氢燃料电池行业深度报告：“氢”舟已过万重山，氢燃料电池行业蓄势待发

氢能源是实现碳中和的必经之路：在实现碳中和的目标背景下，发展氢能成为实现能源战略转型的必经之路。首先，氢储能可以克服风、太阳能等可再生能源在大规模开发利用时产生的消耗和储存问题。其次，氢能能够为企业提供清洁的能源替代方案，通过逐步替代传统能源的消耗以减少及消除碳排放。因此，氢能是中国由高碳能源向低碳化、最终转变为无碳化能源的第三次能源革命中重要的能源载体。交通领域是氢能需求的主要增量来源，也是实现氢能向其他领域大规模拓展的突破口，氢燃料电池汽车是现阶段实现氢能在交通领域推广和应用的切入点和关键点，氢能联盟预计2050年氢能在交通运输领域的应用为2458万吨，占比氢能源需求41%。 我国燃料电池汽车行业处于商业化初期阶段，燃料电池系统市场集中度高（CR5达93.2%）：我国燃料电池汽车行业处在商业化初期阶段，2019年、2020年、2021年我国市场销售的燃料电池汽车总数分别是2737、1177、1586辆，市场规模较小且采用燃料电池系统的商用车制造商集中度高。2020年前五大燃料电池系统供应商以燃料电池系统总销售功率输出计的总市场份额达到93.2%。亿华通招股说明书预计2035年中国氢能产业值将达到5万亿元人民币，交通运输领域氢气需求量将由2020年不足1%增至2050年40%左右。灼识预计到2025年我国燃料电池系统销量将达到51200套，5年CAGR达94.8%。2025年我国燃料电池系统成本将降至2200元/KW，相比2020年下降63.3%。 第一批3+2燃料电池示范城市群落定，政策催化下我国燃料电池系统国产化、降成本有望加速到来：自2021年8月起，我国批准了北京、上海、广东、郑州和张家口为首的五个燃料电池汽车示范应用城市群的建议，并计划为期4年的示范发展。2021年我国燃料电池汽车、电动车、燃油车百公里综合成本为924元、441元、528元，根据灼识咨询预计，到2030年我国燃料电池汽车、电动车、燃油车百公里综合成本为445元、405元、538元，同比增长-51.8%、-8.1%、+1.8%，燃料电池汽车的经济性凸显，降成本幅度大。 建议关注氢燃料电池系统技术领先的头部企业【亿华通】、【重塑股份】：【亿华通】是氢燃料电池系统龙一，2020年市占率为34.8%，已与宇通客车、北汽福田、中通客车、吉利商用车等国内知名车企达成深度合作。 公司技术来自我国动力电池领军人欧阳明高院士团队孵化，2021年底，公司发布了额定功率达到240kW的燃料电池系统产品，遥遥领先于国内同行业企业。【重塑股份】是氢燃料电池系统龙二，2020年市占率为32.7%，公司核心客户包括东风汽车、宇通客车、申龙客车、中通客车等多家知名车企。公司的首席技术官曾任麻省理工学院化学工程实践学院助理教授、Ballard Power Systems副总裁兼首席技术官，拥有丰富的燃料电池产品开发从业经验。在持续研发投入下公司已突破多项核心技术。 风险提示：1）政策风险：若政策推进不及预期，可能会影响行业发展。 2）行业风险：若行业未产生规模效应可能会影响上游需求增长；若行业竞争加剧可能会影响行业成长；3）行业内公司持续亏损风险：行业内公司尚未盈利，若需持续研发投入，可能会使行业内公司继续亏损 1.氢能源是实现碳中和的必经之路 为应对全球环境危机，世界主要经济体达成了碳中和的决定。2019年12月欧盟公布绿色协议，宣布2050年实现碳中和；2020年9月我国在联合国大会上宣布力争2030年前实现碳达峰，争取2060年前实现碳中和；2020年10月日本和韩国宣布碳中和目标；美国也宣布将不迟于2050年实现碳中和，再加上此前已经宣布碳中和目标的英国、加拿大、南非及墨西哥等，世界上主要的经济体已决定实现碳中和。 在实现碳中和的目标背景下，发展氢能成为实现能源战略转型的必经之路。首先，氢储能可以克服风、太阳能等可再生能源在大规模开发利用时产生的消耗和储存问题。 其次，氢能能够为企业提供清洁的能源替代方案，通过逐步替代传统能源的消耗以减少及消除碳排放。因此，氢能是中国由高碳能源向低碳化、最终转变为无碳化能源的第三次能源革命中重要的能源载体。 根据中国氢能联盟预计，到2030年我国氢气需求量将达到3500万吨/年，在终端能源体系中占比5%。2050年氢能将在终端能源体系中占比超过10%，并与电力协同互补成为我国终端能源体系的消费主体之一。交通领域是氢能需求的主要增量来源，也是实现氢能向其他领域大规模拓展的突破口，氢能联盟预计2050年氢能在交通运输领域的应用为2458万吨，占比41%。氢燃料电池汽车是现阶段实现氢能在交通领域推广和应用的切入点和关键点，是未来构建以清洁能源为主的多元能源体系的重要载体，也是氢能产业的主要发展方向。在国家和地方有关氢能产业政策及规划方面，在氢能技术与产业发展研究方面，大部分聚焦在氢燃料电池在交通领域的应用。 图1：我国氢气消费需求预测 2.氢能源产业链 2.1.上游制氢：化石燃料制氢占比81%，工业副产氢占18%，电解水制氢占1% 我国在发展氢能上具有良好的资源禀赋条件，2020年我国工业氢气产量超过2500万吨，是世界第一大产气国。由于碳中和战略目标的提出为推动中国氢能产业的发展提供了强大的驱动力，电力、交通、化工等重点行业对于节能降碳的需求愈加迫切这将推动中国整体用气需求的持续攀升。根据亿华通招股说明书预计，到2030年，我国氢气产量将超过3500万吨；就全球范围而言，到2050年氢能将占全球能源需求的18%，市场规模达到2.5万亿美元，氢能的普及将助力每年减少60亿吨以上的碳排放。 图2：2030年我国氢气产量将超过3500万吨（单位：万吨） 我国目前以煤和天然气为代表的化石燃料所产氢气合计占比81%，工业副产氢气占18%，电解水制氢占1%。我国氢气制取技术趋于成熟，满足氢能商业化需求。从长期来看，蓝氢（通过化石能源制氢结合碳捕捉技术制取氢气）和绿氢（通过可再生能源电解水制氢）成为我国制氢产业发展的重要方向。氢能价格与氢能的制、储、运、加四大关键环节相关，其中制氢环节是首要环节。我国是世界最大的制氢国，也是氢能产量增速最快的国家之一，2020年我国氢气产量约3343万吨，同比增长40%。目前，制氢主要有以下几种方式:化石原料制氢、电解水制氢和工业副产氢。 当前最具经济性的制氢方式为工业副产氢，最绿色且为未来产业发展趋势的是电解水制氢。化石原料制氢（占比81%）是指以煤炭、天然气为原料制取氢气的方式。目前煤制氢的氢气价格约为10-15元/kg;天然气制氢的氢气价格约为15-20元/kg。工业副产氢（占比18%）是指在工业生产过程中生成的氢气，这种氢气通过变压吸附提纯为高品质的氢气用于燃料电池汽车运行。副产焦炉气制氢价格一般不高于12元/kg，烧碱副产物制氢等价格一般不高于18元/kg。电解水制氢（占比1%）根据电解质种类的不同，分为碱性电解水、质子交换膜电解水和固体氧化物电解水，是最为绿色环保的制氢方式，电解水制氢的价格在30-40元/kg。 表1：不同制氢方法优缺点和成本对比制氢方法 当前我国的氢能源发展重点区域为京津冀地区、长三角地区和珠三角地区，氢能源基础设施建设也首先在三区聚集成熟。我们梳理了京津冀、长三角和珠三角主要制氢公司，当前我国制氢产业链较为丰富，得益于我国是煤炭大国+工业大国，而氢能源产业链的基础在于制氢，因此我们判断我国将会成为世界氢燃料电池汽车乃至氢能源发展的中心及重心。 表2：我国京津冀、长三角、珠三角地区主要制氢公司及制氢方式地区城市企业 2.2.中游储运：成本占比高，有望迎来产业化、技术革新、降成本 氢气的储存技术分为高压气态储氢、低温液态储氢及固态储氢材料储存等三大类。 高压气态储氢技术难度低、成本低、应用范围最广;低温液态储氢在国外应用较多，国内只用于航空领域;储氢材料储氢技术目前国内外产业化极少，基本处在小规模实验阶段。针对氢气的储存方式，氢气运输方式主要是3种:气态氢气输送、液态氢气输送和固态氢气输送，其中气氢运输和液氢运输是目前主流的输送方式。气态氢气输送需先经过加压处理后通过交通工具运输，根据交通工具的不同分为集装格运输、长管拖车运输和管道运输。 表3：我国氢储运企业梳理区域市京津冀地区 我国氢气储运成本占比高，产业化、技术革新、降成本有望迎来突破。氢气运输方式主要有气氢长管拖车运输、气氢管道运输和液氢槽罐车运输。目前300km以下的短距离运输，液氢管道运输成本和气氢拖车拥有成本优势，400km以上的长距离运输则液氢罐车更具优势。长管拖车运输虽然存在高压氢气泄漏的风险，但仍是我国最常见的氢气运输方式。我国长管拖车产量和保有量均居世界第一，目前大多采用氢气运输压力20MPa，单车运输量约300kg，运输效率仅为1%-2%，适用于200km内的小规模短途运输。当运输距离为100 km时，运输成本为8. 66元/kg，随着距离增加运输成本显著上升，当距离为500km时运输成本将增加到22元/kg，在天然气制氢、输运压力为20 MPa时，不同运输距离氢气各部分成本占比如下图所示，提高运输压力能够很大程度上降低运输成本，若国内运输压力标准由20 MPa提升至50 MPa，100 km的运输成本可降至5.60元/kg。我国气氢管道运输仍处于起步阶段，氢气输送系统建设较为滞后，与美国、欧洲等国家和地区仍有较大差距，输氢管道主要分布在环渤海湾、长三角地区。现阶段国内有2个代表性的管道项目，巴陵—长岭输送管道于2014年建成，全长42 kg，是我国长度最长运行时间最久的输氢管道。河南济源市化工园区—洛阳市吉利区管道输送项目于2015年建成，全长25 km。2021年6月9日，河北定州至高碑店氢气长输管道可行性研究全面启动，管道全长145 km，是国内目前规划建设的最长氢气管道。气氢管道运输初始投资较大，每千米管道投资额约584万元，但运输成本低，在正常运能利用率下当运输距离为100 km时，运输成本仅为1. 20元/kg。我国液氢储运技术发展起步较晚且关键设备进口受限，导致液氢运输产业薄弱，液氢槽罐车运输现阶段仅用于军事领域及航天领域。 图3：随运输距离变化用氢成本构成占比 2.3.下游运用：交通、工业、发电等 交通领域（主要指的是氢燃料电池汽车）是未来我国氢能源使用的主要增量部分，氢燃料电池汽车是现阶段实现氢能在交通领域推广和应用的切入点和关键点。根据《中国氢能产业发展报告2020》预计到2025年燃料电池汽车保有量为10万辆，到2050年要比2025年翻300倍，各种车型的渗透率如下表所示，截止到2021年5月，我国燃料电池汽车累计上险量为7259辆．其中珠三角、长三角和京津冀地区分别为2872、1908和913辆，约占燃料电池总保有量的80%。这些区域的氢能产业很大程度上反映了我国车用氢能产业现状。 表4：我国氢燃料电池车辆保有量和渗透率预测 在工业领域，氢气是重要的化工原料，合成氨、合成甲醇、原油提炼等，均离不开氢气。在电子工业中，芯片生产需要用高纯氢气作为保护气，多晶硅的生产需要氢气作为生长气。目前国内多晶硅生产工艺中，氢气消耗量约为500-1500标准立方米/吨Si。 随着信息技术和光伏产业的发展，电子工业对氢气的需求量持续增长。在钢铁行业，用氢气直接还原法代替碳还原法，是降低炼钢行业碳排放量的有效手段，在国内外已有少量示范项目。然而，氢能炼钢需要大量氢气供给，这需要成熟且低成本的氢能供应链作为支撑，也需要相关技术和材料的突破。 在电力行业，氢能发电，可以用作备用电源、分布式电源、为电网调峰。在建筑行业，一方面，天然气掺氢用作家用燃料，可以降低燃气使用碳排放强度；另一方面，氢驱动的燃料电池热电联供系统，为建筑物供电供热，综合能源利用效率超过80%。在医疗领域，氢气也被证实有去除氧化基、治疗氧化损伤等疗效。在食品工业，也常常用氢气实现油脂氢化，以提高油脂的使用价值。 3.氢燃料汽车是氢能源当前最重要的运用场景 3.1.燃料电