氢燃料，万亿产业起步序章

一、政策加码氢能源

随着近日我们国家新能源汽车补贴的靴子落地，燃料电池，尤其氢燃料电池，似乎已经站在了风口之上。近日，财政部、工信部、科技部、发改委发布关于进一步完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知，降低新能源乘用车、新能源客车、新能源货车补贴标准，促进产业优胜劣汰，氢能源一时成为新的看点。

而且在今年的全国两会上，汽车产业界的全国代表提交了一系列关于发展氢燃料汽车的议案建议，包括尹同跃提 的《将氢能源产业提升到国家能源战略层面统一规划》的议案建议等，备受关注和重视。并且在两会期间，氢燃料这种节能、环保、便捷性又高的能源终于被写进了《政府工作 告》。有机构解读，氢能源首次被写入政府工作 告，后期扶持政策可能会超预期。

发展氢能源是实现节能减排的必然选择,其实，早在《“十三五”国家科技创新规划》中，发展氢能燃料电池技术就已被“划过重点”，《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书》则进一步描出了中国氢能的发展路线图：到2020年，中国燃料电池车辆要达到10000辆、加氢站数量达到100座，行业总产值达到3000亿元；到2030年，燃料电池车辆保有量要“撞线”200万，加氢站数量达到1000座，产业产值将突破10000亿元。

相比于目前正在大力发展的电能，氢燃料更加接近于传统燃油车，其加一次氢的耗费时间不过几分钟，但是续航里程则可达500公里，而且零排放、无污染，是汽车电动化的终级方向。所以发展氢能源产业是保障我国能源安全、实现节能减排和促进汽车产业的发展必然选择。

燃料电池产业的发展可以分为三个阶段。1）对燃料电池在汽车上的应用展开基础理论研究；2）主要针对燃料电池能量密度、功率、可靠性及耐久性的研究；3）降低铂催化剂、制氢成本，同时加快配套基础设施的建设。从目前国际上主流车企的研发和车型推出速度来看，其基本处于第三阶段：关于燃料电池的主要技术限制已被解决，正着手降低各项成本以正式商业化。

二、技术验证→商业推广

相较于同为环保的纯动力车，氢燃料电池车（FCV）续航能力更强、行驶成本降低空间大。相比燃油车，氢燃料电池车和锂电池车两种路线都具有转化率高、环保无污染等优点，而氢燃料车在续航里程及能量补充时间上具明显优势。续航里程上，锂电动车中表现较优的BYDe6及特斯拉可达400km；而丰田Mirai续航里程可达650km。能量补充上，电动车重新补充能量的过程是一次将电能转化为化学能储蓄的过程需要耗费大量的时间，但是对于燃料电池车而言，重新获得能量的过程则是一次氢燃料加注的物理过程。纯电动车直流快充时长在2-3小时，氢燃料车一次加氢只需3-5分钟。行驶成本方面，纯电动车百公里能耗在15至20度电左右，以目前北京地区运营的充电站为例，充一度电充电费用以及服务费用总价在1.5元/度电，行驶成本约0.3-0.4元/公里；氢燃料电池车方面，丰田Mirai的5kg氢气行驶650km，根据氢成本和售价得知行驶成本0.2-0.8元/公里，下降空间大。

货规模快速增长，亚洲北美为主要力量。按照出货规模统计，2016年全球燃料电池出货规模478.6MW，同比增长60.5%，明显快于出货量增速，表明燃料电池单体容量快速增加；2010-2015年累计出货量约1453.5MW，CAGR为34.3%。2015年全球燃料电池出货量为60.9 千台，2016年达65.2千台，同比增长7.06%，近五年CAGR达21.7%。从地区分布来看，2016 年亚洲、北美的燃料电池出货量分别占世界的83%、11%，相较2011年的燃料电池出货量分别增长了217%、121%，其增长势头迅猛。目前全球燃料电池主要集中在亚洲、北美和欧洲。2016年，亚洲、北美、欧洲及其他地区燃料电池系统出货量分别为 53.9、7.3、3.5和0.5千件，装机规模分别为 245.9、209.1、22.0和1.6MW，可以看出亚洲与北美是燃料电池市场的绝对主力。其中由于应用领域的差异，亚洲地区在出货量上遥遥领先，而出货规模与北美地区相差不大。

全球历年燃料电池出货规模(MW)

日本三款燃料电池车型已投入市场量产，丰田Mirai、本田Clarity销量向好。现已投入市场量产的燃料电池车有丰田Mirai、本田Clarity、现代ix35FCV，截至2017年9月其销量分别为4208、600、160台，占比84.7%、12.08%、3.22%。其 2017 年销量（截至9月）分别为1672、469、80台，同比增长12.59%，1463.33%，175.86%。

已量产燃料电池车销量变化

欧洲/美国车企采取与日本合作，三大联盟渐形成。虽然在燃料电池核心技术研发进展上与日本齐头并进，但在规模化量产的决策上，欧美的确落后了一步。但由于拥有庞大的潜在市场，丰田的 Mirai燃料电池车、现代途胜的燃料电池车，以及本田的 Clarity燃料电池车都不约而同将美国尤其是加州作为车型推广的前沿阵地。欧美各大汽车厂商也不甘落后，纷纷采取和日车厂合作的模式，盼后来居上。在燃料电池汽车的研发推广过程中，市场上逐渐形成三大汽车集团联盟：戴姆勒/福特/雷诺-日产联盟、宝马/丰田联盟、通用/本田联盟。

三大燃料电池车联盟图示

三、氢气的生产、运输和加注

1、氢气的生产

氢气是一种常见的工业气体，主流的制氢技术主要有三种：（1）重整化石能源（如天然气、甲醇等）；（2）电解水；（3）氯碱工业副产品。在现阶段，选择成本较低、氢气产物纯度高的氯碱工业副路线，已经可以满足下游燃料电池车运营的氢气需求；天然气重整是欧美普遍采用的制氢方法，国内也广泛应用于化工行业；在未来，核电及可再生能源发电成本大幅降低的情况下，电解水制氢将成为终极决方案。

以神华集团为例，煤炭资源是公司的优势，同时积极发展氢能等业务，旨在从煤炭经销商转变为世界一流的清洁能源供应商。神华制氢的三路径：风电制氢；煤层气及煤化工副产气；及煤制氢+二氧化碳封存技术。当前，神华已具备充足的制氢能力，以车辆应用换算的话足够提供4000万辆燃料电池乘用车的使用。同时配合公司的风电制氢，及已经成功的三十万吨二氧化碳封存技术，为低成本低碳制氢奠定了基础。

神华集团的低成本、低碳足迹制氢路径

2、氢气的运输

运氢的方式主要分为：气氢拖车运输（tube trailer）、气氢管道运输（pipeline）和液氢罐车运输（liquid truck）。拖车运输适用于将制氢厂的氢气送到距离不太远而同时需求量不大的用户，前期投资不高；而管道运输入前期投入高，适用于大规模的输送；液氢罐车的运输能力强但仍存在技术难点。从现阶段加氢站对运输距离（<500km，200km为宜）和运输规模（10 吨/天）的需求来看，氢气最佳的运输方式仍是气氢拖车。当前氢的存储和运输费用占氢气售价的占比超过一半，通过分布式制氢将有效降低运输成本，大型的外供式加氢站最好能建在大型的集中制氢基地附近。

3、氢气的加注

按照加氢站的不同形式分类，加氢站可以分为：固定式和移动式，其中移动式加氢站又可以分为移动撬装式和加氢车两种，移动加氢站具有机动灵活、加注能力高、性能可靠、使用简单方便的优点。这几种形式可以和站内制氢以及站外供氢的模式进行有机混合。例如，丰田在澳洲推出Mirai的同时，也建设了移动式氢气加氢站，相当于半自动拖车，生产及压缩氢气，并输送至冷却的瓶子中。

撬装式加氢站是目前发展的重点，其安全性要求的复杂性相较于固定式的加氢站较低，较易满足。撬装式加氢站设备是指将储氢罐内的氢燃料经管路、低温泵、计量系统等元件注入到汽车燃料电池车用瓶中的专用装置。主要设备包括：氢燃料储存系统、管路系统、潜液泵、流量计量系统、站控系统等设备，并将各系统安装在撬体内。

四、成本下降路径

燃料电池成本下降主要来自于规模效应和技术水平的提升。具体到各个环节来看，气体扩散层、空压机储氢瓶电控系统和其他常用零部件（管路、连接等）降本主要由规模化效应驱动；而质子交换膜、催化剂双极板和其他较为关键的零部件（氢气电池阀等）降本则需技术和材料工艺的进步加以推动。

燃料电池系统及储氢系统占到整车制造成本近70%，其中仅燃料电堆就占到整车成本的 30%，储氢系统占到整车成本的14%。燃料电堆是燃料电池系统的核心，燃料电堆中的核心材料又分为膜电极（MEA）、双极板及其他部件；膜电极是电化学反应的核心部件，由催化剂、质子交换膜、气体扩散层组成。催化剂（36%）、质子交换膜（12%）和双极板（23%）合计占到燃料电堆成本的近70%，是成本降低的主要突破点。

燃料电池车成本结构图

铂催化剂价格高昂、非铂基催化剂短期难以走出实验室，降低铂用量是重点攻克方向。在电堆成本中，催化剂的成本占比高达36%，主要原因是当前常用的铂催化剂价格高昂。据美国能源部（DOE）统计，2015年每辆80kW的燃料电池汽车平均铂用量约为100克，远高于传统燃油车的铂用量。

铂金目前全球探明的储量只有1.4万吨，而中国的铂金储量不到90吨，每年开采量仅两吨左右。由于铂金储量的稀缺性，市场需大于求的状况难以改变，其价格势必会长期维持在高位，因此改善催化剂性能和开发新型非铂催化剂成为当前燃料电池领域急需攻克的难题。DOE规划到2020年单车铂用量将降至50克左右，而最终目标将降至每车20克，直接带动成本下降30%左右。

DOE规划燃料电池汽车铂用量下降目标

新型双极板加工方法尚待挖掘。双极板占到燃料电堆成本的23%，现在采用最广泛的双极板是人造石墨双极板，只能采用精密机械加工，加工费用占双极板费用的80%以上，一块500 平方厘米的双极板加工费就高达100美元以上。

储氢罐轻量化是发展趋势。储氢系统占整车成本达到14%，其中碳纤维的材料成本是重中之重。以丰田的燃料电池车Mirai为例，其配备的高压储氢罐约使用80KG的碳纤维，整体采用三层结构，内层密封氢气，中层增加耐压强度，外层提供保护。Mirai的储氢罐轻量化瞄准的是中层，通过全新的纤维缠绕工艺削减缠绕圈数，使碳纤维的用量减少了40%。

车载储氢瓶由多层特殊材料组成

规模效应提升加速成本下降。燃料电池的价格下降与生产规模效应的提升密切相关。据DOE 告，以功率为80kW的质子交换膜燃料电池乘用车为例，在燃料电池年产量分别为1000辆、1万辆、3万辆、8万辆、10万辆和50万辆时，其生产成本分别为2.2万美元、8500万美元、6500美元、5500美元、5200美元和4400美元，对应的单瓦成本分别为273美元、106美元、82美元、69美元、66美元和55美元。在燃料电池系统量产初期，价格下降幅度最大，年产量从1000系统/年增加至 10000系统/年，可带动燃料电池系统成本下降幅度高达60%以上，主要依靠储氢瓶、空压机、质子交换膜等零部件的成本降低实现；当产量超过1万台/年之后，成本下降幅度随着产量增大放缓。

燃料电池产量-价格关系

最后看投资机会，电堆组件、加氢站和氢气作为燃料电池产业的关键基础设施，具备长期投资价值，我们认为加氢站及关键设备、加氢站运营、氢气都将成为巨大的市场，短期设备机会更大，长期看氢气市场规模惊人。