解构燃料电池产业链：海外优势显著，国产加速突围.pdf

证券研究报告 新三板高端装备专题报告 解构 燃料电池 产业链 ：海外优势显著，国产加速突围 2019.06.10 司伟 （分析师） 于栋（分析师） 电话： 020-88836136 020-88836136 邮箱： si.weigzgzhs yu.donggzgzhs 执业编号： A1310518080001 A1310518100001 摘要： 产业链概况： 产业化将近，上游是核心 上游： 技术含量高，膜电极成为核心突破口。当前，催化剂、质子交换膜、气体扩散层和金属双极板国内仅能少量生产，几乎被国外所垄 断，亟待技术突破 中游： 国家大力推进燃料电池新能源车形势下，多家系统集成商涌现，起步快 下游： 以商带乘， 短期内以商用车为主 供应链配套关系：海外优势显著，国内亟待突破 1. 海外龙头供应链：美日韩供应商三分天下，短期内国产分羹难 日韩系车企：供应链相对封闭，集团内部自研自给为主。 丰田通过投资持股，构建内部供应体系；本田自主研发为主；现代设立子公司自产膜电极。 欧美系车企：供应链相对开放，互为合作对象。 奥迪与现代共享专利，与巴拉德合作研发电堆；奔驰由集团或旗下子公司自主供应，东岳集团是其质子交换膜供应商；通用与本田 联合制造燃料电池系统。 海外电堆厂商： 掌握核心技术 ， 内外部共同配套 。 巴拉德 掌握上游核心技术，零部件内外部配套兼具；普拉格供应商多元，两家中国企业进入其供应链：武汉理工新能源与安泰环境。 2. 国内商用车供应链：中游系统蓬勃发展，上游部件国产进程加速 下游商用车补贴推广下，中游系统 厂商蓬勃发展。 新能源车推荐目录共有来自 21 家车企的 93 款燃料电池车型上榜，提供配套的国内中游厂商达 32 家。亿华通与国鸿重塑配套车型数领先，分别为 20 款和 14 款，占比 21.5%和 15.1%。 “剥洋葱”模式下，上游关键技术正在争取突破。 我国燃料电池行业采用“剥洋葱模式”，沿“系统发动机电堆膜电极质子交换膜、催化剂”的路径逐步实现技术突破。当前应用于运行车型上的电堆及零部件国产化程度偏低，增强自主研发，提高电堆比功率和寿命，加快规模化，是产业当下关键。 国内企业突围路径：三种技术来源 +两类布局模式 三种技术来源： 1）纯自主研发： 以武汉理工新能源、新源动力、上海神力、江苏清能为代表； 2）“技术引进 +自主研发”双线并行： 以亿华通为代表； 3）以技术授权、中外合资、对外采购等方式引进海外技术： 以国鸿氢能、潍柴动力为代表。 两类产业链布局模式 ： 1）全产业链布局 ： 纵向拓展，实现供应链控制、规模扩张和联动效应； 2）深耕细分领域： 持续提升产品性能构建优势。 未来看点：绑定下游优质客户或掌握核心技术的企业有望崛起 短期内： 绑定下游优质客户的企业一方面享受下游整车的放量红利，实现增量降成本，一方面在实际运行中获得更多市场 验证机会，提升产品性能； 长期内： 掌握核心技术的企业将通过国产化进一步降本，并在全球竞争中掌握主动权。 重点 关注标的 ： 国鸿氢能、亿华通（ 834613）、江苏清能（ 872589）、 雄韬股份（ 002733） 、武汉理工新能源、南科燃料电池 风险提 示： 行业发展情况不达预期、政策推进存在较大不确定性 相关报告 1、 燃料电池任重而道远，降成本是未来发展关键 2、科创板下燃料电池估值方法探讨 数据支持：黄 蔓 琪 广证恒生 做中国新三板研究极客 敬请参阅最后一页重要声明 证券研究报告 第 2 页 共 26 页 新三板高端装备专题报告 目录 目录 . 2 图表目录 . 3 1. 产业链概况：产业化将近，上游是核心 . 4 1.1 上游：技术含量高，膜电极成为核心突破口 . 4 1.2 中游：系统集成企业 起步较快 . 4 1.3 下游：以商带乘，以混动车带动燃料电池车的产业化思路 . 5 2. 供应链配套关系：海外优势显著，国内亟待突破 . 6 2.1 海外龙头供应链：美日韩供应商三分天下，短期内国产分羹难 . 6 2.1.1 海外乘用车企：垂直闭环或强强合作，提高供应链控制力 . 6 2.1.2 海外电堆厂商：掌握核心技术，内外部共同配套 . 10 2.2 国内商用车供应链：中 游系统蓬勃发展，上游 部件国产进程加速 . 12 2.2.1 下游商用车补贴推广下，中游系统厂商蓬勃发展 . 12 2.2.2 “剥洋葱”模式下，上游关键技术突围进行时 . 13 三、国内企业突围路径：三种技术来源 +两类布局模式 . 14 3.1 技术来源：自主研发 VS 技术引进 . 14 3.1.1 纯自主研发：形成核心技术竞争力 . 15 3.1.2 “技术引进 +自主研发”双线并行：从消化吸收到二次创新 . 17 3.1.3 引进海外技术：短期内快速形成产品优势 . 18 3.2 产业链布局模式：全产业链布局 VS 深耕细分领域 . 19 四：未来看点：绑定下游优质客户或掌握核心技术的企业有望崛起 . 20 4.1 短期内，绑定下游优质客户的企业成长机会大 . 20 4.2 长期看，掌握核心技术的企业占据优势地位 . 21 五、重点关注标的简介 . 22 六、风险提示 . 24 敬请参阅最后一页重要声明 证券研究报告 第 3 页 共 26 页 新三板高端装备专题报告 图表目录 图表 1 燃料电池产业链 . 4 图表 2 我国 膜电极性能与 外国相比仍存在差距 . 4 图表 3 全球燃料电池乘用车产量 . 5 图表 4 我国燃料电池商用车产销量 . 5 图表 5 我国电堆的关键技术指标规划 . 5 图表 6 丰田汽车 Mirai 供应链上的参控股公司 . 6 图表 7 丰田 Mirai 内部结构图 . 7 图表 8 丰田 Mirai 燃料电池系统核心零部件供应商 . 7 图表 9 本田燃料电池车（ Clarity， FCX）供应商 . 9 图表 10 现代燃料电池车（ ix35,NEXO）供应商 . 10 图表 11 欧美系燃料电池车供应商（部分） . 10 图表 12 巴拉德燃料电池电堆上游材料供应商（部分） .11 图表 13 普拉格上游材料供应商（部分） . 12 图表 14 系统供应商应用车型数量前五名 . 12 图表 15 车企应用车型数量前五名 . 12 图表 16 新能源汽车推广应用推荐车型目录车企与系统供应商配套车型数量 （前十） . 13 图表 17 亿华通 2018 年供应商 . 13 图表 18 我国燃料电池电堆技术路线图 . 14 图表 19 我国燃料电池企业的三种技术来源 . 15 图表 20 我国部分纯自主研发型燃料电池企业 . 15 图表 21 亿华通的两类电 堆 . 17 图表 22 我国引进海外技术的部分燃料电池企业 . 18 图表 23 我国采取全产业链布局模式的部分燃料电池企业 . 19 图表 24 宁德时代绑定配套客户 . 21 图表 25 2014-2016 年我国 /宁德时代动力电池销量 . 21 图表 26 2013 年起巴拉德在我国的技术授权 . 21 敬请参阅最后一页重要声明 证券研究报告 第 4 页 共 26 页 新三板高端装备专题报告 1. 产业链概况：产业化将近，上游是核心 我国燃料电池行业已处于应用示范阶段，扶持政策加码，产业化将近，产业链发展机会巨大。 燃料电池产业链可分为三个环节：上游材料，中游集成与下游应用。 图表 1 燃料 电池 产业链 资料来源： 公开 资料整理、广证恒生 1.1 上游：技术含量高，膜电极成为核心突破口 上游材料主要包括膜电极、双极板和密封层。其中，膜电极由催化剂、质子交换膜和气体扩散层三种组分构成。膜电极 是燃料电池电化学反应最重要的基本单元，它的结构设计和制备工艺技术是燃料电池的关键技术，决定了电池的工作性 能。当前，石墨双极板和密封层已实现国产化，但用于乘用车的金属双极板、催化剂、质子交换膜和气体扩散层仅能少量生产，几乎被国外所垄断，是上游发展的核心突破口。 图表 2 我国膜电极性能与外国相比仍存在差距 体积功率比 额定电流 寿命 催化剂铂含量 质子交换膜厚度 国外 1.2-1.5W/cm2 1.5-2.5A 丰田 6000 小时； 巴拉德大巴车 20000 小时 0.3-0.5g/kw 丰田 12 微米； 最先进水平为 8 微米 国内 0.8-1.1W/cm2 0.8-1.2A 5000-10000 小时 0.5-0.8g/kw 东岳 15 微米 资料来源： 擎动科技 、广证恒生 1.2 中游：系统集成企业起步较快 中游集成的燃料电池系统由两部分构成：电堆和供气系统。其中电堆由 上游材料组成，供气系统则包括储氢罐、空压机、加湿器和氢气循环泵，其中空压机技术要求较高，国内产量小。 目前在国家大力推进燃料电池新能源车的形势下，我国的中游企业发展起步较快，涌现出多家系统集成厂商。 燃料电池产业链上游材料双极板膜电极催化剂质子交换膜气体扩散层密封层中游集成 燃料电池系统电堆供气系统储氢罐空压机加湿器氢气循环泵下游应用交通运输固定式发电设备便携式电源敬请参阅最后一页重要声明 证券研究报告 第 5 页 共 26 页 新三板高端装备专题报告 1.3 下游：以商带乘，以混动车带动燃料电池车的产业化思路 我 国 燃料电池下游以商用车为切入点，采用“以商带乘”的发展路径。 目前，我国装车的燃料电池发动机的体积比功率密度仍低于国外先进水平。公共汽车、大客车、物流车等商用车对燃料电池堆体积的敏感性较低，且我国在燃料电池商用车技术开发上积累更多。同时客车及专用车运行线路 固定，便于弥补目前加氢设施的不完善。以燃料电池商用车的应用带动氢能基础设施的建设，也将为燃料电池乘用车的普及做好准备，从而更容易扩大市场，实现产业化。 同时，我国采用以混合动力车带动全燃料电池车的产业化思路 ，以最终实现全功率燃料电池车的商业推广。在政策规划及 补贴利好下，我国燃料电池车产销量增长加速，市场空间广 阔。 图表 3 全球燃料电池乘用车产量 图表 4 我国燃料电池商用车产销量 资料来源： Information Trends，广证恒生 资料来源： 中汽协 、广证恒生 海外已有多款燃料电池乘用车上市。 目前海外已经上市的燃料电池汽车包括丰田 Mirai 燃料电池汽车、本田 Clarity 燃料电池汽车、现代 ix 35 燃料电池版。美国通用、戴姆勒、宝马、大众等车企也涉足燃料电池车。 国外主要汽车公司大都已经完成了燃料电池电动汽车的基本性能研发阶段，解决了若干关键技术问题 ，其整车性能、可靠性、寿命和环境适应性等各方面均已达到了和传统汽车相媲美的水平。随着这些 发达国家的燃料电池汽车技术趋于成熟，其研究重点也逐渐集中到提高燃料电池功率密度、延长燃料电池寿命、提升燃料电池系统低温启 动性能、降低燃料电池系统成本、大规模建设加氢基础设施、推广商业化的示范等方面。 图表 5 我国电堆的关键技术指标规划 指标 2020 年 2025 年 2030 年 比功率（ kW/kg) 2 2.5 2.5 耐久性（小时） 5000 6000 8000 资料来源： 中国新能源汽车技术路线展望 、广证恒生 33 159713231232606475381.8%348.4%224.3%41.0%98.6%0.0%50.0%100.0%150.0%200.0%250.0%300.0%350.0%400.0%450.0%010002000300040005000600070002013 2014 2015 2016 2017 2018全球燃料电池乘用车销量（辆） 增长率6 10629127215270200400600800100012001400160018002014 2015 2016 2017 2018敬请参阅最后一页重要声明 证券研究报告 第 6 页 共 26 页 新三板高端装备专题报告 2. 供应链配套关系：海外优势显著，国内亟待突破 2.1 海外龙头供应链：美日韩供应商三分天下，短期内国产分羹难 2.1.1 海外乘用车企：垂直闭环或强强合作，提高供应链控制力 2.1.1.1 日韩系：供应链相对封闭，以集团内部自研自给为主 （ 1）丰田：投资持股，构建集团内供应体系 以强大的自给供应链体系和精益化生产而闻名全球的日本老牌车企丰田，在其燃料电池车的供应链布局上延续一贯作风， 即通过投资持股，将核心零部件交由集团持股子公司开发，构建牢牢把控的内部供应网络。 目前，丰田燃料电池车 Mirai 绝大部分零部件供应 商来自日本本土，超过 75%的核心零部件由丰田集团旗下公司供应，包括丰田纺织、丰田工业公司、电装、爱信精机、捷太格特、爱三工业、科特拉等；其余供应商也大多出自丰田汽车背靠的三井财团旗下，如东丽、三井化工。外国供应商仅有美国的杜邦和戈尔（其生产线位于日本国内的冈山市），分别为其供应 GORE-SELECT PEM 和 Nafion 系列质子交换膜。 图表 6 丰田汽车 Mirai 供应链上的参控股公司 丰田汽车控股公司 为丰田开发的零部件 控股比例 TOTYOTA BOSHOKU 丰田纺织 空压机消音器、离子交换器 (去离子装置 )、燃料电池堆歧管、双极板 丰田汽车 39.66%，第一大股东 TOYOTA INDUSTRIES 丰田自动织机（又译丰田工业公司） 六叶螺杆罗茨式空压机、氢气循环泵和氢气循环泵逆变器 丰田汽车 24.67%，第一大股东 DENSO 电装 冷却系统中的散热器、水泵、节温器 (三通阀 )等，加氢系统中的氢罐、压力传感器、红外线发射器等 丰田汽车 24.23%，丰田自动织机 8.89% AISIN GROUP 爱信精机 空气阀门模块和电堆端板 丰田汽车 24.81%，丰田自动织机 7.68% JIEKT 捷太格特 氢罐阀 门和减压阀 丰田汽车 22.5%，第一大股东 AISAN 爱三工业 氢气喷射器 丰田汽车 28.77%，丰田自动织机 7.57% CATALER 科特拉 催化剂 - 资料来源： 中国新能源汽车技术路线展望 、广证恒生 丰田集团旗下的零部件供应商历史悠久，具备相关的技术基础积累，为 Mirai 开发的产品性能优势突出。 空压机和氢气循环泵方面， 丰田工业公司 (Toyota Industries)的产品优势主要体现在： 1）其为 Mirai 开发的六叶螺旋罗茨 式空压机通过在高低负荷间调节气体压力，实现效率提升，与丰田 2008 年 FCHV-adv 款敬请参阅最后一页重要声明 证券研究报告 第 7 页 共 26 页 新三板高端装备专题报告 燃料电池汽车相比，效率提高 14%-20%； 2）其开发的氢气循环泵提高了燃料利用率并优化了水管理，使得 Mirai 取消了加湿器，这在全球尚属首次。 图表 7 丰田 Mirai 内部结构图 资料来源： 公开资料整理 、广证恒生 气体扩散层方面， 三井财团旗下的东丽 (Toray)株式会社凭借产品的高耐久性、高气体传质性取胜。它为 Mirai 燃料电池系统开发气体扩散层，主要产品包括 PAN 系碳素纤维、 PAN 系碳素纤维织物和 TGP-H 系列。当前，日本东丽与另外两家国际生产商德国 SGL、加拿大巴拉德共 同垄断了燃料电池气体扩散层的世界市场。 催化剂方面， 科特拉（ CATALER）株式会社采用均一涂抹技术，能提高铂均一涂抹氧气的反应效率，从而与常规催化剂相比，电压提高近 40%。 而丰田的四家质子交换膜外部供应商：美国杜邦、戈尔、日本旭化成和日本旭硝子均为国际领先的主流厂商， 其代表产品 Nafion 系列、 ePTFE 膜、 Aciplex 膜和 Flemion 膜都最早于 20 世纪 60-80 年代便开始投产。其中，杜邦凭借其质子电导率高、化学稳定好的 优势，市场份额一度接近 95%；而戈尔膜被全球领先的燃料电池车企应用于量产车型，丰 田 MIRAI、本田 CLARIFY、现代 NEXO、上汽 FCV 系列等均包括在列。 图表 8 丰田 Mirai 燃料电池系统核心零部件供应商 零部件 丰田集团 非丰田集团 电堆 催化剂 CATALER 科特拉 日本东洋、 TKK 株式会社 双极板钛金属 TOYOTA 丰田 KOBELCO 神户制钢 双极板冲压 TOTYOTA BOSHOKU 丰田纺织 双极板改性 TOYOTA 丰田 气体扩散层（ GDL） TORAY 东丽、日本东洋、 TKK 株式会社 敬请参阅最后一页重要声明 证券研究报告 第 8 页 共 26 页 新三板高端装备专题报告 密封圈 Mistsui Chemicals 三井化学、SUMITOMO RIKO 住友理工 电堆歧管 TOTYOTA BOSHOKU 丰田纺织 质子交换膜 GORE 戈尔、 Dupont 美国杜邦、 Asahi Kasei 旭化成、 Asahi Glass 旭硝子 端板 AISIN GROUP 爱信精机 电压巡检器 DENSO 电装 空气供给系统 空压机 TOYOTA INDUSTRIES 丰田工业公司 消音器 TOTYOTA BOSHOKU 丰田纺织 空气阀模块 AISIN GROUP 爱信精机 氢气供给系统 氢气喷射器 AISAN 爱三工业 高压氢密封阀 JIEKT 捷太格特 减压阀 JIEKT 捷太格特 氢罐 TORAY 东丽、日本 UBE 宇部兴产、日本东洋、 TKK 株式会社 氢气循环泵 TOYOTA INDUSTRIES 丰田工业公司 逆变器 TOYOTA INDUSTRIES 丰田工业公司 氢气浓度传感器 NISSHA 日写 氢瓶温度传感器 DENSO 电装 加氢控制单元 DENSO 电装 氢罐压力传感器 DENSO 电装 冷却系统 水泵 DENSO 电装 散热器 DENSO 电装 去离子装置 TOTYOTA BOSHOKU 丰田纺织 节温器（三通阀） DENSO 电装 其他零部件 座椅 TOTYOTA BOSHOKU 丰田纺织 门板 TOTYOTA BOSHOKU 丰田纺织 电堆外壳 TORAY 东丽 资料来源： Marketlines、广证恒生 在上中游的产能建设上，丰田为实现其在 2020 年燃料电池车年产 3 万辆、比 2017 年的 3000 辆产能翻十倍的目标，已于 2018 年在其总部附近的本社（ Honsha）工厂和下山（ Shimoyama）工厂建设新产线，分别生产燃料电池电堆和储氢罐，预计 2020 年前后上线。即便丰田燃料电池车销量长期内更进一步释放，敬请参阅最后一页重要声明 证券研究报告 第 9 页 共 26 页 新三板高端装备专题报告 不排除纳入部分非本土供应商的可能，但 预计短期内丰田燃料电池车仍将维持一体化的封闭供应体系，以集团内部供应商为主要支撑。 （ 2）本田：自主研发为主，与部分供应商合作 同为日本车企 ， 本田燃料电池车也以自主研发供应为主 ， 辅以与部分供应商合作开发燃料电池系统 。 本田的燃料电池系统经历了“进口巴拉德巴拉德 +自主研发两款版本并行推出纯自主研发”的历程。 它从 1996 年开始研究和开发燃料电池车，并设立燃料 电池动力开发部门。 1999 年，本田的首款 FCX-V1 型号燃料电池车使用来自巴拉德的固体聚合物燃料电池（ PEFC）。 2000 年， FCX-V3 车型推出了两个版本，其中一个版本使用巴拉德的燃料电池，另一版则采用自主研发的燃料电池。之后推出的车型中，燃料电池皆为自主研发。 2017 年，本田 Clarity Fuel Cell 研发团队通过减少 30%的电池单体数量并增加 1.5 倍的单体输出功率，实现了将整个燃料电池动力系统（包括燃料电池堆栈）封装进发动机舱的首创。 另外，本田有少部分零部件来自外部供应商。 其 Clarity 车 型的铂电极催化剂由 日本田中贵金属提供，据高工巡回调研统计显示，田中贵金属在燃料电池催化剂市场上拥有全球六成的最大份额，优势源于其 30余年长期培育的贵金属催化剂技术及电化学技术，以及产品出色的性能表现和稳定的批量供货。空压机部分产自美国霍尼韦尔（ Honeywell）， 我国企业贝斯特精机、蠡湖股份 （生产涡轮增压器）都是霍尼韦尔核心配套组件的供应商。 图表 9 本田燃料电池车（ Clarity， FCX）供应商 供应商 供应零部件 自主研发 本田 燃料电池系统、电堆 外部供应商（部分） 巴拉德 1999 年 FCX-V1 型号使用来自巴拉德的固 体聚合物燃料电池（ PEFC）， 2000 年 FCX-V3 型号中的一个版本使用巴拉德的燃料电池系统 日本田中贵金属 为本田 Clarity 燃料电池汽车提供铂电极催化剂 霍尼韦尔（ Honeywell） 空压机，用于本田 Clarity 车型 资料来源： 公开资料整理、 广证恒生 （ 3）现代：成立子公司，自产膜电极 韩国车企现代集团专门设立子公司，研发自产燃料电池系统的核心零部件。 现代燃料电池车的膜电极由集团旗下子公司现代摩比斯（ Hyundai Mobis）生产。 摩比斯是全球首家可在专门 工厂生产氢燃料纯电动汽车 所需的所有核心配件的公司，目前其工厂的动力总成燃料电池套件模块的年产能为 3000 台，代表产品为膜电极（ MEA）。而膜电极的组分中部分应用了外部供应商的产品，如美国戈尔的质子交换膜和德国 SGL 西格里集团的气体扩散层。 敬请参阅最后一页重要声明 证券研究报告 第 10 页 共 26 页 新三板高端装备专题报告 图表 10 现代燃料电池车（ ix35,NEXO）供应商 供应商 供应零部件 现代集团 现代钢铁