氢能行业深度报告系列三：氢燃料电池汽车篇：氢风已至蓄势待发.pdf

1 Table_First Table_First|Table_ReportType 证券研究报告 行业深度研究 Tabl e_First|Tabl e_Summar y 氢燃料电池汽车篇 氢风已至，蓄势待发 氢能行业深度报告系列三 投资要点： “以奖代补 ”政策实施，氢燃料电池车产业化提速 氢燃料电池凭借能效高、零排放等能源优势，将成为氢能在交通运输领域核心增量应用。在 “2060碳中和 ”背景下，氢燃料电池汽车将助力交通运输实现深度脱碳，且将率先在商用车尤其是重卡领域中得到应用，与纯电动实现差异化场景布局。 燃料电池系统国产化率持续提升，近年有望实现全国产化 当前燃料电池系统国产化程度已从 2017年的约 30%提升至 60%-70%，电堆、膜电极、空压机、氢气循环泵等核心部件均可自主生产，气体扩散层、催化层和质子交换膜等核心材料也在加速研发中，普遍处于送样测试验证阶段，我们预计未来 2-3年氢燃料电池 产业链有望完全实现国产化供应。 到 2030年氢燃料电池重卡 TCO有望实现与柴油重卡平价 经过多年发展，当前燃料电池汽车产业已逐步由基础布局向市场化、规模化方向发展，但高企的成本依然是氢能车最大的限制性因素，我们对未来10年氢燃料电池重卡全生命周期成本做出预测，在政策支持、技术进步、国产化水平提升、规模化生产等多因素加码下，到 2030年氢能重卡 TCO将实现与柴油重卡平价。 投资建议 结合氢能重卡降本路径，我们区分不同发展阶段建立投资框架： 1） 2020-2025年（起步期）。 该阶段基础设施配套和氢燃料电池汽车的技术尚不成熟，整车购置和加氢成本仍然较高，政策扶持成为该阶段氢能车发展主要驱动力，且方向上侧重发展中重卡，市场空间有望达到百亿规模，该阶段贴近终端氢能重卡需求的燃料电池堆及系统供应商将率先受益，因此重点关注具备燃料电池系统整合能力及整车客户群体基础的供应商，如亿华通、重塑股份等。 2） 2025-2030年（加速期）。 随着基础设施加大普及、技术革新和成本下降推动产业进入发展加速期，到 2030年年销规模有望达到 10万辆水平，市场空间有望达到千亿规模，该阶段产业链上下游将迎来首 次规模化放量，电堆、核心零部件及材料等都将受益此阶段规模增长，单位价值量角度建议首先关注空压机 &氢循环（雪人股份、汉钟精机、金士顿、势加透博等）及储氢瓶（中材科技、中集安瑞科、国富氢能等），其次关注上游核心材料催 化剂（贵研铂业、济平新能源等）及质子交换膜（东岳集团）。 风险提示 核心技术突破不及预期、成本下降不及预期、基础设备配套不及预期 Tabl e_First|Tabl e_R eportD ate 2021 年 10 月 10 日 Tabl e_First|Tabl e_Rati ng 投资建议： 强于大市 上次建议： 强于大市 Tabl e_First|Tabl e_Author 吴程浩 分析师 执业证书编号： S0590518070002 电话： 0510-85613163 邮箱： Tabl e_First|Tabl e_C hart 一年内行业相对大盘走势 Tabl e_First|Tabl e_Contacter Tabl e_First|Tabl e_Rel ateRepor t 相关报告 1、逆变器行业：储能加持的广阔赛道 电力设备与新能源 2021.09.13 2、宁德发布钠离子电池，开启电化学新篇章 电气设备 2021.07.30 3、绿氢风正帆悬，平价在望 电气设备 2021.06.07 请务必阅读报告末页的重要声明 2 请 务必阅读报告末页的重要声明 行业深度研究 正文目录 1 投资聚焦 . 4 2 “以奖代补 ”政策实施，氢燃料电池车产业化提速 . 5 2.1 氢燃料电池车助力道路交通深度脱碳，是氢能核心增量领域 . 5 2.2 政策导向明确， “以奖代补 ”新政或为氢能车行业重要转折点 . 6 2.3 应用路径上优先发展商用车，与纯电实现差异化场景布局 . 8 3 燃料电池系统国产化率持续提升，有望打通全产业链 . 10 3.1 燃料电池系统是氢燃料电池汽车的核心环节 . 10 3.2 关键材料及部件国产化率持续提升，近年有望实现完全国产化 . 12 4 氢能重卡平价在望， 10 年千亿赛道可期 . 18 4.1 到 2030 年氢燃料电池重卡 TCO 可实现与柴油重卡平价 . 18 4.2 氢燃料电池汽车发展展望 . 24 5 投资建议 . 26 6 风险提示 . 30 图表目录 图表 1：氢燃料电池细分应用领域众多 . 5 图表 2：全球燃料电池不同应用领域装机量（千套） . 5 图表 3：全球燃料电池不同应用领域装机量（ MW） . 5 图表 4：氢燃料电池汽车产业政策轨迹图 . 6 图表 5： “以奖代补 ”新政与往年补贴政策区别 . 7 图表 6：中国各省份氢能产业发展目标 . 7 图表 7： “以奖代补 ”新政中各燃料 电池车型奖励金额（万元） . 8 图表 8：氢燃料电池汽车与纯电动汽车对比（以重卡为例） . 9 图表 9：氢燃料电池汽车工作原理及成本构成 . 10 图表 10：当前车用燃料电池以质子交换膜燃料电池（ PEMFC）为主流路线 . 11 图表 11：全球燃料电池装机量（ MW，按技术路线分类） . 11 图表 12：国内燃料电池系统装机量情况（ MW） . 12 图表 13： 2019 年（左）及 2020 年（右）国内燃料电池系统市场份额情况 . 12 图表 14：燃料电池汽车核心部件国产化进程 . 13 图表 15：国内氢燃料电池 空压机出货量（万台）及市场规模（亿元） . 15 图表 16： 2018-2020 年国内氢燃料电池空压机市场规模分布（按技术路线分类） . 15 图表 17：氢气循环泵示意图 . 16 图表 18：氢气引射器示意图 . 16 图表 19： 2019-2020 年氢气循环泵 价格（万元 /台） . 16 图表 20：高压气态储氢瓶类型 . 17 图表 21：车载储氢系统长期趋势演变 . 18 图表 22：氢燃料电池重卡全生命周期成本构成 . 18 图表 23：技术进步条件下燃料电池成本下降情况（美元 /kw） . 19 图表 24：规模化条件下燃料电池成本下降情况（美元 /kw） . 20 图表 25：我国车用燃料电池系统成本及电堆材料成本下降目标（元 /kw） . 20 图表 26：我国储氢系统关键性能指标发展目标 . 21 图表 27：中国储氢系统成 本下降目标（万元 /kg） . 21 图表 28：重卡百公里氢耗水平下降目标（ kg/100km） . 22 图表 29：氢燃料电池重卡全生命周期成本预测（不考虑政府补贴） . 23 图表 30：氢燃料电池重卡购置成本趋势 . 24 3 请 务必阅读报告末页的重要声明 行业深度研究 图表 31：氢燃料电池重卡百公 里 TCO 成本趋势 . 24 图表 32：国内氢燃料电池汽车市场规模预测 . 24 图表 33：国内加氢站保有量（座） . 25 图表 34：氢燃料电池产业链核心标的 . 27 4 请 务必阅读报告末页的重要声明 行业深度研究 1 投资聚焦 研究背景 “2060 碳中和 ”背景下，氢燃料电池凭借能效高、零排放等能源优势，将助力交通运输实现深度脱碳，应用场景上优先发展氢能中重卡，与纯电动实现差异化场景布局。 创新之处 在本篇氢能行业深度系列三中，我们从氢燃料电池汽车应用出发，重点分析了氢燃料电池核心材料及部件的国产化情况，并针对氢燃料电池汽车领域将率先实现应用突破的氢能重卡建立了全生命周期成本（ TCO）模型，且对氢能重卡降本路径进行预测及分析，指出氢能重卡在不同发展阶段的表现特征。 核心结论 结论一：燃料电池系统近两年有望实现全国产化 燃料电池系统（包含燃料电池堆及辅助系统）是氢燃料电池汽车核心构成及主要成本项。当前燃料电池系统国产化程度已从 2017 年的约 30%提升至 60%-70%，电堆、膜电极、空压机、氢气循环泵等核心部件均可自主生产，气体扩散层、催化层和质子交换膜等核心材料也在加速研发中，普遍处于送样测试验证阶段，我们预计未来2-3 年氢燃料电池系统有望完全实现国产化供应。 结论二：氢能重卡全生命周 期成本到 2030 年有望实现与柴油重卡平价 车辆购置成本、能源使用成本是影响氢能重卡全生命周期成本的核心因素，通过建立降本预测模型，我们预测了氢能重卡的降本节奏并对氢能重卡未来 10 年做出发展展望： 1）根据本篇报告模型预测，到 2030 年，氢燃料电池重卡百公里 TCO 成本将从2020 年的 846 元下降至 232 元，年均降幅达 12.1%，该成本水平能够实现与当前柴油重卡平价，技术进步与规模化将是氢能车降本核心驱动力。 2）未来 10 年氢燃料电池汽车将经历二阶段发展： 2020-2025 年为发展起步期，氢能车市场以政策驱动为 主，方向上侧重发展中重卡，预计到 2025 年氢燃料商用车年销规模有望达到 1 万辆水平，市场空间处于百亿规模； 2） 20252030 年随着基础设施加大普及、技术革新和成本下降推动产业进入发展加速期，到 2030 年年销规模有望达到 10 万辆水平，市场空间有望达到千亿规模。 5 请 务必阅读报告末页的重要声明 行业深度研究 2 “以奖代补 ”政策实施，氢燃料电池车产业化提速 2.1 氢燃料电池车助力道路交通深度脱碳，是氢能核心增量领域 氢燃料电池是将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置，可实现氢能的移动化、轻量化和大规模普及，能广泛应用于交通、工业、建筑、军事等领域。在道路交通领域中，氢能凭借零污染、可再生、加氢快、续航足等优势，被誉为车用能源的 “终极形式 ”，其中商用车又是未来氢燃料电池在道路交通领域的核心增量。 图表 1：氢燃料电池细分应用领域众多 来源：德勤，罗兰贝格 燃料电池在交通领域成长性最强。 从全球来看，燃料电池主要运用于固定式电源、交通运输和便携式电源三大类领域。既适用于集中发电，建造大中型电站和区域性分散电站，也可用作各种规格的分散电源。交通运输领域包括为乘用车、巴士 /客车、叉车以及其他以燃料电池作为动力的车辆，目前来看，随着国家氢能产业的推进和技术的成熟，交通领域应用的商业化进程正在加速，且交通运输领域成长性最强。据E4Tech 数据， 2020 年全球交通运输用燃料电池出货量为 994MW，近五年 CAGR达 34.1%，其占全球燃料电池出货量的比例从 2015 年的 38.2%提升至 2020 年的75.4%，燃料电池在交通运输领域的应用保持高速增长。 图表 2：全球燃料电池不同应用领域装机量（千套） 图表 3：全球燃料电池不同应用领域装机量（ MW） 6 请 务必阅读报告末页的重要声明 行业深度研究 来源： E4Tech，国联证券研究所 来源： E4Tech，国联证券研究所 2.2 政策导向明确， “以奖代补 ”新政或为氢能车行业重要转折点 我国自 “十五 ”确立了以纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车为 “三纵 ”，以多能源动力总成控制系统、驱动电机和动力电池为 “三横 ”的新能源汽车 “三纵三横 ”布局，燃料电池汽车产业即成为新能源汽车版图重要组成，在政策端得到不断支持和完善。通过梳理近二十年各部委所颁布的燃料电池汽车产业政策，从 “三纵三横 ”到 “以奖代补 ”，我国燃料电池汽车产业政策配合着国内燃料电池汽车产业实际运行情况，先后经历了发展目标确立、技术路线制定、产业发展规划，到目前的示范应用阶段，可以说 燃料电池汽车产业已逐步由基础布局向市场化、规模化方向发展 。 图表 4：氢燃料电池汽车产业政策轨迹图 来源：国务院、工信部、发改委等部委，国联证券研究所 “以奖代补 ”政策实施或为氢能车行业转折点。 2020 年 9 月五部委联合发布关于开展燃料电池汽车示范应用的通知，该项政策的推出，将取消以往 “国补 +地补 ”的补贴模式，转为由中央政府将政策奖励下发给城市示范群所在的地方政府，由地方自主制定并实施产业发展奖励政策，因地制宜发展氢燃料电池产业，避免了以往 “大水漫灌 ”式补贴， 新政将促进上游技术突破、驱动下游应用及基础设施发展，真正惠及产业链上下游玩家 。 从政策实施目标来看，规划争取通过 4 年左右时间，建立氢能和燃料电池汽车产业链，关键核心技术 （电堆、氢气循环系统、空压机、膜电极、双极板、催 化剂、碳纸、交换膜） 取得突破， 且要求示范城市群在第 1-4 年间实现至少 2 项、 4 项、 5 项、 7 项的本土化突破落地。 我们认为 “以奖代补 ”政策的实施或将成为氢燃料电池汽车产业重要的转折点，政策推动下核心技术的有效突破将为未来规模化降本打牢坚定基础，避免技术卡脖子而带来产业发展停滞。 7 请 务必阅读报告末页的重要声明 行业深度研究 图表 5： “以奖代补 ”新政与往 年补贴政策区别 2020 年 9 月之前 2020 年 9 月之后 地方政府联系 示范地区选择 中国各地区均可获得中央政府的补贴支持 只有示范城市群可以获得中央政府奖励；非示范地方群的政府也可自行制定奖励政策 地方政府可制定具有高度自主权的产业刺激政策；燃料电池企业需要与地方政府密切沟通合作，实现与地方政策高度一致化 补贴分配机制 企业可从两处（中央和地方政府）获得补贴。对于来自中央政府的部分，企业可直接向其申请并获得补贴 企业仅从一处（地方政府）获得补贴。对于来自中央政府的补贴，地方政府可以决定将其如何分配给企业 地区产业规划 超过 20 个具有燃料电池产业愿景的地方政府已经公布各自的燃料电池产业规划，并将在公布示范城市群敲定后出台具体政策 来源：罗兰贝格，国联证券研究所 各省密集出台氢能规划，按规划到 2025 年氢能车进入 10 万辆级别规模。 目前，全国已有不少省份提出了氢能产业发展目标，其中北京、广东、上海、山东等省市均发布了氢能源相关专项政策或规划，明确氢能产业发展目标。我们统计了各省份提出的燃料电池汽车销量规划及目标， 到 2025 年国内燃料电池汽车年销量合计将突破10 万辆，加氢站将突破 1000 座，届时氢燃料电池汽车整体达到十万台级规模，产业将逐步由补贴驱动转向市场化驱动 。 图表 6：中国各省份氢能产业发展目标 省市 规划年份 产业规模 企业数量 推广 /应用燃料电池车（辆） 加氢站 （累计，座） 北京 2023 年 500 亿元（京津冀） 5-8 家龙头企业 3000 37 2025 年 1000 亿元（京津冀） 10-15 家龙头企业 10000 74 山东 2022 年 200 亿元 100 家相关企业 3000 30 2025 年 1000 亿元 10 家知名企业 10000 100 2030 年 3000 亿元 一批知名企业 50000 200 河北 2022 年 150 亿元 - 2500 20 2025 年 500 亿元 10-15 家领先企业 10000 50 2030 年 2000 亿元 5-10 家龙头企业 50000 100 河南 2023 年 - 30 家相关企业 3000 50 2025 年 1000 亿元（氢燃料电池汽车） - 5000 80 重庆 2022 年 - 6 家相关企业 800 10 2025 年 - 15 家相关企业 1500 15 天津 2022 年 150 亿元 2-3 家龙头企业 1000 10 四川 2025 年 初具规模 25 家领先企业 6000 60 浙江 2022 年 100 亿元 - 1000 30 上海 2025 年 - - 50000 300 江苏 2021 年 500 亿元 1-2 家龙头企业 - 20 2025 年 - - 10000 50 广东 2022 年 - - 首批氢燃料电池乘用车示范运行 300 内蒙古 2023 年 400 亿元 3-5 家龙头企业 3830 60 2025 年 1000 亿元（氢燃料电池汽车） 10-15 家龙头企业 10000 90 8 请 务必阅读报告末页的重要声明 行业深度研究 来源：各政府官网，国联证券研究所 2.3 应用路径上优先发展商用车，与纯电实现差异化场景布局 2020 年 10 月，工信部及汽车工程学会发布了节能与新能源汽车技术路线图2.0， 路线图中明确了燃料电池汽车的推广应用路径，提出燃料电池汽车以客车和城市物流车为切入领域，重点在可再生能源制氢和工业副产氢丰富的区域推广中大型客车、物流车，逐步推广至载重量大、长距离的中重卡、牵引车、港口拖车及乘用车等，实现氢燃料电池车更大范围的应用 。 “以奖代补 ”新政鼓励车型朝大功率与重载方向发展。 在 2020 年 9 月发布的 “以奖代补 ”新政中，大功率、高载重的重卡同样成为补贴最多的车型，以 2021 年积分标准测算，其中功率 110kw，载重 31 吨以上的重卡最多可享受国补 50.4 万元，假设地补按照 1:1 比例实施，则 该型号重卡最多可享受补贴 100 万元，而当前配备 110kw功率的燃料电池重卡售价仍普遍在 130150 万元左右，对比同规格的柴油重卡销售价格，实施完补贴后的氢燃料重卡将在初次购买成本上获得优势。 图表 7： “以奖代补 ”新政中各燃料电池车型奖励金额（万元） 车型 功率 总质量 奖励金额 2020 年 2021 年 2022 年 2023 年 重卡 110KW 31 吨以上 54.6 50.4 46.2 37.8 25-31 吨 47.3 43.7 40.0 32.8 12-25 吨 40.0 37.0 33.9 27.7 80KW 31 吨以上 37.1 34.2 34.2 25.7 25-31 吨 32.1 28.1 28.1 22.2 12-25 吨 27.2 25.1 23.0 18.8 轻型货车、中型货车、中小型客车 80KW 20.8 19.2 17.6 14.4 50KW 13.0 12.0 11.0 9.0 乘用车 80KW 24.7 22.8 20.9 17.1 50KW 13.0 12.0 11.0 9.0 来源：关于开展燃料电池汽车示范应用的通知，国联证券研究所 技术特性上氢燃料电池汽车也更适合向重卡方向优先突破 。当前交通领域电动化技术解决方案主要为纯电动及燃料电池，两者对比各有明显优劣势。其中，氢燃料电池优势在更高的功率和能量密度，在载重和续航方面有优势，而在加氢站等配套设施方面相较纯电存在劣势；而对于纯电车，虽然续航能力有弱势，但是满足城市内的公交、物流车、环卫等短途行驶的续期，也由于当前的成本优势，短期内城市内交通工具的纯电化会更加迅速。因此， 从技术特性上，氢燃料电池汽车适用的应用场景主要包括固定路线、中长途干线、高载重 ： 1）固定路线 ：便于配套加氢站等基础设施，如矿山短倒、港口、物流园区内等相对封闭和固定路 线的场景，方便氢燃料汽车布局加氢站等配套能源加注设施； 2）中长途干线 ：里程在 400-800 公里左右，超过纯电的续航上限将成为氢燃料汽车的优势应用场景区间。 9 请 务必阅读报告末页的重要声明 行业深度研究 3）高载重 ：纯电车型由于电池能量密度提升空间有限，重卡匹配一 定续航里程的电池必然导致自重较大，因此氢燃料过渡到液氢路线后车重较纯电优势进一步放大，在载重量具有更大需求的场景上将更有优势。 图表 8：氢燃料电池汽车与纯电动汽车对比（以重卡为例） 来源：罗兰贝格 10 请 务必阅读报告末页的重要声明 行业深度研究 3 燃料电池系统国产化率持续提升，有望打通全产业链 3.1 燃料电池系统是氢燃料电池汽车的核心环节 在氢燃料电池车中，燃料电池系统是氢能车的核心构成，按结构来拆分主要包括燃料电池堆及辅助系统（简称 BOP，包含氢循环系统、空压机、水热管理系统等）。从成本端来看，燃料电池系统在氢能车购置成本中占比超过 60%，而电堆成本在系统中占比同样超过 60%，是氢燃料电池汽车占比最高的成本项。 图表 9：氢燃料电池汽车工作原理及成本构成 来源：网络搜集， DOE，国联证券研究所 技术路线方面，质子交换膜燃料电池是车用主流技术。 燃料电池按导电离子类别可分为酸性燃料电池、碱性燃料电池（ AFC）、固体氧化物燃料电池（ SOFC）和烙融碳酸盐燃料电池（ MCFC），其中酸性燃料电池可分为 PEMFC（质子交换膜）、直接醇类燃料电池（ DMFC）和磷酸燃料电池（ PAFC）。 PEMFC 具有功率密度大、重量轻、体积小、寿命长、工艺成熟、可低温下快速启动和工作等突出优点，被认为是将来车用燃料电池最理想技术方案。此外，在各技术路径中，固体氧化物燃料电池有望在储能等领域具有发展空间。 11 请 务必阅读报告末页的重要声明 行业深度研究 图表 10：当前车用燃料电池以质子交换膜燃料电池（ PEMFC）为主流路线 PEMFC （当前主流） DMFC PAFC SOFC （潜力细分） AFC MCFC 燃料电池类型 质子交换膜燃料电池 直接甲醇燃料电池 磷酸燃料电池 固体氧化物燃料电池 碱性燃料电池 熔融碳酸盐燃料电池 电解质与燃料 聚合物膜 氢气 聚合物膜 甲醇 磷酸 氢气 陶瓷氧化物 氢气 /天然气 /甲醇 钾碱 氢气 碱碳酸盐 氢气 /天然气 /石油气 催 化剂 铂 铂 铂 钙钛矿 铂 镍 工作温度 50-90 50-120 190-210 600-1000 60-220 600-700 优势 功率密度大 重量轻、体积小 寿命长、成熟 温度低、启动快 特定功率密度大 燃料易于存储 非常成熟的电池类型，最早商用 允许燃料存在一 定杂质 能量转换效率高 燃料相容性好 非贵金属催 化剂 效率高 制造成本低 简易且技术成熟 效率高 燃料相容性好 劣势 工艺复杂 需要使用专用燃料 效率低 阴极一氧化碳易中毒 体积大 效率低、寿命短 需要贵金属催 化剂 温度高 易受腐蚀 启动慢、寿命短 体积大 需要纯氢和纯氧，易受一氧化碳中毒 高温 +电解质双重腐蚀性 启动慢，寿命短 应用场景 乘用车 商用车 储能 来源：国联证券研究所 注： ：核心应用场景； ：次要应用场景或潜在应用场景； ：无应用场景 从全球各技术路线的燃料电池实际装机量情况看，质子交换膜燃料电池（ PEMFC）装机量占比近几年保持在 75%左右水平，是当前技术成熟度最高，装机量占比最高的燃料电池技术路线。 图表 11：全球燃料电池装机量（ MW，按技术路线分类） 来源： E4Tech，国联证券研究所 12 请 务必阅读报告末页的重要声明 行业深度研究 国内燃料电池产业仍处于导入期，竞争格局尚未明朗。 2020 年中国氢燃料电池系统装机量为 80.4MW，同比下降 36%，相较于锂电池近几年百吉瓦时规模的装机量，燃料电池系统装机量显示该产业仍处于导入期阶段。从竞争格局来看， GGII 数据显示， 2020 年中国氢燃料电池系统装机量 TOP5 企业为爱德曼、亿华通、重塑、广东探索、潍柴动力，相较于 2019 年，除亿华通及重塑仍在 TOP5 之内，剩余企业份额及排名均发生较大变化，说明当前产业竞争格局尚未明朗，龙头企业尚未体现出足够的议价力， 我们认为未来随着氢燃料电池市场规模的扩大，一批优质龙头企业将在快速成长并形成竞争壁垒，产业竞争格局将形成金字塔结构。 图表 12：国内燃料电池系统装机量情况（ MW） 图表 13： 2019 年（左）及 2020 年（右）国内燃料电池系统市场份额情况 来源： GGII，国联证券研究所 来源： GGII，国联证券研究所 3.2 关键材料及部件国产化率持续提升，近年有望实现完全国产化 燃料电池系统国产化率持续提升，预计未来 23 年有望实现完全国产化。 2017年燃料电池系统国产化率约 30%，仅掌握系统集成、双极板和 DC-DC，其余主要依赖进口， 2020 年国产化程度 60-70%，电堆、膜电极、空压机、氢气循环泵等核心部件均可自主控制，而气体扩散层、催化层和质子交换膜等核心材料也在加速研发中，普遍处于送样测试验证阶段。由于产品从送样测试到批量化生产预计需要 23 年时间，因此我们预计未来 23 年氢燃料电池产业链有望完全实现国产化供应。 13 请 务必阅读报告末页的重要声明 行业深度研究 图表 14：燃料电池汽车核心部件国产化进程 来源： GGII，国联证券研究所 系统关键材料 （ 1）催 化剂：降低铂载量，提升国产化比是突破方向 在氢燃料电池中，催 化剂层是氢气和氧气发生电化学反应产生电流的场所，扮演着电化学反应 “工厂 ”的作用。对催 化剂要求为活性高、稳定性强、耐久性等。当前催 化剂多为掺杂铂贵金属（ Pt）的 Pt/C 催 化剂，国际领先水平 Pt/C 催 化剂铂载量已降低至 0.2mg/cm2，国内目前仍处于 0.4mg/cm2水平。因此，在保证催 化活性前提下，降低铂载量或寻找非铂催 化剂代替是未来国内燃料电池催 化剂突破方向。 从催 化剂格局来看，根据 GGII 数据，国内燃料电池催 化剂主要使用日本田中贵金属和英国庄信万丰的催 化剂，约占市场约 80%份额，而 国内主要企业仍处于小批量生产或研发阶段。 20192020 年国内氢燃料电池用催 化剂均处于送样测试、 合作开发阶段。 2020 年济平新能源年产能 2 吨的催 化剂批量化产线落户广东佛山，2020 年底济平新能源的氢燃料电池催 化剂用于重卡用氢燃料电池电堆中，加快国产催 化剂产业化进程。 （ 2）质子交换膜：外资产品占比高，国内已有企业实现突破 质子交换膜作为燃料电池膜电极的核心材料，其主要功能是传导质子、阻隔阴阳极气体互串，作为催 化剂或膜电极支撑材料的作用。 质子交换膜性能好坏直接决定氢燃料电池的性能和使用寿命。 对 质子交换膜性能要求主要为低气体渗透性、高质子传导率、热稳定性好、干湿转换性能好、机械性能强等。 14 请 务必阅读报告末页的重要声明 行业深度研究 从质子交换膜供给格局来看，国内生产的膜电极中多数使用戈尔（ Gore）的增强复合膜，市占比达 90%以上。 20192020 年，国产的质子交换膜均处于客户送样、测试验证阶段。 2020 年 7 月，东岳 150 万平米 /年燃料电池膜及配套化学品产业化项目竣工。目前东岳 DMR100 燃料电池膜已满足量产车型需求，并获得 IATF 16949验证。 2020 年 9 月，科润的质子交换膜 NEPEM-3015 系列配套的氢燃料电池发动机通过国家机动 车产品质量监督检验中心强检，预计 2021 年国产质子交换膜将实现一 定量的商业化上车运行。 （ 3）气体扩散层：海外垄断，国内产业布局速度缓慢 气体扩散层（ GDL）在氢燃料电池中起到支撑催化层、收集电流、传导气体和排出反应产物水的重要作用。对气体扩散层的性能要求有：透气性能好、电阻率低、电极结构稳定、适当的亲水 /憎水平衡、具有化学稳定性和热稳定性等等。 从气体扩散层供给格局来看，气体扩散层核心材料碳纸被海外垄断，龙头主要是日本东丽、加拿大巴拉德动力系统及德国 SGL 三家企业，而国内碳纸 /碳布产业化速度较慢。 2020 年 4 月，上海华谊与与 VIBRANT EPOCH LTD.正式签署合作框架协议，在中国建立 “气体扩散层用碳纸 /碳布 ”生产基地。通用氢能、江苏天鸟等的气体扩散层进行客户产品送样测试。 （ 4）双极板：石墨板为当前主流，金属板为突破方向 双极板，又叫流场板或集流板，是电堆中的 “骨架 ”，与膜电极层叠装配成电堆，在燃料电池中起到支撑、收集电流、分配气体的重要作用。双极板根据材料种类的不同可以分为：石墨双极板、复合双极板和金属双极板。其中石墨双极板是目前国内主流双极板，导电性、导热性、稳定性和耐腐蚀性等性能较好；金属双 极板相对于石墨双极板而言可以减小重量和体积，对于汽车应用而言，轻质薄金属板可提高功率密度，但是其耐久性有待进一步验证。据 GGII 统计， 2020 年国内氢燃料电池双极板市场规模约为 3.1 亿元，其中石墨双极板占 65%，金属双极板占 35%。 BOP 系统核心部件 （ 1）空压机：目前国产化率接近 100%，离心式成主流技术路线 空压机被誉为燃料电池之 “肺 ”，是车用燃料电池阴极供气系统的重要部件，通过对进堆空气进行增压，可以提高燃料电池的功率密度和效率，减小燃料电池系统的尺寸。但空压机的寄生功耗很大，约占燃料电池辅助功耗的 80%，其性能直接影响燃料电池系统的效率、紧凑性和水平衡特性。因此，对空压机的基本要求为：无油、高效率、小型化、低成本、低噪音、特性范围宽、动态响应快。 从国产化率方面来说，空压机是燃料电池关键部件中国产化程度较高的一款。据势银（ TrendBank）统计，相对于其它 BOP 产品而言，空压机已经较早的实现了全功率段国产化，目前国产化率接近 100%。近两年国内市场空压机供应商主要有势加透博、金士顿科技、烟台东德实业、德燃动力、福建雪人股份等企业。 根据高工产研氢电研究所（ GGII）调研数据， 2018-2020 年 氢燃料电池空压机 15 请 务必阅读报告末页的重要声明 行业深度研究 出货量分别为 1800 台、 3790 台、 4068 台。 图表 15：国内氢燃料电池空压机出货量（万台）及市场规模（亿元） 来源： GGII，国联证券研究所 离心式空压机成市场主流技术路线。 从技术路线来看，氢燃料电池用空压机类型主要有容积型空压机和速度型空压机，国内常用的氢燃料电池空压机主要有容积型罗茨式空压机和双螺杆式空压机、速度型离心式空压机三种。近三年来，离心式空压机成氢燃料电池空压机主流产品，国内离心式空压机份额由 29%增长到 95%，市场占比增长超 3 倍。 图表 16： 2018-2020 年国内氢燃料电池空压机市场规模分布（按技术路线分类） 来源： GGII，国联证券研究所 （ 2）氢循环系统：氢循环泵为主流，国产化渗透逐步展开 对于燃料电池发动机这个心脏来说，作为 “血液 ”的氢气是否能高效循环反应，是动力能否顺畅输出的关键，而氢循环模块就像是一个 “起搏器 ”，是氢燃料电池发动机的关键技术之一。对氢循环模块的基本要求为：密封设计好（防止氢气泄露）、耐水 16 请 务必阅读报告末页的重要声明 行业深度研究 性强（电堆反应过程中的水蒸气会伴随气路流动）、流量大、压力输出稳定、无油。 目前国内氢循环系统有氢循环泵和引射器两种产品，氢循环泵在主动可调节、快响应速度和宽工作区间等方面占有一 定优势，引射器优势在于节省能耗、体积能做到氢循环泵的三分之一、成本为氢循环泵一半。从当前市场应用情况来看，氢循环泵是使用主流，引射器使用量逐渐增长，据 GGII 数据， 2020 年国内引射器的使用量约占氢循环系统出货量的 11%左右。 涉足氢气循 环泵的本土企业有未势能源、东德实业、苏州瑞驱、浙江宏昇等，但是受制于氢气密封和水汽腐蚀和冲击等，适配大功率电堆的氢循环泵都不成熟。 图表 17：氢气循环泵示意图 图表 18：氢气引射器示意图 来源：网络搜集，国联证券研究所 来源：网络搜集，国联证券研究所 从市场规模来看， GGII 预测 2020 年国内氢循环系统的市场规模预计为 0.41 亿元，同比 2019 年下降了 63%，下降原因主要是出货量减少和氢循环泵价格的下降。 国产化水平提升带来氢循环泵成本下降。 2019 年国内氢循环泵主要由德国普旭供应，价格为 3 万元 /台。 2020 年，随着国内氢循环部件供应商东德实业、苏州瑞驱、浙江宏昇的市场放量增加，氢循环部件的国产市场占有率大增的同时，也推动价格的大幅下滑， 2020 年氢循环泵的价格已经降到 1-2 万元 /台之间。 图表 19： 2019-2020 年氢气循环泵价格（万元 /台） 来源： GGII，国联证券研究所 17 请 务必阅读报告末页的重要声明 行业深度研究 （ 3）车载储氢系统：由高压气态向低温液态储氢进阶 储氢系统是氢燃料电池汽车能量存储单元，目前主要有高压气态储氢及液态储氢两种车载储氢解决方案。技术成熟度方面，高压气态储氢最成熟、成本最低，是现阶段主要应用的储氢技术，国内氢燃料电池车储氢系统主要使用 III 型铝内胆 35MPa储氢瓶， 2020 年 7 月，涉及车载储氢系统的两项国标修改后正式实施，均将原范围中的工作压力不超过 35MPa 修改为 70MPa，制约 70MPa 储氢罐发展的政策条件已经消除， IV 型 70MPa 的气氢储罐发展已经具备政策基础，我们预计未来 35 年内车用储氢系统仍然以高压气氢储罐为主，但将由 III 型 35MPa 向 IV 型 70MPa 气氢储罐过渡。 目前国内车载储氢瓶生产供应商主要是国富氢能、天海工业、斯林达安科、科泰克、中集安瑞科、中材科技、辽宁美托等企业，产品以 35MPa III 型瓶为主。 2020年，亚普股份、中集安瑞科、京城股份等开始进行 IV 型瓶的技术布局， 未来 35 年里随着国内氢燃料电池汽车市场发展， IV 型瓶有望对现有 型瓶进行部分替换 。 从当前国内高压气态储氢国产化水平来看 ，在储氢容器基础材料方面 ，罐体材料实现了国产化，但是高性能碳纤维材料被日本及美国垄断；在储氢容器生产工艺方面，碳纤维缠绕设备与高压罐体加工设备仍需进口，整体国产化率约 50%左右。 图表 20：高压气态储氢瓶类型 气瓶型号 气瓶材料 质量储氢密度 （ wt/%） 气瓶特点 I 型气瓶 纯钢制金属气瓶 1% 笨重，储氢密度低，有氢脆问题，车载储氢无法采用 II 型气瓶 钢制内胆环向缠绕气瓶 1.5% III 型气瓶 铝内胆全缠绕气瓶 2.4%（ 50L 瓶） 、 型瓶具有提高安全性、减轻重量、提高储氢密度等优点。国外多为 型瓶，国内逐步由 型向IV 型瓶过渡。 IV 型气瓶 塑料内胆全缠绕气瓶 4.1%（ 50L 瓶） 来源： CNKI，国联证券研究所 从车载储氢系统长期发展趋势来看，我们认为低温液态储氢将会成为未来满足中重卡长续航使用需求的最佳解决方案 。与高压气态储氢相比，低温液态储氢的质量和体积的储氢密度都有大幅度提高，通常低温液态储氢密度可以达到 5.7%。仅从质量和体积储氢密度分析，运输能力是高压气态氢气运输的十倍以上，液氢适合长距离、大容量储运。 此外，对比金属吸附储氢、有机液体储氢等其他储氢方案，低温液态储氢对空间要求低，更适用于车载应用。 从当前技术水平及实际应用来看 ，相较于国外 70%左右的液氢运输，国内液氢还仅限于航天领域，民用还未涉及，仅国富氢能、中科富海等部分企业在尝试低温液氢民用领域推广，过高的使用成本及安全法规问题限制了低温液化储氢技术的规模化应用，主要体现在： 1）绝热性能要求高。液氢的沸点极低（ -253 摄氏度），与环境温差极大，对容器的绝热要求很高； 2）液化过程耗能极大。液化 1 千克氢气需消耗10-13 千瓦时的电量，液化所消耗的能量约占 氢能的 30%； 3）核心设备及材料国产化程度低，包括压缩机、膨胀机、正仲氢转换装置、高性能低温绝热材料、液氢储罐 18 请 务必阅读报告末页的重要声明 行业深度研究 制造技术与装备等。因此，缩小与国外先进液氢技术水平间的差距，实现核心设备及材料的国产化，是实现低温液氢参与绿氢脱碳供应链亟待解决的问题。 图表 21：车载储氢系统长期趋势演变 来源：罗兰贝格 4 氢能重卡平价在望， 10 年千亿赛道可期 4.1 到 2030 年氢燃料电池重卡 TCO 可实现与柴油重卡平价 当前阶段，由于燃料电池部分关键零部件仍依赖进口、规模也较小，此外上游氢能供应以及规模化不足，导致氢燃料电池汽车的车辆购置成本和能源使用成本较高，经济性优势尚未显现。从消费者角度看 ，在购买和使用氢燃料电池汽车时，其全生命周期成本（ TCO， Total Cost of Ownership）与竞品的成本平衡点，是成为氢燃料电池汽车在各细分领域市场渗透率提升的重要转折点 。 氢燃料电池重卡全生命周期成本主要由车辆购置成本、能源使用成本、维修养护成本构成，通过拆解某 35 吨级氢燃料电池重卡全生命周期成本，车辆购置成本及能源 使用成本合计