘用車總銷量的70%以上。儲能領域, EneFarm家用燃料電池項目累計部署27.4萬套,成本94萬日元,相比2019年下降69%。2017年,日本在神戶港口島建造了氫燃料1兆瓦燃氣輪機,是世界上首ge在城市地區使用 氫燃料的熱電聯產系統。為解決氫源供給問題,日本經濟產業省下屬的新能源與產業技術 聯合開發發機構(NEDO)出資 300 億日元支持網內企業探索在文萊和澳大利亞利用化石能 源重整制氫并液化海運至本土。

    截止 2018 年底,日本在營加氫站 113 座,計劃 2020 年建成 160 座,2025 年建成 320座,2030年達到900座。燃料電池乘用車保有量達到2839輛,計劃保有量 2025年 20萬輛,2030年80萬輛,2040年實現燃料電池車的普及。

    政策、資金助力歐洲向氫能社會轉型,氫能有望向建筑、工業、交通等多領域滲透。 歐盟將氫能作為能源安全和能源轉型的重要保障。在能源戰略層面提出了《2005 歐洲氫能 研發與示范戰略》《2020 氣候和能源一攬子計劃》《2030氣候和能源框架》《2050低碳 經濟戰略》等文件,在能源轉型層面發布了《可再生能源指令》《新電力市場設計指令和 規范》等文件。此外,歐盟燃料電池與氫聯合行動計劃項目(FCHJU)對歐洲氫能及燃料電池 的研發和推廣提供了大量的資金支持,2014-2020年間預算總額為6.65億歐元。

    歐洲如今恰逢能源轉型發展期,發展氫能源在建筑、工業、交通運輸、電力、就業等 多領域促進歐洲的發展。其中,到 2030 年,氫氣可以取代估計的 7%的天然氣(按體積計算),到 2040年可以取代32%。它將在2030年和2040年分別覆蓋約250萬戶和超過1100 萬戶家庭的供暖需求,此外還包括商業建筑。同時,到 2040 年,部署超過 250 萬臺燃料 電池將提高能源效率,同時大約有45,000 輛燃料電池卡車和公共汽車上路,燃料電池列車 也可能取代大約 570 輛柴油列車;包括煉油廠和制氨廠在內的所有應用都可以實現向三分 之一超低碳氫氣生產的轉變;此外,具有較大減排潛力的應用,如直接還原煉鋼,將可以 進行大規模的可行性試驗。

    德國是歐洲發展氫能ju代表性的國家。氫能與可再生能源融合發展是德國可持續能 源系統和低碳經濟的重要組成部分,政府專門成立了國家氫能與燃料電池技術中心 (NOW-GmbH)推進相關領域工作,并在 2006 年啟動了氫能和燃料電池技術國家發展 計劃(NIP),從 2007年至216年共計投資14億歐元,資助了超過240家企業/50家科 研和教育機構以及公共部門;2017-2019 年開展第二階段的工作,計劃投資 2.5 億歐元。通過FCUJU和 NIP項目支持,德國確立了氫能及燃料電池領域的優先地位,可再生能源制 氫規模quan球第yi,燃料電池的供應和制造規模quan球第三。

    德國長期致力于推廣可再生能源發電制氫技術(PowertoGas),通過氫氣連接天然氣 管網,并利用現有成熟的天然氣基礎設施作為巨大的儲能設備。液體有機載體儲氫技術 (LOHC)已成功應用于市場,可以實現氫氣在傳統燃料基礎設施中的儲存。德國運營著世 界二大加氫網絡,共有加氫站60座,僅次于日本。首列氫燃料電池列車已在德國投 入商業運營,續航里程接近 1000公里,計劃2021年增加氫燃料電池列車14列。

    盡管英國是早發現氫氣及制造氫燃料電池車的國家,但相較于歐洲其他國家如德國 等,英國政府對氫能及燃料電池的政策支持缺乏整體性,直到 2016年英國才出臺了第yi個 氫能發展整體戰略。2014 年,E4tech 及元素能源發布了氫能及燃料電池路線圖,其中包括了氫氣供應鏈路線圖(如氫氣的生產及運輸)、終端消費路線圖(如運輸工具)等 11個 子路線圖。這份路線圖,作為*戰略的一部分,旨在加快氫能及燃料電池的發展速度。2017年1月,歐盟的JIVE 項目資助了歐洲5個國家部署139輛*燃料電池客車,其 中56輛在英國。

    我國氫能供給基礎雄厚,未來有望在能源、交通、工業多領域應用。中國具有豐富的 氫能供給經驗和產業基礎。經過多年的工業積累,中國已是世界上大的制氫國,初步評 估現有工業制氫產能為 2500 萬噸/年,可為氫能及燃料電池產業化發展初期階段提供低成 本的氫源。富集的煤炭資源輔之以二氧化碳捕捉與封存技術(CCS)可提供穩定、大規模、低 成本的氫源供給。同時,中國是quan球第yi大可再生能源發電國,每年僅風電、光伏、水電 等可再生能源棄電約 1000 億千瓦時,可用于電解水制氫約 200 萬噸,未來隨著可再生能 源規模的不斷壯大,可再生能源制氫有望成為中國氫源供給的主要來源。

    發展氫能源對于中國戰略意義深遠。氫能在能源、交通、工業、建筑等領域具有廣闊 的應用前景,尤其以燃料電池車為代表的交通領域是氫能初期應用的突破口與主要市場。中國汽車銷量已經連續十年居quan球第yi,其中,新能源汽車銷量占總銷量的 50%。工 業和信息化部已經啟動《新能源汽車產業發展規劃(2021-2035年)》編制工作,將以新能 源汽車高質量發展為主線,探索新能源汽車與能源、交通、信啟、通信等深度融合發展的 新模式,研究產業化重點向燃料電池車拓展。在工業領域,中國鋼鐵、水泥、化工等產品 產量連續多年居世界*,氫氣可為其提供高品質的燃料和原料。在建筑領域,氫氣通過 發電、直接燃燒、熱電聯產等形式為居民住宅或商業區提供電熱水冷多聯供。未來,隨著 碳減排壓力的增大與氫氣規?;瘧贸杀镜慕档?,氫能有望在建筑、工業能源領域取得突 破性進展。

    中國氫能與燃料電池技術基本具備產業化基礎,政策持續推動行業發展。經過多年科 技攻關,中國已掌握了部分氫能基礎設施與一批燃料電池相關核心技術,制定出臺了國家 標準86項次,具備一定的產業裝備及燃料電池整車的生產能力;中國燃料電池車經過多年 研發積累,已形成自主特色的電-電混合技術路線,并經歷規模示范運行。截至 2018年底, 累計入選工信部公告《新能源汽車推廣應用推薦車型目錄》的燃料電池車型接共計 77款(剔 除重復車型),并在上海、廣東、江蘇、河北等地實現了小規模全產業鏈示范運營,為氫能 大規模商業化運營奠定了良好的基礎。2018年,中國氫能源及燃料電池產業戰略創新聯盟 正式成立,成員單位涵蓋氫能制取、儲運、加氫基礎設施建設、燃料電池研發及整車制造 等產業鏈各環節頭部企業,標志著中國氫能大規模商業化應用已經開啟。

    中國高度關注氫能及燃料電池產業發展。2011年以來,政府相繼發布《“十三五”戰 略性新興產業發展規劃》《能源技術革命創新行動計劃(2016-2030 年)》《節能與新能源 汽車產業發展規劃(2012~2020年)》《中國制造2025》等頂層規劃,鼓勵并引導氫能及 燃料電池技術研發。此外,全國各地區也紛紛出臺相關政策鼓勵氫能及燃料電池的發展。

    2. 氫能產業化:交通領域應用為主,多種綜合方式 為輔

    氫能目前guang泛應用與交通領域,儲能、軍事等領域具備多種應用場景。作為清潔能 源,氫能被列為人類能源危機和環境污染的終ji解決方案,其產業化應用也進入高速發展 階段。目前,應用wei廣泛的領域為燃料電池汽車領域,豐田、本田、現代等著名車企都 推出了各自的燃料電池汽車。隨各國環保要求的不斷提高,氫能利用由初的燃料電池汽 車逐漸向其他交通領域擴展,燃料電池船舶、燃料電池無人機也成為發展重點,德國、美 國、日本、韓國等國家均較為重視氫能在交通領域的產業化進程。此外,氫能也可用于家 用電站、軍事領域、便攜電器等領域,應用場景較為廣泛,具有較大發展前景。

    2.1 財政持續補貼燃料電池汽車,政府政策多面支持產業發展

    燃料電池汽車補貼由于成本高,補貼力度更大。2015 年以前,純電動汽車、混合動力 汽車、燃料電池汽車的財政補貼政策支持比較同步。財政部、科技部2009年發布的《節能 與新能源汽車示范推廣財政補助資金管理暫行辦法》中,每輛燃料電池汽車和客車分別可 拿到25萬元和60萬元補貼,雖然分別高出純電動乘用車19萬元和10萬元,但補貼額度 較高主要是考慮到燃料電池汽車較高的成本而制定;2013年發布的《關于繼續開展新能源 汽車推廣應用工作的通知》提出2014-2015年的補貼退坡政策,燃料電池汽車也包含在內。

    2015 年以后,電動汽車與燃料電池汽車的補貼政策開始分化。2015 年發布的《關于 2016-2020 年新能源汽車推廣應用財政支持政策的通知》中,對純電動和插電混動汽車的補貼大幅退坡,而燃料電池汽車的補貼“不退坡”,體現了在燃料電池產業成熟度不夠高, 降本尚未到位的情況下的特殊政策支持。

    政策持續扶持燃料電池汽車,氫能與燃料電池有望快速發展。我們國家對新能源汽車 的發展提“三橫三縱”,其中三縱指混合動力汽車、純電動汽車、燃料電池汽車三條路線 并行發展。目前混合動力、純電動兩條路線發展較為成熟,氫能源有望在政策的持續扶持 下,吸引更多資本、技術、人才,推動產業快速發展。2016-2019年,我國氫燃料電池汽 車產量從629臺提升至2737臺,復合增長率達到63%,政策扶持初見成效。

    2.2燃料電池汽車打開萬億應用市場,規?;型档统杀?/strong>

    2.2.1 國外氫燃料電池汽車發展先行,國內緊跟技術進步潮流

    燃料電池汽車的誕生早可追溯到1966年通用汽車公司的創造性開發,但該車型并未 得到商業化應用;2013 年,H2USA 聯盟成立,旨在促進燃料電池汽車商業化以及氫氣相 關基礎設施開發,合作伙伴包括了福特、日產、戴姆勒、通用和豐田;2014年,豐田推出 商用燃料電池車Mirai,正式打開燃料電池汽車的商用市場。

    國內外皆已推出燃料電池汽車,但總體應用程度較低。國外主流車廠較為關注燃料電 池汽車生產,多家車企推出量產計劃。其中,豐田、本田、現代已經推出了量產版的燃料 電池乘用車,奔馳、日野推出了燃料電池客車,國內雖然已推出燃料電池乘用車但尚未實 現市場化銷售。從應用程度上來看,國內上汽剛剛實現燃料電池汽車商業化,市場化程度 較低,美國、歐洲和日本雖然市場化程度較高,但采購量仍然有限,燃料電池汽車范 圍內應用程度普遍較低。

    豐田 Mirai 實現成本突破,量產燃料電池汽車*投放市場。燃料電池汽車由于成本 較高,投入消費市場較為困難,豐田的燃料電池汽車 Mirai 的正式投放標志著燃料電池汽 車進入市場化階段。Mirai 是豐田FCV(Fuel Cell Vehicle)計劃的產物。1992年豐田開 始進行氫燃料電池汽車研究,2013 年在東京車展展出 FCV 概念車,2014 年 FCV 概念車 完成技術驗證,得名 Mirai 并在日本正式上市,售價 723 萬日元(約 44 萬人民幣),補 貼后僅售520萬日元(約31萬人民幣)。Mirai 整套系統的核心為其燃料電池堆棧,即其 動力系統TFCS(Toyota FC Stack)。

    本田推出Clarity,電堆體積功率密度領xian。日系車企中,豐田對燃料電池汽車的 投入大,本田次之。本田自1996年開始研究燃料電池技術,1999年開始進行燃料電池 車用實驗工作,2016年在日本推出正式銷售的燃料電池汽車Clarity Fuel Cell,售價766 萬日元(約45萬人民幣)。Clarity所搭載的電堆體積功率密度約為3.1 kW/L 左右,達到 領xian水平。

    現代NEXO 續航里程超越 Mirai、Clarity,成大里程燃料電池乘用車。NEXO是現 代汽車第二代燃料電池汽車,1998年,現代汽車成立麻北新能源技術研究院,專注于研究 燃料電池技術,2013 年 ix35 FCEV 實現量產,成為量產的燃料電池汽車,2018 年推出第二代量產氫燃料電池車NEXO。NEXO動力系統搭載了現代第四代燃料電池技術, 加速時間、續航里程均實現新突破,其中,續航里程達 370英里(592km),超過豐田Mirai 的 312 英里(502km)以及本田 Clarity 的 365 英里(587km),成為目前大里程的燃料電 池乘用車。

    上汽推出榮威 950,*實現國內燃料電池汽車商業化。上汽集團于 2001 年啟動燃 料電池汽車研究,是國內早從事燃料電池技術研發的車企,也是國內唯yi實現燃料電池 汽車公告、銷售和上牌的整車企業。2010 年,上汽 174 輛燃料電池車參加世博會運行, 2017年大通FCV80燃料電池輕客開啟商業化運營, 2018年上汽成立上海捷氫科技有限公 司,負責上汽燃料電池電堆和系統技術開發。上汽榮威 950 是國內唯yi具有公告、實現銷 售和完成上牌的燃料電池乘用車,大續航里程達到 430 公里,已實現產銷 50 臺,累計 運營里程超過50萬公里。

     

    國內燃料電池汽車性能與國外差距較大,未來仍有進步空間。上汽集團雖然實現了中 國燃料電池汽車的從無到有,但榮威 950 各項指標仍遠低于領xian標準。其中,續航里 程距離xian進水平差距較大,僅能達到 430km,gao車速、百公里加速、驅動電機功率、 電堆功率密度等指標也低于水平,作為中國燃料電池汽車,上汽榮威 950 未來改 進空間較大。

    2.2.2 燃料電池技術難度高,產業化發展需更大投入

    能量密度等指標角度,燃料電池具備優勢。與鋰電池相比,燃料電池系統是發電裝置, 系統所帶能量的大小取決于氫罐中能存儲多少氫氣燃料,而鋰電則是儲能裝置,存儲能量 的極限受制于電池包的大小,因此氫燃料電池天然具有高質量能量密度的優勢。此外,燃 料電池還具備重量較輕、充電時間短、性能提升空間大等性能優點。

    燃料電池技術難度較大,鋰電池成本更優。從技術難度和成本角度來看,鋰電池產業 發展比較成熟,已經實現規?;a,成本較低;燃料電池汽車技術難度較大,規?;?度低,成本高昂,而國內燃料電池關鍵材料,如催化劑、質子交換膜等尚無法實現規?;?生產,部分材料依賴進口且多數為國外壟斷,價格更高。故從成本以及市場化角度來看, 鋰電池具備更大優勢。

    燃料電池更為環保,安全性能各有優劣。除性能、技術難度與成本外,燃料電池與鋰 電池在環保、安全等方面也有一定差異。電動汽車雖然也是響應環保號召而誕生,但美國 環境保護局認為用于制造鋰金屬電解質和電池陰極的強效熔劑能導致包括癌癥在內的多種 疾病,且 用來制造壓縮型高功率鋰電池的鈷金屬具有高致癌性。而燃料電池的排放物為水, 相較而言更為環保。

    從安全性上看,鋰電池在材料、結構等方面對電池組進行了控制,安全性得到提升, 但隨電池使用壽命的消耗,不安全因素也會增加。燃料電池大的安全風險在于原料的易 燃性,由于氫氣加壓才能變為液體,故燃料電池汽車多攜有高壓氣瓶,在碰撞、加氫氣時 均容易引發氫氣泄漏,為降低碰撞后氣瓶的破裂風險,目前車用儲氫裝置大多采用碳纖維 材料,在一定程度上保證了燃料電池汽車的安全性。

    燃料電池產業鏈環節多、技術不成熟,燃料電池汽車發展需更大投入。與鋰電池產業 鏈相比,燃料電池產業鏈上下游環節更多,對投入的要求更大。上游燃料電池堆主要由膜 電極(由催化劑、質子交換膜、氣體擴散層組成)與雙極板構成,但國內上游關鍵材料的 研發與國外水平存在較大差距。其一,關鍵材料無法實現國產化,催化劑等大多采用進口 材料,國內尚未實現規?;a,導致上游成本過高;其二,制造技術落后,雙極板等制 造質量不穩定,運維成本較高;其三,制氫方法處于過渡階段,現階段,國內主要采用成 本較低、氫氣產物純度較高的氯堿工業副產氫方法,天然氣與煤炭制氫也在備用之列,制 氫流程無法實現完全環保,原料成本較高。目前,國內燃料電池上游相關材料以及相關技 術的研發仍處于起步階段,需更大投入。

    與鋰電池相比,燃料電池下游需配備加氫站,而鋰電池則需配備充電站。目前國內充 電站普及度較高,電動汽車充電可采用公共充電站也可采用家庭充電樁,充電更為便捷, 但出于安全性考慮,與普通汽車相似,燃料電池汽車僅能在公共站點補充燃料。因此,為 促進燃料電池下游應用,必須推動加氫站的建設,但加氫站的投資遠高于普通汽車的加油 站,回收成本時間較長,需要更多財政支持,投資成本和時間成本在一定程度上抑制了燃 料電池的下游應用。因此,從上、下游來看,燃料電池產業鏈發展整體仍不成熟,未來還 需要更大的資金支持和研發支持。

    2.2.3 商用車為主要產業化方向,應用優勢明顯

    雖然燃料電池乘用車在上已經實現商業化應用,但使用量仍然較低,燃料電池商 用車由于對空間要求低,對質量能量密度要求高,是更適用氫燃料電池的重要發展方向, 在燃料電池商用車領域,公交車、輕型和中型卡車一直處于應用前沿。

    上燃料電池商用車應用更為廣泛的原因主要有以下兩點:

    第yi,基礎設施依賴性高,運營集中使用具備優勢。燃料電池汽車的商業化推廣與加 氫站的建設程度聯系密切,由于加氫站成本過高,上普遍存在著加氫站建設不足的問題。燃料電池乘用車與燃油車比較類似,需要成熟的基礎設施網建設,對加氫站依賴度較 高,而商用車則僅需保障固定用途,且多為點對點移動,只需少量加氫站的建設,較適合 于上氫能基礎設施不完備的現狀。

    第二,質量能量密度帶動續航里程,在商用車領域體現性價比優越性。從性能上來看, 燃料電池汽車由于電池能量密度較高,故能實現較長的續航里程,更適合于商用車。此外, 燃料電池汽車目前的成本較高,乘用車不僅需承擔高昂成本且未能充分利用電池的性能優 勢,故性價比較低,比較而言,商用車更能發揮燃料電池優勢,實現較高性價比。

    與情況相同,目前國內燃料電池汽車發展的主要產業化方向也集中在商用車領域。從新能源汽車的財政補貼政策上來看,2010年發布的《私人購買新能源汽車試點財政補助 資金管理暫行辦法》并未將燃料電池汽車包括在內,即自燃料電池汽車發展初期,國家對 燃料電池汽車的補貼就主要集中在商用車領域,這一政策思路也延續至今。

    我國現階段以商用車作為燃料電池汽車主要產業化方向除考慮到上述共性問題外, 還有出于我國國情的考量。

    第yi,儲氫技術限制。我國目前燃料電池汽車的儲氫技術遠落后于國外水平,商用車 可以簡單地通過增加儲氫瓶增加續航能力,對儲氫技術的要求不高,而乘用車由于空間較 小,對燃料電池體積要求較高,技術難度大,成本高,故先發展商用車較適合我國技術發 展現狀。

    第二,商用車領域環保需求。國內商用車環保技術水平較低,導致商用車保有量雖低 于乘用車,但污染物排放反而較高。純電動汽車雖然可實現環保要求,但純電動商用車電 池搭載量較大性價比較低,環保作用有限,推廣燃料電池商用車則更易滿足環保需求。

    第三,產業化長期規劃。國內燃料電池商用車現階段發展水平好于乘用車,以商用車 為先導可培育起燃料電池汽車較為完整的產業鏈。其一,可以利用商用車發展逐步提升我國燃料電池技術,彌補技術劣勢,降低成本,為乘用車積累技術軟實力;其二,商用車對 于加氫站的依賴程度較低,可以平滑我國的加氫站建設投入,不會由于短期基礎設施投入 過大帶來產業發展不平衡情況,同時加氫站網絡的逐步建設完善也將為長期乘用車推廣奠 定良好基礎;其三,商用車社會推廣效果較好,便于未來乘用車的市場化。

    2.2.4 規?;型档统杀?,商用車過渡到乘用車打開萬億級市場空間

    根據我國《節能與新能源汽車技術路線圖》中對燃料電池汽車總體技術路線的規劃, 2020 年,計劃實現燃料電池汽車在特定地區公共服務用車領域的小規模示范應用,達到 5000 輛規模;2025 年在城市私人用車、公共服務用車領域實現大批量應用,達到 5 萬輛 規模;2030 年在私人乘用車、大型商用車領域實現大規模商用化推廣,達到百萬輛規模。根據以上數據,結合我國燃料電池汽車商用車、乘用車發展現狀,我們預計2050 年燃料電 池汽車市場規模將達到500 萬輛,假設2020年5000輛全部為商用車,2025年的50000 輛中60%為商用車,2030年的100萬輛中40%為商用車,2050年500萬輛中 20%為商 用車。

    此外,根據《節能與新能源汽車技術路線圖》中對單車成本的規劃,我們采用單車大成本進行估計,即2020 年燃料電池汽車商用車、乘用車成本分別為150萬元、 30萬元;2025 年,分別為 100 萬元、20 萬元;2030 年,分別為 60 萬元、18 萬元,根據技術發 展情況,我們估計 2050 年兩種車型成本將進一步下降,分別降為 30 萬元和 10 萬元。以 上數據為基礎我們對單車價值量進行了估計,并由此推算出燃料電池汽車的整車市場空間。

    根據測算,我們認為燃料電池汽車整車市場空間 2030 年將超過 3000 億,2050 年有 望突破7000億。

    將整車結構進行拆分,分別估計各組成部件未來市場空間。燃料電池系統是燃料電池 汽車的主要構成,燃料電池系統主要包括電堆和氣體循環系統,其中,電堆由膜電極(由 質子交換膜、催化劑、氣體擴散層構成)、雙極板及密封件等組成。

    在電堆的各個組成部件中,質子交換膜、氣體擴散層以及膜電極組件則受規?;a 影響顯著,隨產能上升價值占比降低,催化劑、雙極板分別需要鉑和不銹鋼材料,成本以 商品材料成本為主,對產量不敏感,規?;a后價值占比提升;

    基于以上分析,我們分別對 2020-2030年燃料電池系統成本、使用成本進行假設,對 燃料電池汽車各個組成部件未來市場空間進行估計。

    根據測算,我們預計2030年燃料電池汽車系統關鍵零部件的市場空間將超過2000億, 2050 年將超過 3000 億。預計到 2050 年,燃料電池汽車整車加各零部件市場空間將突破 萬億。

    2.3 低污染、高續航促進交通領域應用,清潔船舶、無人機 應用前景廣闊

    船舶污染物排放標準更加嚴格,燃料電池成為綠色船舶shou選。自2015年起,海事 組織對船舶燃料含硫量、氮氧化物的排放提出了更為嚴格的要求,中國船舶污染物排放標 準也陸續出臺,2016 年交通運輸部發布《船舶發動機排氣污染物排放限值及測量方法》,對船舶排放的一氧化碳、碳氫化合物、氮氧化物和顆粒物提出了明確要求,2017年中國船 級社制定《船舶應用替代燃料指南2017》,對燃料電池系統進行了詳細描述。隨著船舶環 保要求的提高,動力系統采用清潔能源大勢所趨,燃料電池系統作為能源高效、*、 震動噪聲低的動力系統,是未來船舶動力裝置發展的shou選。

    國外燃料電池船舶領xian,國內重視度不斷提升。歐洲對清潔船舶研究的支持力度大, 相關技術領xian,德國于 2008年研制出世界燃料電池游船“Alsterwasser”號;日 本燃料電池技術領xian,清潔船舶起步較晚但發展較快,2009年制定《船舶行業中長期科研 計劃》,提出采用燃料電池動力系統減少船舶污染排放,2015年推出燃料電池漁船,三菱 重工等企業也持續投入研究;韓國2010年發布《造船產業中長期發展戰略規劃》,提出發 展燃料電池系統的要求,三星重工、STX造船等企業均參與到燃料電池船舶項目。

    國內船舶動力系統以柴油機為主,存在著能量轉化率低、燃料需求高,環境污染嚴重 等問題,隨著環保需求的上升,國內對清潔船舶的重視度不斷提高。目前國內清潔船舶研 制工作主要集中在中船重工第七一二研究所,2019年底,七一二所在上海海事會展上 展出自主研發的500kW級船用氫燃料電池系統,關鍵性能指標已達到xian進水平,我國 燃料電池清潔船舶研究已取得重大突破。據中船重工披露,2016年電動船市場規模達56.3 億,預計到2021年將達近百億,并逐步向長江經濟帶、珠江流域、環渤海地區推廣。

    無人機動力系統要求高,燃料電池技術有望突破無人機續航瓶頸。由于無人機“無人” 性質的特殊性,除大型軍用外,其在環境監測、農業、運輸等方面應用較為廣泛,而對于 這些應用,無人機有效載荷需求較高,對動力系統的可控性和續航里程要求更為嚴格?,F 有的小型無人機采用的動力系統主要是鋰電池和內燃機。鋰電池主要應用于起飛重量 10kg 以下的小型無人機,擁有噪聲低、有效載荷靈活、*等優點,但受制于能量密度,鋰 電池推進系統續航能力和耐久性不足,難以滿足無人機技術更新要求;小型內燃機的液態 碳氫化合能量密度較高,續航能力好,但其高熱量、高污染、高噪音、載荷靈活性差的缺 陷也無法適應無人機應用場景的擴展。

    燃料電池動力系統則綜合了鋰電池和內燃機動力系統的優點,其耐用性和續航能力等 已經在軍用無人機上得到了證實,未來消費級、工業級應用場景將更為廣闊。

    我國燃料電池無人機技術發展迅速,處于領xian地位。2015年,中國首架氫燃料電 池無人機“飛躍一號”在第三屆中國(上海)技術進出口交易會上展出,成為繼美國、 德國后第三個可自主生產燃料電池無人機的國家,燃料電池無人機技術領xian。隨著無 人機在國內應用場景的擴展,燃料電池動力系統有望在無人機領域得到規?;瘧?。

     

    2.4技術與成本突破為關鍵,家庭儲能等領域應用空間廣闊

    除在交通領域的產業化應用外,燃料電池在移動式應用和固定式應用領域也有廣闊前 景。移動式應用主要是燃料電池型移動充電裝置,固定式應用則包括家用燃料電池、偏遠 地區獨立電站等發電裝置。

    能量密度等優勢促成燃料電池在移動充電裝置領域的應用。燃料電池具有較高的能量 密度,續航時間長,更為滿足筆記本電腦、手機等移動設備的移動充電需求。目前,Intelligent Energy公司已經開發出燃料電池移動電源“Upp”,并投入非洲市場以解決非洲部分 地區存在的供電基礎設施不穩定問題。但目前燃料電池移動電源仍待解決成本高、質量重、 不穩定等問題,難以實現完全市場化。我國相關領域研究仍處于空白階段,未來隨著燃料 電池技術的進步,有望進駐移動電源領域。

    家庭儲能應用環境簡單,技術突破難度小,應用前景廣闊。根據松下電器數據,對于 單個家庭來說,使用燃料電池家庭儲能系統直接發電可比傳統間接發電每年節約 3734kW·h 電量,家用燃料電池節能效果突出。此外,燃料電池家用環境簡單,技術突破 難度較小,目前技術水平與成本控制較為平衡,可以被大多數家庭所接受。

    日本家庭儲能系統已經非常成熟,根據日本經濟產業省報告,截止2017年底,燃料電 池家庭儲能系統安裝量已達 23萬,歐洲、韓國也在加大燃料電池家用儲能系統部署。我國相關技術成本仍較高,目前還未在國內開展應用,但我國人口基數大、家庭用電需求高, 未來相關領域發展空間巨大。

     

    3.氫產業鏈:上游供給充分,中游制造實力期待突 破

    3.1制氫:三種路線并舉,化石能源制氫向可再生能源過渡

    我國的制氫工業以引進技術為主,技術相對成熟,與發達國家的差距不大。當前,氫 的制取技術主要有三種比較成熟的路線:一是以煤炭、石油、天然氣為代表的化石能源重 整制氫;二是以焦爐煤氣、氯堿尾氣、丙烷脫氫為代表的工業副產提純制氫;三是以電解 水制氫為代表的可再生能源制氫。其他技術路線,如生物質直接制氫和光解水制氫等目前 產收率較低,仍處于實驗和開發階段,尚未達到規模制氫要求。

    化石能源重整制氫:煤制氫技術成熟,價格相對較低,是目前主要的化石能源重整制 氫方式。煤制氫通過氣化技術將煤炭轉化為合成氣,經過水煤氣變換分離處理來提取高純 度的氫氣。煤制氫技術路線可以大規模穩定制氫,成熟高效。原料煤作為主要的消耗原 料,約占煤制氫總成本的 50%。以成本低的煤氣化制氫技術為例,每小時產能 54 萬方 合成氣的裝置,在原料煤(6000大卡,含碳量80%以上)價格600元/噸的情況下,制氫 成本約8.85元/千克。結合尚處在探索示范階段的碳補集與封存(CCS)技術以控制化石能 源重整制氫的碳排放,按照煤制氫路線單位氫氣生成二氧化碳的平均比例計算,增加 CCS 后以上設定條件下的沒制氫成本約為 15.85 元/千克。今后,隨著國內 CCS 技術的進一步 開發,煤制氫此方面成本將下降。

    天然氣制氫受制于原料資源,在我國尚未大規模發展。天然氣制氫技術中,國外采取 的主流方法為蒸汽重整制氫。天然氣作為原料占制氫成本比重達 70%以上,因此天然氣價格是決定此技術路線下制氫價格的重要因素。天然氣制氫平均成本高于煤氣化制氫,再加 上中國“富煤、缺油、少氣”的資源稟賦特點,僅有少數地區可以探索開展。

    工業副產提純制氫:工業廢氣等副產供給充足,為氫能發展拓寬來源。工業副產提純 制氫包括焦爐煤氣中氫的回收利用、甲醇及合成氨工業、丙烷脫氫(PDH)項目制氫、氯 堿廠回收副產氫制氫等。對工業副產中的氫進行提純,不僅可以提高資源利用效率,實現 經濟效益,又能起到降低污染、改善環境的效果。

    中國作為世界上大的焦炭生產國,生產焦炭產生的焦爐煤氣約350-450立方米/噸, 而焦爐煤氣中氫氣含量達54%-59%,利用變壓吸附(PSA)技術可以制取高純度氫。焦爐 煤氣制氫成本較低,目前為 11元/千克左右。中國燒堿年產量基本在3,000萬-3,500萬噸 之間,其產生的副產氫氣75-87.5萬噸約有40%能剩余,合計約28-34萬噸。甲醇及合成 氨工業、PDH 項目的合成氣含氫量達 60%-95%,通過純化技術可制取滿足燃料電池應用 的氫氣。中國目前的甲醇產能約為8,351萬噸/年,甲醇馳放氣含氫氣數十億立方米;合成 氨產能約1.5億噸/年,合成氨馳放氣可回收氫氣約100 萬噸/年。中國PDH項目目前副產 含氫量約37萬噸/年。

    當前工業副產提純制氫的提純成本為 0.3-0.6 元/千克,加副產氣體成本的綜合制氫成 本在10-16元/千克之間。工業副產提純制氫能夠提供百萬噸級氫氣供應,能為氫能產業發 展初期提供相對低成本、分布式氫源。

    可再生能源制氫:制氫行業未來方向,除電解水技術外其他處于起步階段。可再 生能源制氫技術路線目前主要是電解水制氫,電解水制氫技術主要有:堿性水電解槽(AE) 技術,wei成shu,國內單臺大產氣量為 1,000立方米/小時;質子交換膜水電解槽(PEM) 技術能效較高,國內單臺大產氣量為 50 立方米/小時;固體氧化物水電解槽(SOE)采 用水蒸氣點解,能效gao,但尚處于實驗階段。

    電解水制氫目前成本高,且火電占比高的供電環境下環保效果低下。電解水制氫成本 主要來源于固定資產投資、電和固定生產運維這四項開支,其中電價高是造成電解水成本 高的主要原因,電價占其總成本的 70%以上。采用市電生產,制氫成本高達 30-40 元/千 克。利用“谷電”電價,低于 0.3 元/千瓦時,電解水制氫成本接近傳統石化能源制氫。且 在火電占比較高的供電環境下,按中國電力平均碳強度計算,電解水制氫 1 千克的碳排放 高達 35.84 千克,是化石能源重整制氫單位碳排放的 3-4 倍。若使用富余的可再生能源電 力 (水電、風電、太陽能等)的邊際成本較低,制取氫氣的成本會更加低廉,同時也能實現 可持續,并將二氧化碳排放量大幅降低。

    供電結構轉變與政策支持促進可再生能源制氫發揮效率、環保雙重效能。未來,可再 生能源制氫具有巨大的發展潛力。國家發展和改革委員會與國家能源局先后發文,支持高 效利用廉價且豐富的可再生能源制氫。四川、廣東等地對電解水制氫給予政策支持,將其gao電價分別限定為 0.3 元/千瓦時和 0.26 元/千瓦時。伴隨技術發展、規?;?,都會 使此技術路線成本下降。

    目前,中國的氫能市場還處于發展初期,三種制氫路線并舉,結合不同技術路線制氫 的產能、經濟性和環保性角度,不同地區需要依據資源稟賦、科技及成本等條件進行選擇。整體而言,氫氣供給充足,來源由由化石能源向可再生能源過渡。預計2030年左右,可再 生能源電解水將成為有效供氫主體,積極推動生物制氫和太陽能光解水制氫技術發展;2050 年左右中國能源結構從傳統化石能源為主轉向以可再生能源為主的多元格局,會推動可再 生能源電解水制氫占比大幅提升,煤制氫結合 CCS技術、生物制氫和太陽能光解水制氫等 技術將會成為氫能源供給的重要補充。

    3.2 儲氫:高壓氫罐接近領xian水平,固、液儲氫仍處示 范應用階段

    氫的儲存要求安全、高效、低成本、便捷,主要技術指標有容量、加注便捷性、耐久 性等。當前,氫的儲存主要由氣態儲氫、液態儲氫和固體儲氫三種形式。高壓氣態儲氫是guang泛的應用形式,低溫液態儲氫主要在航天等領域得到應用,有機液態儲氫和固態儲氫 尚處于示范階段。

    高壓氣態儲氫占比gao,技術成熟,成本有望迅速下降。高壓氣態儲氫是現階段的主 要儲氫方式,其容器結構簡單、充放氫速度快,分為高壓氫瓶和高壓容器兩大類。wei成shu且成本較低的技術是鋼制氫瓶和鋼制壓力容器。20MPa鋼制氫瓶已經在工業中廣泛應用, 且與45MPa鋼制氫瓶、98MPa鋼帶纏繞式壓力容器組合應用于加氫站。碳纖維纏繞高壓氫瓶為車載儲氫提供了方案。目前 70MPa 碳纖維纏繞 IV 型瓶已是國外燃料電池乘用車車 載儲氫的主流技術,我國燃料電池商用車載儲氫方式以 35MPa 碳纖維纏繞 III 型瓶為主, 70MPa 碳纖維纏繞 III 型瓶也已少量用于我國燃料電池乘用車中。接近領xian水平。70Mpa 的儲氫罐的制備現在是我國高壓氣態儲氫面臨的主要難題,125kg 的儲氫系統價 格上萬元,若能實現技術突破實現量產,其成本將迅速下降。

    液態儲氫投入與損耗大,目前未投入商用。液態儲氫可分為低溫液態儲氫和有機液體 儲氫,具有儲氫密度高等優勢。低溫液態儲氫的儲氫密度可達 70.6kg/m³,但液氫裝置一 次性投入較大,液化的過程中存在較高能耗,儲存過程中的蒸發會產生一定損耗,每天 1%-2%的揮發,而汽油每月只損失 1%,因此目前極不經濟,在我國僅用于航天工程等領 域,民用領域尚未出臺相關標準。有機液體儲氫其產生的氫化物性能穩定,安全性高,但 存在脫氫效率較低、反應溫度較高、催化劑易被中間產物毒化等使用問題。目前國內已有 燃料電池客車車載儲氫示范應用。

    我國固態儲氫尚處示范階段,克服技術問題將在燃料電池領域迅猛發展。固態儲氫是ju潛力的儲氫方式,能夠克服高壓氣態、低溫液態儲氫方式的缺點,運輸方便、儲氫體 積密度大、壓力低、成本低、高安全性等特點使其特別適合應用于燃料電池汽車。但目前 主流金屬儲氫材料重量儲氫率低于3.8wt%,克服氫的吸放溫度限制是實現更高效儲氫的主 要技術難題。目前國外固態儲氫已經在燃料電池潛艇中得以商用,在分布式發電、風電制 氫、規模儲氫中得到示范應用,中國的固態儲氫也在分布式發點中得以示范應用。

    3.3 運氫:短期長管拖車為主,規?;箝L期管網發展是必 然趨勢

    氫的輸運按其形態分為氣態運輸、液態運輸和固體運輸,其中氣態和液態是目前的主 流運輸方式。

    高壓氣態運輸短期長管拖車為主,加壓與運力仍待提高。高壓氣態氫的運輸有長管拖 車和管道運輸兩種方式,根據氫氣的輸送距離、客戶分布及使用要求等情況的不同,適用 于不同場合。高壓長管拖車目前是國內氫氣近距離運輸隊主要方式,技術相對成熟,發展 成長了一批儲運氫相關企業。但當前與國內的技術和效率同領xian水平存在一定的差距。國內 20MPa 長管拖車是zui普遍的形式,單車運量約為 300 千克,而國外領xian技術采用 45MPa纖維纏繞高壓氫瓶長管拖車運輸,單車運量高達 700千克。

    液態氫運輸在技術成熟地區廣泛運用,我國民用尚處空白。液態氫運輸適合遠距離、 運量大的應用場景,采用液氫運輸方式能夠減少車輛運輸頻率,提高加氫站的供應能力。目前美國、日本已大量投入使用液氫罐車作為加氫站運氫的重要方式之一,我國目前尚無 民用液氫運輸的實踐,以高壓氣態方式為主。

    輸氫管道建設尚有差距,管網結合勢在必行。管道運輸管道運輸運行壓力通常為 1.0-4.0MPa,運量大、能耗低、邊際成本低,是實現大規模、長距離氣態氫運輸的重要方 式。管網建設一次性投入資金規模巨大,但長期看來是氫氣運輸發展的必然趨勢。截至 2019 年,美國已有約2600公里的輸氫管道,歐洲已有1598公里,而我國還停留在“百公里級 “。輸氫管網建設在初期可以積極探索摻氫天然氣的方法,充分利用現有的能源運輸管道 設施。

    目前,我國氫能儲運將持續以長管拖車運輸高壓氣態氫為主,以低溫液態氫、管道運 輸方式為輔,協同發展。長期來看,車載儲氫技術將采用更高密度和安全性的技術推動高 壓氣態氫、液態氫的運輸,氫氣管網建設也將加速布局,實現不同細分市場和區域的協同 發展。

    3.4加氫:各地發布建設規劃,加強基礎設施配套

    加氫的基礎設施是燃料電池車應用的重要保障,也是氫能發展利用的關鍵環節。經過 氫氣壓縮機增壓的氫氣存儲于高壓儲氫罐,再通過氫氣加注機為氫燃料電池加注氫氣。乘 用車在商業運行中氫氣加注時間在3-5分鐘之間。

    加氫站的技術路線有站內制氫和外供氫兩種,其中內制加氫站包括電解水制氫、天然 氣重整制氫等方式,降低運輸費用的同時也增加了加氫站運營的難度。由于目前國內氫氣 按照危險品管理,所以尚未有商用的站內制氫加氫站。外供加氫站則是通過長管拖車、管 道輸送氫氣、液氫運輸后,在站內進行加壓、存儲和加注,運輸成本相對更高。

    國內加氫站加速建設,國產化加速氫能源成本下降。國內加氫站的建設成本較高,其 中設備成本占到70%左右,單個加氫站投資成本在1,000萬元以上,大幅高于傳統加油站 的建設成本,且設備的運營與維護、人工費用等都使得加注氫氣的成本較高,在 13-18元/ 千克左右。隨著氫氣加注量的不斷增加以及同加油站、加氣站的合建,單位氫氣的加注成 本將呈現下降趨勢。同時,加氫設備亟需國產化,由目前核心設備依賴進口走向自主研發 和量產化,將有力推動氫能源使用成本的下降及其普及。

    根據規劃,在 2020 年,中國將建成 100 座加氫站,日本建成 160 座加氫站,韓國 建成80座加氫站,德國也預計達到100座加氫站的規模。截至2018年底我國加氫站共有 23 座,占加氫站的比例約為 6.23%。其中加氫規模在 500 公斤以上的有 9 座,手續 齊備的商用加氫站僅 6 座。這距離我國 2020 年建設 100 座加氫站的目標還有很大距離, 同時也表明,未來加氫站建設進度會急劇增加,相關方面需求巨大,是可見的機會點。近 年來,上海、江蘇、廣東、山東等省市發布氫能發展規劃,著力加強對加氫站配套設備和 建設運營按建設規模進行補貼。2019年3月,“推動充電、加氫等設施建設”增補進入《政 府工作報告》。政策支持將有力推動加氫站建設,進一步明確加氫站審批流程,推動裝備 自主化,與燃料電池車協同發展。

    3.5 發電:質子交換膜電池為主流,技術進步與成本下降任 重而道遠

    燃料電池是實現氫能源大規模普及的重要途徑,在當前的商業應用中,質子交換膜燃 料電池、熔融碳酸鹽燃料電池和固體氧化物燃料電池是三種主流的燃料電池技術路線。

    質子交換膜燃料電池具有工作溫度低、啟動快、比功率高等優點,適用于交通和固定 式電源領域,成為現階段國內外主流的應用技術。熔融碳酸鹽燃料電池的優點有工作溫度 較高,反應速度較快、不需貴金屬催化劑、提高燃料有效利用率等,但也存在高溫條件下 液體電解質較難管理,長期腐蝕和滲漏現象嚴重等問題。其中小型電站可應用于通訊、氣 象電站和水面艦船、機車等的熱電聯供。固體氧化物燃料電池燃料適應性廣、能量轉換效 率高、全固態、*、模塊化組裝,常在大型集中供電、中型分電、小型家用電熱聯供 領域作為固定電站使用。

    國內燃料電池產業鏈未全面布局,核心零部件技術仍待突破。質子交換膜燃料電池使 用鉑及其合金作為催化劑,其高昂的成本制約燃料電池的規模量產和商業化推廣,我國尚 處實驗研究階段。核心零件質子交換膜對性能要求高,開發生產難度大,現階段主流產品 多為美國、日本制造;氣體擴散層極大影響燃料電池成本和性能,主流生產企業分布于日 本、加拿大、德國等。其他部件,如金屬雙極板和電堆已在國內實現多企業布局。

    我國電燃料電池多指標落后水平,技術進步亟待解決。中國的燃料電池技術研發 和產業化集中于質子交換膜燃料電池和固體氧化物燃料電池兩類。近年來在國家政策和重 點項目支持下,燃料電池技術取得了既定的進步,初步掌握了燃料電池電堆與關鍵材料、 動力系統與核心部件等核心技術,部分技術指標接近xian進水平,但仍有許多關鍵技術 指標較為落后,且工程化、產業化水平低,總體技術較日本、韓國等技術相對成熟的國家 有一定差距。

    就質子交換膜燃料電池而言,在燃料電池電堆領域,國內目前先進的水平下,在用額 定功率等級為36kW/L,體積功率密度為1.8 kW/L,耐久性為5000h,低溫性能為-20℃, 應用情況暫處百臺級別;相比之下,yi流水平的在用額定功率等級和體積功率密度分 別為 60-80kW/L、3.1kW/L,低溫性能達到-30℃,應用達到數千臺級別,各項指標顯著 優于國內水平。

    在核心零部件領域,國內膜電極電流密度為 1.5A/cm²,空壓機為30kW級實車驗證, 儲氫系統為 35MPa-III 型瓶組,金屬雙極板尚處于實驗和試制階段,石墨雙極板小規模試 用缺少耐久性和工程化驗證,氫氣循環泵尚處于技術空白,僅 30kW 級引射器可以實現量 產;相比而言,較高水平則可以實現電流密度 2.5A/cm²,完成空壓機100kW級實車 驗證,使用 70MPa-IV 型瓶組,石墨雙極板完成實車驗證,金屬雙極板技術和 100kW 級 燃料電池系統用氫氣循環泵技術也已趨于成熟。

    在關鍵原材料領域,我國目前的先進水平下,催化劑的鉑載量約 0.4g/kW,且只能進 行小規模生產,質子交換膜和炭紙、炭布處于中試階段,而xian進水平下,催化劑的鉑 載量達0.2g/kW且技術成熟,且催化劑、質子交換膜、炭紙、炭布、密封劑等已經達到產 品化、批量化生產階段。固體氧化物燃料電池的電池電堆整體技術也與*水平存在 較大差距,單電池與電堆峰值功率密度較低、電堆發電效率較低、整體發電系統在性能和 衰減率上與yi流水平還有較大差距,未進行商業化推廣。

    燃料電池系統技術未來將會持續開發高功率系統產品,通過系統結構設計優化提高產 品性能,通過策略優化提高差您壽命,優化零部件和提升規?;掷m降低成本。這既 是燃料電池系統技術未來的發展方向,也是努力追趕世界yi流水平的必然要求。預期到 2050年左右,平均制氫成本將不高于10元/千克,儲氫密度達到6.5wt%,系統體積功率 密度達到6.5kW/L,乘用車系統壽命超過10,000小時,商用車達到30,000小時,固定式 電源壽命超過 100,000 小時,啟動溫度降至-40℃,系統成本降低至 300 元/kW。燃料電 池的技術進步與成本下降依然任重而道遠。

    4. 氫能有望納入國家主流能源管理體系,產業鏈相 關公司打開成長空間

    4.1 國家隊進場,氫能有望納入我國主流能源管理體系

    在氫能源發展初期階段,中小企業參與居多。我國對氫能的研究與開發可追溯到20世 紀60年代。2000年科技部啟動973基礎研究項目,內容為氫能的規模制備、儲運和燃料 電池的相關研究,該項目針對氫能領域的若干科學命題的核心技術開展基礎性研究。2001 年-2005 年,國家科技部 863 電動汽車重大專項設立課題,以期在燃料電池、燃料電動發 動機以及整車系統方面形成一套擁有自主知識產權的核心技術,終開發成功燃料電池公 交車和燃料電池轎車。早期的氫燃料電池行業發展以民企自發行為居多,資金、技術、人 才積累有限。

    2011年以來,政府相繼發布《“十三五”戰略性新興企業發展規劃》《能源技術革命 創新行動計劃(2016~2030年)》《節能與新能源汽車產業發展規劃(2012~2020年)》 《中國制造 2025》等頂層規劃,鼓勵并引導氫能及燃料電池技術研發。2012 年,清華大 學、同濟大學、中科院大連物理化學研究所、上汽、一汽等發起成立中國燃料電池汽車技 術創新戰略聯盟。2016 年 10 月 26 日,在中國汽車工程學會年會上,國家強國戰略咨詢 委員會、清華大學教授歐陽明高作為代表發布了備受關注的節能與新能源汽車技術路線圖, 其中燃料電池的規劃如下:

    近幾年大央企不斷加入,以與地方政府合作、發展城市氫能源產業為出發點,逐步將 氫能源領域發展提上日程。

    進入2019年,廣東、山西等10個省份將發展氫能寫入政府工作報告,山東、浙江等 省份陸續發布本地氫能產業發展規劃。隨著國有企業的進駐與發展,更多的會議和組織開 始關注重視氫能源。我們認為,我國氫能的發展已經進入關鍵期,前期基礎的產業化配套 能力已經具備,現在需要的是加強氫能在各個領域的規?;瘧?,從而拉伸產業鏈配套能 力,提高整個產業的成熟度。

    4.2 推薦邏輯及相關受益公司分析

    推薦邏輯:氫能源來源廣泛,低碳環保,符合我國碳減排大戰略,同時有利于解決我 國能源安全問題,有望進入我國主流能源體系。我們認為 2050年左右*產業化的氫燃料 電池汽車領域有望產生上萬億的市場空間,隨著應用領域的拓展,氫能相關產業成長空間 廣闊。我們認為產業鏈上下游中,核心零部件國產化各細分領域*先受益,推薦關 注空壓機、鉑催化劑、氫罐、膜領域:雪人股份、貴研鉑業、富瑞特裝、東岳集團;其次上下游配套的加氫設備、加氫站建設也為傳統公司帶來新業務擴張彈性,推薦關注厚 普股份、深冷股份、北方稀土、瀚藍環境;后,我們認為長期來看,電堆及系統也將走 出具有長期競爭力的公司,推薦關注電堆及系統生產商濰柴動力、東方電氣、大洋電機、 騰龍股份、美錦能源、雄韜股份。

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