鉅大LARGE | 點擊量：1045次 | 2020年03月05日
氫燃料電池中下游投資機會
從資金門檻和技術(shù)門檻角度，未來有較高的市場份額和利潤空間的公司存在機會，細(xì)分板塊推薦順序是燃料鋰電池商用車、加氫站、質(zhì)子交換膜、燃料鋰電池電堆及系統(tǒng)。
氫燃料鋰電池的下游應(yīng)用
氫能源燃料鋰電池下游重要分三大市場，分別是固定式電源、便攜式電源與交通運輸動力電源。
氫燃料鋰電池作為一種清潔能源形式，在備用電源系統(tǒng)等領(lǐng)域也有快速落地的契機（例如：作為通訊基站備用電源，取代目前的鉛酸/鋰離子電池和移動油機）。
在交通運輸動力領(lǐng)域，從質(zhì)量能量密度與體積能量密度的角度來看，氫燃料鋰電池適合對占用空間要求不高的交運場景，例如商用車、航運或特種。
·高質(zhì)量能量密度，適合交通應(yīng)用。
單位質(zhì)量的氫可以供應(yīng)汽油柴油約3倍左右的能量，即使是目前最佳水平的300wh/kg三元鋰離子電池，氫大約可以供應(yīng)其120倍左右的能量。
關(guān)于交通工具而言，質(zhì)量的新增往往會帶來能耗的新增，新能源汽車新增裝機量，但不能帶來成比例的里程提升就是一個例子。
·低體積能量密度，適合對空間要求不高的應(yīng)用。
單位體積的氫所能供應(yīng)的能量較低，1L的柴油所對應(yīng)的能量大約要加注7.8升的70Mpa或13.1升35Mpa的壓縮氫氣，因此氫燃料車輛儲氫所占空間較大。
燃料鋰電池商用車更易落地，門檻高的核心零部件也值得關(guān)注。
目前，燃料鋰電池汽車的全球格局呈現(xiàn)出日韓重要發(fā)展燃料鋰電池乘用車，美國重要發(fā)展燃料鋰電池非道路車輛的區(qū)域性特點。
1.在我國由于乘用車電氣化已經(jīng)有較好的鋰電基礎(chǔ)，氫燃料發(fā)展缺乏必要性。
2.基于鋰電的商用車隨著續(xù)航里程新增，加裝鋰電的邊際效用迅速降低。
3.商用車電氣化要考慮生產(chǎn)資料屬性，鋰電帶來的充電時長降低了商用車的實際利用效率。
4.商用車往往車群密集，行駛路徑固定，初期少部分加氫站就可以滿足區(qū)域內(nèi)營運需求。因此我們認(rèn)為商用車更易落地推廣、存在投資機會。
氫燃料膜電極與電堆的研發(fā)、生產(chǎn)、制造存在技術(shù)壁壘，目前國內(nèi)頭部公司仍依賴海外公司技術(shù)許可/轉(zhuǎn)讓。
我們認(rèn)為若自主公司在膜電極和電堆領(lǐng)域建立起完善技術(shù)能力、供應(yīng)高性價比產(chǎn)品，將會供應(yīng)長時間的壁壘，而其他核心零部件領(lǐng)域存在自主替代的可行性，或存在中短時間投資機會。
氫能源中下游產(chǎn)業(yè)鏈：乘用車日韓領(lǐng)先，商用車國內(nèi)更易落地，關(guān)鍵零部件存在本地化機會。
主流乘用車企在氫燃料鋰電池的進(jìn)展：日韓技術(shù)領(lǐng)先，美國是最大消費國，我國上汽和長城先公布局。燃料鋰電池乘用車已經(jīng)開始走下展臺，進(jìn)入到消費者可選車型中。
目前，量產(chǎn)狀態(tài)車型以海外為主，日韓車企布局更為積極。豐田、本田、現(xiàn)代均已實現(xiàn)車輛量產(chǎn)，2018年全球銷量分別為2393/1155/887輛，豐田Mirai始終占據(jù)著最暢銷車型的位置。
而從國別來看，美國成為最大消費國，約有60%氫燃料鋰電池乘用車在美國銷售，見圖表3-4。
從車企的布局來看，除了已經(jīng)走向量產(chǎn)的日韓車企，德系車企亦進(jìn)行了大量的技術(shù)儲備，其中奔馳GLCF-cell技術(shù)已經(jīng)達(dá)到量產(chǎn)狀態(tài)，但受制于過高的價格，該技術(shù)僅交付給政府/公司客戶。
另外，大眾、奧迪、寶馬也公布了眾多概念車型。美國公司中通用汽車選擇了和本田合作開發(fā)，而福特與克萊斯勒則布局較少。詳見圖表5。
我國車企對燃料鋰電池技術(shù)保持密切的關(guān)注，其中上汽集團(tuán)和長城汽車的進(jìn)展較為領(lǐng)先。
上汽乘用車榮威950燃料鋰電池車于2016年推出，并在2017年交付50輛。孵化于上汽集團(tuán)的上海捷氫，具有完整的乘用車、商用車燃料鋰電池系統(tǒng)研發(fā)設(shè)計和交付能力。
長城汽車近年也在氫燃料賽道上頻頻發(fā)力：成立了氫能技術(shù)中心進(jìn)行前瞻研究，一期建設(shè)投資約4.7億元，二期投資約9200萬元，包括主體綜合實驗中心、液態(tài)加氫站、制氫和液化區(qū)。
長城汽車作為首家我國車企加入了國際氫能委員會；入股加氫站公司布局基礎(chǔ)建設(shè)，與德國H2M簽署諒解備忘錄，增資入股約5%股份；控股上燃動力，具有完整的車用燃料鋰電池系統(tǒng)集成開發(fā)和量產(chǎn)的能力，見圖表6-7。
燃料鋰電池商用車在我國更易落地
氫燃料更高的質(zhì)量能量密度使得商用車對燃料鋰電池接受程度更高。
2018年，保險口徑全國燃料鋰電池商用車上牌量為833輛，占新能源商用車上牌比例約為0.53%，且從車型大小來看，在中大型車輛中滲透率更高，見圖表8-9。
基于鋰電的商用車隨著里程新增，邊際效用遞減。對商用車而言，儲能系統(tǒng)（鋰電、氫罐）質(zhì)量約輕，意味著就可以分配更多的載重給貨物，提升運營效率。
而伴隨著里程數(shù)新增，鋰離子電池儲能系統(tǒng)的質(zhì)量新增顯著高于氫燃料鋰電池儲氫系統(tǒng)。特別在商用車領(lǐng)域現(xiàn)在只能使用能量密度更低的磷酸鐵鋰離子電池，使得經(jīng)濟(jì)性的邊際效用更低，如圖表10-12。
商用車電氣化要考慮生產(chǎn)資料屬性。商用車屬于生產(chǎn)資料，盡可能拉長商用車的運輸時長，可以提升運輸量從而優(yōu)化生產(chǎn)效益，公路貨運車輛有時候配備2名駕駛員，而減少車輛?？烤褪蔷唧w體現(xiàn)。
目前，200kWh的磷酸鐵鋰離子電池在380V電源下的充電時長約在4-5小時左右，而加注壓縮氫氣的時間往往小于15分鐘。因此從運輸效率的角度考慮，鋰離子電池并不適合在商用車落地。
少量加氫站可以滿足商用車應(yīng)用要求。新能源乘用車區(qū)域分布較廣，且行駛路徑具有較高的不確定性，伴隨新能源乘用車迅速發(fā)展，配套充電樁要在選址、數(shù)量和營運等多維度下尋找最優(yōu)解，前期往往要全國范圍內(nèi)大范圍鋪設(shè)充電樁，見圖表13。
而商用車往往車群密集，行駛路徑固定，初期少部分加氫站就可以滿足區(qū)域內(nèi)營運需求。
氫燃料鋰電池或以增程器形式與鋰電技術(shù)長期共存
氫燃料鋰電池技術(shù)是鋰離子電池技術(shù)的補充。氫燃料鋰電池電堆本質(zhì)上是供應(yīng)電能的發(fā)電機，得益于其：
1.加注燃料速度快。
2.壓縮氫氣/液氫質(zhì)量能量密度遠(yuǎn)大于鋰離子電池。
3.較內(nèi)燃機更加環(huán)保節(jié)能，我們認(rèn)為氫燃料鋰電池技術(shù)或以增程器形式與鋰電技術(shù)長期共存。
燃料鋰電池系統(tǒng)及核心零部件：膜電極與電堆仍存在較高技術(shù)壁壘
在眾多燃料鋰電池技術(shù)路線中，基于質(zhì)子交換膜技術(shù)的燃料鋰電池得益于高能量和功率密度、快速啟動能力、適宜的工作溫度等優(yōu)點，比較適合車輛與家用發(fā)電，見圖表15。
質(zhì)子交換膜燃料鋰電池一般有五層結(jié)構(gòu)，最中間是質(zhì)子交換膜（PEM）、也就是實際起到單向傳輸質(zhì)子并且隔離兩端反應(yīng)物的關(guān)鍵部件。
質(zhì)子交換膜兩側(cè)涂覆有催化材料，決定了電堆的電性能和壽命。氣體擴散層將氫氣和氧氣均勻的分布至催化材料表面，并起到匯集電流、支撐催化層和排除副產(chǎn)物的作用。
質(zhì)子交換膜、催化劑與氣體擴散層一起，形成了膜電極組件。膜電極組件的兩側(cè)加上起到機械支撐、供應(yīng)氣體通道、供應(yīng)冷卻液通道的雙極板，組成一個完整的燃料鋰電池單體電芯，見圖表16。
燃料鋰電池系統(tǒng)除了電堆外，還要一些輔助系統(tǒng)。以汽車應(yīng)用為例，空氣路控制系統(tǒng)、氫氣路控制系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和增濕系統(tǒng)組成了燃料鋰電池汽車的四大輔助系統(tǒng)，見圖表17。
空氣路控制系統(tǒng)包括空壓機、中冷器、過濾器、水氣分離器、背壓閥等，負(fù)責(zé)將空氣輸送到燃料鋰電池電堆陰極。
氫氣路控制系統(tǒng)包括高壓氫罐、減壓閥、氫氣噴射器、氫氣循環(huán)泵、壓力/溫度/氫氣濃度傳感器等，負(fù)責(zé)將氫氣輸送至燃料鋰電池陽極。
增濕系統(tǒng)用來給空氣路提高相對濕度，潤濕質(zhì)子交換膜以提升質(zhì)子傳導(dǎo)性。
燃料鋰電池冷卻系統(tǒng)與鋰離子電池系統(tǒng)的水冷方法相似，冷卻液從電堆中吸收熱量，并通過換熱設(shè)備對外放熱。系統(tǒng)包括水泵、散熱器、去離子裝置、三通閥等。電堆及系統(tǒng)級別的零部件種類較多，海內(nèi)外相關(guān)公司梳理在圖表18。
膜電極與電堆仍存在較高技術(shù)壁壘，其余關(guān)鍵零部件短時間有本土化可行性。
氫燃料膜電極與電堆的研發(fā)、生產(chǎn)、制造存在技術(shù)壁壘，目前行業(yè)中的競爭者數(shù)量相對較少。
目前，在我國處于頭部的商用車電堆供應(yīng)商重要有巴拉德、億華通、廣東國鴻、雄韜股份、上海重塑；乘用車電堆供應(yīng)商有新源動力。
而海外還有加拿大Hydrogenics，美國Gore和美國專注于物料搬運市場的PlugPower等，這幾家在我國布局較少。
上述公司中還有部分公司重要依靠巴拉德的技術(shù)許可和技術(shù)轉(zhuǎn)讓，其中包括了廣東國鴻、大洋電機和濰柴動力，見圖表19和附錄I。
2013-2018年巴拉德動力通過技術(shù)許可和轉(zhuǎn)讓獲取的收入超過300萬美元，重要的業(yè)務(wù)模式為相同產(chǎn)品多次授權(quán)或雙極板等零部件獨家授權(quán)，但國內(nèi)均未獲得膜電極的技術(shù)授權(quán)。
其余的零部件例如空壓機、氫氣循環(huán)泵、雙極板、傳感器等屬于相似產(chǎn)品在燃料鋰電池上的拓展應(yīng)用，要針對氫氣這種特定媒介解決一系列防爆、防泄漏、防氫脆、防污染質(zhì)子交換膜等特定問題。
系統(tǒng)成本與規(guī)模相關(guān)，美國能源部預(yù)測年產(chǎn)10萬套時成本可至50美元/千瓦。規(guī)?；a(chǎn)和技術(shù)進(jìn)步將持續(xù)帶動燃料鋰電池系統(tǒng)成本下移。
據(jù)美國能源局測算，80kW的車載質(zhì)子交換膜燃料鋰電池系統(tǒng)的成本當(dāng)達(dá)到年產(chǎn)10萬套時可下降至50美元/千瓦，而達(dá)產(chǎn)50萬套時可下降至45美元/千瓦，見圖表20-21。
我國的氫能源經(jīng)濟(jì)呈現(xiàn)3+1的地域性集群分布。
我國的氫能源經(jīng)濟(jì)地圖，呈現(xiàn)了3+1的產(chǎn)業(yè)鏈集群分布，暨華東、華北、中南和四川省，見圖表22。3+1地區(qū)政府出臺了相應(yīng)的扶持政策，涌現(xiàn)了貫穿從氫能制備到下游整車應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)鏈集群。
河北、湖北、山東面對新舊經(jīng)濟(jì)動能轉(zhuǎn)換。新經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，部分體現(xiàn)在第三產(chǎn)業(yè)對GDP的拉動作用持續(xù)提升。在華北、華東、中南重要省份中，截止2018年河北、湖北和山東第三產(chǎn)業(yè)對GDP的貢獻(xiàn)率為46%/48%/50%，低于廣東、浙江等省，見圖表23。
氫能經(jīng)濟(jì)不僅是制造業(yè)，其上游帶來的加氫網(wǎng)絡(luò)鋪建，中游帶來的科研與技術(shù)服務(wù)，下游帶來的交運等拉動將有助于新老經(jīng)濟(jì)動能轉(zhuǎn)換。
山西面對資源型地區(qū)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型。山西的工業(yè)結(jié)構(gòu)以煤炭開采和洗選業(yè)為主，占比為48%（2016年），屬于典型的資源型地區(qū)經(jīng)濟(jì)。其余占比較高的行業(yè)例如黑色金屬采選等也顯示省內(nèi)工業(yè)結(jié)構(gòu)重型化比較明顯，見圖表24。
山西作為資源經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型改革試驗區(qū)，有較強的動力推動能源供給革命、能源消費革命、開展產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。
四川要氫能作為棄水電量調(diào)節(jié)手段。2018年四川全社會用電量為2459億千瓦時，同比兩位數(shù)上升，而四川17年水電發(fā)電量有3041億千瓦時。
據(jù)國家電網(wǎng)四川電力公司公布數(shù)據(jù)顯示，2012年至2017年，四川電網(wǎng)“調(diào)峰棄水電量”分別為76億千瓦時、26億千瓦時、97億千瓦時、102億千瓦時、141.43億千瓦時、139.96億千瓦時。
“調(diào)峰棄水電量”僅占全部棄水電量的較小比重。清潔能源電力占比較高的區(qū)域有通過氫能削峰填谷、消納多余新能源電力的能力。
長三角、珠三角一直是高新公司聚集地。從高新技術(shù)公司年總產(chǎn)值來看，2017年江浙滬地區(qū)貢獻(xiàn)超過6萬億元，廣東省超4萬億元。
從高新技術(shù)公司數(shù)目來看，江浙滬地區(qū)超3萬家，廣東省也約3萬家，均處在全國最前列，見圖表25。
氫能產(chǎn)業(yè)鏈還有眾多難題尚待突破，許多產(chǎn)業(yè)鏈零部件公司落戶在長三角、珠三角，是因為可以尋覓高質(zhì)量科研人員以及良好的研發(fā)環(huán)境。
華北、華東和中南地區(qū)是貨運集聚地，有氫燃料商用車落地的可行性。華北、華東和中南地區(qū)是貨物運輸需求量最大的區(qū)域，本身具有清潔商用車的需求，見圖表26。
燃料鋰電池汽車銷量及滲透率預(yù)測:2022年約1.23萬輛
上文討論中，我們強調(diào)燃料鋰電池技術(shù)在商用車更易落地，而在乘用車領(lǐng)域燃料鋰電池技術(shù)或以增程器形式與鋰電技術(shù)長期共存。
由于燃料鋰電池系統(tǒng)成本短時間內(nèi)無法與三缸發(fā)動機媲美，因此我們認(rèn)為，短時間內(nèi)乘用車領(lǐng)域較難出現(xiàn)燃料鋰電池的規(guī)模量產(chǎn)。
與市場不同的是，我們認(rèn)為即使2019年燃料鋰電池行業(yè)復(fù)現(xiàn)2009年對新能源汽車“十城千輛”的政策，可能也要3年時間才能突破萬輛的銷售關(guān)卡。
燃料鋰電池“十城千輛”政策沒有乘用車參與。09年面對新能源汽車的“十城千輛”示范推廣應(yīng)用工程，囊括了乘用車和商用車。
燃料鋰電池“十城千輛”短時間或僅有公交車可以落地。目前高昂的采購成本和仍不完善的加氫設(shè)施決定了以盈利為目標(biāo)的市內(nèi)物流車、城際間貨運車輛不會采用燃料鋰電池技術(shù)。
如假設(shè)2022年燃料鋰電池貨車占新能源商用車2%、燃料鋰電池客車占比6%，對應(yīng)22年0.39/0.84萬輛。
而截止22年仍然缺乏能規(guī)模性量產(chǎn)且銷售的燃料鋰電池乘用車，全年全口徑下燃料鋰電池汽車銷量為1.23萬輛。
