1、请务必阅读正文之后的免责条款部分 Table_MainInfo Table_Title2019.04.22 氢能时代来临，燃料电池设备先行 燃料电池系列报告之一 李煜（分析师） 黄琨（分析师） 李阳东（研究助理） 010-59312774 021-38674935 021-38031653 证书编号 S0880517100001 S0880513080005 S0880118090003 本报告导读： 氢能时代来临，传统汽车强国纷纷推出燃料电池战略规划。产业链设备先行，燃料电池、加氢站、储运等环节优先受益。 摘要： Table_Summary 氢能时代来临，燃料电池前景广阔。2019 年
2、两会期间，氢能被首次写入政府工作报告，“继续执行新能源汽车购置优惠政策，推动充电、加氢等设施建设”。氢燃料电池汽车是未来极具竞争力的新能源汽车技术，传统汽车强国纷纷推出燃料电池战略规划。美国、日本、韩国、中国等各国，目标在 2030 年，分别达到百万辆燃料电池汽车累计销量，以及千座加氢站。目前燃料电池汽车约50%的成本为燃料电池系统，氢燃料电池成本有望大幅下降。IEA 预计在 2030 年，燃料电池汽车可以下降到目前价格的 56%左右，相对其他技术类型的汽车，将具有足够的经济性。特别在货运及重型交通领域，氢燃料电池汽车是取代传统燃油汽车的根本途径。 产业链设备先行，燃料电池、加氢站、储运等环节
3、优先受益。燃料电池产业链分为制氢、储运、加氢、燃料电池、终端应用等各个环节。中游燃料电池环节：随着未来产量规模的提升，燃料电池成本将大幅下降。车用 80kW燃料电池系统成本平均为 45 美元/kW（年产 50万套的规模），其中燃料电池堆成本为19美元/kW。辅助系统关键部件的成本为 26 美元/kW，主要为空气压缩机、氢气循环系统、增湿器的成本。全球加氢站运营数量达到369 座，美日德拥有全球2/3的加氢站。我国加氢站42%的成本为压缩机、其次是储氢19%、冷却设备12%。 竞争格局：技术研发取得重大进展，产业化尚待提升。燃料电池系统总体技术接近国际先进水平。海外商用车发动机供应商为Balla
4、rd、Hydrogenics；国内亿华通、新源动力等。空压机：国内车用燃料电池空压机基本依赖进口，海外供应商Honeywell、Opcon等。我国氢燃料电池汽车初期以公交及商用车为主，主要为 35Mpa 加氢站。储氢瓶海外以70MPa IV型瓶为主，我国为35MPa III型瓶。 投资建议：国内公司通过自主研发与海外收购，氢能产业链布局逐步完善。受益标的：雪人股份（参股Hydrogenics）、 金通灵（生物质提氢）、汉钟精机（空压机）、中集安瑞科（氢储运、加氢站）。 风险提示：政府补贴政策变化风险、关键材料和核心技术风险。Table_Invest评级： 增持 上次评级： 增持 Table_s
5、ubIndustry细分行业评级 自动化设备 增持 Table_Report相关报告 机械行业：平价脚步渐进，技术进步引领行业格局变化 2019.02.18 机械行业：立足高端、精选个股 2018.12.18 机械行业：页岩气势在必行，压裂需求重回景气周期 2018.09.12 机械行业：全球需求共振，扫地机器人走进千家万户 2018.06.07 机械行业：三门1号装料获批，核电设备迎布局良机 2018.04.26 行业专题研究机械行业 股票研究 证券研究报告 每 日 免 费 获 取 报 告1、 每 日 微 信 群 内 分 享 7+最 新 重 磅 报 告 ；2、 每 日 分 享 当 日 华 尔
6、 街 日 报 、 金 融 时 报 ；3、 每 周 分 享 经 济 学 人4、 行 研 报 告 均 为 公 开 版 ， 权 利 归 原 作 者所 有 ， 起 点 财 经 仅 分 发 做 内 部 学 习 。扫一扫二维码关注公号回复：研究报告加入“起点财经”微信群。 行业专题研究 请务必阅读正文之后的免责条款部分 2 of 31 目 录 1. 核心投资逻辑 . 3 2. 氢能时代来临，燃料电池前景广阔 . 3 2.1. 氢能被首次写入政府工作报告 3 2.2. 传统汽车强国纷纷推出燃料电池战略规划 4 2.3. 氢燃料电池：成本有望大幅下降，将具有经济性 5 3. 我国燃料电池汽车发展初期，以商用车
7、为主 . 7 3.1. 氢燃料电池：货运及重型交通等领域具有更强优势 7 3.2. 燃料电池汽车增长迅速，客车、货车是主要应用领域 8 3.3. 我国氢燃料电池汽车路线图发布 8 3.4. 补贴力度持续，扶持氢燃料电池快速发展 9 4. 产业链设备先行：制氢、储运、加氢、电池系统 . 10 4.1. 产业链结构：从制氢、储运、加氢、电池系统到应用 10 4.2. 氢燃料电池：总体技术接近国际先进水平 . 11 4.2.1. PEMFC是目前氢燃料电池汽车的首选 11 4.2.2. 燃料电池系统：总体技术接近国际先进水平 . 12 4.2.3. 电池堆：占据燃料电池的主要成本 . 13 4.2.
8、4. 空压机：燃料电池氢氧供应的重要部件 . 16 4.2.5. 氢气循环泵：国内主要依赖进口设备 . 16 4.2.6. 加湿器：国际主流技术为Gas-to-Gas 17 4.2.7. 储氢瓶：国外以70MPa IV型瓶为主 17 4.3. 制氢：SMR和碱性电解槽是经济性相对较好的方式 . 18 4.4. 储运：储运环节产业化有待提升 19 4.4.1. 储存：压缩机是储氢的关键技术 . 19 4.4.2. 运输：氢能运输能力有待提升 . 20 4.5. 加氢：燃料电池汽车普及的关键因素 20 4.5.1. 全球范围来看，我国加氢站建设相对缓慢 . 20 4.5.2. 加氢站成本构成主要为
9、压缩机等 . 21 5. 成本拆解：产量规模增加，燃料电池成本有望下降 . 23 5.1. 制氢成本：电解制氢成本较高，是清洁、高纯度方式 23 5.2. 储氢、加氢成本：规模经济将降低用氢成本 23 5.3. 燃料电池成本：随着产量扩大，成本有望大幅降低 24 6. 国内产业链公司分析 . 25 6.1. 雪人股份：参股Hydrogenics与Opcon，布局氢能产业 25 6.2. 亿华通：国内氢燃料电池龙头公司 25 6.3. 伯肯节能：加氢站、空压机、氢压缩机进展较快 26 6.4. 金通灵：切入生物质提氢，如皋经开区开展燃料电池业务 27 6.5. 汉钟精机：空压机研发成功，氢回收泵
10、进展良好 28 6.6. 中集安瑞科：氢储运、加氢站核心供应商 28 6.7. 富瑞氢能：液氢储运、加氢站装备供应商 29 7. 风险因素 . 29 7.1. 政府补贴政策变化风险 29 7.2. 关键材料和核心技术风险 30 行业专题研究 请务必阅读正文之后的免责条款部分 3 of 31 1. 核心投资逻辑 氢能时代来临，燃料电池前景广阔。2019年两会期间，氢能被首次写入政府工作报告，“继续执行新能源汽车购置优惠政策，推动充电、加氢等设施建设”。氢燃料电池汽车是未来极具竞争力的新能源汽车技术，传统汽车强国纷纷推出燃料电池战略规划。美国、日本、韩国、中国等各国，目标在2030年，分别达到百万
11、辆燃料电池汽车累计销量，以及千座加氢站。目前燃料电池汽车约50%的成本为燃料电池系统，氢燃料电池成本有望大幅下降。IEA预计在2030年，燃料电池汽车可以下降到目前价格的56%左右，相对其他技术类型的汽车，将具有足够的经济性。尤其在货运及重型交通领域，氢燃料电池汽车是取代传统燃油汽车的根本途径。 产业链设备先行，燃料电池、加氢站、储运等环节优先受益。燃料电池产业链分为制氢、储运、加氢、燃料电池、终端应用等各个环节。中游燃料电池环节：随着未来产量规模的提升，燃料电池成本将大幅下降。车用 80kW 燃料电池系统成本平均为 45 美元/kW（年产 50 万套的规模），其中燃料电池堆成本为 19 美元
12、/kW。辅助系统关键部件的成本为26美元/kW，主要为空气压缩机、氢气循环系统、增湿器的成本。全球加氢站运营数量达到 369 座，美日德拥有全球 2/3 的加氢站。我国加氢站42%的成本为压缩机、其次是储氢19%、冷却设备12%。 竞争格局：技术研发取得重大进展，产业化尚待提升。燃料电池系统总体技术接近国际先进水平。海外商用车发动机供应商为 Ballard、Hydrogenics；国内亿华通、新源动力等。空压机：国内车用燃料电池空压机基本依赖进口，海外供应商Honeywell、Opcon等。我国氢燃料电池汽车初期以公交及商用车为主，主要为35Mpa加氢站。储氢瓶海外以70MPa IV型瓶为主，
13、我国为35MPa III型瓶。 投资建议：国内公司通过自主研发与海外收购，氢能产业链布局逐步完善。受益标的：雪人股份（参股 Hydrogenics）、金通灵（生物质提氢）、汉钟精机（空压机）、中集安瑞科（氢储运、加氢站）。 风险提示：政府补贴政策变化风险、关键材料和核心技术风险。 2. 氢能时代来临，燃料电池前景广阔 2.1. 氢能被首次写入政府工作报告 2019 年两会期间，氢能首次被写入政府工作报告。2019 年政府工作任务，“继续执行新能源汽车购置优惠政策，推动充电、加氢等设施建设”。对于氢能来讲，这是第一次单独提出来，在国家政府工作报告中出现，具有重大意义。 氢作为一种清洁能源和良好的
14、能源载体，具有清洁高效、可储能、可运输、应用场景丰富等特点。氢燃料电池是一种以电化学反应方式将氢气与空气（氧气）的化学能转变为电能的能量转换装置。由于不经过高温行业专题研究 请务必阅读正文之后的免责条款部分 4 of 31 燃烧过程，氢燃料电池唯一的排放产物是水，没有污染物排放；只要能保障氢气的供给，燃料电池将会持续输出电能。 氢燃料电池汽车不仅是未来货运交通电动化的必然选择，更是未来实现氢能经济的重要元素。燃料电池技术可帮助氢能在电力、液体燃料、热力在三网之间实现清洁高效转化，使得原本分离的电网、气网、热网彼此形成衔接，从而大幅提升能源系统的整体运行效率。因此，加快推广氢燃料电池汽车技术对我
15、国长期能源转型具有重要战略意义。 图 1：氢能是实现电力、热力、液体燃料等能源之间转化的媒介 数据来源：IEA 2.2. 传统汽车强国纷纷推出燃料电池战略规划 正是认识到氢能源电池汽车技术的独特优势，美国、日本、德国、韩国等传统汽车制造强国纷纷将氢燃料汽车技术作为未来替代内燃机汽车技术的战略选择。日本丰田早在 2014 年底推出全球首款量产燃料电池乘用车Mirai；也将燃料电池技术应用于重型商用卡车。本田、现代、通用等传统燃油汽车企业也已向市场推出量产车型。 （1）日本：2017年12月发布的“基本氢能战略”（Basic Hydrogen Strategy）概述了首个以氢能为中心的政策。日本还
16、主办了第一次氢能部长级会议，概述了加速氢能技术进步的四个关键领域。 （2）美国：2018 年 7 月，加州燃料电池协会，发布了一份愿景报告，目标是到2030年，100万辆燃料电池汽车和1000个氢燃料站。 （3）澳大利亚：2018 年 8 月，澳大利亚政府发布了国家氢能路线图，行业专题研究 请务必阅读正文之后的免责条款部分 5 of 31 并宣布计划于2019年12月发布其氢气战略。 （4）韩国：2019年1月，韩国政府宣布了其氢路线图，目标是到2040年，燃料电池汽车的生产能力将达到630万台，氢燃料站将达到1200个。 表 1: 全球国家陆续发布燃料电池汽车长期规划 2017 2020 2
17、022 2025 2028 2030 美国 4,500 13,000 40,000 加利福尼亚 1,000,000 日本 2,400 40,000 200,000 800,000 德国 500 法国 250 5,000 20,000-50,000 中国 1,275 5,000 50,000 1,000,000 荷兰 41 2,000 韩国 81,000 1,800,000 数据来源：IEA，国泰君安证券研究 表 2: 全球国家陆续发布燃料电池加氢站长期规划 2017 2020 2022 2025 2028 2030 美国 38 80 100 加利福尼亚 200 1,000 日本 100 160
18、 320 法国 20 100 400-1,000 中国 10 100 300 1,000 德国 43 100 400 1,000 韩国 10 310 数据来源：IEA，国泰君安证券研究 2.3. 氢燃料电池：成本有望大幅下降，将具有经济性 氢燃料电池汽车、纯电动汽车及插电式混合动力汽车同为当前最具代表性的新能源汽车技术路线。根据IEA的技术对比，（1）从环境影响而言，当前氢燃料电池汽车的全生命周期排放强度虽普遍高于纯电动汽车，但明显低于燃油汽车；（2）从车辆性能而言，目前燃料电池乘用车续航里程可达到500 公里以上，明显高于一般电动汽车续航水平，且氢燃料加注速度快，解决了长期困扰纯电动汽车发展
19、的续航里程焦虑和快速补充能源问题。（3）在低温启动、电池循环寿命与回收等工程技术层面，氢燃料汽车也接近内燃机车辆水平。 氢燃料电池汽车价格在未来有望大幅下降。2015年，丰田公司宣布最新的氢燃料电池汽车在试运行期价格是6万美元，但是该价格可能主要反映的是客户的支付意愿，而不是生产汽车的成本，因为氢燃料电池汽车目前主要是针对高收入群体和汽车技术爱好者，并且要求在居住地附近有相应的加氢站。 图 2：未来燃料电池成本有望大幅下降 图 3：目前燃料电池汽车成本主要为燃料电池系统 行业专题研究 请务必阅读正文之后的免责条款部分 6 of 31 数据来源：IEA、国泰君安证券研究 数据来源：IEA、国泰君
20、安证券研究 根据IEA的数据，与其他几种汽车供能方式相比，燃料电池汽车的价格虽然目前价格很高，但未来有很大的下降空间，预计 2030年可以下降到现在价格的56%左右，相对其他技术类型的汽车，将具有足够的经济性。 表 3: 2030年燃料电池有望大幅下降（单位：美元） 技术方案 2016 2030 2050 传统汽油内燃机 28,600 30,900 32,300 传统柴油内燃机 29,300 31,700 33,100 混合汽油内燃机 30,000 31,800 33,200 插电式混合动力 32,400 33,200 34,400 纯电动 BEV（150km） 35,400 32,800 3
21、4,000 燃料电池FCEV 60,000 33,600 33,400 数据来源：IEA、国泰君安证券研究 降低成本是发展氢燃料汽车的关键。燃料电池系统的高成本增加了整个汽车的成本，未来的主攻方向是如何在减小成本的同时延长使用寿命。降低燃料电池系统的成本从理论上讲是可行的，并且很大程度上决定了整个汽车的成本。 但是高压罐的成本却较难下降，因为高压罐的成本很大程度上取决于昂贵的复合材料，所以目前的研发重点集中在降低高压罐的复合材料成本。电池和电力控制系统的成本随着技术的进步都会有一定的下降，因为材料的限制不会下降得太多，但是高技术的融入会延长电池使用寿命，从而提高整个汽车的使用性能。 表 4:
22、氢燃料电池汽车成本构成，燃料电池系统是主要成本 2016 2030 2050 单位 燃料电池汽车成本 60,000 33,600 33,400 美元 成本构成 车身和底盘 23,100 24,100 25,600 燃料电池系统 30,200 4,300 3,200 储氢罐 4,300 3,100 2,800 电池系统 600 460 260 电驱动和控制系统 1,800 1,600 1,400 特定成本 燃料电池系统（80kw） 380 54 40 美元/kW 60,00033,600 33,400010,00020,00030,00040,00050,00060,00070,0002016
23、2030E 2050E燃 料电 池 汽车 成 本（ 美 元）38.5%50.3%7.2%1.0% 3.0%燃料电池汽车成本构成车身和底盘燃料电池系统储氢罐电池系统电驱动和控制系统行业专题研究 请务必阅读正文之后的免责条款部分 7 of 31 储氢瓶（6.5kg氢气） 20 14 13 美元/kWh 电池（1.3kWh） 460 350 200 美元/kW 其他指标 燃料经济性 1.0 0.8 0.6 kg氢气/100 km 寿命 12 12 12 年 数据来源：IEA、国泰君安证券研究 氢燃料电池汽车同时具备与纯电动汽车相当的节能减排效益和与传统汽柴油汽车相近的车辆性能，是未来极具竞争力的新能
24、源汽车技术路线。特别在货运及重型交通领域，氢燃料电池汽车往往被认为是取代传统燃油汽车的根本途径。 表 5: 交通运输动力源四种技术路线对比 氢燃料电池 锂电池 超级电容 铝空气电池 优势 比能量高、功率密度高、环保无污染 比能量高、循环性能、无记忆效应、环保无污染 功率密度高、充电时间短、使用寿命长 价格便宜、能量密度高质量轻、体积小、使用寿命长 劣势 系统复杂、氢基础设施建设滞后 初期购置成本高，充电时间长 能量密度太低 存在空气电极极化和氢氧化铝沉降等问题，功率密度低 应用领域 氢燃料电池环保性能高，适合于客车和重载卡车等商用车，且具有行驶里程长的特点 用于 200km 以内的短途纯电动汽
25、车 续航里程太短，不能作为电动汽车主电源，大多作为辅助电源，用于快速启动装置和制动能量回收装置 目前尚处于实验室阶段 数据来源：国泰君安证券研究 3. 我国燃料电池汽车发展初期，以商用车为主 3.1. 氢燃料电池：货运及重型交通等领域具有更强优势 氢燃料电池在重型交通领域，具有明显的优势。随着车重和续航的提升，燃料电池汽车成本将逐步接近甚至低于纯电动汽车。根据 Cano, Zachary&Banham 的研究，轻型客运方面，续航里程在 600 公里以内，纯电动汽车的成本要明显低于氢燃料电池汽车，但在600公里以上，电动汽车的成本大幅上升，超过燃料电池汽车成本。重型货运方面，续航里程400公里以
26、上，燃料电池汽车成本将显著低于纯电动汽车成本。因此，相对锂电池，氢燃料电池在重型交通领域，具有更强的技术适应性。 图 4：短途轻型客运，锂电池成本优于燃料电池 图 5：长途重型货运，燃料电池成本优于锂电池 行业专题研究 请务必阅读正文之后的免责条款部分 8 of 31 数据来源：Nature Energy 数据来源：Nature Energy 3.2. 燃料电池汽车增长迅速，客车、货车是主要应用领域 近年来我国燃料电池汽车产销量保持每年千辆左右，主要为客车和专用车辆。根据OFweek统计合格证口径数据，2018 年我国燃料电池汽车产量为1619 辆，带动燃料电池需求51 MW；相比2017年的
27、产量1275辆，同比增加 27%。就销量结构上看，我国氢燃料电池车以客车和专用车为主，其中专用车产量（含货车、环卫车等）为909 辆，相比2017 年增长尤为明显，客车产量为710辆。中通汽车、飞驰汽车两家企业占据全国总产量的70%以上。 图 6：2018年我国燃料电池汽车产量同比增长27% 图 7：中通客车、飞驰汽车占据全国产量70%以上 数据来源：中机中心合格证口径、国泰君安证券研究 数据来源：中机中心合格证口径、国泰君安证券研究 3.3. 我国氢燃料电池汽车路线图发布 我国氢燃料电池汽车的发展愿景是：到 2030 年实现百万辆氢燃料电池汽车上路行驶，到 2050 年与纯电动汽车共同实现汽
28、车零排放。发展目标： （1）到 2020 年，燃料电池汽车示范规模累计达到 5,000 辆，其中，燃料电池商用车占比60%，乘用车占比40%；加氢站超过100座。 （2）到2025年，燃料电池汽车推广规模累计达到5万辆，其中，燃料电池商用车1万辆，乘用车4万辆；加氢站超过300 座。 （3）到 2030 年，燃料电池汽车推广累计超过 100 万辆，加氢站超过1,000座，可再生能源制氢达到50%以上。 根据我国氢燃料电池发展路线图，加氢站的规模需要与氢燃料电池汽车相匹配。我国氢燃料电池汽车初期以公交及商用车为主，因此主要以35Mpa加氢站为主。2020年后，氢燃料电池轿车开始推向市场，70Mp
29、a加氢能力的加氢站显著增加。同时，随着加氢站数量的增加，加氢站与加油站、充电站的混合形式能源站成为主要形式。 表 6: 我国氢燃料电池汽车路线图发布 2020年 2025年 2030年 总体目标 在特定地区的公共服务用车领域小规模示范应用规模5000辆（累计） 在城市私人用车、公共服务用车领域实现大批量应用规模 5 万辆（累计） 在私人乘用车、大型商用车领域实现大规模商业化推广规模 100万辆（累计） 1,2751,61902004006008001,0001,2001,4001,6001,8002017 2018燃 料 电 池 汽 车 产 量 （ 辆 ）48 .8 %22.7%28.5%20
30、18 年车企产量占比中 通 客 车佛 山飞 驰其他行业专题研究 请务必阅读正文之后的免责条款部分 9 of 31 燃料电池系统产能超过 1000 套企业 燃料电池系统产能超过 1 万套企业 燃料电池系统产能超过 10 万套企业 氢燃料电池汽车 功能要求 冷启动温度达到-30,动力系统构型设计优化，整车成本与纯电动汽车相当 冷启动温度达到-40,批量化降低整车购置成本，与同级别混合动力汽车相当 整车性能达到与传统内燃机汽车相当，具有相对产品竞争力和优势 商用车 最高车速80km/h 成本150万元 最高车速80km/h 成本100万元 最高车速80km/h 成本60万元 乘用车 最高车速180k
31、m/h 寿命20万 km 成本30万元 最高车速180km/h 寿命25万 km 成本20万元 最高车速180km/h 寿命30万 km 成本18万元 共性关键技术 燃料电池堆 技术 冷启动温度60% 4000-6000美元/kW 20000-30000小时 初入市场 压缩机18MPa - 88-95% 70美元/Kw 20年 成熟 压缩机70MPa - 80-91% 200-400美元/kW 20年 初入市场 净化器 10-80MW 70% 900-2000美元/kW 30年 成熟 储氢瓶70MPa 5-6kg氢气 100% 17-33美元/kW 15年 初入市场 压缩罐 0.1-19MWh
32、 100% 6000-10000美元/ MWh 20年 成熟 液体存储 0.1-100GWh 每天损失0.3% 800-10000美元/ MWh 20年 成熟 气体管道 - 95% 乡村：0.3-1.2 城市：0.7-1.5 单位：百万美元/km 40年 成熟 数据来源：IEA、国泰君安证券研究 4.2.2. 燃料电池系统：总体技术接近国际先进水平 燃料电池车用动力系统主要包括燃料电池发动机、动力电池、电机驱动系统、控制系统、DCDC 直流变换器。我国攻克了车用燃料电池动力系统集成、控制和适配等关键技术难点，形成了燃料电池系统、动力电池系统、DC/DC（直流/直流）转换器、驱动电机、储氢与供氢
33、系统等关键零部件部件配套研发体系，总体技术接近国际先进水平。 以同济大学新能源汽车工程中心为主的氢燃料电池轿车动力系统研发团队和以清华大学汽车安全与节能国家重点实验室为主的氢燃料电池客车动力系统研发团队，在车用燃料电池动力系统平台技术方面取得重要进展。 （1）乘用车方面：国外乘用车厂发动机均采用全功率模式，再加上乘用车内空间有限，因此均使用高压金属板电堆，体积功率密度高（3kW/L），均实现-25以下低温启动，寿命 5000 小时以上，已实现商业化销售。但是，国内燃料电池乘用车发动机仅有上汽一家自主开发的荣威950轿车（30kW）完成公告认证，其他乘用车企业均采用合作的方式，还处于样车开发阶段
34、，例如北汽、广汽、长安、汉腾等。 表 9: 国外燃料电池乘用车发动机参数比较 整车厂家 通用 丰田 本田 现代 奔驰 整机车型 轿车 轿车 轿车 轿车 轿车 体积比功率密度（kW/L） - 3.1 3.1 3.1 - 总功率（kW） 92 114 103 100 100 寿命（h） 5500 5000 5000 5000 5000 铂载量（g/kW） 0.326 0.175 0.12 0.4 0.2 重量（kg） 130 56 - - - 低温启动（） -30 -30 -30 -30 -25 是否增湿 - 无独立增湿器 有 有 有 双极板 金属板 金属板 金属板 金属板 金属板 工作压力 高压
35、 高压 高压 高压 高压 行业专题研究 请务必阅读正文之后的免责条款部分 13 of 31 数据来源：燃料电池发动机工程技术研究中心、国泰君安证券研究 （2）商用车方面：国外商用车发动机供应商主要有巴拉德、Hydrogenics和 US Hybrid，这三家企业目前都与国内的企业有合作，发动机均采用石墨板和中低压技术路线，寿命超过10000小时。 表 10: 国外燃料电池商用车发动机主要有三家供应商 发动机厂家及型号 Ballard HD30 Ballard HD60/85 Hydrogenics Celerity 60 US Hybrid FCE80 US Hybrid FCE 150 额定
36、功率（kW） 30 60/85 600 80 150 尺寸（L） 162 497 294 494 659 重量（kg） 125 244/256 275 248 474 操作压力 中压 中压 常压 低压 低压 双极板 石墨板 石墨板 石墨板 石墨板 石墨板 低温储存（） 不适用 不适用 -40 -40 -40 低温启动（） 不适用 不适用 -10 -10 - 寿命（h） 10000 10000 10000 20000 20000 数据来源：燃料电池发动机工程技术研究中心、国泰君安证券研究 国内燃料电池发动机开发模式与国外不同，国外采用全功率型发动机，国内则采用氢-电混合燃料电池发动机。国内有北京
37、亿华通、新源动力、上海重塑、广东国鸿重塑等企业开发出 30kW以上燃料电池发动机。目前装载北京亿华通燃料电池发动机的客车租赁车队（北京 60 辆燃料电池团体客车）和燃料电池公交车车队（张家口74 台燃料电池公交车）已正式投入商业化运营；装载上汽集团自主研发的燃料电池发动机的FCV80实现了百台级的销售和日常运营；上海重塑的燃料电池发动机装载了500台物流车投入商业化运营。 表 11: 国内燃料电池发动机主要有亿华通 集成厂家 功率（kW） 低温启动（） 寿命（h） IP等级 北京亿华通 30/60/80 -30 10000 67 大连新能源动力 30-60 -20 5000 67 上海重塑 3
38、0-60 -20 12000 67 弗尔赛能源 12/30 -20 5000-10000 67 武汉众宇 0.25-1.2/30 - - 67 北京氢璞创能 30 -10 10000 67 安徽明天氢能 20-100 -20 - - 广东国鸿氢能 30 - 12000 - 广东国鸿重塑能源科技 30-90 -20 12000 67 广东鸿运氢能源科技 30 - 12000 67 数据来源：国泰君安证券研究 4.2.3. 电池堆：占据燃料电池的主要成本 电堆是燃料电池的主要成本，年产1,000套系统与年产50万套系统，电堆占燃料电池成本分别为66%、42%。根据DOE的估算，车用80kW燃行业专
39、题研究 请务必阅读正文之后的免责条款部分 14 of 31 料电池系统成本平均为45美元/kW（年产50万套的规模），其中燃料电池堆成本为19美元/kW。从成本敏感性因素分析来看，膜电极的比功率、贵金属铂的用量及膜成本是决定成本的关键因素。另外，辅助系统关键部件的成本为26美元/kW，空气压缩机、氢气循环系统、增湿器的成本是关键因素。 图 9：电堆是氢燃料电池的主要成本 数据来源：DOE、国泰君安证券研究 电堆是发生电化学反应的场所，也是燃料电池动力系统核心部分，由多个单体电池以串联方式层叠组合构成。将双极板与膜电极交替叠合，各单体之间嵌入密封件，经前、后端板压紧后用螺杆紧固拴牢，即构成燃料电
40、池电堆。电堆工作时，氢气和氧气分别由进口引入，经电堆气体主通道分配至各单电池的双极板，经双极板导流均匀分配至电极，通过电极支撑体与催化剂接触进行电化学反应。 表 12: 燃料电池电堆关键部件和材料规划目标 指标 单位 2015 2020 2025 2030 膜电极 电机功率密度 W/cm2 0.7 1.0 1.2 1.5 Pt用量 g/kW 0.4 0.3 0.2 0.125 催化剂 质量比活性（Pt，0.9V） mA/mg 300 440 480 570 活性比表面积（Pt） m2/g 65 65 80 80 动电位扫描活性衰减率（%）（ 0.6-1.0V） - 20 （3000次） 40
41、（3000次） 40 （3000次） 40 （3000次） 1.2V恒电位运行后活性衰减率（%） - 20 （100h） 40 （400h） 40 （400h） 40 （400h） 质子交换膜 质子电导率 S/cm 0.05 0.08 0.1 0.1 机械强度 MPa 35 40 45 50 渗氢电流 mA/cm2 2.5 2.0 1.5 1.5 机械稳定性（20000次干湿循环，渗氢电流） mA/cm2 10 10 0 孔隙率 % 0.12 0.10 0.10 0.10 数据来源：节能与新能源汽车技术路线图、国泰君安证券研究 国外乘用车厂大多自行开发电堆，并不对外开放，例如丰田、本田、现代等
42、。也有少数采用合作伙伴的电堆来开发发动机的乘用车企业，例如奥迪（采用加拿大巴拉德定制开发的电堆）和奔驰（采用奔驰与福田的合资公司AFCC的电堆）。 目前国外可以单独供应车用燃料电池电堆的知名企业主要有加拿大的Ballard 和 Hydrogenics，欧洲和美国正在运营的燃料电池公交车绝大多数采用这两家公司的石墨板电堆产品，已经经过了数千万公里、数百万小时的实车运营考验，这两家加拿大电堆企业都已经具备了一定产能，Ballard 还与广东国鸿设立了合资企业生产 9SSL电堆。此外还有一些规模较小的电堆开发企业，例如英国的Erlingklinger，荷兰的Nedstack等，在个别项目有过应用，目
43、前产能比较有限。 国内能够独立自主开发电堆有大连新源动力和上海神力企业，大连新源动力采用的是金属板和复合板的技术路线，与上汽合作，开发了荣威950乘用车和上汽 V80 客车。上海神力成立于 1998 年，是中国第一家专业的燃料电池电堆研发生产企业，目前两家都建成了燃料电池电堆中试线，正处于从小批量到产业化转化的关键阶段。另外有一些新兴的燃料电池电堆企业，例如弗尔塞、北京氢璞、武汉众宇等，也开发出燃料电池电堆样机和生产线，正处于验证阶段。 表 13: 国内能独立自主开发电堆的公司主要有新源动力、上海神力 生产厂家 额定功率（kW） 功率密度（kW/L） 低温启动（） 低温存储（） 国外 Ball
44、ard 30/60 1.5 - - Hydrogenics 30 0.8 - - AFCC 30 - -30 -40 丰田 114 3.1 -30 -40 行业专题研究 请务必阅读正文之后的免责条款部分 16 of 31 本田 103 3.1 -30 -40 现代 100 3.1 -30 -40 国内 上海神力 40/80 2.0 -20 -40 大连新源动力 30-40（复合双极板） 1.5 -10 -40 70-80（金属双极板） 2.4 -20 -40 弗尔赛能源 16/36 - -10 - 北京氢璞创能 20-50 - -10 -40 武汉众宇 0.25-1.2/36 - - - 上海
45、攀业 0.05-1.8 - -5 - 安徽明天氢能 20-100 - -20 - 广东国鸿巴拉德氢能动力 30-60 - - - 数据来源：燃料电池发动机工程技术研究中心、国泰君安证券研究 4.2.4. 空压机：燃料电池氢氧供应的重要部件 空压机则是空气压缩机，是车用燃料电池氢氧供应系统的重要部件，它将常压的空气压缩到燃料电池期望的压力，由于燃料电池内部的化学反应对环境“苛刻”的要求，参与反应的空气（其中的氧气）的温度、湿度、压力和流量需要空压机进行控制与调整。常见的空压机类型有滑片式、涡旋式、螺杆式与离心涡轮式等。 螺杆式空压机的优点是压力/流量可以灵活调整、启停方便、安装简单，缺点是噪声大
46、、体积大、质量重和价格高，已在美国 GM，PlugPower、加拿大 Ballard 等公司的燃料电池系统中采用。涡轮式空压机容积效率较高，压力与气量连续可调，但尺寸和重量较大，本田和现代等公司已定制开发了空气轴承的涡轮式空压机。 目前国内车用燃料电池空压机基本依赖进口，国产的仅广顺空压机在上汽有实际应用。 表 14: 我国空压机设备基本依赖进口 生产厂家 产品类型 空气质量流量 额定功率（kW） 转速（rpm） 最大压比 Honeywell（美国） 涡轮式 125 g/s 25 - 3.0 UQM（美国） 罗茨式 100 g/s 6.5 18000 - Rotrex(丹麦) 离心式 150
47、g/s - 180000 2.94 OPCON（瑞典） 螺杆式（Autorotor OA1050） - 14 - - 日立（日本） 涡轮式（SRL-3.7MB5C） - 3.7 - - 广顺新能源动力 离心式 120m3/h 6.8 - - 福建雪人 螺杆式 100 g/s - 24000 2.8 嘉兴德燃动力系统 涡轮式（FAC-40-D） 51 g/s 4.6 40000 1.7 涡轮式（FAC-50-D） 65 g/s 8 50000 1.9 数据来源：燃料电池发动机工程技术研究中心、国泰君安证券研究 4.2.5. 氢气循环泵：国内主要依赖进口设备 典型的氢气供应系统HSS 包括高压储氢
48、瓶、减压阀、压力调节阀、循环行业专题研究 请务必阅读正文之后的免责条款部分 17 of 31 装置(循环泵或引射器)、稳压罐、传感器、各种电磁阀及管路等。HSS 通过高压储氢瓶提供电堆所需的氢气，根据电堆的工况特性，对氢气进行调压、加热、加湿，并通过循环装置对电堆出口氢气进行循环利用。 为保证PEMFC 稳定高效运行，同时提高氢气利用率，通常采用氢气循环的方法，即氢气把电堆内部生成的水带出后，经水气分离装置将液态水分离，再将氢气循环送回到电堆阳极重复使用，同时对新鲜氢气进行加湿。 目前氢气循环泵依赖进口，美国Park公司开发出氢气循环泵可用于不同的氢燃料电池汽车。国内目前没有替代品，主要是由于氢气循环泵的氢气密封和水汽腐蚀和冲击问题难以解决，国外也仅有几家能够提供解决方案。国内雪人股份、广顺新能源、汉钟精机等企业正在进行氢气循环泵的研发。 4.2.6. 加湿器：国际主流
