鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：1046次 | 2020年03月05日
氫燃料電池中下游投資機(jī)會(huì)
從資金門檻和技術(shù)門檻角度，未來(lái)有較高的市場(chǎng)份額和利潤(rùn)空間的公司存在機(jī)會(huì)，細(xì)分板塊推薦順序是燃料鋰電池商用車、加氫站、質(zhì)子交換膜、燃料鋰電池電堆及系統(tǒng)。
氫燃料鋰電池的下游應(yīng)用
氫能源燃料鋰電池下游重要分三大市場(chǎng)，分別是固定式電源、便攜式電源與交通運(yùn)輸動(dòng)力電源。
氫燃料鋰電池作為一種清潔能源形式，在備用電源系統(tǒng)等領(lǐng)域也有快速落地的契機(jī)（例如：作為通訊基站備用電源，取代目前的鉛酸/鋰離子電池和移動(dòng)油機(jī)）。
在交通運(yùn)輸動(dòng)力領(lǐng)域，從質(zhì)量能量密度與體積能量密度的角度來(lái)看，氫燃料鋰電池適合對(duì)占用空間要求不高的交運(yùn)場(chǎng)景，例如商用車、航運(yùn)或特種。
·高質(zhì)量能量密度，適合交通應(yīng)用。
單位質(zhì)量的氫可以供應(yīng)汽油柴油約3倍左右的能量，即使是目前最佳水平的300wh/kg三元鋰離子電池，氫大約可以供應(yīng)其120倍左右的能量。
關(guān)于交通工具而言，質(zhì)量的新增往往會(huì)帶來(lái)能耗的新增，新能源汽車新增裝機(jī)量，但不能帶來(lái)成比例的里程提升就是一個(gè)例子。
·低體積能量密度，適合對(duì)空間要求不高的應(yīng)用。
單位體積的氫所能供應(yīng)的能量較低，1L的柴油所對(duì)應(yīng)的能量大約要加注7.8升的70Mpa或13.1升35Mpa的壓縮氫氣，因此氫燃料車輛儲(chǔ)氫所占空間較大。
燃料鋰電池商用車更易落地，門檻高的核心零部件也值得關(guān)注。
目前，燃料鋰電池汽車的全球格局呈現(xiàn)出日韓重要發(fā)展燃料鋰電池乘用車，美國(guó)重要發(fā)展燃料鋰電池非道路車輛的區(qū)域性特點(diǎn)。
1.在我國(guó)由于乘用車電氣化已經(jīng)有較好的鋰電基礎(chǔ)，氫燃料發(fā)展缺乏必要性。
2.基于鋰電的商用車隨著續(xù)航里程新增，加裝鋰電的邊際效用迅速降低。
3.商用車電氣化要考慮生產(chǎn)資料屬性，鋰電帶來(lái)的充電時(shí)長(zhǎng)降低了商用車的實(shí)際利用效率。
4.商用車往往車群密集，行駛路徑固定，初期少部分加氫站就可以滿足區(qū)域內(nèi)營(yíng)運(yùn)需求。因此我們認(rèn)為商用車更易落地推廣、存在投資機(jī)會(huì)。
氫燃料膜電極與電堆的研發(fā)、生產(chǎn)、制造存在技術(shù)壁壘，目前國(guó)內(nèi)頭部公司仍依賴海外公司技術(shù)許可/轉(zhuǎn)讓。
我們認(rèn)為若自主公司在膜電極和電堆領(lǐng)域建立起完善技術(shù)能力、供應(yīng)高性價(jià)比產(chǎn)品，將會(huì)供應(yīng)長(zhǎng)時(shí)間的壁壘，而其他核心零部件領(lǐng)域存在自主替代的可行性，或存在中短時(shí)間投資機(jī)會(huì)。
氫能源中下游產(chǎn)業(yè)鏈：乘用車日韓領(lǐng)先，商用車國(guó)內(nèi)更易落地，關(guān)鍵零部件存在本地化機(jī)會(huì)。
主流乘用車企在氫燃料鋰電池的進(jìn)展：日韓技術(shù)領(lǐng)先，美國(guó)是最大消費(fèi)國(guó)，我國(guó)上汽和長(zhǎng)城先公布局。燃料鋰電池乘用車已經(jīng)開(kāi)始走下展臺(tái)，進(jìn)入到消費(fèi)者可選車型中。
目前，量產(chǎn)狀態(tài)車型以海外為主，日韓車企布局更為積極。豐田、本田、現(xiàn)代均已實(shí)現(xiàn)車輛量產(chǎn)，2018年全球銷量分別為2393/1155/887輛，豐田Mirai始終占據(jù)著最暢銷車型的位置。
而從國(guó)別來(lái)看，美國(guó)成為最大消費(fèi)國(guó)，約有60%氫燃料鋰電池乘用車在美國(guó)銷售，見(jiàn)圖表3-4。
從車企的布局來(lái)看，除了已經(jīng)走向量產(chǎn)的日韓車企，德系車企亦進(jìn)行了大量的技術(shù)儲(chǔ)備，其中奔馳GLCF-cell技術(shù)已經(jīng)達(dá)到量產(chǎn)狀態(tài)，但受制于過(guò)高的價(jià)格，該技術(shù)僅交付給政府/公司客戶。
另外，大眾、奧迪、寶馬也公布了眾多概念車型。美國(guó)公司中通用汽車選擇了和本田合作開(kāi)發(fā)，而福特與克萊斯勒則布局較少。詳見(jiàn)圖表5。
我國(guó)車企對(duì)燃料鋰電池技術(shù)保持密切的關(guān)注，其中上汽集團(tuán)和長(zhǎng)城汽車的進(jìn)展較為領(lǐng)先。
上汽乘用車榮威950燃料鋰電池車于2016年推出，并在2017年交付50輛。孵化于上汽集團(tuán)的上海捷氫，具有完整的乘用車、商用車燃料鋰電池系統(tǒng)研發(fā)設(shè)計(jì)和交付能力。
長(zhǎng)城汽車近年也在氫燃料賽道上頻頻發(fā)力：成立了氫能技術(shù)中心進(jìn)行前瞻研究，一期建設(shè)投資約4.7億元，二期投資約9200萬(wàn)元，包括主體綜合實(shí)驗(yàn)中心、液態(tài)加氫站、制氫和液化區(qū)。
長(zhǎng)城汽車作為首家我國(guó)車企加入了國(guó)際氫能委員會(huì)；入股加氫站公司布局基礎(chǔ)建設(shè)，與德國(guó)H2M簽署諒解備忘錄，增資入股約5%股份；控股上燃動(dòng)力，具有完整的車用燃料鋰電池系統(tǒng)集成開(kāi)發(fā)和量產(chǎn)的能力，見(jiàn)圖表6-7。
燃料鋰電池商用車在我國(guó)更易落地
氫燃料更高的質(zhì)量能量密度使得商用車對(duì)燃料鋰電池接受程度更高。
2018年，保險(xiǎn)口徑全國(guó)燃料鋰電池商用車上牌量為833輛，占新能源商用車上牌比例約為0.53%，且從車型大小來(lái)看，在中大型車輛中滲透率更高，見(jiàn)圖表8-9。
基于鋰電的商用車隨著里程新增，邊際效用遞減。對(duì)商用車而言，儲(chǔ)能系統(tǒng)（鋰電、氫罐）質(zhì)量約輕，意味著就可以分配更多的載重給貨物，提升運(yùn)營(yíng)效率。
而伴隨著里程數(shù)新增，鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的質(zhì)量新增顯著高于氫燃料鋰電池儲(chǔ)氫系統(tǒng)。特別在商用車領(lǐng)域現(xiàn)在只能使用能量密度更低的磷酸鐵鋰離子電池，使得經(jīng)濟(jì)性的邊際效用更低，如圖表10-12。
商用車電氣化要考慮生產(chǎn)資料屬性。商用車屬于生產(chǎn)資料，盡可能拉長(zhǎng)商用車的運(yùn)輸時(shí)長(zhǎng)，可以提升運(yùn)輸量從而優(yōu)化生產(chǎn)效益，公路貨運(yùn)車輛有時(shí)候配備2名駕駛員，而減少車輛停靠就是具體體現(xiàn)。
目前，200kWh的磷酸鐵鋰離子電池在380V電源下的充電時(shí)長(zhǎng)約在4-5小時(shí)左右，而加注壓縮氫氣的時(shí)間往往小于15分鐘。因此從運(yùn)輸效率的角度考慮，鋰離子電池并不適合在商用車落地。
少量加氫站可以滿足商用車應(yīng)用要求。新能源乘用車區(qū)域分布較廣，且行駛路徑具有較高的不確定性，伴隨新能源乘用車迅速發(fā)展，配套充電樁要在選址、數(shù)量和營(yíng)運(yùn)等多維度下尋找最優(yōu)解，前期往往要全國(guó)范圍內(nèi)大范圍鋪設(shè)充電樁，見(jiàn)圖表13。
而商用車往往車群密集，行駛路徑固定，初期少部分加氫站就可以滿足區(qū)域內(nèi)營(yíng)運(yùn)需求。
氫燃料鋰電池或以增程器形式與鋰電技術(shù)長(zhǎng)期共存
氫燃料鋰電池技術(shù)是鋰離子電池技術(shù)的補(bǔ)充。氫燃料鋰電池電堆本質(zhì)上是供應(yīng)電能的發(fā)電機(jī)，得益于其：
1.加注燃料速度快。
2.壓縮氫氣/液氫質(zhì)量能量密度遠(yuǎn)大于鋰離子電池。
3.較內(nèi)燃機(jī)更加環(huán)保節(jié)能，我們認(rèn)為氫燃料鋰電池技術(shù)或以增程器形式與鋰電技術(shù)長(zhǎng)期共存。
燃料鋰電池系統(tǒng)及核心零部件：膜電極與電堆仍存在較高技術(shù)壁壘
在眾多燃料鋰電池技術(shù)路線中，基于質(zhì)子交換膜技術(shù)的燃料鋰電池得益于高能量和功率密度、快速啟動(dòng)能力、適宜的工作溫度等優(yōu)點(diǎn)，比較適合車輛與家用發(fā)電，見(jiàn)圖表15。
質(zhì)子交換膜燃料鋰電池一般有五層結(jié)構(gòu)，最中間是質(zhì)子交換膜（PEM）、也就是實(shí)際起到單向傳輸質(zhì)子并且隔離兩端反應(yīng)物的關(guān)鍵部件。
質(zhì)子交換膜兩側(cè)涂覆有催化材料，決定了電堆的電性能和壽命。氣體擴(kuò)散層將氫氣和氧氣均勻的分布至催化材料表面，并起到匯集電流、支撐催化層和排除副產(chǎn)物的作用。
質(zhì)子交換膜、催化劑與氣體擴(kuò)散層一起，形成了膜電極組件。膜電極組件的兩側(cè)加上起到機(jī)械支撐、供應(yīng)氣體通道、供應(yīng)冷卻液通道的雙極板，組成一個(gè)完整的燃料鋰電池單體電芯，見(jiàn)圖表16。
燃料鋰電池系統(tǒng)除了電堆外，還要一些輔助系統(tǒng)。以汽車應(yīng)用為例，空氣路控制系統(tǒng)、氫氣路控制系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和增濕系統(tǒng)組成了燃料鋰電池汽車的四大輔助系統(tǒng)，見(jiàn)圖表17。
空氣路控制系統(tǒng)包括空壓機(jī)、中冷器、過(guò)濾器、水氣分離器、背壓閥等，負(fù)責(zé)將空氣輸送到燃料鋰電池電堆陰極。
氫氣路控制系統(tǒng)包括高壓氫罐、減壓閥、氫氣噴射器、氫氣循環(huán)泵、壓力/溫度/氫氣濃度傳感器等，負(fù)責(zé)將氫氣輸送至燃料鋰電池陽(yáng)極。
增濕系統(tǒng)用來(lái)給空氣路提高相對(duì)濕度，潤(rùn)濕質(zhì)子交換膜以提升質(zhì)子傳導(dǎo)性。
燃料鋰電池冷卻系統(tǒng)與鋰離子電池系統(tǒng)的水冷方法相似，冷卻液從電堆中吸收熱量，并通過(guò)換熱設(shè)備對(duì)外放熱。系統(tǒng)包括水泵、散熱器、去離子裝置、三通閥等。電堆及系統(tǒng)級(jí)別的零部件種類較多，海內(nèi)外相關(guān)公司梳理在圖表18。
膜電極與電堆仍存在較高技術(shù)壁壘，其余關(guān)鍵零部件短時(shí)間有本土化可行性。
氫燃料膜電極與電堆的研發(fā)、生產(chǎn)、制造存在技術(shù)壁壘，目前行業(yè)中的競(jìng)爭(zhēng)者數(shù)量相對(duì)較少。
目前，在我國(guó)處于頭部的商用車電堆供應(yīng)商重要有巴拉德、億華通、廣東國(guó)鴻、雄韜股份、上海重塑；乘用車電堆供應(yīng)商有新源動(dòng)力。
而海外還有加拿大Hydrogenics，美國(guó)Gore和美國(guó)專注于物料搬運(yùn)市場(chǎng)的PlugPower等，這幾家在我國(guó)布局較少。
上述公司中還有部分公司重要依靠巴拉德的技術(shù)許可和技術(shù)轉(zhuǎn)讓，其中包括了廣東國(guó)鴻、大洋電機(jī)和濰柴動(dòng)力，見(jiàn)圖表19和附錄I。
2013-2018年巴拉德動(dòng)力通過(guò)技術(shù)許可和轉(zhuǎn)讓獲取的收入超過(guò)300萬(wàn)美元，重要的業(yè)務(wù)模式為相同產(chǎn)品多次授權(quán)或雙極板等零部件獨(dú)家授權(quán)，但國(guó)內(nèi)均未獲得膜電極的技術(shù)授權(quán)。
其余的零部件例如空壓機(jī)、氫氣循環(huán)泵、雙極板、傳感器等屬于相似產(chǎn)品在燃料鋰電池上的拓展應(yīng)用，要針對(duì)氫氣這種特定媒介解決一系列防爆、防泄漏、防氫脆、防污染質(zhì)子交換膜等特定問(wèn)題。
系統(tǒng)成本與規(guī)模相關(guān)，美國(guó)能源部預(yù)測(cè)年產(chǎn)10萬(wàn)套時(shí)成本可至50美元/千瓦。規(guī)模化生產(chǎn)和技術(shù)進(jìn)步將持續(xù)帶動(dòng)燃料鋰電池系統(tǒng)成本下移。
據(jù)美國(guó)能源局測(cè)算，80kW的車載質(zhì)子交換膜燃料鋰電池系統(tǒng)的成本當(dāng)達(dá)到年產(chǎn)10萬(wàn)套時(shí)可下降至50美元/千瓦，而達(dá)產(chǎn)50萬(wàn)套時(shí)可下降至45美元/千瓦，見(jiàn)圖表20-21。
我國(guó)的氫能源經(jīng)濟(jì)呈現(xiàn)3+1的地域性集群分布。
我國(guó)的氫能源經(jīng)濟(jì)地圖，呈現(xiàn)了3+1的產(chǎn)業(yè)鏈集群分布，暨華東、華北、中南和四川省，見(jiàn)圖表22。3+1地區(qū)政府出臺(tái)了相應(yīng)的扶持政策，涌現(xiàn)了貫穿從氫能制備到下游整車應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)鏈集群。
河北、湖北、山東面對(duì)新舊經(jīng)濟(jì)動(dòng)能轉(zhuǎn)換。新經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，部分體現(xiàn)在第三產(chǎn)業(yè)對(duì)GDP的拉動(dòng)作用持續(xù)提升。在華北、華東、中南重要省份中，截止2018年河北、湖北和山東第三產(chǎn)業(yè)對(duì)GDP的貢獻(xiàn)率為46%/48%/50%，低于廣東、浙江等省，見(jiàn)圖表23。
氫能經(jīng)濟(jì)不僅是制造業(yè)，其上游帶來(lái)的加氫網(wǎng)絡(luò)鋪建，中游帶來(lái)的科研與技術(shù)服務(wù)，下游帶來(lái)的交運(yùn)等拉動(dòng)將有助于新老經(jīng)濟(jì)動(dòng)能轉(zhuǎn)換。
山西面對(duì)資源型地區(qū)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型。山西的工業(yè)結(jié)構(gòu)以煤炭開(kāi)采和洗選業(yè)為主，占比為48%（2016年），屬于典型的資源型地區(qū)經(jīng)濟(jì)。其余占比較高的行業(yè)例如黑色金屬采選等也顯示省內(nèi)工業(yè)結(jié)構(gòu)重型化比較明顯，見(jiàn)圖表24。
山西作為資源經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型改革試驗(yàn)區(qū)，有較強(qiáng)的動(dòng)力推動(dòng)能源供給革命、能源消費(fèi)革命、開(kāi)展產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。
四川要?dú)淠茏鳛闂壦娏空{(diào)節(jié)手段。2018年四川全社會(huì)用電量為2459億千瓦時(shí)，同比兩位數(shù)上升，而四川17年水電發(fā)電量有3041億千瓦時(shí)。
據(jù)國(guó)家電網(wǎng)四川電力公司公布數(shù)據(jù)顯示，2012年至2017年，四川電網(wǎng)“調(diào)峰棄水電量”分別為76億千瓦時(shí)、26億千瓦時(shí)、97億千瓦時(shí)、102億千瓦時(shí)、141.43億千瓦時(shí)、139.96億千瓦時(shí)。
“調(diào)峰棄水電量”僅占全部棄水電量的較小比重。清潔能源電力占比較高的區(qū)域有通過(guò)氫能削峰填谷、消納多余新能源電力的能力。
長(zhǎng)三角、珠三角一直是高新公司聚集地。從高新技術(shù)公司年總產(chǎn)值來(lái)看，2017年江浙滬地區(qū)貢獻(xiàn)超過(guò)6萬(wàn)億元，廣東省超4萬(wàn)億元。
從高新技術(shù)公司數(shù)目來(lái)看，江浙滬地區(qū)超3萬(wàn)家，廣東省也約3萬(wàn)家，均處在全國(guó)最前列，見(jiàn)圖表25。
氫能產(chǎn)業(yè)鏈還有眾多難題尚待突破，許多產(chǎn)業(yè)鏈零部件公司落戶在長(zhǎng)三角、珠三角，是因?yàn)榭梢詫ひ捀哔|(zhì)量科研人員以及良好的研發(fā)環(huán)境。
華北、華東和中南地區(qū)是貨運(yùn)集聚地，有氫燃料商用車落地的可行性。華北、華東和中南地區(qū)是貨物運(yùn)輸需求量最大的區(qū)域，本身具有清潔商用車的需求，見(jiàn)圖表26。
燃料鋰電池汽車銷量及滲透率預(yù)測(cè):2022年約1.23萬(wàn)輛
上文討論中，我們強(qiáng)調(diào)燃料鋰電池技術(shù)在商用車更易落地，而在乘用車領(lǐng)域燃料鋰電池技術(shù)或以增程器形式與鋰電技術(shù)長(zhǎng)期共存。
由于燃料鋰電池系統(tǒng)成本短時(shí)間內(nèi)無(wú)法與三缸發(fā)動(dòng)機(jī)媲美，因此我們認(rèn)為，短時(shí)間內(nèi)乘用車領(lǐng)域較難出現(xiàn)燃料鋰電池的規(guī)模量產(chǎn)。
與市場(chǎng)不同的是，我們認(rèn)為即使2019年燃料鋰電池行業(yè)復(fù)現(xiàn)2009年對(duì)新能源汽車“十城千輛”的政策，可能也要3年時(shí)間才能突破萬(wàn)輛的銷售關(guān)卡。
燃料鋰電池“十城千輛”政策沒(méi)有乘用車參與。09年面對(duì)新能源汽車的“十城千輛”示范推廣應(yīng)用工程，囊括了乘用車和商用車。
燃料鋰電池“十城千輛”短時(shí)間或僅有公交車可以落地。目前高昂的采購(gòu)成本和仍不完善的加氫設(shè)施決定了以盈利為目標(biāo)的市內(nèi)物流車、城際間貨運(yùn)車輛不會(huì)采用燃料鋰電池技術(shù)。
如假設(shè)2022年燃料鋰電池貨車占新能源商用車2%、燃料鋰電池客車占比6%，對(duì)應(yīng)22年0.39/0.84萬(wàn)輛。
而截止22年仍然缺乏能規(guī)模性量產(chǎn)且銷售的燃料鋰電池乘用車，全年全口徑下燃料鋰電池汽車銷量為1.23萬(wàn)輛。
