深度报告丨2018年销量1527辆 年复合增速56% 我国燃料电池车行业进入商业化初期阶段

中国燃料电池汽车销量于2016年开始起步，近3年复合增速达约56%，2018年销量达1527辆，我国燃料电池汽车产业进入商业化初期阶段。

要点提示

▍燃料电池原理、结构及技术特点：结构复杂，技术壁垒高，清洁无污染。

与锂电池作为储能装置不同，燃料电池是一种非燃烧发电装置，通过电化学反应将阳极的氢气和阴极的氧气的化学能转化为电能。燃料电池核心结构单元主要由膜电极和双极板构成，膜电极包括扩散层、催化剂层、质子交换膜，为反应发生场所；双极板是带流道的金属或石墨板，其主要作用是通过流场给膜电极输送反应气体，同时收集和传导电流并排出反应产生的水和热量。在燃料电池工作时，经过如下过程，第一、反应气体在气体扩散层内扩散；第二、反应气体经过催化剂层，被催化剂吸附后离解；第三、阳极产生的氢离子通过质子交换膜到达阴极与氧气反应，而电子通过外电路到达阴极产生电。燃料电池技术壁垒高，结构复杂，适合于中长途车用，预计未来推广路径先商后乘。

▍燃料电池发展状况：全球各国政策大力支持，中国企业逐渐突围。

燃料电池按照应用场景的不同，可以分为交通运输用、固定式、便携式燃料电池，近年来呈现爆发式增长。2018年全球燃料电池出货量达803.1MW，2015年-2018年复合增长率约40%，其中主要增量来源于交通运输领域，年复合增速达70%。整体上，燃料电池应用领域从以清洁电站、辅助电源为应用场景的固定式电源向以交通运输为应用场景的车用电源转变。受益于政策推动及燃料电池汽车补贴驱动，中国燃料电池汽车销量于2016年开始起步，近3年复合增速达约56%，2018年销量达1527辆，我国燃料电池车产业进入商业化初期阶段。伴随我国燃料电池产业链近几年在政策等扶植下，快速发展，目前已经初步掌握了燃料电池发动机、电堆及其他关键零部件的关键技术，基本建立了具有自主知识产权的车用燃料电池技术体系，质子交换膜、催化剂、气体扩散层、膜电极和双极板等关键指标与国际相近。

燃料电池：原理、结构及技术特点

▍燃料电池基本原理：过程环保无污染

燃料电池技术主要有碱性燃料电池、磷酸燃料电池、固体氧化物燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池和质子交换膜燃料电池。在商业应用来看，熔融碳酸盐燃料电池、质子交换膜燃料电池和固体氧化物燃料电池是最主要的三种技术路线。

固体氧化物燃料电池则具有能量转化率高、全固态、模块化组装等优点，常用在大型集中供电、中型分电、小型家用热电联供领域作为固定电站。

质子交换膜燃料电池由于其工作温度低、启动快、比功率高等优点，非常适合应用于交通和固定式电源领域，逐步成为现阶段国内主流的应用技术。与锂电池作为储能装置不同，燃料电池是一种非燃烧发电装置，通过电化学反应将阳极的氢气和阴极的氧气的化学能转化为电能。

燃料电池核心结构单元主要由膜电极和双极板构成，膜电极包括扩散层、催化剂层、质子交换膜，为反应发生场所；双极板是带流道的金属或石墨板，其主要作用是通过流场给膜电极输送反应气体，同时收集和传导电流并排出反应产生的水和热量。在燃料电池工作时，经过如下过程，第一、反应气体在气体扩散层内扩散；第二、反应气体经过催化剂层，被催化剂吸附后离解；第三、阳极产生的氢离子通过质子交换膜到达阴极与氧气反应，而电子通过外电路到达阴极产生电。

▍燃料电池技术特征：适合中长途车

燃料电池电化学反应仅消耗氧气与氢气，反应过程不涉及燃烧，反应的产物仅为水，并产生热量及电。同时，氢气的热值（约140MJ/kg）约为传统汽油的3倍，通过燃料电池可实现综合转化效率90%以上。

氢气具有燃点低、爆炸区间范围宽和扩散系数大等特点，长期以来被作为危化品管理。氢气是已知密度最小的气体，比重远低于空气，扩散系数是汽油的12倍，发生泄漏后极易消散，不容易形成可爆炸气雾，爆炸下限浓度远高于汽油和天然气，因此，在开放空间下安全可控，但在不同形式的受限空间中，比如隧道、地下停车场等的泄露扩散规律仍有待深入研究。

燃料电池是高效利用氢能的重要途径。

·1839年，欧洲科学家William.R.Grove发明了世界第一个氢氧气体电池。

·1909年，诺贝尔奖获得者W.F.Ostwald提出了完整的燃料电池工作原理。

·20世纪60年代，燃料电池作为辅助电源首次应用于航天飞船。

·1967年，第一辆燃料电池车在美国诞生。

进入21世纪以来，美国、日本、韩国等国家作为全球燃料电池的倡导者和领跑者，高度重视燃料电池技术的开发。目前燃料电池电堆的功率密度、寿命、冷启动等关键技术与成本瓶颈已逐步取得突破，国际先进水平的电堆功率已经达到3.1kw/L，乘用车系统使用寿命普遍达到5000h，商用车达到20000h，车用燃料电池系统发动机成本相较于21世纪下降80%-95%，价格在49美元/kw（按年产量50万台计算），接近内燃机的30美元/kw。

相较于纯电动车，燃料电池汽车在续航里程、加注时间、低温环境适应性上可以提供更好的解决方案，最具代表性的丰田Mirai燃料电池汽车续航里程达到502km，加注氢时间仅需5分钟，可以实现零下30°C低温启动。因此，从燃料电池的技术特征来看，燃料电池车具有更强的环境适用性，更加适用于中长途、中大型等商用领域。

▍燃料电池发动机系统：结构复杂

燃料电池发动机系统主要由燃料电池发动机、DC-DC转换器、车载氢系统等构成，其中燃料电池发动机主要包括电堆、发动机控制器、氢气供给系统、空气供给系统等。相较于传统燃油车或纯电动汽车动力系统，燃料电池发动机系统结构较为复杂。

图3：车用燃料电池发动机系统结构

燃料电池电堆是发动机系统核心零部件，是氢气和氧气的电化学反应场所，鉴于单个燃料电池单元输出功率较小，实践中通常通过将多个燃料电池单元以串联方式组合来构成电堆提升整体输出功率。也即是，电堆是由双极板与膜电极交替叠合，各单元之间嵌入密封件，经前后端板压紧后用螺杆拴牢，构成的复合组件。

除电堆外，燃料电池发动机还需要一系列辅助系统才能实现其功能，比如，其中控制系统通过高精度调节反应气体的压力及流量等使得电堆中的反应维持一定的输出功率、温度及湿度等。燃料电池发动机系统需要配备由车载高压储氢瓶和配套阀件组成的车载氢系统用于储存燃料，以及用于实现燃料电池与整车之间解耦的DC-DC变换器。

燃料电池：应用情况及发展阶段

▍全球燃料电池发展：全球政策支持力度大，快速增长

燃料电池按照应用场景的不同，可以分为交通运输用、固定式、便携式燃料电池，近年来呈现爆发式增长。2018年全球燃料电池出货量达803.1MW，2015年-2018年复合增长率约40%，其中主要增量来源于交通运输领域，年复合增速达70%。整体上，燃料电池应用领域从以清洁电站、辅助电源为应用场景的固定式电源向以交通运输为应用场景的车用电源转变。

在交通运输领域，日本是全球发展氢燃料电池车最为积极的国家，由于土地资源等限制，90%以上的能源消费依赖于进口石化能源，能源自给率低使得氢能源被日本视为保障日本能源安全的重要抓手。日本政府在2014年提出“氢能源基本战略”，并为氢能发展提供巨额的资金支持用于研发和购车补贴，极大的推动了氢能源和燃料电池领域的技术突破和产业化。以丰田、本田为代表的日本领先企业早在上世纪90年代就开始研发燃料电池汽车，并从2014年开始陆续向市场投放丰田Mirai、本田Clarity等技术水平较为领先的燃料电池汽车。截止到2018年底，日本燃料电池乘用车保有量超过2839台，并累计完成113座加氢站建设。

美国在氢能及燃料电池领域拥有的专利仅次于日本，尤其是在全球质子交换膜燃料电池、燃料电池系统、车载储氢三大领域技术专利上，两国的技术占比总和超过50%。美国液氢产能和燃料电池乘用车保有量全球第一。截止到2018年底，美国在营加氢站42座，计划到2020年建成75座，2025年达到200座。美国燃料电池乘用车达到5899辆。

2008年以来，韩国政府继续加大对氢能源技术研发和产业化的扶植力度，先后投入3500亿韩元实施“低碳绿色增长战略”、“绿色氢城市示范”等项目。2018年，韩国政府将氢能产业定位为三大战略投资领域之一，并在2019年正式发布《氢能经济发展路线图》，提出2030年进入氢能社会，并在未来5年投资2.6万亿韩元，把氢能经济打造成拉动创新增长的重要动力。2018年韩国现代正式发布第二代燃料电池车Nexo，电堆最大输出功率达95kw，续航里程达800km。韩国计划2020年建成80座加氢站，截止2018年底在营14座。燃料电池车2018年底保有量约300辆，计划保有量2025年达到15万辆。

▍中国燃料电池发展：政策大力支持，产业进入商业化初期

燃料电池汽车早在“十一五”期间即被确立为新能源汽车发展的主要技术路径之一。在《国家创新驱动发展纲要》、《能源技术革命创新行动计划（2016-2030年）》、《中国制造2025》、《汽车产业中长期发展规划》中均明确了氢能与燃料电池的战略地位，其根本目标是降低中国能源对外依存度、减少城市大气污染，推动我国汽车弯道超车。

受益于政策推动及燃料电池汽车补贴驱动，中国燃料电池汽车销量于2016年开始起步，近3年复合增速达约56%，2018年销量达1527辆，我国燃料电池车产业进入商业化初期阶段。

图8：中国燃料电池车销量（辆）

针对于燃料电池车产业，中国制定了明确的规划，根据《节能与新能源汽车产业技术路线图》，到2030年将实现大规模商业化推广累计100万辆，燃料电池系统产能超过10万套/企业，整机性能达到与传统内燃机相当水平。

自2009年《关于开展节能与新能源汽车示范推广试点工作的通知》实施以来，我国政府开始对纯电动汽车、插电式（含增程式）混合动力汽车、燃料电池汽车示范运营给予补贴。报告期内，根据《关于2016-2020年新能源汽车推广应用财政支持政策的通知》，在2016-2020 年继续实施新能源汽车推广应用补助政策，除燃料电池汽车以外，其他车型综合考虑生产成本、规模效应、技术进步等因素逐步退坡。

图10：中国燃料电池车补贴政策

▍国际比较：相关指标快速追赶

目前国内车用燃料电池主要是质子交换膜燃料电池，伴随我国燃料电池产业链近几年在政策等扶植下，快速发展，目前已经初步掌握了燃料电池发动机、电堆及其他关键零部件的关键技术，基本建立了具有自主知识产权的车用燃料电池技术体系，质子交换膜、催化剂、气体扩散层、膜电极和双极板等关键指标与国际相近。目前，以新源动力、亿华通为代表的企业已具备国产化电堆的生产能力，如东岳集团具备质子交换膜规模化生产能力并进入奔驰汽车供应链体系。但目前整体核心零部件依旧对外依存度高。

2015上汽集团推出第四代采用荣威950车型平台的燃料电池车，续航里程达400多km，具备小批量生产能力。与国际上具有领先水平的丰田Mirai、本田Clarity和现代Nexo相比，中国仍然在动力性能、综合效率、电堆功率等性能指标方面具有不小的差距。目前燃料电池车、电动车、传统燃油车分别处于导入期、成长期和成熟期，制造成本燃料电池车最高，使用成本方面燃料电池车在个别场景已经具备一定的积极性。目前国内燃料电池乘用车制造成本约150万元，国外燃料电池车售价已经下降至5-6万美元左右，考虑到政府补贴后，可与B级车中高端纯锂电汽车相当。使用成本方面，按照市区工况百公里电耗15-18kwh和油耗6-10L汽油计算，燃料电池车用氢成本需要控制在30元/kg和45元/kg方具有竞争力。

竞争格局：国内企业逐渐突围

燃料电池汽车产业具有市场空间大、产业链长、参与方众多的特点，产业链上游主要为膜电极、双极板、各类管阀件与传感器、车载高压储氢瓶等发动机零部件生产制造行业，产业链中游主要为燃料电池发动机系统及电堆集成行业，产业链下游主要为燃料电池车制造。

图13：车用燃料电池产业链

中国燃料电池汽车产业发展路径预计为先商后乘，即通过商用车发展规模化降低和氢气成本，同时带动氢能基础设施建设，后续拓展到乘用车领域，主要原因包括：1）商用车一般存在固定路线，沿线建设加氢站可有效提升加氢站利用率，且燃料电池汽车从技术特点上更适合中长途、中重载运输体系；2）减少城市污染，政府端对价格相对不敏感。目前我国燃料电池汽车在售车型主要来自于宇通客车、北汽福田、中通客车、申龙客车等商用车企业，同时上汽集团、长城汽车等车企纷纷在燃料电池乘用车领域进行前瞻布局。

电堆是燃料电池发动机系统的心脏，是燃料电池发动机的动力来源，其主要由多层膜电极与双极板堆叠而成。燃料电池电堆的研发和生产具备较高的技术壁垒，以丰田汽车为代表的国际知名车企大多自行开发或与合作伙伴共同开发燃料电池电堆，一般不对外开放。以Ballard、Hydrogenics为代表的国际知名电堆生产企业在燃料电池领域深耕多年，具有较强的技术积累和产业化能力，可以对外单独供应车用电堆。目前，国内能够独立自主开发电堆并经过多年实际应用的主要包括新源动力、神力科技等企业，一些新兴的燃料电池企业通过获得国外技术授权、成立合资公司等方式生产燃料电池电堆。

膜电极是燃料电池发生电化学反应的场所，由质子交换膜、催化剂与气体扩散层结合而成，是燃料电池电堆的核心部件，对电堆的性能、寿命和成本具有关键影响。目前，国产膜电极关键技术指标接近国际先进水平，但在专业技术特性、产品实现能力、批量化生产工艺还存在差距。国外膜电极供应商主要包括Johnson Matthey、Ballard等具备大规模的流水线生产能力的供应商；丰田汽车、本田汽车等燃料电池车企自主开发了用于其自身乘用车产品的膜电极但并不对外销售；我国专业膜电极供应商已具备膜电极批量化生产能力，产品出口海外。

双极板是燃料电池电堆的核心结构件，通常为正反均带有气体流道的石墨或属薄板，被置于膜电极两侧，起到支撑机械结构、均匀分配气体、排水、导热、电的作用，其性能优劣将直接影响电堆的体积、输出功率和寿命。双极板按材可分为石墨双极板和金属双极板，石墨双极板电堆具有耐腐蚀性强等特点，主应用于商用车领域，代表性企业为Ballard、Hydrogenics；金属双极板电堆以其体积小、易于批量生产等特点，主要应用于乘用车领域，代表性企业为丰田汽车等。目前石墨双极板已实现国产化，金属双极板尚未实现国产批量供应。

龙头企业

目前燃料电池产业发展进入导入期，电动车进入成长期，传统燃油车进入成熟期。目前政策对燃料电池产业扶植力度大，产业先商后乘，有望复制电动车发展路径。当前燃料电池研发投入大，需要极强的融资能力与资本实力。潍柴动力、上汽集团、亿华通（拟科创板上市）等是目前的龙头企业。

▍潍柴动力：发动机龙头，积极布局燃料电池赛道

潍柴动力2018年认购Ballard（巴拉德）约20%的股份，成为巴拉德第一大股东，巴拉德是全球领先的燃料电池厂商，公司2018年营收6.63亿元人民币，实现扣非归母净利润-1.84亿元人民币，研发投入1.86亿元人民币，公司毛利率约31%，当前市值约60亿人民币，对应ps约10倍。公司与加拿大巴拉德于2018年签署《研发合作协议》，由加拿大巴拉德向公司提供技术研发服务，公司将支付研发费用9000万美元。2018年11月26日，公司与加拿大巴拉德全资子公司共同出资设立合资公司潍柴巴拉德氢能科技有限公司，公司持股51%，加拿大巴拉德间接持股49%。2017年公司交易完成对弗尔赛33.5%股份的认购，交易总价约5000万元，弗尔赛是国内燃料电池研发、生产、销售厂商，公司2018年营收0.22亿元，实现归母净利润（扣非）亏损0.17亿元，2018年研发投入约900万元。

潍柴动力2019年Q1实现营收452.12亿元，同比增长15.3%，实现归母净利润（扣非）24.48亿元，同比增长23%，受益于重卡持续热销，公司业绩维持较高增长。目前公司PE（ttm）为10.6倍，PB为2.34倍。

▍上汽集团：预计最坏的情况已过，燃料电池车走在国内前列

受宏观经济承压，国六升级，导致2019年继续去库存，公司压力较大。上半年公司销量约294万辆，同比下降约16.6%；上半年生产约286万辆，同比下降20.8%。由于汽车销量不景气，公司2019年Q1实现营收同比下降约16%，实现扣非归母净利润同比下降13.86%。我们认为，下半年边际改善有望，单车盈利有望回升。公司早在2007年战略投资新源动力，持有其约36%股份，新源动力是国内领先的燃料电池生产研发企业，2018年新源动力营收0.78亿元，实现净利润约550万元。2015上汽集团推出第四代采用荣威950车型平台的燃料电池车，续航里程达400多km，具备小批量生产能力，在国内燃料电池乘用车领域处于领先地位。

风险提示：

（1）产业发展不及预期；目前产业处于快速发展初期，技术成熟度需要验证。若出现比如燃料电池车安全事件等，将影响行业发展进程。

（2）补贴退坡风险。目前我国对燃料电池车补贴力度大，产业链对补贴依赖度高，若成本下降遇到瓶颈，将制约燃料电池车的经济性，发展受阻。