2019年以來中國燃料電池技術、市場進展及未來投資策略分析[圖]

    一、燃料電池技術與市場進展

    燃料電池（FuelCell）是一種將外部供應的燃料和氧化物中的化學能通過電化學反應直接轉化為電能、熱能和其它反應產物的發(fā)電裝置。按不同的電解質，燃料電池可分為質子交換膜燃料電池、固體氧化物燃料電池等。其中，電堆是質子交換膜燃料電池系統(tǒng)的核心部件，主要由單電池由堆棧的方式構成。單電池包括雙極板、膜電極、密封圈。膜電極包括質子交換膜、催化劑和氣體擴散層。

    膜電極是燃料電池電化學反應最重要的基本單元，它的結構設計和制備工藝技術是燃料電池的關鍵技術，決定了電池的工作性能。

    膜電極是多相物質傳輸和電化學反應的場所，決定了質子交換膜燃料電池的性能、壽命和成本。高性能的膜電極應具備：1）最大限度地減少氣體傳輸阻力，使得反應氣體順利從擴散層到催化劑層發(fā)生電化學反應；2）形成良好的離子通道，降低離子傳輸阻力；3）形成良好的電子通道；4）氣體擴散層應保證良好的機械強度及導熱性；5）質子交換膜具有高質子傳導性和良好的化學穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性及抗水解性。

    近年來，國家和地方政府出臺一系列氫能與燃料電池相關政策與規(guī)劃，中國氫能與燃料電池產業(yè)鏈發(fā)展迅速?！?/p>

中國質子交換膜燃料電池膜電極技術與市場進展

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    相關報告：智研咨詢發(fā)布的《2019-2025年中國氫燃料電池行業(yè)市場專項調研及投資前景預測報告》

    （一）、膜電極是核心部件，國內外差距仍顯著

    膜電極是燃料電池電堆最核心的部件。膜電極是燃料電池電化學反應最重要的基本單元，它的結構設計和制備工藝技術是燃料電池的關鍵技術，決定了電池的工作性能。從成本結構來看，膜電極在燃料電池電堆成本中占有60%以上的比重，其國產化程度與規(guī)?；a是燃料電池降成本的突破點。

燃料電池系統(tǒng)成本結構拆解

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    國產膜電極與國外差距明顯。膜電極是燃料電池中技術門檻最高的一環(huán)。當前，石墨雙極板和密封層已實現(xiàn)國產化，但用于乘用車的金屬雙極板、催化劑、質子交換膜和氣體擴散層僅能少量生產，幾乎被國外所壟斷，國內外技術差距較大。

我國膜電極性能與外國相比仍存在差距

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    膜電極的性能可通過體積功率密度、額定電流、燃料電池催化劑鉑含量、燃料電池車載工況壽命、質子交換膜厚度等指標來判定：體積功率密度是指燃料電池能輸出最大的功率除以整個燃料電池系統(tǒng)的體積，我國燃料電池體積功率密度與國外差距明顯。鉑作為燃料電池的催化劑，可以催化氫氣和氧氣的反應，以幫助將燃料氣通過反應轉化為電能，由于鉑對于燃料電池的重要性以及其自身昂貴的價格(約200元/克)，因此燃料汽車鉑載量對于整車的價格影響重大，國內燃料電池鉑載量約為0.5-0.8g/kw，國外可以達到0.3-0.5g/kw，我國在鉑載量上仍有很大改進空間。質子交換膜是燃料電池的關鍵組件之一,其電導率直接影響燃料電池的電池性能。質子交

    換膜的厚度決定其質子電導率大小，我國生產的產品與國外先進水平仍有差距。

    （二）、行業(yè)格局：國產化進程加速，國企規(guī)?；a可期

    膜電極國產化進程加速。國內企業(yè)膜電極的供應商分為兩類：一類是以豐田和巴拉德為代表的、自給自足的燃料電池企業(yè)；另一類是專業(yè)膜電極供應商，國外龍頭企業(yè)為有3M、JohnsonMatthey、Gored等，國內以武漢新能源和鴻基創(chuàng)能為代表，其他企業(yè)如昆山桑萊特、南京東焱氫能、蘇州擎動等企業(yè)也參與了膜電極的研發(fā)。

膜電極研發(fā)單位及其性能

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    武漢理工新能源已實現(xiàn)規(guī)?；慨a，年產量達到12萬片，建成的自動化膜電極生產線產能達到2萬平米/年。其在全球有超過100名客戶，產品大部分出口到美國的PlugPower公司，產品質量已得到國內外廣泛認可。鴻基創(chuàng)能同樣在膜電極領域處于領先地位。公司簽訂的國際新型膜電極產業(yè)化合作項目于2019年3月全面竣工。該項目產品的功率密度達到1.2W/cm2，是膜電極國產化進程的重大突破，有效填補了中國高能量密度膜電極制造的空白。預計該項目產能達到10萬平米/年，初始年產值可達6-10億元，2020年有望實現(xiàn)大規(guī)模產業(yè)化。蘇州擎動動力科技于2019年2月宣布其自主研發(fā)的國內首套“卷對卷直接涂布法”膜電極生產線正式投產，該生產線可年產膜電極100萬片，預計產值達3億以上。

    （三）、配套：加氫站建設滯后于國際水平，看好未來發(fā)展

    加氫站是支撐燃料電池汽車產業(yè)發(fā)展必不可少的基石。燃料電池汽車的發(fā)展和商業(yè)化離不開加氫站基礎設施的建設。若沒有完善的加氫站基礎設施布局，則很難支撐起燃料電池車應用規(guī)模的擴大，因此加氫站的建設是產業(yè)發(fā)展的關鍵因素。

    加氫站正逐步實現(xiàn)全球布局。2018年全球加氫站新增48座。截止到2018年底，全球加氫站數(shù)目達到369座。分地區(qū)來看：歐洲152座，亞洲136座，北美78座。在全部369座加氫站中，有273座對外開放，可以像任何傳統(tǒng)的零售站一樣使用；其余的站點則為封閉用戶群提供服務，比如公共汽車或車隊用戶。分國家來看：日本、德國和美國位居前三位，中國排名第四。各國在短期內將要部署更多的加氫站計劃，新加氫站數(shù)目也在平穩(wěn)增長。全球新增加氫站計劃較大的有德國（38座）、荷蘭（17座）、法國（12座）、加拿大（7座）、韓國（27座）、中國（18座）。

全球加氫站數(shù)目（分地區(qū)）

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全球加氫站數(shù)目（分國家）

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    國內加氫站數(shù)量少，建設布局待完善。由于認識、安全、審批等多方面原因，與西方國家相比，中國的加氫站布局和建設仍處于緩慢起步階段。截至2019年3月，我國已投產的加氫站為23座，從地域分布來看，主要集中在廣東、江蘇、上海、湖北、河北等地，并未實現(xiàn)全國范圍的覆蓋。未來加氫站的建設數(shù)量及地域分布還有待完善。

全國各省份加氫站數(shù)目

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    近年來加氫站建設提速。2016年初，國內僅有北京永豐、上海安亭和鄭州宇通3座正在運營的加氫站。近2年政府大力推進加氫站項目建設，分別于2017年和2018年新增5家和10家。截至2018年12月，中國共有25座建成的加氫站（其中3座已拆除），另有多座在建，但多數(shù)僅供示范車輛加注使用，暫未實現(xiàn)全商業(yè)化運營。此外，全國各地很多城市的加氫站也都在建設/規(guī)劃中，明年預計將達到100座左右。加氫站建設提速將給氫燃料電池產業(yè)發(fā)展帶來保障。

國內部分建成運營加氫站情況

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    政策紅利驅動各省市加快建設規(guī)劃。2016年工信部組織制定的《節(jié)能與新能源汽車技術路線圖》中指出，到2030年中國加氫站數(shù)量將超過1000座。在政策紅利驅動下，各地方政府加快了氫能產業(yè)布局，并在加氫站建設方面做出了明確的數(shù)量規(guī)劃。

部分省市加氫站建設規(guī)劃省/市2020

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    建設成本阻礙發(fā)展，油氫合建站有望降成本。國內加氫氣站稀缺的主要原因有二：一是建設加氫站所需的關鍵部件大多依靠進口，二是由于建設用地、行政審批等原因，其建設成本較高。2016年南海首次與中石化、中石油合作，在現(xiàn)有加油站基礎上合建加氫加油站。從成本上看，新建一個加氫站需要成本至少1000萬元以上，而在加油站基礎上增設一個加氫裝置只要500萬元。油氫合建站的創(chuàng)新模式，不僅大大節(jié)約了加氫站的土地建設成本，在人力成本與周邊配套設施上也有很強的協(xié)同性，為加氫站發(fā)展掃除阻礙。

加氫站建設成本

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    舜華新能源從2004年起就開展氫能技術研發(fā)及推廣，也是最早開始布局加氫站建設及加氫設備的企業(yè)。其參與的加氫站接近20座，其中17座固定加氫站，深度參與的有14座。公司通過建立合資公司的形式，在氫能源產業(yè)鏈的上下游積極進行布局，加快產品、技術、服務和品牌的滲透，為車載供氫系統(tǒng)和加氫站業(yè)務的發(fā)展打造堅實基礎。富瑞氫能是一家專注于氫能基礎設施的裝備制造公司。2016年由富瑞特裝與程寒松教授合資成立，旨在推進有機液態(tài)儲氫技術的商業(yè)化，但由于當時市場和技術都不成熟，產業(yè)化不順利，于2017年3月正式從合資公司退出。雖然當前全球已有16座液態(tài)加氫站，但國內仍以高壓儲氫加氫站建設為主流，富瑞氫能填補了我國在液態(tài)儲氫加氫站領域的空白。2018年6月，由富瑞氫能發(fā)起，聯(lián)合同創(chuàng)偉業(yè)基金、海天氣體成立合資公司江蘇氫源天創(chuàng)，致力于大型民用商業(yè)化氫液化工廠的投資建設和運營，以及液氫的物流運輸和液氫加氫站的建設運營。目前富瑞氫能8.5噸/天氫液化工廠項目仍在陜西建設中，一旦落地成功，有望成為國內液氫領域第一個大型商業(yè)化示范項目。氫楓能源成立于2016年5月，雖成立時間較短，但其核心團隊均出自國內外知名氣體公司，實力不容小覷。公司的發(fā)展戰(zhàn)略是用薄利搶占市場，目前已在上海、如皋、張家港、十堰、中山、佛山、聊城、武漢等城市布局加氫站，截至2018年底，已經完成6座自建站、4座承建站的建設，目前仍有若干在建項目進行中。公司同時布局上游產氫供氫、儲氫行業(yè)與下游加氫站運營管理平臺，成功實現(xiàn)整個加氫站產業(yè)鏈閉環(huán)。

    二、燃料電池行業(yè)發(fā)展投資策略分析

    （一）、區(qū)域集群+地方政府政策扶持助力發(fā)展

    1、當前行業(yè)呈現(xiàn)區(qū)域集群特點，區(qū)域協(xié)同性發(fā)展優(yōu)勢明顯

    目前，我國燃料電池行業(yè)呈現(xiàn)出較強的區(qū)域性特點，在具備能源、技術、市場等優(yōu)勢的區(qū)域內，由地方政府和產業(yè)鏈各環(huán)節(jié)企業(yè)共同推動，優(yōu)先集中發(fā)展起來，從氫能制儲配套、上游零部件研發(fā)生產，到下游整車應用，形成了一系列燃料電池產業(yè)集群，包括京津冀、華東、華中、華南、西南、東北、西北等地區(qū)。其中，發(fā)展勢頭最為強勁的四大集群區(qū)域分別為京津冀集群、華東集群、華中集群和華南集群。

我國燃料電池四大主要產業(yè)集群

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    四大產業(yè)集群的形成與其能源儲備和氫能生產能力、技術人才資源、落地應用場景等各方面優(yōu)勢息息相關。例如，河北、湖北、山東面臨新舊經濟動能轉換；山西有豐富的煤炭資源，便于“煤制氫”，同時面臨資源型地區(qū)經濟轉型；長三角、珠三角一直是高新企業(yè)聚集地；華北、華東和中南地區(qū)則是貨運集聚地，燃料電池商用車落地的可行性較強。在此基礎上，幾大集群內部的燃料電池企業(yè)、科研機構、加氫設備及地方政府形成較為穩(wěn)定的合作關系，成為短期內我國燃料電池行業(yè)發(fā)展的主要模式。位于產業(yè)鏈區(qū)域集群的企業(yè)，無論在技術領域還是市場推廣都具備相當大的優(yōu)勢。

    2、地方政府政策助力，推動企業(yè)發(fā)展

    地方政府紛紛出臺燃料電池行業(yè)發(fā)展具體規(guī)劃，明確燃料電池市場推廣的階段性目標，政策力度大，對未來預期樂觀。截至2019年5月份，上海、蘇州、寧波、武漢、佛山以及山東、山西等主要省市發(fā)布關于燃料電池汽車保有量、行業(yè)產能規(guī)劃等一系列量化發(fā)展目標，行業(yè)市場空間拓展路徑進一步明晰。其中，在燃料電池車保有量方面，7大主要省市的地方規(guī)劃累計規(guī)模已超出國家總體規(guī)劃。地方政府的扶持政策進一步保證該區(qū)域內燃料電池企業(yè)的發(fā)展前景。

我國主要省市燃料電池車保有量規(guī)劃省

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我國部分省市氫燃料電池產值規(guī)劃

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    （二）、短期內，綁定下游優(yōu)質客戶的企業(yè)成長機會大

    從我國燃料電池行業(yè)現(xiàn)狀看，一方面，通過規(guī)?；慨a以降低工藝成本是行業(yè)進一步發(fā)展的關鍵；另一方面，不同于海外的市場化模式，國內燃料電池商用車剛起步，受政策和政府補貼影響更大，燃料電池供應商企業(yè)與政府和新能源整車廠商的關系資源顯得更為重要。借鑒我國動力鋰電池的發(fā)展歷程，我國動力電池車的產業(yè)化極大地推動了鋰電池企業(yè)的技術進步和銷量提升，與下游車企的配套是鋰電池企業(yè)獲得市場認可并放量崛起的重要因素。2013年以前，全球動力電池市場被日韓巨頭壟斷，寧德時代正是憑借為寶馬供貨、與宇通簽署排他性戰(zhàn)略協(xié)議而獲得市場認可，隨后成為北汽最大的電芯供應商，并與上汽、長安、東風等自主車企綁定資本合作關系，由此拉動電池產銷量在2013-2015年的快速增長并走上龍頭地位。

    故判斷，短期內綁定下游優(yōu)質客戶的燃料電池企業(yè)將一方面享受下游整車的放量紅利，實現(xiàn)增量降成本，一方面在實際運行中獲得更多市場驗證機會，提升產品性能，成長機會大。

    （三）、長期應關注產業(yè)鏈中掌握核心技術的企業(yè)

    1、當前產業(yè)鏈布局模式：全產業(yè)鏈布局VS深耕細分領域

    從產業(yè)鏈布局看，我國燃料電池企業(yè)主要采取兩類模式，一是全產業(yè)鏈布局，往產業(yè)鏈上下游拓展，實現(xiàn)規(guī)模擴張和聯(lián)動效應；二是深耕細分領域，持續(xù)提升產品性能構建優(yōu)勢。目前我國燃料電池龍頭企業(yè)多采取全產業(yè)鏈布局模式，究其原因有二，一是我國燃料電池產業(yè)仍處起步階段，產業(yè)鏈配套不完整，加之燃料電池產業(yè)上下游依賴性極強，上游材料直接決定中游系統(tǒng)的核心性能，下游及加氫配套設施扼制中上游的量產進程，故企業(yè)通過縱向拓展來完善產業(yè)鏈以帶動自身主業(yè)發(fā)展；二是全產業(yè)鏈布局下企業(yè)有望迅速擴大規(guī)模，并降低交易成本，實現(xiàn)更大利潤空間。當前，美錦能源、雄韜股份、濰柴動力等企業(yè)的全產業(yè)鏈布局較為突出。

    深耕細分領域的布局模式則見于少數(shù)專注生產上游材料的企業(yè)：其中一類為研發(fā)能力強，持續(xù)投入以求突破細分領域瓶頸而形成競爭力的企業(yè)，如十余年專注研發(fā)膜電極的武漢理工新能源；另一類企業(yè)在其他主營業(yè)務上積累了優(yōu)勢，將其應用到燃料電池產業(yè)中與之協(xié)同的某一細分環(huán)節(jié)，如專注做質子交換膜的東岳集團，它主營聚四氟乙烯高分子材料和環(huán)保制冷劑，是亞洲規(guī)模最大的氟硅材料生產基地、中國氟硅行業(yè)的龍頭企業(yè)，借助業(yè)務協(xié)同優(yōu)勢進入質子交換膜領域，并自2013年為奔馳、福特聯(lián)合開發(fā)供應。由于細分領域空間相對較小，過硬的技術和產品性能才是此類企業(yè)的核心競爭力。

    2、長期看，掌握核心技術的企業(yè)占據(jù)優(yōu)勢地位

    參照海外電堆龍頭企業(yè)巴拉德的國際地位，產業(yè)鏈上掌握核心技術的企業(yè)將具備更高的話語權和議價能力。作為全球少有的掌握膜電極制備和生產技術的企業(yè)，巴拉德通過技術轉讓授權、銷售燃料電池模塊和膜電極等，自2013年以來從中國至少獲得4.4億美元收入，其中技術授權收入占1.68億美元，同一技術多家授權，且不包括核心膜電極技術。巴拉德正是通過鎖定核心部件技術，并加大下一代技術研發(fā)，憑借技術優(yōu)勢構建壁壘，充分掌握市場導入權。

    從我國燃料電池行業(yè)現(xiàn)狀看，短期內我國以市場換技術、以規(guī)模換成本，依靠技術引進快速推進產業(yè)化，吸引更多企業(yè)進入，后期發(fā)展則需靠自主技術進步來推動，通過國產化進一步降本，在全球競爭中掌握主動權，擺脫受制于人的局面。該路徑也可從我國鋰電池上游四大組件的自主化發(fā)展歷程中得到體現(xiàn)：從全面依賴海外進口，到通過自主攻關，突破日韓龍頭的壟斷，達到全球產量與質量前列，迫使日韓產品失勢，價格大幅下跌。由此在長期內掌握核心技術的燃料電池企業(yè)，終將脫穎而出，占據(jù)優(yōu)勢地位。