钜大LARGE | 点击量：972次 | 2020年03月05日
氢燃料电池中下游投资机会
从资金门槛和技术门槛角度，未来有较高的市场份额和利润空间的公司存在机会，细分板块推荐顺序是燃料锂电池商用车、加氢站、质子交换膜、燃料锂电池电堆及系统。
氢燃料锂电池的下游应用
氢能源燃料锂电池下游重要分三大市场，分别是固定式电源、便携式电源与交通运输动力电源。
氢燃料锂电池作为一种清洁能源形式，在备用电源系统等领域也有快速落地的契机（例如：作为通讯基站备用电源，取代目前的铅酸/锂离子电池和移动油机）。
在交通运输动力领域，从质量能量密度与体积能量密度的角度来看，氢燃料锂电池适合对占用空间要求不高的交运场景，例如商用车、航运或特种。
·高质量能量密度，适合交通应用。
单位质量的氢可以供应汽油柴油约3倍左右的能量，即使是目前最佳水平的300wh/kg三元锂离子电池，氢大约可以供应其120倍左右的能量。
关于交通工具而言，质量的新增往往会带来能耗的新增，新能源汽车新增装机量，但不能带来成比例的里程提升就是一个例子。
·低体积能量密度，适合对空间要求不高的应用。
单位体积的氢所能供应的能量较低，1L的柴油所对应的能量大约要加注7.8升的70Mpa或13.1升35Mpa的压缩氢气，因此氢燃料车辆储氢所占空间较大。
燃料锂电池商用车更易落地，门槛高的核心零部件也值得关注。
目前，燃料锂电池汽车的全球格局呈现出日韩重要发展燃料锂电池乘用车，美国重要发展燃料锂电池非道路车辆的区域性特点。
1.在我国由于乘用车电气化已经有较好的锂电基础，氢燃料发展缺乏必要性。
2.基于锂电的商用车随着续航里程新增，加装锂电的边际效用迅速降低。
3.商用车电气化要考虑生产资料属性，锂电带来的充电时长降低了商用车的实际利用效率。
4.商用车往往车群密集，行驶路径固定，初期少部分加氢站就可以满足区域内营运需求。因此我们认为商用车更易落地推广、存在投资机会。
氢燃料膜电极与电堆的研发、生产、制造存在技术壁垒，目前国内头部公司仍依赖海外公司技术许可/转让。
我们认为若自主公司在膜电极和电堆领域建立起完善技术能力、供应高性价比产品，将会供应长时间的壁垒，而其他核心零部件领域存在自主替代的可行性，或存在中短时间投资机会。
氢能源中下游产业链：乘用车日韩领先，商用车国内更易落地，关键零部件存在本地化机会。
主流乘用车企在氢燃料锂电池的进展：日韩技术领先，美国是最大消费国，我国上汽和长城先公布局。燃料锂电池乘用车已经开始走下展台，进入到消费者可选车型中。
目前，量产状态车型以海外为主，日韩车企布局更为积极。丰田、本田、现代均已实现车辆量产，2018年全球销量分别为2393/1155/887辆，丰田Mirai始终占据着最畅销车型的位置。
而从国别来看，美国成为最大消费国，约有60%氢燃料锂电池乘用车在美国销售，见图表3-4。
从车企的布局来看，除了已经走向量产的日韩车企，德系车企亦进行了大量的技术储备，其中奔驰GLCF-cell技术已经达到量产状态，但受制于过高的价格，该技术仅交付给政府/公司客户。
另外，大众、奥迪、宝马也公布了众多概念车型。美国公司中通用汽车选择了和本田合作开发，而福特与克莱斯勒则布局较少。详见图表5。
我国车企对燃料锂电池技术保持密切的关注，其中上汽集团和长城汽车的进展较为领先。
上汽乘用车荣威950燃料锂电池车于2016年推出，并在2017年交付50辆。孵化于上汽集团的上海捷氢，具有完整的乘用车、商用车燃料锂电池系统研发设计和交付能力。
长城汽车近年也在氢燃料赛道上频频发力：成立了氢能技术中心进行前瞻研究，一期建设投资约4.7亿元，二期投资约9200万元，包括主体综合实验中心、液态加氢站、制氢和液化区。
长城汽车作为首家我国车企加入了国际氢能委员会；入股加氢站公司布局基础建设，与德国H2M签署谅解备忘录，增资入股约5%股份；控股上燃动力，具有完整的车用燃料锂电池系统集成开发和量产的能力，见图表6-7。
燃料锂电池商用车在我国更易落地
氢燃料更高的质量能量密度使得商用车对燃料锂电池接受程度更高。
2018年，保险口径全国燃料锂电池商用车上牌量为833辆，占新能源商用车上牌比例约为0.53%，且从车型大小来看，在中大型车辆中渗透率更高，见图表8-9。
基于锂电的商用车随着里程新增，边际效用递减。对商用车而言，储能系统（锂电、氢罐）质量约轻，意味着就可以分配更多的载重给货物，提升运营效率。
而伴随着里程数新增，锂离子电池储能系统的质量新增显著高于氢燃料锂电池储氢系统。特别在商用车领域现在只能使用能量密度更低的磷酸铁锂离子电池，使得经济性的边际效用更低，如图表10-12。
商用车电气化要考虑生产资料属性。商用车属于生产资料，尽可能拉长商用车的运输时长，可以提升运输量从而优化生产效益，公路货运车辆有时候配备2名驾驶员，而减少车辆停靠就是具体体现。
目前，200kWh的磷酸铁锂离子电池在380V电源下的充电时长约在4-5小时左右，而加注压缩氢气的时间往往小于15分钟。因此从运输效率的角度考虑，锂离子电池并不适合在商用车落地。
少量加氢站可以满足商用车应用要求。新能源乘用车区域分布较广，且行驶路径具有较高的不确定性，伴随新能源乘用车迅速发展，配套充电桩要在选址、数量和营运等多维度下寻找最优解，前期往往要全国范围内大范围铺设充电桩，见图表13。
而商用车往往车群密集，行驶路径固定，初期少部分加氢站就可以满足区域内营运需求。
氢燃料锂电池或以增程器形式与锂电技术长期共存
氢燃料锂电池技术是锂离子电池技术的补充。氢燃料锂电池电堆本质上是供应电能的发电机，得益于其：
1.加注燃料速度快。
2.压缩氢气/液氢质量能量密度远大于锂离子电池。
3.较内燃机更加环保节能，我们认为氢燃料锂电池技术或以增程器形式与锂电技术长期共存。
燃料锂电池系统及核心零部件：膜电极与电堆仍存在较高技术壁垒
在众多燃料锂电池技术路线中，基于质子交换膜技术的燃料锂电池得益于高能量和功率密度、快速启动能力、适宜的工作温度等优点，比较适合车辆与家用发电，见图表15。
质子交换膜燃料锂电池一般有五层结构，最中间是质子交换膜（PEM）、也就是实际起到单向传输质子并且隔离两端反应物的关键部件。
质子交换膜两侧涂覆有催化材料，决定了电堆的电性能和寿命。气体扩散层将氢气和氧气均匀的分布至催化材料表面，并起到汇集电流、支撑催化层和排除副产物的作用。
质子交换膜、催化剂与气体扩散层一起，形成了膜电极组件。膜电极组件的两侧加上起到机械支撑、供应气体通道、供应冷却液通道的双极板，组成一个完整的燃料锂电池单体电芯，见图表16。
燃料锂电池系统除了电堆外，还要一些辅助系统。以汽车应用为例，空气路控制系统、氢气路控制系统、冷却系统和增湿系统组成了燃料锂电池汽车的四大辅助系统，见图表17。
空气路控制系统包括空压机、中冷器、过滤器、水气分离器、背压阀等，负责将空气输送到燃料锂电池电堆阴极。
氢气路控制系统包括高压氢罐、减压阀、氢气喷射器、氢气循环泵、压力/温度/氢气浓度传感器等，负责将氢气输送至燃料锂电池阳极。
增湿系统用来给空气路提高相对湿度，润湿质子交换膜以提升质子传导性。
燃料锂电池冷却系统与锂离子电池系统的水冷方法相似，冷却液从电堆中吸收热量，并通过换热设备对外放热。系统包括水泵、散热器、去离子装置、三通阀等。电堆及系统级别的零部件种类较多，海内外相关公司梳理在图表18。
膜电极与电堆仍存在较高技术壁垒，其余关键零部件短时间有本土化可行性。
氢燃料膜电极与电堆的研发、生产、制造存在技术壁垒，目前行业中的竞争者数量相对较少。
目前，在我国处于头部的商用车电堆供应商重要有巴拉德、亿华通、广东国鸿、雄韬股份、上海重塑；乘用车电堆供应商有新源动力。
而海外还有加拿大Hydrogenics，美国Gore和美国专注于物料搬运市场的PlugPower等，这几家在我国布局较少。
上述公司中还有部分公司重要依靠巴拉德的技术许可和技术转让，其中包括了广东国鸿、大洋电机和潍柴动力，见图表19和附录I。
2013-2018年巴拉德动力通过技术许可和转让获取的收入超过300万美元，重要的业务模式为相同产品多次授权或双极板等零部件独家授权，但国内均未获得膜电极的技术授权。
其余的零部件例如空压机、氢气循环泵、双极板、传感器等属于相似产品在燃料锂电池上的拓展应用，要针对氢气这种特定媒介解决一系列防爆、防泄漏、防氢脆、防污染质子交换膜等特定问题。
系统成本与规模相关，美国能源部预测年产10万套时成本可至50美元/千瓦。规模化生产和技术进步将持续带动燃料锂电池系统成本下移。
据美国能源局测算，80kW的车载质子交换膜燃料锂电池系统的成本当达到年产10万套时可下降至50美元/千瓦，而达产50万套时可下降至45美元/千瓦，见图表20-21。
我国的氢能源经济呈现3+1的地域性集群分布。
我国的氢能源经济地图，呈现了3+1的产业链集群分布，暨华东、华北、中南和四川省，见图表22。3+1地区政府出台了相应的扶持政策，涌现了贯穿从氢能制备到下游整车应用的产业链集群。
河北、湖北、山东面对新旧经济动能转换。新经济结构转型，部分体现在第三产业对GDP的拉动作用持续提升。在华北、华东、中南重要省份中，截止2018年河北、湖北和山东第三产业对GDP的贡献率为46%/48%/50%，低于广东、浙江等省，见图表23。
氢能经济不仅是制造业，其上游带来的加氢网络铺建，中游带来的科研与技术服务，下游带来的交运等拉动将有助于新老经济动能转换。
山西面对资源型地区经济转型。山西的工业结构以煤炭开采和洗选业为主，占比为48%（2016年），属于典型的资源型地区经济。其余占比较高的行业例如黑色金属采选等也显示省内工业结构重型化比较明显，见图表24。
山西作为资源经济转型改革试验区，有较强的动力推动能源供给革命、能源消费革命、开展产业转型升级。
四川要氢能作为弃水电量调节手段。2018年四川全社会用电量为2459亿千瓦时，同比两位数上升，而四川17年水电发电量有3041亿千瓦时。
据国家电网四川电力公司公布数据显示，2012年至2017年，四川电网“调峰弃水电量”分别为76亿千瓦时、26亿千瓦时、97亿千瓦时、102亿千瓦时、141.43亿千瓦时、139.96亿千瓦时。
“调峰弃水电量”仅占全部弃水电量的较小比重。清洁能源电力占比较高的区域有通过氢能削峰填谷、消纳多余新能源电力的能力。
长三角、珠三角一直是高新公司聚集地。从高新技术公司年总产值来看，2017年江浙沪地区贡献超过6万亿元，广东省超4万亿元。
从高新技术公司数目来看，江浙沪地区超3万家，广东省也约3万家，均处在全国最前列，见图表25。
氢能产业链还有众多难题尚待突破，许多产业链零部件公司落户在长三角、珠三角，是因为可以寻觅高质量科研人员以及良好的研发环境。
华北、华东和中南地区是货运集聚地，有氢燃料商用车落地的可行性。华北、华东和中南地区是货物运输需求量最大的区域，本身具有清洁商用车的需求，见图表26。
燃料锂电池汽车销量及渗透率预测:2022年约1.23万辆
上文讨论中，我们强调燃料锂电池技术在商用车更易落地，而在乘用车领域燃料锂电池技术或以增程器形式与锂电技术长期共存。
由于燃料锂电池系统成本短时间内无法与三缸发动机媲美，因此我们认为，短时间内乘用车领域较难出现燃料锂电池的规模量产。
与市场不同的是，我们认为即使2019年燃料锂电池行业复现2009年对新能源汽车“十城千辆”的政策，可能也要3年时间才能突破万辆的销售关卡。
燃料锂电池“十城千辆”政策没有乘用车参与。09年面对新能源汽车的“十城千辆”示范推广应用工程，囊括了乘用车和商用车。
燃料锂电池“十城千辆”短时间或仅有公交车可以落地。目前高昂的采购成本和仍不完善的加氢设施决定了以盈利为目标的市内物流车、城际间货运车辆不会采用燃料锂电池技术。
如假设2022年燃料锂电池货车占新能源商用车2%、燃料锂电池客车占比6%，对应22年0.39/0.84万辆。
而截止22年仍然缺乏能规模性量产且销售的燃料锂电池乘用车，全年全口径下燃料锂电池汽车销量为1.23万辆。
上一篇：竞争如何推动电动汽车电池市场创新
