燃料电池专题报告：积极布局，前景广阔.pdf

本报告的信息均来自已公开信息，关于信息的准确性与完整性， 建议投资者谨慎判断，据此入市，风险自担。 请务必阅读末页声明。 汽车及 零部件 行业 谨慎 推荐 （ 维持 ） 积极布局 ，前景广阔 风险评级： 中 风险 燃料电池专题 报告 2020 年 2 月 13 日 投资要点： 分析师 ： 黎江涛 SAC 执业证书编号： S0340519120001 电话： 0769-22119416 邮箱： lijiangtaodgzq 分析师 ： 卢立亭 SAC 执业证书编号： S0340518040001 电话： 0769-22110925 邮箱： lulitingdgzq 研究助理 ： 张豪杰 S0340118070047 电话： 0769-22119416 邮箱： zhanghaojiedgzq 细分 行业评级 行业指数 走势 资料来源：东莞证券研究所， Wind 相关报告 三问 汽车 行业 ：空间 、未 来与 现在？-20190814 汽车半导体：有望深度受益进口替代 &电动智能互联 -20200202 燃料电池 原理 、 结构及技术特点 。 与锂电池作为储能装置不同，燃料电池是一种非燃烧发电装置，通过电化学反应将阳极的氢气和阴极的氧气的化学能转化为电能。燃料电池核心结构单元主要由膜电极和双极板构成，膜电极包括扩散层、催化剂层、质子交换膜，为反应发生场所；双极板是带流道的金属或石墨板，其主要作用是通过流场给膜电极输送反应气体，同时收集和传导电流并排出反应产生的水和热量。在燃料电池工作时，经过如下过程，第一、反应气体在气体扩散层内扩散；第二、反应气体经过催化剂层，被催化剂吸附后离解；第三、阳极产生的氢离子通过质子交 换膜到达阴极与氧气反应，而电子通过外电路到达阴极产生电。燃料电池 技术壁垒 高 ，结构复杂，适合于中长途车用 ， 预计未来推广路径先商后乘 。 全球 各国 政策大力支持 ，中国 企业逐渐突围 。 燃料电池按照应用场景的不同，可以分为交通运输用、固定式、便携式燃料电池，近年来呈现爆发式增长。 2018 年全球燃料电池出货量达 803.1MW， 2015 年 -2018年复合增长率约 40%，其中主要增量来源于交通运输领域，年复合增速达 70%。整体上，燃料电池应用领域从以清洁电站、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。 受益于政策推动及燃料电池汽车补贴驱动，中国燃料电池汽车销量于 2016 年开始起步，近 3 年复合增速达约 56%， 2018 年销量达 1527 辆，我国燃料电池车产业进入商业化初期阶段。伴随我国燃料电池产业链近几年在政策等扶植下，快速发展，目前已经初步掌握了燃料电池发动机、电堆及其他关键零部件的关键技术，基本建立了具有自主知识产权的车用燃料电池技术体系，质子交换膜、催化剂、气体扩散层、膜电极和双极板等关键指标与国际相近。 投资 建议 ： 积极布局 ，前景广阔 。 我们的认为 ， 燃料电池汽车有望 接力锂电池汽车， 未来前景 广阔 。 近期锂电池产业链 涨幅巨大，而燃料电池产业链涨幅相对滞后；此外，巴拉德 2019 年 初至今涨幅 350%+，我们认为国内燃料电池产业链值得重点关注。建议 重点 关注美锦能源、 贵研铂业 、 雄韬股份、雪人股份、亿华通（ 拟 科创板上市） 、 潍柴动力等。 风险 提示： 燃料电池 车推广不及预期；补贴下降幅度超预期； 安全 事故 ；行业处于发展初期，盈利波动性大 。 -5%0%5%10%15%20%25%30%35%40% 汽车 (申万 ) 沪深 300专题研究 行业研究 证券研究报告 燃料电池专题报告 2 请务必阅读末页声明。 目 录 报告要点 . 4 燃料电池：原理、结构及技术特点 . 6 燃料电池基本原理 . 6 燃料电池技术特征 . 7 燃料 电池发动机系统 . 7 燃料电池应用情况及发展阶段 . 9 全球政策支持力度大，快速增长 . 9 中国燃料电池发展：政策大力支持，产业进入 商业化初期 . 10 国际比较：相关指标快速追赶 . 12 竞争格局：国内企业逐渐突围 . 13 投资建议：积极布局，前期广阔 . 16 风险提示 . 17 燃料电池专题报告 3 请务必阅读末页声明。 插图目录 图表 1：在中国，德勤认为 2027 年燃料电池公交车在全生命周期成本有望与燃油车持平 . 4 图表 2：全球主要国家政策大力支持 . 4 图表 3： 2019/10 至今特斯拉上涨 214% . 5 图表 4： 2019/11 至今新能源车指数涨 43% . 5 图表 5： 2019 年至今巴拉德上涨 375% . 5 图表 6： 2019 年至今燃料电 池指数涨 34% . 5 图表 7：国内竞争格局 . 5 图表 8：燃料电池基本原理 . 6 图表 9：氢气与汽油蒸汽、天然气性质比较 . 7 图表 10：车用燃料电池发动机系统结构 . 8 图表 11：电堆内部结构 . 8 图表 12：全球燃料电池历年出货量 . 9 图表 13：全球主要国家氢燃料电池车保有量目标 . 10 图表 14：中国氢能及燃料电池产业总体目标 . 10 图表 15：中国燃料电池车销量（辆） . 11 图表 16：中国燃料电池车发展目标（辆） . 11 图表 17：中国燃料电池车补贴政策 . 12 图表 18：国内外质子交换膜燃料电池系统技术指标对比 . 12 图表 19：国际主要的新能源乘用车性能比较 . 13 图表 20：车用燃料电池产业链 . 14 图表 21：国内外主要的燃料电池产业链企业 . 14 图表 22：国内外主要企业燃料电池布局情况 . 15 图表 23：国内主要燃料电池产业上市公司布局情况 . 16 燃料电池专题报告 4 请务必阅读末页声明。 报告要点 燃料电池 具备具备环保、高效等 特征 。 得益于 环保 、高效等特征，燃料电池 是用于汽车领域 前景广阔 的产品 。 如果 燃料电池 成本取得有效突破， 规模 提升，有望接力锂电池车成为 新能源 领域的重要补充。 根据 德勤 联合 巴拉德 的预测，预计到 2027 年燃料电池公交车 与燃油 公交车 在全生命周期成本持平 ，经济性 正在离我们越来越近。 图 表 1：在中国 ， 德勤 认为 2027 年 燃料电池 公交车在全 生命周期成本有望与燃油车持平 资料来源： 巴拉德， 德勤 ，东莞证券 研究所 政策 大力支持。 全球 主要国家大力支持燃料电池车的发展，包括美国、中国、欧洲、日本等 均 出台相关政策 。 欧洲 规划到 2030 年， 燃料电池乘用车保有量达 370 万 辆 。 图 表 2：全球 主要国家政策大力支持 资料来源： 巴拉德， 德勤 ，东莞证券 研究所 资本 市场看好。 2019 年 10 月 至今特斯拉上涨 214%， 叠加 欧洲电动车 前景 明朗 ， 国内补贴政策趋暖等因素， 国内新能源 车 指数 从 2019 年 11 月 至今涨幅达 43%。 宁德时代 、璞泰来、恩捷股份、三花智控、 均胜电子 等均涨幅巨大。 反过来 看燃料电池指数， 2019年上半年 受锂电池 车 补贴 大幅 下调影响， 锂电池 产业链表现承压，燃料电池指数涨幅喜燃料电池专题报告 5 请务必阅读末页声明。 人 ， 之后大幅调整 。我们 认为 ，燃料电池前景广阔，有望成为锂电池重要补充。 2019年 至今巴拉德涨幅达 375%，证明资本市场看好燃料电池。建议 重点 关注 国内 相关 公司，包括美锦能源、贵研铂业、雄韬股份、雪人股份、潍柴动力等。 国内竞争格局 。 截止到 2019 年 9 月 ， 被 纳入 新能源汽车推广应用推荐车型目录 的燃料电池 车型共计 155 款， 主要配套情况如下。 图 表 7： 国内 竞争格局 资料来源： 亿华通 招股说明书 ，东莞证券 研究所 图 表 3： 2019/10 至今 特斯拉 上涨 214% 图 表 4： 2019/11 至今新能源车指数涨 43% 资料来源： Wind， 东莞证券 研究所 资料来源： Wind， 东莞证券 研究所 图 表 5： 2019 年 至今 巴拉德 上涨 375% 图 表 6： 2019 年 至今 燃料电池 指数涨 34% 资料来源： Wind， 东莞证券 研究所 资料来源： Wind， 东莞证券 研究所 - 50%0%50%100%150%200%250%300%2019- 10- 01 2 0 1 9 - 1 1 - 0 1 2019- 12- 01 2020- 01- 01 2020- 02- 010%5%10%15%20%25%30%35%40%45%50%2019- 10- 31 2019- 11- 30 2019- 12- 31 2020- 01- 310%50%100%150%200%250%300%350%400%450%- 20%0%20%40%60%80%100%120%燃料电池专题报告 6 请务必阅读末页声明。 燃料电池：原理、结构及技术特点 燃料电池基本 原理 燃料电池技术主要有碱性燃料电池、磷酸燃料电池、固体氧化物燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池和质子交换膜燃料电池。在商业应用来看，熔融碳酸盐燃料电池、质子交换膜燃料电池和固体氧化物燃料电池是最主要的三种技术路线。固体氧化物燃料电池则具有能量转化率高、全固态、模块化组装等优点，常用在大型集中供电、中型分电、小型家用热电联供领域作为固定电站。质子交换膜燃料电池由于其工作温度低、启动快、比功率高等优点，非常适合应用于交通和固定式电源领域，逐步成为现阶段国内主流的应用技术。 与锂电池作为储能装置不同，燃料电池是一种非燃烧发电装置，通过电化学反应将阳极的氢气和阴极的氧气的化学能转化为电能。燃料电池核心结构单元主要由膜电极和双极板构成，膜电极包括扩散层、催化剂层、质子交换膜，为反应发生场所；双极板是带流道的金属或石墨板，其主要作用是通过流场给膜电极输送反应气体，同时收集和传导电流并排出反应产生的水和热量。 在燃料电池工作时，经过如下过程，第一、反应气体在气体扩散层内扩散；第二、反应气体经过催化剂层，被催化剂吸附后离解；第三、阳极产生的氢离子通过质子交换膜到达阴极与氧气反应，而电子通 过外电路到达阴极产生电。 图 表 8： 燃料电池 基本原理 资料来源： 百度 图片 ， 东莞证券 研究所 燃料电池专题报告 7 请务必阅读末页声明。 燃料电池 技术 特征 燃料电池电化学反应仅消耗氧气与氢气，反应过程不涉及燃烧，反应的产物仅为水，并产生热量及电。同时，氢气的热值（约 140MJ/kg）约为传统汽油的 3 倍，通过燃料电池可实现综合转化效率 90%以上。 氢气具有燃点低、爆炸区间范围宽和扩散系数大等特点，长期以来被作为危化品 管理。氢气是已知密度最小的气体，比重远低于空气，扩散系数是汽油的 12 倍，发生泄漏后极易消散，不容易形成可爆炸气雾，爆炸下限浓度远高于汽油和天然气，因此，在开放空间下安全可控，但在不同形式的受限空间中，比如隧道、地下停车场等的泄露扩散规律仍有待深入研究 。 图 表 9： 氢气与汽油蒸汽、天然气性质比较 资料来源： 中国氢能联盟 ，东莞证券 研究所 燃料电池是高效利用氢能的重要途径。 1839 年，欧洲科学家 William.R.Grove 发明了世界第一个氢氧气体电池。 1909 年，诺贝尔奖获得者 W.F.Ostwald 提出了完整的燃料电池工作原理。 20 世纪 60 年代，燃料电池作为辅助电源首次应用于航天飞船。 1967年，第一辆燃料电池车在美国诞生。进入 21 世纪以来，美国、日本、韩国等国家作为全球燃料电池的倡导者和领跑者，高度重视燃料电池技术的开发。目前燃料电池电堆的功率密度、寿命、冷启动等关键技术与成本瓶颈已逐步取得突破，国际先进水平的电堆功率已经达到 3.1kw/L，乘用车系统使用寿命普遍达到 5000h，商用车达到 20000h，车用燃料电池系统发动 机成本相较于 21 世纪下降 80%-95%，价格在 49 美元 /kw（按年产量 50 万台计算），接近内燃机的 30 美元 /kw。 相较于纯电动车，燃料电池汽车在续航里程、加注时间、低温环境适应性上可以提供更好的解决方案，最具代表性的丰田 Mirai 燃料电池汽车续航里程达到 502km，加注氢时间仅需 5 分钟，可以实现零下 30低温启动。因此，从燃料电池的技术特征来看，燃料 电池车具有更强的环境适用性，更加适用于中长途、中大型等商用领域 。 燃料电池发动机系统 燃料电池发动机系统主要由燃料电池发动机、 DC-DC 转换器、车载氢系统 等构成，其中燃料电池发动机主要包括电堆、发动机控制器、氢气供给系统、空气供给系统等。相较于 传统燃油车或纯电动汽车动力系统，燃料电池发动机系统结构较为复杂 。 技术指标 氢气 汽油蒸汽 天然气爆炸极限（% ） 4 . 1 - 7 5 1 . 4 - 7 . 6 5 . 3 - 1 5燃烧点能量（M J) 0 . 0 2 0 . 2 0 . 2 9扩散系数（ / s） 6 .1 1 1 0 -5 0 .5 5 1 0 -5 1 .6 1 1 0 -5能量密度（M J/ k g ) 143 44 42燃料电池专题报告 8 请务必阅读末页声明。 图 表 10： 车用燃料电池发动机系统结构 资料来源： 亿华通招股说明书 ，东莞证券 研究所 燃料电池电堆是发动机系统核心零部件，是氢气和氧气的电化学反应场所，鉴于单个燃料电池单元输出功率较小，实践中通常通过将多个燃料电池单元以串联方式组合来构成电堆提升整体输出功率。也即是，电堆是 由双极板与膜电极交替叠合，各 单元之间嵌入密封件，经前后端板压紧后用螺杆拴牢，构成的复合组件 。 图 表 11： 电堆内部结构 资料来源： 亿华通招股说明书 ，东莞证券 研究所 除电堆外，燃料电池发动机还需要一系列辅助系统才能实现其功能，比如，其中控制系统通过高精度调节反应气体的压力及流量等使得电堆中的反应维持一定的输出功率、温度及湿度等。燃料电池发动机系统需要配备由车载高压储氢瓶和配套阀件组成的车载氢系统 用于储存燃料，以及用于实现燃料电池与整车之间解耦的 DC-DC 变换器 。 燃料电池专题报告 9 请务必阅读末页声明。 燃料电池 应用情况及发展阶段 全球政策支持力度大，快速增长 燃料电池按照应用场景的不同，可以分为交通运输用、固定式、便携式燃料电池，近年来呈现爆发式增长。 2018 年全球燃料电池出货量达 803.1MW， 2015 年 -2018 年复合增长率约 40%，其中主要增量来源于交通运输领域，年复合增速达 70%。整体上，燃料电池应用领域从以清洁电站、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 。 图 表 12： 全球燃料电池历年出货量 资料来源： E4Tech The Fuel Cell Industry Review 2018 ，东莞证券 研究所 在交通运输领域，日本是全球发展氢燃料电池车最为积极的国家，由于土地资源等限制，90%以上的能源消费依赖于进口石化能源，能源自给率低使得氢能源被日本视为保障日本能源安全的重要抓手。日本政府在 2014 年提出“氢能源基本战略”，并为氢能发展提供巨额的资金支持用于研发和购车补贴，极大的推动了氢能源和燃料电池领域的技术突破和产业化。以丰田、本田为代表的日本领先企业早在上世纪 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 等技术水平较为领先的燃料电池汽车。截止到 2018 年底，日本燃料电池乘用车保有量超过 2839 台，并累计完成 113 座加氢站建设。 美国在氢能及燃料电池领域拥有的专利仅次于日本，尤其是在全球质子交换膜燃料电池、燃料电池系统、车载储氢三大领域技术专利上，两国的技术占比总和超过 50%。美国液氢产能和燃料电池乘用车保有量全球第一。截止到 2018 年底，美国在营加氢站 42 座，计划到 2020 年建成 75 座， 2025 年达到 200 座。美国燃料电池乘用车达到 5899 辆。 2008 年以来，韩国政府继续加大对氢能源技术研发和产业化的扶植力度，先后投入3500 亿韩元实施“低碳绿色增长战略”、“绿色氢城市示范”等项目。 2018 年，韩国政府将氢能产业定位为三大战略投资领域之一，并在 2019 年正式发布氢能经济发展路线图，提出 2030 年进入氢能社会，并在未来 5 年投资 2.6 万亿韩元，把氢能经济打造燃料电池专题报告 10 请务必阅读末页声明。 成拉动创新增长的重要动力。 2018 年韩国现代正式发布第二代燃料电池车 Nexo，电堆最大输出功率达 95kw，续航里程达 800km。韩国计划 2020 年建成 80 座加氢站，截止 2018 年底在营 14 座。 燃料电池车 2018 年底保有量约 300 辆，计划保有量 2025年达到 15 万辆 。 图 表 13： 全球主要国家氢燃料电池车保有量目标 资料来源： 中国氢能联盟，亿华通招股说明书 ，东莞证券 研究所 中国燃料电池发展：政策大力支持，产业进入商业化初期 燃料电池汽车早在“十一五”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的战略地位，其根本目标是降低中国能源对外依存度、减少城市大气污染，推动我国汽车弯道超车 。 图 表 14： 中国氢能及燃料电池产业总体目标 资料来源： 中国氢能联盟 ，东莞证券 研究所 受益于政策推动及燃料电池汽车补贴驱动，中国燃料电池汽车销量于 2016 年开始起步，国家 2017年 2020年 2022年 2025年 2 0 2 8 年 2030年美国 4 , 5 0 0 1 3 , 0 0 0 4 0 , 0 0 0 1 , 0 0 0 , 0 0 0日本 2 , 4 0 0 4 0 , 0 0 0 2 0 0 , 0 0 0 8 0 0 , 0 0 0德国 500法国 250 5 , 0 0 0荷兰 41 2 , 0 0 0韩国 3 0 0 （2 0 1 8 年） 8 1 , 0 0 0 1 5 0 , 0 0 0 6 3 0 , 0 0 0中国 约3 5 0 0 辆（2 0 1 8 年） 5 , 0 0 0 5 0 , 0 0 0 1 , 0 0 0 , 0 0 0现状（2 0 1 9 年）近期目标（2 0 2 0 - 2 0 2 5 ）中期目标（2 0 2 6 - 2 0 3 5 ）远期目标（2 0 3 6 - 2 0 5 0 ）2 . 7 0 % 4% 5 . 9 0 % 10%3 , 0 0 0 1 0 , 0 0 0 5 0 , 0 0 0 1 2 0 , 0 0 0加氢站（座） 23 200 1 , 5 0 0 1 0 , 0 0 0燃料电池车（万辆） 0 . 2 5 130 500固定式电源/ 电站（座） 200 1000 5 , 0 0 0 2 0 , 0 0 0燃料电池系统（万套） 1 6 150 550装备制造规模氢能源比例产业产值（亿元）产业目标