掘金新能源系列:燃料电池行业基本情况介绍

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写在前面

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显然，未来到底是纯电动汽车更有前途，还是燃料电池汽车更有前途？就是答案分歧比较大的一个问题。不过，从近几年两种技术路线的新能源汽车的发展情况来看，显而易见，纯电动汽车已经遥遥领先了。目前，在中国各大城市的道路上，纯电动汽车已经随处可见，而燃料电池汽车却很罕见。

今天我们先不讨论燃料电池汽车和纯电动汽车到底谁更好，更有发展前景。让我们先了解一下燃料电池行业的发展情况，等把该掌握的常识和基础信息一一掌握了，我们再来比较一下两种技术的发展前景。

一、燃料电池行业发展情况

其实，燃料电池技术并不是一项新兴技术，早在1839年就被英国的威廉姆·格罗夫（Willam Grove）发明。20世纪60年代，NASA（美国国家航空航天局）将燃料电池应用于双子星航天飞船，开启了燃料电池的现代发展史。20世纪70年代，石油危机引起了能源恐慌，氢能作为一种可再生新兴清洁能源开始受到各国政府的关注。20世纪90年代，包括奔驰、福特在内的国际知名车企纷纷推出燃料电池概念车型。进入21世纪后，氢能与燃料电池技术发展逐渐成熟，日本丰田汽车于2014年12月推出Mirai燃料电池汽车，续航里程达到502公里，成为燃料电池领域内的里程碑事件。此后，全球燃料电池产业开始快速发展。

1、全球燃料电池产业发展情况

在全球变暖、化石能源枯竭的大背景下，世界主要发达国家从资源和环保角度出发，为构建替代化石能源的可持续发展经济，积极推进氢能和燃料电池产业发展。其中，氢燃料电池汽车的研发与商业化应用在日本、美国、韩国、欧洲等国家迅速发展，各国均制定了燃料电池行业中长期发展规划并投入巨额补贴，日本等甚至将发展氢能和燃料电池技术提升到了国家战略层面。

日本是全球发展燃料电池尤其是燃料电池汽车最积极的国家，日本政府早在2014年就提出建设“氢能社会”的战略，并发布《氢能/燃料电池战略发展路线路》，于2017年发布了“氢能源基本战略”，并为氢能发展提供了巨额资金支持用于研发补贴和购车补贴，极大地推动了氢能和燃料电池领域的技术突破和产业化。以丰田汽车、本田汽车为代表的日本领先车企早在上世纪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等技术水平较为先进的燃料电池汽车。政府的大力支持和长期的技术积累保证了日本氢能及燃料电池的技术水平与市场推广情况均位于世界领先水平。截至2019年底，日本全国燃料电池汽车保有量超过2600台，并累计完成103座加氢站的建设。

近年来，全球主要发达国家陆续发布燃料电池汽车发展规划，对国家未来中长期燃料电池汽车保有量设定了目标，具体如下：

目前，燃料电池根据其应用场景不同可大体分为交通运输用、固定式、便携式燃料电池，近年来需求量均呈现爆发式增长。2019年度全球燃料电池出货量达1,129.6兆瓦，2015-2019年复合增长率达到39.52%，其中交通运输领域需求上升尤为显著，年复合增长率达68.13%。燃料电池整体应用领域由以清洁电站、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。

2、我国燃料电池产业发展情况

氢燃料电池汽车早在“十五”期间即被确立为新能源汽车发展的主要技术路径之一。在《国家创新驱动发展战略纲要》、《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产业的战略地位，其根本目标是降低我国能源对外依存度、减少城市大气污染，推动我国汽车产业跨越式发展。

回顾我国燃料电池汽车发展历史，过去十余年间在国家科技计划和技术创新工程的支持下，我国系统开展了氢燃料电池汽车的研究、开发、示范和运营工作，初步形成了从燃料电池电堆到整车的研发体系和制造能力，并开展了系统的示范运营。自北京奥运会有20多辆燃料电池轿车和2辆客车在运行，到上海世博会将近200辆各类燃料电池汽车示范运行，到目前在新能源汽车推广财政补贴政策和科技部、联合国开发计划署的支持引领下，以客车、物流车等商用车型为先导陆续在全国范围内启动了商业化示范推广。

受益于此，我国燃料电池汽车销量于2016年开始快速起步，最近4年燃料电池汽车销量年复合增长率达到63.26%，2019年度燃料电池汽车销量达到2,737辆，较2018年度同比增长 79%，表明我国燃料电池汽车产业已经从政府主导的技术探索、示范运营阶段发展至商业化初期阶段。

根据中国《节能与新能源汽车产业技术路线图》，到2030年我国燃料电池汽车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。

但同时，我国燃料电池汽车产业还存在一些关键问题，技术水平较国际领先水平仍有所滞后；关键材料和部件供应链基础薄弱；制氢、供氢和加氢系统建设进度落后；技术标准和检测体系滞后等。

二、车用燃料电池产业发展情况

燃料电池汽车产业具有产业链长、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整车制造行业。车用燃料电池产业链结构如下：

1、行业下游

燃料电池最主要的应用场景是燃料电池汽车，行业下游参与者主要为整车厂。燃料电池整车行业有较高的准入壁垒，业内整车厂普遍拥有雄厚的研发实力、资金实力、生产能力以及较大的知名度，并在燃料电池领域拥有一定的技术基础，在行业内部起到整合上游供应链并生产最终整车成品的作用。

中国燃料电池汽车产业发展路径为先商后乘，即通过商用车发展规模化降低燃料电池和氢气成本，同时带动氢能基础设施建设，后续拓展到乘用车领域，主要原因如下:

（1）我国城市人口密度和人口基数普遍较大，公共交通运输系统发达，公交车与城市客车保有量较大；

（2）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；

（3）我国依托政策优势可快速进行公共交通体系及城市配送领域的商业化推广，燃料电池公交车、城市客车、城市物流车节能减排效果显著，可有效缓解因燃油车油耗及碳排放较高带来的环保压力。

因此，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。

2、行业上游

燃料电池发动机核心部件主要包括电堆及其核心部件、辅助系统等，行业上游参与者主要为该等关键部件生产商，其中电堆作为燃料电池系统的核心组成部分，对燃料电池发动机的关键性能和成本具有较大的影响。

电堆被称之为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。以巴拉德（Ballard），水吉能（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庄信万丰（Johnson Matthey）、巴拉德（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金属薄板，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、导电的作用，其性能优劣将直接影响电堆的体积、输出功率和寿命。双极板按材料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，主要应用于商用车领域，代表性企业为巴拉德（Ballard）、水吉星（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。

3、车用氢能产业链发展概况

车用氢能产业链主要包括制氢、储氢、运氢及加氢站等。

我国氢能来源广泛，既有大量的工业副产氢气，又有大量的弃风弃光电、低谷电等可供制氢的存量资源。燃料电池是氢能的重要应用方式，车用氢能产业亦是燃料电池产业大规模推广的基础。包括制氢、氢气储运和加氢站在内的氢能产业链的发展，对燃料电池汽车的推广普及具有重要影响。

（1）氢气制取

我国为世界第一大产氢国，2015年度氢气产量超过1,800万吨，当前制备氢气的主要方式有石化资源制氢、工业副产氢提纯、化工原料制氢、电解水制氢等方法，但超过95%以上的氢气用于炼化、煤制化学品、合成氨等产业，目前用于燃料电池应用的氢气占比较低。随着燃料电池汽车大规模应用，弃风、弃光等可再生能源电解水制氢是最为环保的能源利用方式，工业副产氢、天然气重整制氢等可以提供低成本的氢气供应。

我国拥有丰富的可再生能源，但由于分布不平衡导致发电中心与用电负荷中心脱离，电的远距离跨区域输送需求超出现有电网配套能力，大量的水电、风电和光电成为弃电，氢能将是富余可再生能源消纳和转移的重要方式。2018年我国弃风率达到7%，弃水、弃风、弃光总量达1022.9亿kWh，按照10%用于制氢计算，可满足超过100万辆乘用车用氢需求，使用低成本的可再生能源弃电进行电解水制氢可保证资源的有效利用。

（2）氢气储运

氢气的存储可通过高压气态储氢、低温液化储氢、固态储氢（利用固体吸附氢气）、有机液体储氢（液体有机物与氢气形成稳定化合物）等方式实现。

目前我国储氢行业中主流技术为高压气态储氢，其技术较为成熟，具备前期投入低、氢气充放快等有利于行业快速发展的优势。相对而言，低温液态储氢技术、固态储氢、有机液体储氢在我国均处于研发阶段，或存在技术成本高昂、技术成熟度较低的特点，短期内广泛应用可能性较小。

氢气的运输主要可通过气氢运输（用高压氢气瓶和管式拖车运输）、液氢运输（使用液化氢气罐运输）、管道运输实现。目前我国液氢运输和管道运输的基础尚不成熟，主流氢气运输方式仍为气态运输，气氢运输所需长管拖车运输设备在我国应用较广泛。

（3）加氢站

加氢站的大规模建设是推广燃料电池汽车商业化不可或缺的环节，也是现阶段制约我国燃料电池汽车发展的重要瓶颈之一。

截至2019年底全球共有432座在运营加氢站。其中欧洲177座，亚洲178座，北美74座。在全部432座加氢站中，仅有330座为公共加氢站，其余加氢站保留给封闭用户群，并供应给公共汽车或车队车辆。

国内方面，截至2019年末我国已建成超过30座加氢站，相较全国10万多座加油站和70多万个充电桩仍有较大提升空间。根据《节能与新能源汽车技术路线图》，到2020年我国建成加氢站将达100座，2030年将达到1,000 座。

我国加氢站建设成本较高，燃料汽车市场保有量较少，叠加较高的氢气成本后，加氢站在没有进一步政策扶持的情况下基本均处于亏损状态。目前的补贴政策也基本更偏向于技术研发和产品制造，加氢站补贴政策滞后。同时，当前国家及地方加氢站建设缺乏统一的审批流程、运营管理规范政策不健全，导致我国整体加氢站建设推广进度较慢。

写在最后

通过上面对全球及中国燃料电池产业基本情况的了解，我们可以发现燃料电池技术虽然诞生时间很早，各国在不同阶段也曾大力推广过，但商用化的结果却不是很理想，截止到2020年底，中国纯电动汽车保有量已超过400万台，而全球氢燃料电池汽车保有量才勉强超过3万辆。完全可以这么说，各国现有的氢燃料汽车展示和示范意义大于实用意义。

不过，虽然燃料电池汽车行业的发展已远远落后于纯电动汽车行业，但从各主要经济体制定的未来十年内的燃料电池汽车发展规划来看，这个行业的发展空间似乎非常之大，完全可能是一个高速增长的增量行业。如果未来燃料电池行业真是一个高速增长的增量行业，那么行业里一定会出现上演“戴维斯双击”的大牛股！

实话实说，以我们现在的认知水平，我们鹏风价值研究所也还无法准确地判断燃料电池汽车行业到底会发展成什么样？！目前仅仅是感觉纯电动汽车和燃料电池汽车不完全是对立竞争，你死我活的关系，而是互相补充的关系。

如果事实证明两者相互补充的关系大于竞争关系，那么这个行业迟早会迎来大爆发，只是时间早晚的问题。所以，我们准备持续研究和跟踪燃料电池行业的发展，不断提高对此行业的认知水平，同时，我们也会不定期把我们获得的关于此行业的有价值信息和看法分享出来，感兴趣的朋友敬请关注！

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