评级()氢燃料电池行业深度报告:实现零碳重要抓手,产业蓝图逐渐明朗

发布时间: 2022年04月13日    作者: xn2oyhja    栏目:行业研报

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报告名称 :氢燃料电池行业深度报告:实现零碳重要抓手,产业蓝图逐渐明朗
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2022 04 11证券研究报告·行业深度报告

燃料电池行业 实现零碳重要抓手,产业蓝图逐渐明朗

——氢燃料电池行业深度报告 看好

市场数据(2022-04-10)
行业指数涨幅
投资要点
近一周 -3.53% 氢作为清洁、高效、可持续的能源载体,是应对气候变化的关
近一月 -4.11% 键抓手之一。全球正在经历从化石能源向可再生能源发展的第 三次能源革命,各国政府对于应对气候变化、“碳中和”已经 形成高度共识。随着全球能源结构转型的进程不断加速,越来 越多国家积极出台各项政策推动可再生能源的发展,全球已经 有 120 多个国家宣布了碳中和时间表。利用可再生电力电解水 产生的绿色氢气,更是真正做到在生产和消耗过程的二氧化碳 零产生、零排放。氢能源作为储量丰富且易于获取的可再生能 源,历年来得到了各政府的关注。氢能具有清洁低碳属性和跨
近三月 -18.4%
重点公司
公司名称 公司代码
美锦能源 000723.SZ
潍柴动力 000338.SZ
贵研铂业 600459.SH
宇通客车 600066.SH
行业指数走势图

界应用的潜力,可以广泛应用在交通、工业等领域,比如说燃 料电池的车辆,还有氢能的冶金,同时也是高耗能和高排放行 业的优质替代能源。

氢能获得了各国政府的支持。美国:通过减税促进氢能发展,仅加州就规划在 2030 年实现 1000+加氢站,100 万+燃料电池

数据来源:Wind,国融证券研究与战略发展部
大研究员
张志刚
执业证书编号:S0070519050001 电话:010-83991712
邮箱:zhangzg@grzq.com

联系人
廖龙欢
电话:010-83991717
邮箱:liaolh@grzq.com

相关报告
车;德国:宣布在公共加氢站、氢能汽车等领域投入 14 亿欧 元建立基金;配合 20 亿欧元的私有投资;日本:意在创造一 个“氢能社会”;韩国:发布 2022 年与 2040 年燃料电池车、加氢站等氢能应用领域发展路线图,为加氢站提供财政补贴。3 月 23 日,国家发改委和能源局联合印发《氢能产业发展中长 期规划(2021-2035 年)》,氢能中长期规划明确了氢能在转 型中的重要作用,氢能的发展从燃料电池车向全工业部门转 变,同时也突出了可再生能源制氢的重要地位,提出 2025 年

绿氢达到 10-20 万吨/年,这是首个氢能产业的中长期规划,2022 年氢能补贴政策有望继续发力。

燃料电池汽车产业链覆盖上游制氢、储氢、加氢的配套厂商、燃料电池动力系统厂商和下游整车厂商。产业链中最核心的是 燃料电池动力系统。燃料电池动力系统主要包括燃料电池系 统、驱动电机及控制系统,整车控制系统、辅助电源、储氢装

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置。氢燃料电池是氢能产业链最核心的部分,占全车价值 40%,电堆中的催化剂、双极板、质子交换膜等是产业链上占比较大 的重要部件,以海外供应为主导,国产替代空间大。

投资建议:2015 年以来,以宇通、福田等为代表的车企纷纷着 手燃料电池汽车的研发和销售。目前国内氢能车累计销量近 9000 辆,2022 年随着氢能补贴政策继续发力,有望带动产业链 继续放量。具体关注三条投资主线:1)国内氢能重卡放量带动,建议关注美锦能源、亿华通等;2)有望加快推进核心技术和材 料国产化的环节,关注东岳集团、贵研铂业等;3)积极通过参 股巴拉德入局燃料电池行业的企业,建议关注大洋电机、潍柴 动力等。

风险因素:氢燃料汽车销量不达预期;行业竞争加剧;原材料 价格继续上行;燃料电池行业政策不达预期;安全风险。

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目 录

1.氢能是应对气候变化的关键抓手,获得广泛关注 ................................................................................... 6 1.1 氢优势在于储量丰富,真正实现零排放 ....................................................................................................6 1.2 氢能是应对气候变化的关键抓手 ................................................................................................................7 1.3 氢能获得了各国政府的广泛支持 ................................................................................................................8 1.4 日韩车型热卖,中国开始起步 ..................................................................................................................10 2.氢燃料汽车产业链介绍 ........................................................................................................................... 11 2.1 制氢:绿氢生产成本高,但发展潜力大 ..................................................................................................12 2.2 储氢:高压气态储氢为主流,液固态储氢有待攻关 ..............................................................................13 2.3 加氢站:2035 年目标 2000 座加氢站,加速布局中 ...............................................................................14 2.4 氢燃料电池-电堆系统:氢能车的心脏 ....................................................................................................15 2.5 下游应用:商用车有望成为氢能最主要的应用领域 ..............................................................................18 3.巴拉德:质子交换膜燃料电池全球领先企业 ......................................................................................... 19 4.投资建议................................................................................................................................................ 24 5.风险提示................................................................................................................................................ 25

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插图目录

图 1:燃料电池工作原理 ............................................................................................................................. 6 图 2:氢能在能源价值链上的作用 .............................................................................................................. 7 图 3:氢能当前应用场景 ............................................................................................................................. 7 图 4:氢能 2030 年应用场景分析 ................................................................................................................ 7 图 5:氢制造-运输-储藏-利用 .................................................................................................................... 8 图 6:部分国家的氢能支持政策 .................................................................................................................. 9 图 7:2021 年各国氢燃料汽车销量(辆) ................................................................................................ 10 图 8:各国氢燃料汽车保有量占比 ............................................................................................................. 11 图 9:Nexo 和 Mirai 是热卖氢车车型 ........................................................................................................ 11 图 10:氢燃料电池车产业链 ...................................................................................................................... 11 图 11:氢能行业产业链 ............................................................................................................................ 12 图 12:中国氢气生产结构分布 .................................................................................................................. 12 图 13:绿氢发展潜力 ................................................................................................................................ 12 图 14:国内加氢站分布情况 ..................................................................................................................... 14 图 15:中国加氢站数量(座) .................................................................................................................. 15 图 16:全球加氢站数量 ............................................................................................................................ 15 图 17:氢燃料电池内部构造 ..................................................................................................................... 15 图 18:氢燃料电池占整车 40%,电堆占燃料电池成本 62% ........................................................................ 16 图 19:氢燃料电池汽车动力系统组成部分 ............................................................................................... 16 图 20:氢燃料电池催化剂分类 .................................................................................................................. 16 图 21:生产铂催化剂的厂商 ..................................................................................................................... 17 图 22:氢技术应用的可能性 ..................................................................................................................... 18 图 23:公司重大事件 ................................................................................................................................ 20 图 24:公司下游客户 ................................................................................................................................ 21 图 25:受到疫情影响,公司营收有一定下滑 ............................................................................................ 23 图 26:燃料电池行业处于发展初期,公司未实现盈利 ............................................................................. 23 图 27:中国大陆是公司营收的主要来源 ................................................................................................... 23 图 28:公司始终坚持高研发投入 .............................................................................................................. 23 图 29:巴拉德全球机构及业务布局 .......................................................................................................... 23

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表格目录

表 1:中国各省份氢能源产业发展目标 ....................................................................................................... 9 表 2:制氢方式对比 .................................................................................................................................. 13 表 3:储氢方式对比 .................................................................................................................................. 13 表 4:铂催化剂厂商同业对比 ................................................................................................................... 17 表 5:质子交换膜燃料电池是汽车应用的主流路线................................................................................... 18 表 6:混动、纯电动和燃料电池汽车对比 ................................................................................................. 19 表 7:巴拉德有四大类燃料电池产品 ........................................................................................................ 22 表 8:相关标的汇总表(截止 2022 年 04 月 10 日) ................................................................................. 26

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1.氢能是应对气候变化的关键抓手,获得广泛关注

1.1 氢优势在于储量丰富,真正实现零排放

氢作为清洁、高效、可持续的能源载体,是应对气候变化的关键抓手之一。而利用可再生电力电解水产生的绿色氢气,更是真正做到在生产和消耗过程的 二氧化碳零产生、零排放。氢能源作为储量丰富且易于获取的可再生能源,历 年来得到了各政府的关注。

氢燃料电池是一种将燃料如氢气、天然气和氧化剂不经过燃烧过程直接以 电化学反应的方式,把化学能直接转化为电能的高效发电装置,是继水力发电、火力发电、化学发电之后第四种发电方式。

氢燃料电池的优点:1)持续发电;2)生成物主要是水,不排放有害气体,清洁环保,做到零排放;3)氢燃料储量丰富;4)燃料加注快,只需几分钟,锂电动车快充都要 1 小时;5)自重很轻,锂电动车需要通过上百斤的电池来 增大续航里程,燃料电池只需要加注 10 斤氢气就可以跑 400 公里,更加适合 长途出行。

图 1:燃料电池工作原理

数据来源:公开资料整理,国融证券研究与战略发展部

氢能作为智慧能源图谱中的重要一环,可以解决未来能源生产、存储和运 输环节中的诸多挑战。在生产端,氢能与可再生能源耦合,可解决中国西部地 区面临弃风光的挑战,燃气轮机可以燃烧更高比例的氢气以降低氮氧化物以及 碳排放;在存储端,氢能及衍生气体可以在保证经济性的条件下实现大规模长 周期的储能;在运输端,在偏远地区或者可再生能源富裕地区,氢气可以通过 管线掺氢的形式实现能源传输,另外,氢能,尤其是质子交换膜产出的绿氢可 以以秒级速度反应作为能源载体发电,利用燃料电池或者氢氧发电机组帮助电 网调峰。

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图 2:氢能在能源价值链上的作用

数据来源:西门子《迈向无碳未来白皮书》,国融证券研究与战略发展部

1.2 氢能是应对气候变化的关键抓手

全球正在经历从化石能源向可再生能源发展的第三次能源革命,各国政府 对于应对气候变化、“碳中和”已经形成高度共识。随着全球能源结构转型的 进程不断加速,越来越多国家积极出台各项政策推动可再生能源的发展。我国 习近平主席宣布在 2060 年实现碳中和;欧盟计划 2050 年实现净排放目标;美 国加州计划 2045 年实现 100%可再生能源;加拿大也是宣布 2050 年实现碳中和。全球已经有 120 多个国家宣布了碳中和时间表。

氢是一种绿色能源:氢作为清洁、高效、可持续的能源载体,是应对气候 变化的关键抓手之一。利用可再生电力电解水产生的绿氢,是真正可以做到零 排放。氢能的能力密度高,储存方式简单,是大规模长周期储能的理想选择。

氢能是用能终端实现绿色低碳的重要载体:氢能具有清洁低碳属性和跨界 应用的潜力,可以广泛应用在交通、工业等领域,比如说燃料电池的车辆,还 有氢能的冶金,同时也是高耗能和高排放行业的优质替代能源。

图 3:氢能当前应用场景

数据来源:国际能源署,国融证券研究与战略发展部

图 4:氢能 2030 年应用场景分析

数据来源:西门子《迈向无碳未来白皮书》,国融证券研究与战略发展部

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氢能有丰富的应用场景:目前,氢气主要应用场景分别为炼油、合成氨、合成甲醇,和在部分情景下提供工业高温热量。氢气作为能源,在交通、建筑、电力、钢铁等领域有着广阔应用空间,能帮助多个行业和领域实现脱碳。

在制造端,电解制氢系统能够以高能量密度和运行效率生产高品质氢气,天然气、煤炭制氢技术早已成熟且工业化;在储存和运输端,储罐储存、天然 气管网掺氢运输、液态有机载体运输等技术均在不断取得进步;在应用端氢燃 料电池已经应用于小型汽车、公交汽车和重型卡车,德国已有两列氢能源铁路 列车运行。

图 5:氢制造-运输-储藏-利用

数据来源:NEDO,国融证券研究与战略发展部

1.3 氢能获得了各国政府的广泛支持

美国:通过减税促进氢能发展,仅加州就规划在2030年实现1000+加氢站,100 万+燃料电池车。

澳大利亚:确定了 15 大发展目标,57 项具体行动,意在将澳大利亚打 造为亚洲三大氢能出口基地,同时在氢安全、氢经济以及氢认证方面走在全球 前列。

法国:计划到 2030 年投入 70 亿欧元发展无碳氢能,即在生产和使用过 程中均不排放 CO2 的绿色氢能,促进工业和交通等部门脱碳,助力法国打造 更具竞争力的低碳经济。

德国:宣布在公共加氢站、氢能汽车等领域投入 14 亿欧元建立基金;配 合 20 亿欧元的私有投资。

日本:意在创造一个“氢能社会”。该战略的主要目的是实现氢能与其他 燃料的成本平价,建设加氢站,替代燃油汽车(包括卡车和叉车)及天然气及 煤炭发电,发展家庭热电联供燃料电池系统。

韩国:发布 2022 年与 2040 年燃料电池车、加氢站等氢能应用领域发展路 线图,为加氢站提供财政补贴。

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图 6:部分国家的氢能支持政策

数据来源:西门子《迈向无碳未来白皮书》,国融证券研究与战略发展部

国家发改委和国家能源局联合印发了《氢能产业发展中长期规划 2021-2035 年》,明确了氢能的产业规划、产业发展要求、发展目标、具体措施 和实施的保障措施。氢能中长期规划明确了氢能在转型中的重要作用,氢能的 发展从燃料电池车向全工业部门转变,同时也突出了可再生能源制氢的重要地 位,提出 2025 年绿氢达到 10-20 万吨/年。氢能规划是“1+N”双碳政策中的 一个,氢能被称为 21 世纪的“终极能源”,从这次规划来看,国家对氢能发展 持积极的态度,行业有望在政策持续催化下迎来快速发展。

2021 年,已经有北京、山东、内蒙古等 29 个省市出台了氢能产业发展的 政策,2021 年 8 月首批三大氢燃料电池汽车示范城市群启动,据国资委披露,已经有超过三分之一的央企布局了氢能产业链。

表 1:中国各省份氢能源产业发展目标

省市 规划年份 产业规模 燃料电池车数量(辆) 加氢站数量(座)
北京 2025 年 1000 亿 10000 72
山东 2025 年 1000 亿 10000 100
上海 2023 年 1000 亿 10000 30
浙江 2022 年 100 亿 1000 30
江苏 2025 年 500 亿 10000 50
重庆 2025 年 1500 15
河北 2025 年 10000 50
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四川 2025 年 1000 亿 6000 60
内蒙古 2025 年 1000 90
河南 2025 年 1000 亿 5000 80
天津 2022 年 150 亿 1000 10
广东 2025 年 300

数据来源:各省份氢能“十四五”规划,国融证券研究与战略发展部

1.4 日韩车型热卖,中国开始起步

从 2021 年全球各国氢能车销量来看,韩国、美国、日本销量分别为 8498、3341 和 2464 辆,位居前三,分别占比 52%、20%和 15%。韩国是受到强势补贴 政策驱动,日本主要受益于新一代丰田 Mirai 的上市。

图 7:2021 年各国氢燃料汽车销量(辆)

数据来源:中国汽车工业协会,韩国国土交通部,国融证券研究与战略发展部

全球保有量接近 5 万辆:截至 2021 年,全球主要国家氢能源车保有量为 49562 台,同比+49%,韩国、美国和日本分别占比 39%、25%和 15%,接近全球 80%。

Nexo 和 Mirai 是热卖车型:从 2021 年车型销量来看,现代 Nexo 销量 9620 台,同比+42%,以韩国本土为主,丰田 Mirai 销量 5918 台,同比+230%。截至 2021 年底,Nexo 在全球累计投放量达 22337 台,本土占比高达 63%,Mirai 在 全球累计投放 17933 台,海外市场高达 63%,Nexo 和 Mirai 累计投放量占全球 总量的 81%。

中国 2021 年氢能车销量 1586 辆,处于刚刚起步的阶段。在政策加持下,以韩国、美国、日本、中国为代表的主要国家氢能基建不断完善,氢车核心零 部件持续降本增效,有望迎来氢车的快速推广。当前全球销售的氢车类型以乘 用车和巴士为主,未来轻型商业车和重卡将有望贡献更多增量,成为氢车的应 用主流。

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图 8:各国氢燃料汽车保有量占比

数据来源:中国汽车工业协会,韩国国土交通部,国融证券研究与战

图 9:Nexo 和 Mirai 是热卖氢车车型

数据来源:中国汽车工业协会,韩国国土交通部,国融证券研究与战略

略发展部 发展部

2.氢燃料汽车产业链介绍

燃料电池汽车产业链:包括上游制氢、储氢、加氢的配套厂商、燃料电池 动力系统厂商和下游整车厂商,其中最核心的是燃料电池动力系统。燃料电池 动力系统主要包括燃料电池系统、驱动电机及控制系统,整车控制系统、辅助 电源、储氢装置。

图 10:氢燃料电池车产业链

数据来源:前瞻产业研究院,国融证券研究与战略发展部

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氢燃料电池是氢能产业链最核心的部分,占全车价值 40%,电堆中的催化 剂、双极板、质子交换膜等是产业链上占比较大的重要部件,以海外供应为主 导,国产替代空间大。

图 11:氢能行业产业链

数据来源:前瞻产业研究院,国融证券研究与战略发展部

2.1 制氢:绿氢生产成本高,但发展潜力大

根据不同的制备技术以及制备过程中环保程度的高低,一般将氢分为灰氢、蓝氢和绿氢。灰氢:煤气化、天然气裂解和甲醇重整技术生产,生产过程中排 放大量二氧化碳;蓝氢:在灰氢制备过程中经过碳捕捉、利用和封存处理后的 产物。绿氢:可再生能源发电电解水而产生的氢气,生产过程中仅消耗水与风 电、水电或者太阳能等清洁电能。现有技术水平和产业规模情况下,绿氢的生 产成本高于灰氢、蓝氢,但绿氢有着更大发展潜力。

图 12:中国氢气生产结构分布 图 13:绿氢发展潜力

数据来源:《中国氢能产业发展报告》,国融证券研究与战略发展部 数据来源:西门子《迈向无碳未来白皮书》,国融证券研究与战略发展部

化石能源制氢以煤制氢和天然气制氢两种方式,是国内目前的主流制氢方 式,占比分别达到了 64%和 14%,也是成本最低的制氢方式。蓝氢是一种过渡 方式,发展绿氢是未来主要的方向,目前国内占比不到 1%,电解水制氢成本较 高,电力成本占比最大,达到 40%-80%,等可再生能源占比继续提升,促使电 解水制氢进一步下降后有望得到大范围推广。

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表 2:制氢方式对比

制氢方式 原料 优点 缺点 制氢成本(元氢气价格(美元
灰氢-天然气天然气 技术成熟、成制氢过程存在碳排放,需提纯/NM3) /kg)
0.6-1.2 0.75
制氢 煤炭 本低 和去杂质 1-1.2 0.92
技术成熟、成制氢过程存在碳排放,需提纯
灰氢-煤制氢
本低 和去杂质
灰氢-工业副焦炉煤气、氯
成本低、效率无法作为大规模集中氢能供1.2-1.5 -
产氢 碱等 应,建设地受制于原料供应 - -
灰氢原料
蓝氢 碳排放量小 成本高
绿氢-电解水+CCUS 技术 工艺简单、没耗电量大、成本高 3-5 1.95
电、水
制氢 有碳排放
生物质 技术不成熟 - -
绿氢-生物质 环保

数据来源:《中国氢能产业发展报告》,国融证券研究与战略发展部

2.2 储氢:高压气态储氢为主流,液固态储氢有待攻关

储氢分为气态、液态和固态三类方式:高压气态储氢为目前主流方式,液 态和固态储氢有待技术攻关。

高压气态储氢技术最为成熟,成本低,缺点是单位体积储氢密度低,主要 通过高压氢气瓶来存储,运输方式有长管拖车和管道运输两种,管道运输成本 最低,仅 0.3 元/kg,但一次性投资成本较大。

液态储氢有低液氢和有机液体储氢两类,低温液氢成本较高,达到 12.2 元/kg,适合于大量远距离储运,海外应用很广泛,比例高达 70%,但国内目前 成本高昂,发展有限,有机液态储氢处于示范阶段,在国内仅航天领域有少量 实际应用。

固态储氢技术不成熟,优点是单位体积储氢密度大,国内分布式发电有相 关示范应用。

表 3:储氢方式对比

储氢方式 气态储运 液态储氢 固态储运
运输工具 长管拖车 管道运输 槽罐车(低温液体) 槽罐车(有机液体) 货车
储氢方式 高压氢气瓶 低温液氢罐 通过可逆加氢和脱氢 反应实现氢储存 以金属氧化物、纳米材
料等作为储氢载体
优点 技术成熟,成本低 单位体积储氢密度大 单位体积储氢密度大
缺点 单位体积储氢密度低 储氢容器要求高 成本高 技术不成熟
主要应用 高压储氢罐实现氢燃料电池大量、远距离储运 燃料电池客车储氢应 国内分布式发电有示
应用 范应用
成本(元/kg) 2 0.3 12.2 15 -
压力(MPa) 20 1-5 0.6 常压 4
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体积储氢密度(kg/m3) 15 3 64 40-50 50
载氢量(kg/车) 300-400 - 7000 2000 300-400

数据来源:公开资料整理,国融证券研究与战略发展部

2.3 加氢站:2035 年目标 2000 座加氢站,加速布局中

加氢站作为氢能产业上游制氢、中游储氢与下游应用市场的枢纽,加氢站 的数量和布局直接影响着氢能的储运成本。目前我国建设一个日均加氢 500kg 的 35MPa 固定式加氢站的建设成本约为 1200 万元,国内现阶段主要为外供氢 高压氢气加氢站。

加氢站正在加速布局中:截至 2020 年底,全球加氢站总计 553 座,亚洲 275 座占比 49.7%,其中日本有 147 座投入运营,欧洲 200 座占比 36.2%,北美 75 座占比 13.5%。2021 年,中国累计建成加氢站 147 座,运营 190 座,2025 年目标累计为 2000 座。

截至到 2021 年,中国累计建成 147 座加氢站,其中已投运 136 座,在建 加氢站 71 座,规划中有 117 座,2010-2014 年国内加氢站建设处于停滞阶段,连续五年国内仅有 5 座加氢站,2016-2021 年我国建成加氢站数量迎来快速增 长阶段,每年新建数量达到 3、1、13、29、49 和 46 座。广东建成加氢站 35 座居国内首位,其次分别为山东和江苏,分别为 15 和 13 座。上海市规划的加 氢站 33 座为国内最多,其次是广东和河北,分别为 27 和 26 座。

图 14:国内加氢站分布情况

数据来源:前瞻产业研究院,国融证券研究与战略发展部
从全球主要国家的
划,日本氢能规划在 20
氢站,美国计划到 2030
座加氢站。

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发展 25

14
规划来看,各个国家对氢能源网络都有着清晰的规 年要达到 320 个加氢站,2030 年要增加到 900 个加 实现 1000 座加氢站,中国计划到 2030 年建成 1000

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图 15:中国加氢站数量(座)图 16:全球加氢站数量

数据来源:香橙会,国融证券研究与战略发展部

数据来源:香橙会,国融证券研究与战略发展部

2.4 氢燃料电池-电堆系统:氢能车的心脏

氢燃料电池-电堆系统是氢能车的心脏:电堆主要由催化剂、质子交换膜、气体扩散层,以及其他结构件等组成,电堆占燃料电池系统成本的 62%,因此 降低电堆成本是燃料电池汽车商业化的关键。

目前国外车企大多自行开发燃料电池电堆:例如丰田、现代、本田等,有 少数采用合作伙伴的电堆来开发的车企,例如奥迪和加拿大巴拉德,奔驰和福 田,国内目前独立自主开发电堆的企业是上海神力科技和大连新源动力。

图 17:氢燃料电池内部构造

数据来源:公司资料整理,国融证券研究与战略发展部

燃料电池堆主要是由单燃料电池构成,单电池又包括双极板、密封圈、膜 电极(MEA),其中膜电极包括质子交换膜、催化剂层和气体扩散层。

膜电极组件(MEA)是保证电化学反应的核心,MEA 是将质子交换膜、催化 层电极、扩散层在浸润 Nafion 液后,在一定温度和压力下,热压而成的三合 一组件,是保证电化学反应能高效进行的核心,其制备技术不但直接影响电池 性能,而且对降低电池成本、提高电池比功率与比能量至关重要。主流供应商 有美国 3M、美国杜邦、W. L. Gore & Associates、日本旭硝子、英国 JM、德 国 Solvicore 等。

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质子交换膜(PEM)是 MEA 组件核心部件之一,电解质膜的作用是允许质 子通过而阻止未电解的燃料和氧化剂渗透到对方。氢燃料电池的电解质膜主要 用质子交换膜,质子交换膜性能要求非常高,目前使用的质子交换膜均采用全 氟化聚合物材料合成,该材料稳定性好、使用寿命长,但是它的开发和生产难 度很大,制造成本过高,售价昂贵。为了获得稳定而廉价的燃料电池,质子交 换膜是最大的瓶颈和未来必须突破的领域。

双极板主要起到输送和分配燃料、在电堆中隔离阳极阴极气体的作用,一 般采用在石墨板上雕刻流道的方式设计,目前广泛采用的双极板材料为无孔石 墨板,主流供应商有美国 POCO、美国 SHF、美国 Graftech、日本 Fujikura Rubber LTD、日本 Kyushu Refractories CO.LTD、英国 Bac2、加拿大 Ballard 等。

图 18:氢燃料电池占整车 40%,电堆占燃料电池成本 62% 图 19:氢燃料电池汽车动力系统组成部分

数据来源:《中国氢能产业发展报告》,国融证券研究与战略发展部 数据来源:公开资料整理,国融证券研究与战略发展部

催化剂是氢燃料电池电堆的核心部件之一:催化是使电极与电解质界面上 的电荷转移反应得以加速的催化作用,电催化反应速度不仅由电催化剂的活性 决定,而且与双电层内电场及电解质溶液的本性有关。催化层是发生电化学反 应的场所,是电极的核心部分。

催化剂有低铂、铂基及非铂三类,关系到燃料电池电堆的性能和寿命。目 前燃料电池中常用的商用催化剂是 Pt/C,通常用高比表面积的碳搭载铂纳米 颗粒,然后将铂碳催化剂均匀分散在电极表面。

图 20:氢燃料电池催化剂分类

数据来源:《中国氢能产业发展报告》,国融证券研究与战略发展部

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目前,我国的催化剂市场基本海外企业占据,国内企业还处在小批量或研 发阶段。国内外燃料电池催化剂技术差距较大,其中铂族金属载量海外已经进 展到 0.06g/kw,0.35mg/cm2;国内为 0.3g/kw,0.16mg/cm ;活性衰减方面,海外已经实现 3 万次循环后衰减在 5% 以内;国内 3 千次循环后衰减达到 86%。

图 21:生产铂催化剂的厂商

数据来源:《中自科技招股说明书》,国融证券研究与战略发展部

表 4:铂催化剂厂商同业对比

公司 总资产 总部 净资产 营业收入 相关业务
(亿元) (亿元) (亿元)
巴斯夫 德国 机动车排放催化剂
6443 2760 4746
优美科 669 比利时 205 260 催化剂业务
庄信万丰 654.4 英国 251 1296 全球最大的铂金提纯
和分销商
贵研铂业 95.7 中国 36.5 289.3
机动车催化净化器
中自环保 15 中国 5.7 25.8 机动车环保催化剂

数据来源:《中自科技招股说明书》,国融证券研究与战略发展部

根据电解质的不同,常用的燃料电池可以分为五大类:质子交换膜燃料电 池、碱性燃料电池、固体氧化物燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池和磷酸燃料电 池。质子交换膜燃料电池使用固体聚合物作为电解质,含有铂或者铂合金催化 剂的多孔碳作为电极,由于需要贵金属铂作为催化剂,而铂对 CO 很敏感,所 以不采用碳氢化合物,主要采用氢气作为燃料,因此又被成为氢燃料电池。与 其他燃料电池相比,质子交换膜燃料电池可以在相对较低的温度(大约 80℃)下运行,使得其能够更快的启动、对其他部件损害小,因此拥有更长的使用寿 命。此外,燃料电池还具有较高的能量密度,较轻的重量和较小的体积,这种 是最主流的汽车燃料电池的技术路线。质子交换膜燃料电池主要应用在交通运 输和一些固定式的应用,特别适用于乘用车。

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表 5:质子交换膜燃料电池是汽车应用的主流路线

类型 质子交换膜 固体氧化物 碱性 熔融碳酸盐 磷酸盐
简称 PEMFC SOFC AFC MCFC PAFC
燃料 氢/甲醇/天然气 氢/煤气/天然气 氢/煤气/天然气 氢/天然气
电解质 全氟磺酸型 PEM ZrO2-Y2O3 KOH Na2CO3 H3PO4
功率范围 1-300kW 1-250kW 1-100kW 100-5000kW 1-2000kW
电极材料 C-Pt/Pt 金属/金属氧化物 C-Pt/C-PTFE Li-K/Ni C-Pt/Pt
工作温度 <120℃ 500-1000℃ <100℃ 600-700℃ 150-200℃
操作压力 <30Psia 常压 <60Psia <120Psia <120Psia
理论寿命 30000-100000h 30000-40000h 3000-10000h 30000-40000h 30000-40000h
成本估算 500-2000$/kW 1500$/kW 1000$/kW 1250$/kW 200-3000$/kw
比功率(W/kg) 300-1000 15-20 15-20 30-40 100-220
单位面积功率1-2 0.3 0.5 0.2 0.1
260%(H2)、40%60% 60% 50% 40%
(W/cm
转化率

(其他)

适用范围 交通运输、特种辅助电源,分布式军事、航空航天、分布式发电,电力分布式发电
车辆、分布式发发电等 交运、备用电源 设施

电、移动电源、

备用电源

数据来源:公司资料整理,国融证券研究与战略发展部

2.5 下游应用:商用车有望成为氢能最主要的应用领域

图 22:氢技术应用的可能性

数据来源:日本资源能源厅燃料电池推进室,国融证券研究与战略发展部

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截至 2020 年底,全球 16 个国家指定了国家氢能战略,各国对氢能诉求不 同,美国主要是电力供应,利用天然气制取氢气,通过燃料电池发电;日本和 韩国是出于能源安全的考虑;欧洲主要是深度脱碳的考虑,计划到 2030 年累 计投资 240-420 亿欧元用于可再生能源制氢设施建设,德国利用可再生能源电 解水制氢,再把氢气渗入到天然气管道中。我国氢气多用于合成甲醇、合成氨 和石油炼化,少量作为燃料使用,交通、发电等领域应用较小,未来有望在这 些领域发力。

氢能源主要有两个应用端:氢燃料电池车和氢燃料发电。FCV 被称为“终 极环保车”,在车内搭载氢气,通过吸收空气中的氧气发生反应,通过燃料电 池发电来作为驱动汽车的动力,FCV 具有无碳排放、无污染、无噪音等优点,缺点是储运用专业设备,易燃易爆,技术瓶颈是燃料电池堆,技术不完善,生 产成本高。EV 是目前公认的主流,也无污染气体排放,缺点就是锂资源有限,成本较高。

表 6:混动、纯电动和燃料电池汽车对比

项目 混合动力汽车 HEV纯电动汽车 EV燃料电池汽车 FCV
关键技术
动力电池、驱动电机、电路控动力电池、驱动电机、电控系统 动力电池、驱动电机、功率转换器、
制、动力切换器、传统内燃机电控系统

系统

使用能源种类 汽油、天然气、生物质能源、充电电能、煤炭殆尽(二次能源) 氢气、甲醇等发电电能(二次能源)

充电电能(一、二次能源混用)

能源储量、储运开采殆尽,可用 30 年,储运煤炭逐日减少不可再生,储运安氢气、甲醇均没有天然储量,储运用
安全性 用专业设备,易燃易爆 专业设备,易燃易爆
碳排放与污染碳排放量有所降低,氮氧化物无碳排放、无污染气体排放。如无碳排放、无污染
气体 污染气体有所减少,但不是零果充入电能是火电碳,排放量相无噪音
排放 当于传统汽车的 70%
运行噪音
噪音大 无噪音
技术瓶颈 技术较成熟完善,动力电池有最优动力电池为锂电池,锂电池技术有一定基础,达不到商业化运作,
技术的通用性 待完善 能量密度低 燃料电池堆是瓶颈
内燃机技术,凡需动力源的行电动机技术已经普及,多行业使凡需电力驱动的行业均可使用
业,均适用 用充电技术会在现代通讯领域

适用

技术经济成本 技术成熟,结构复杂,经济成技术不够完善,瓶颈多,经济成技术很不完善,瓶颈多,经济成本高,
本较高 本高,主要是锂电池成本 主要是电池成本、能源材料成本

数据来源:公开资料整理,国融证券研究与战略发展部

3.巴拉德:质子交换膜燃料电池全球领先企业

巴拉德动力系统(BLDP.O)是 PEMFC 领域的全球领先企业:成立于 1979 年,从发展初期至今 40 年一直专注于燃料电池领域;

1990 年,开发出 5kw 燃料电池堆;

1992 年,开发 90 kW 公交汽车燃料电池发动机;

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1993 年,巴拉德燃料电池客车在加拿大温哥华首次亮相,与戴姆勒奔驰签 署合作协议,并在多伦多证券交易所(TSX)上市;

1995 年,巴拉德在纳斯达克股票市场上市,燃料电池堆达到 700 瓦特 / 千克的功率密度;

2003 年,在十个欧洲城市部署 30 辆燃料电池客车提供运营服务,在澳大 利亚珀斯部署了三辆燃料电池公交,并在中国北京部署了三辆;

2008 年,巴拉德剥离汽车开发业务,将其转让给合作伙伴戴姆勒公司和伏 特汽车公司;

2013 年,巴拉德签订长期工程服务合同,推进大众汽车公司燃料电池汽车 研究项目,南非 Anglo American Platinum Limited 向巴拉德投入 400 万美 元的战略投资;

2014 年,公司从美国联合技术公司收购燃料电池知识产权;

2015 年,Nisshinbo Holdings Inc. 投入 500 万美元的战略投资;

2016 年,与中国的中山大洋电机股份有限公司建立战略合作伙伴关系,占 股 9.9%,与广东国鸿氢能科技有限公司成立合资企业以在中国生产燃料电池堆,巴拉德计划为中国佛山和云浮两座城市部署的 300 辆燃料电池客车中的首批 22 辆已开始运行。

2017 年,巴拉德与西门子签署 900 万美元的多年开发协议,研发为 Mireo® 通勤列车提供电力的燃料电池发动机;

2018 年,巴拉德与潍柴动力达成具有历史意义的战略合作,占股 19.9%,同 时 , 巴 拉 德 推 出 用 于 重 型 动 力 市 场 新 一 代 高 性 能 液 冷 燃 料 电 池 堆 FCgen®-LCS;

2020 年,由巴拉德燃料电池提供动力的电动汽车行驶里程现已达到 5,000 万公里——足以绕地球 1,250 圈,巴拉德推出高性能燃料电池模块 FCWave™,适用于海洋应用。

图 23:公司重大事件

数据来源:公司官网,国融证券研究与战略发展部

巴拉德与中国公司关系紧密:2016 年,巴拉德与大洋电机建立战略合作关 系,持股 9.9%;2018 年,潍柴动力认购公司 19.9%股权,成为巴拉德第一大股 东。

公司下游客户包括 ElDorado 客车、加拿大 New Flyer 公交车制造商、波 兰索拉瑞斯巴士客车(Solaris Bus & Coach S.A.)、比利时范胡爾公司(Van Hool NV)、WRightbus 客车、全球最大的轨道交通设备供应商中国中车、欧洲 最大的工业制造公司西门子等。

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图 24:公司下游客户

数据来源:公司官网,国融证券研究与战略发展部

巴拉德在 PEM 燃料电池制造业务方面拥有超过 40 年的经验:在燃料电 池产品开发方面投入 10 亿美元,拥有 200 项专利/专利申请,获得约 1,400 项 专利/专利申请使用权限,为客户的清洁能源解决方案交付了 850 兆瓦 (MW) 的燃料电池堆、模块和系统。

巴拉德的重型模块提供从 50kW 到 100kW 的净功率,为您的动力应用提 供灵活的解决方案,包括客车、卡车和轻轨。FCMOVE™,基于 FCgen®-LCS 电 池堆的重型电源模块新型平台,是巴拉德所开发的八代产品的巅峰之作,FCmove™ 平台提供紧凑、完全集成、稳健的燃料电池电源解决方案,总生命周 期成本显著降低,提供 70kW 和 100kW 版本。FCmove™ 产品专为轻松集成到 具有车顶和发动机舱配置的客车和卡车而设计。FCveloCity® 动力模块传统平 台,基于 FCveloCity®-9SSL 电池堆,有 30Kw、85Kw 和 100Kw 版本,适用 于重型应用。

巴拉德的 200 千瓦系统 FCwave™ 专为船用零排放动力设计。巴拉德 FCwave™ 燃料电池模块基于 8,800 多万公里的产品开发和现场经验,经船运 环境运行测试与验证。该模块可以从 200 千瓦扩展至兆瓦,以契合各种内陆 和沿海船只,如渡轮和驳船。

巴拉德有多种空冷和液冷 PEM 燃料电池堆平台,以用于移动和固定式用 途供电。巴拉德商用燃料电池堆经过充分验证,已有超过 670 兆瓦的产品在 全世界的客户当中得以部署。

巴拉德燃料电池产品平台的额定功率介于数千瓦至数兆瓦之间,可为连续 电源应用和备用电源应用提供可靠的系统。FCgen®-H2PM 系统坚持易于安装的 开发理念,可提供 1.7kW 或 5.0kW 模块。燃料电池模块可耦合至满足功率输 出要求,这使得燃料电池系统高度灵活且易于升级,迁移至另一场地也很方便。巴拉德的 FCgen®-H2PM 氢燃料解决方案专为关键基础设施而设计,可提供低 成本、灵活且可靠性较高的备用电源。

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表 7:巴拉德有四大类燃料电池产品

产品名称 产品介绍 应用场景 产品图片
重型模块 巴 拉 德 的 重 型 模 块 提 供 从30kw:小型公交客车和物流卡
车;70-100kw:公交客车、重
30kW 到 100kW 的净功率。
型卡车、轨道车辆。

巴拉德 FCwave™燃料电池模

船舶系统 块基于 8,800 多万公里的产专为船用零排放动力设计
品开发和现场经验,经船运环

境运行测试与验证。

燃料电池堆 提供多种空冷和液冷 PEM 燃以用于移动和固定式用途供电
料电池堆平台。

为固定式发电系统和备用应用

固定电源 提供灵活、模块化且可靠性高连续电源应用和备用电源应用

的产品

数据来源:公司官网,国融证券研究与战略发展部

燃料电池目前还处在发展初期,从公司营收来看,近五年发展缓慢,主要 受到疫情影响,出货量处于震荡态势,公司各项费用比较刚性,2021 年公司的 研发费用占到了收入的一半,多年来公司净利润始终为负。

从营收来看,中国目前是公司主要的收入来源,近五年中国的收入占比达 到 63%、32%、44%、52%和 37%。也引入了两家中国企业作为战略投资者,后续 将进一步打开中国市场,提升市场份额。此外,公司还在丹麦、美国、中国香 港等设有子公司来开展全球业务。

公司也持续推行“e12345”战略,e:参与电动交通生态系统;1:凭借 PEMFC 技术和产品在全球排名第一;2:2 个增长平台——电源产品和技术解决方案;3:3 个主要的市场——欧洲、中国和加利福尼亚;4:价值链的四个部分——

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膜电极制造、双极板、电堆、系统和服务;5:5 个关键应用——公交汽车、卡 车、铁路、船舶和乘用车。

图 25:受到疫情影响,公司营收有一定下滑

数据来源:公司公告,国融证券研究与战略发展部

图 27:中国大陆是公司营收的主要来源

数据来源:公司公告,国融证券研究与战略发展部

图 29:巴拉德全球机构及业务布局

图 26:燃料电池行业处于发展初期,公司未实现盈利

数据来源:公司公告,国融证券研究与战略发展部

图 28:公司始终坚持高研发投入

数据来源:公司公告,国融证券研究与战略发展部

数据来源:公司官网,国融证券研究与战略发展部

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4.投资建议

全球正在经历从化石能源向可再生能源发展的第三次能源革命,各国政府 对于应对气候变化、“碳中和”已经形成高度共识。随着全球能源结构转型的 进程不断加速,越来越多国家积极出台各项政策推动可再生能源的发展。我国 习近平主席宣布在 2060 年实现碳中和;欧盟计划 2050 年实现净排放目标;美 国加州计划 2045 年实现 100%可再生能源;加拿大也是宣布 2050 年实现碳中和。全球已经有 120 多个国家宣布了碳中和时间表。

氢作为清洁、高效、可持续的能源载体,是应对气候变化的关键抓手之一。而利用可再生电力电解水产生的绿色氢气,更是真正做到在生产和消耗过程的 二氧化碳零产生、零排放。氢能源作为储量丰富且易于获取的可再生能源,历 年来得到了各政府的关注。氢能具有清洁低碳属性和跨界应用的潜力,可以广 泛应用在交通、工业等领域,比如说燃料电池的车辆,还有氢能的冶金,同时 也是高耗能和高排放行业的优质替代能源。

氢能获得了各国政府的支持。美国:通过减税促进氢能发展,仅加州就规 划在 2030 年实现 1000+加氢站,100 万+燃料电池车;德国:宣布在公共加氢 站、氢能汽车等领域投入 14 亿欧元建立基金;配合 20 亿欧元的私有投资;日本:意在创造一个“氢能社会”;韩国:发布 2022 年与 2040 年燃料电池车、加氢站等氢能应用领域发展路线图,为加氢站提供财政补贴。

燃料电池汽车产业链:包括上游制氢、储氢、加氢的配套厂商、燃料电池 动力系统厂商和下游整车厂商,其中最核心的是燃料电池动力系统。燃料电池 动力系统主要包括燃料电池系统、驱动电机及控制系统,整车控制系统、辅助 电源、储氢装置。氢燃料电池是氢能产业链最核心的部分,占全车价值 40%,电堆中的催化剂、双极板、质子交换膜等是产业链上占比较大的重要部件,以 海外供应为主导,国产替代空间大。

3 月 23 日,国家发改委和能源局联合印发《氢能产业发展中长期规划(2021-2035 年)》,氢能中长期规划明确了氢能在转型中的重要作用,氢能的 发展从燃料电池车向全工业部门转变,同时也突出了可再生能源制氢的重要地 位,提出 2025 年绿氢达到 10-20 万吨/年,这是首个氢能产业的中长期规划,2022 年氢能补贴政策有望继续发力。

2015 年以来,以宇通、福田等为代表的车企纷纷着手燃料电池汽车的研发 和销售。目前国内氢能车累计销量近 9000 辆,2022 年随着氢能补贴政策继续 发力,有望带动产业链继续放量。具体关注三条投资主线:1)国内氢能重卡 放量带动,建议关注美锦能源、亿华通等;2)有望加快推进核心技术和材料 国产化的环节,关注东岳集团、贵研铂业等;3)积极通过参股巴拉德入局燃 料电池行业的企业,建议关注大洋电机、潍柴动力等。

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5.风险提示
氢燃料汽车销量不达预期;行业竞争加剧;原材料价格继续上行;燃料电 池行业政策不达预期;安全风险。

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表 8:相关标的汇总表(截止 2022 年 04 月 10 日)

证券代码 证券简称 总市值 股价(元) EPS PE 评级
(亿元) 2021E/2022E/2023E 2021E/2022E/2023E
000723.SZ 美锦能源 538 12.6 0.64/0.67/0.85 19.7/18.8/14.8 推荐
000338.SZ 潍柴动力 1160 13.29 1.06/1.17/1.31 16.9/11.4/10.2 推荐
600459.SH 贵研铂业 121 20.45 0.95/1.26/1.63 21.6/16.2/12.5 推荐
600066.SH 宇通客车 181 8.01 0.27/0.47/0.62 40.6/17.2/12.8 推荐

数据来源:Wind,国融证券研究与战略发展部

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投资评级说明

证券投资评级:以报告日后的 6-12 个月内,证券相对于 行业投资评级:以报告日后的 6-12 个月内,行业相对于市场

市场基准指数的涨跌幅为标准 基准指数的涨跌幅为标准

强烈推荐(Buy):相对强于市场表现 20%以上;
推荐(Outperform):相对强于市场表现 5%~20%; 中性(Neutral):相对市场表现在-5%~+5%之间波动; 谨慎(Underperform):相对弱于市场表现 5%以下。

看好(Overweight):行业超越整体市场表现; 中性(Neutral):行业与整体市场表现基本持平; 看淡(Underweight):行业弱于整体市场表现。

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