2023年中国燃料电池系统行业词条报告

2023年中国燃料电池系统行业词条报告 作者 摘要 黎明琛 燃料电池系统是氢能的重要应用场景之一，处于氢能产业链中游，在氢能产业链中具有较高价值氢能是一种来源丰富、零碳排放、应用范围较广的清洁能源，当前，世界主流发达国家如日本、美国、韩国、欧盟等皆将氢能列为未来碳中和背景下的重要清洁能源之一。2022年，经国务院同意，国家发改委、国家能源局联合制定了《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》，将氢能列为未来重要能源战略方向之 一。燃料电池系统行业位处氢能行业中游，将上游氢气的制备、储运及加氢与下游终端需求相连接，是产业链中的核心环节。目前中国燃料电池系统在双极板的制备、空气压缩机、DC/DC等环节能够基本实现国产化，质子交换膜、低铂催化剂等环节大规模制备稳定性及可靠性尚待验证，而如气体扩散层、引射器等环节则几乎完全需要依赖于进口，未来国产替代空间巨大。 行业头豹分类/制造业/汽车制造业港股分类法/消费品制造港股分类法/消费品制造/汽车 关键词燃料电池系统燃料电池汽车 1.燃料电池系统定义 燃料电池系统是通过注入氢气等燃料使之发生氧化还原反应产生电流的发电装置，具有发电效率高、环境污染小、能源利用率高等特点。燃料电池系统主要由燃料电池电堆、氢气供给系统、空气供给系统以及水热管理系统构成。氢气供给系统与空气供给系统所提供的氢气与氧气在燃料电池电堆中发生化学反应，再通过膜电极将化学能转换为电能，DC/DC转换器将电能输出至汽车动力系统为燃料电池汽车提供动力。 燃料电池系统分类 2. 燃料电池根据电解质的不同可以分为质子交换膜燃料电池（PEMFC）、碱性燃料电池（AFC）、磷酸燃料电池（PAFC）、固体氧化物燃料电池 （SOFC）与熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）。AFC是最早开发应用的燃料电池，以KOH为电解质的AFC于上世纪被用于Apollo登月飞船的主电源。PEMFC在室温下可快速启动，且可根据负载情况调整输出功率，主要商业化场景为电动汽车及分布式发电设备，2014年12月丰田“Mirai”的问世正式拉开燃料电池应用于乘用车的商业化进程。目前仅PEMFC能够进入商业化作为燃料电池汽车的燃料电池系统使用，其他燃料电池技术目前商业化程度较低且 不适用于燃料电池汽车应用场景，本报告主要的探讨对象将为质子交换膜燃料电池系统。 类型名称类型说明 质子交换膜燃料电池（PEMFC）运行温度：60-80°催化剂：铂金 燃料：氢气、甲醇、天然气 技术状态：高度发展，即将实现商业化 全球产量（2020年）：1.005MV，同比增长+10.8% 燃料电池系统行业特征 熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）运行温度：600-700°催化剂：镍 燃料：煤气、沼气、天然气 技术状态：电池结构及廉价制备技术 全球产量（2020年）：8.8MV，同比减少58.1% 固体氧化物燃料电池（SOFC）运行温度：650-1000° 催化剂：锰酸镧、钴酸镧燃料：煤气、沼气、天然气 技术状态：电池结构廉价制备技术 全球产量（2020年）：147.5MV，同比增长+125.9% 运行温度：100-200° 催化剂：铂金 燃料：氢气、天然气 技术状态：高度发展、成本较高 全球产量（2020年）：132.2MV，同比增长+20.2% 磷酸燃料电池（PAFC） 运行温度：50-200° 催化剂：镍、银燃料：纯氧 技术状态：高度发展 全球产量（2020年）：0.5MV，同比减少90% 碱性燃料电池（AFC） 3. 中国燃料电池系统行业奉行商用车先行原则，商用车是行业初步实现规模化的核心抓手，通过实现一级零部件的国产化，能够推动燃料电池系统降本增效。目前中国燃料电池系统处于快速发展的窗口期，市场呈现百花齐放的竞争格局。 商用车是燃料电池系统初步实现规模化的核心抓手 商用车先氢燃料电池是氢能应用于交通领域的重要技术路线，其中氢能源商用车和氢能源重型工程机械是中国现阶段氢能交通领域应用的主要形式 行。氢燃料电池汽车目前造价成本较高，加氢站覆盖率低，且市场氢能教育水平不足，民众购买氢燃料电池乘用车意愿较低。但氢燃料电池 汽车具备续航时间长、充电便捷、耐低温等优势，相较于锂电池汽车，其性能属性更加贴合商用车场景需求。政府通过制定补贴和比例政策，推动市政和企业购买意愿向氢燃料电池商用车倾斜，从而带动氢能源汽车的发展。 核心一级零部件实现国产化，是燃料电池系统降本增效的关键 国产替代中国燃料电池系统产业正处于快速发展的重要窗口期，产品应用成本能否快速下降、实现批量应用的关键在于核心一级零部件是否能够实 势头正盛现国产化，燃料电池系统企业主要通过自主研发和引进消化吸收两种途径突破核心技术难点，部分系统企业采用“投资+合作”模式，分别 发挥技术研发和市场推广优势，携手推动产业规模化发展，并且国家出台相关政策为燃料电池汽车八大件的发展争取了发展的时间和空间。 产业发展窗口期，市场呈现百花齐放的竞争格局 产业发展燃料电池系统处于发展初期，规模化程度低，为降低生产成本，抢占市场份额，企业大多参与产业链垂直整合，以物流车（重卡）、客窗口期车、专用车等为主，向其他应用场景拓展。此外，企业通过投资、合作等形式与拥有相关核心技术的企业协同发展，并通过主导投资、入 驻建厂等形式打造氢能示范项目、布局氢能产业园，走体系化、链群化的发展模式。 燃料电池系统发展历程 4. 燃料电池系统大体上经历了创新探索阶段、市场切入阶段和商业应用阶段，美、日及欧洲发展起步早于中国。企业首先对燃料电池系统进行概念性设计和原理性验证，然后对工程化技术进行攻关，并在政府的支持下开展示范运营活动，在物流运输等领域初步实现商业化，并不断完善产品性能，消除市场固有焦虑。 开始时间：1980结束时间：2005阶段：萌芽期行业动态：创新探索阶段 1994-1997年，戴姆勒-克莱斯勒推出VECAR1/2/3系列氢燃料电池概念车； 1997-2001年，丰田推出FCHV1/2/3氢燃料电池混合动力概念车； 1999-2001年，本田推出FCX-VI/21314氢燃料电池概念车； 2001-2004年，通用汽车推出HydroGen1/2/3氢燃料电池概念车 行业影响/ 阶段特征：各大跨国汽车企业开始对氢燃料电池汽车的概念设计和原理性验证，推出很多型号的氢燃料电池汽车。 开始时间：2005结束时间：2015阶段：启动期行业动态：市场切入阶段 2002-2010年，日本JHFC工程； 2006年，美国燃料电池客车示范工程； 2003-2010年，欧盟HyfleetCUTE工程 行业影响/ 阶段特征：氢能作为车用动力源的可行性得到认证，企业进入工程化技术攻关阶段，并通过示范运营逐步向公众推广，并在物流运输等领域率先实现商业化。 开始时间：2015结束时间：2029阶段：高速发展期行业动态：商业应用阶段 2015年，丰台发布旗下首款氢燃料电池汽车Mirai，仅在日本、美国和欧洲销售； 2017年，全球氢能委员会在达沃斯成立，旨在加快氢气及燃料电池技术研发及商业化进程； 2018年，现代推出全球首款专用量产氢燃料汽车 行业影响/ 阶段特征：该阶段美、日及欧洲国家燃料电池系统的发展以乘用车、城市公交车和燃料电池叉车应用为主；中国执行商用车先行策略，政府支持技术开发并引导市场发展，燃料电池系统初步实现商业化 燃料电池系统产业链分析 5. 中国燃料电池系统产业链整体目前处于发展早期阶段，氢气供给端尚不发达且下游需求主要集中于如短途运输等特定场景，燃料电池系统核心部件及材料国产化程度较低。当前中国主要的制氢方式主要以煤炭制氢为主，未来CCUS的装配及碳价上行将逐步推高灰氢成本，可再生能源电解水制氢预计将成为未来制氢的主要方式之一。中国加氢站数目较少且区域发展极不均衡，当前加氢站投资成本较高，单座加氢站投资成本需1000万元以上。 燃料电池汽车在整体布局、额定功率、动力性能、氢气消耗等指标上差距不大，从2016-2021H1累计销量来看，重塑科技、亿华通、大洋电机燃料电池系统销量位列前三甲，各企业皆具备自身竞争优势，未来后起之秀依然具备赶超可能。 上游环节 上游分析 上游参与方 制氢 中国的电解水制氢依然处于发展的早期阶段，2中国石油化工集团有限公司、山西美锦能源股份 020年仅占中国氢气总产量的1.5%，总产能约为有限公司、锦州阳光能源有限公司、国家电力投 70万吨，总投资额约38.5亿元。资集团有限公司、江苏华昌化工股份有限公司、当前中国主要的制氢方式为煤炭制氢，占氢气总东华能源股份有限公司 产量约60%以上。 未来随着CCUS的装配及碳价上行，灰氢成本将逐步提升，而绿氢的成本将随着电解水电价的下降及设备成本的降低而逐步接近甚至低于灰氢成本，预计2030年、2050年中国绿氢占比将达15%与70%。随着技术的进步及电解槽设备的规模化生产，预计未来各种电解槽设备价格将大幅下降，2030年电解槽成本预计将下降约40%，且随着光伏、风电等装机的增加，预计2030年光伏发电成本约为0.15元/kWh，陆上风电约0.2元/kWh，当电价为0.15元/Kwh时，电解水制氢成本相较于化石能源制氢将具备竞争优势，极低成本的弃风弃光电量未来有望成为电解水制氢的重要电力来源之一。 中游环节 燃料电池系统 中游分析 中游参与方 燃料电池电堆占据了燃料电池系统约60%的成北京亿华通科技股份有限公司、上海重塑能源科 本，是燃料电池系统的核心构成部分，其中，双技有限公司、上海捷氢科技股份有限公司、深圳极板约占燃料电池电堆的30%，膜电极（包含了市氢蓝时代动力科技有限公司、广东国鸿氢能科催化剂、气体扩散层、质子交换膜等）约占6技股份有限公司、江苏清能新能源技术股份有限5%，燃料电池的催化剂中主要为铂金属，如目公司、爱德曼氢能源装备有限公司、佛山市清极前主要的商用催化剂为Pt/C，铂金属在地壳中含能源科技有限公司、潍柴动力股份有限公司、深量较少且价格高昂，推高了燃料电池催化剂的价圳国氢新能源科技有限公司、深圳市雄韬电源科格，未来燃料电池的催化剂将向低铂化、无铂化技股份有限公司、国家电投集团氢能科技发展有发展，如美国能源部2020年提出燃料电池汽车限公司 催化剂铂载量技术指标为0.125g/kW，而中国催化剂普遍为0.3-0.4g/kW，具有显著差距，未来降本空间依然巨大。 燃料电池系统早期由于技术不完善、进口以来性强等因素，成本相对较高，近些年来，随着中国燃料电池厂商的加大投入及新玩家的入局，技术的提升及规模的增长推动燃料电池电堆的成本快速下降，2017至2021年的复合年化增长率为-28.7%，燃料电池系统的成本亦随着迅速下降，复合年化增长率为-26.2%，随着未来燃料电池系统的规模化生产，预计占据电堆主要成本的膜电极与双极板成本将进一步下降，预计其2021至2026年复合年化增长率将分别为-18.4%与-17. 4%，在2026年将分别为600元/kW与0.3元/kW，各组成部分成本的下降将使得燃料电池系统的成本逼近电池系统与内燃机，燃料电池汽车从成本角度相较于燃油车与纯电动车将具有竞争力。 下游环节 下游分析 下游参与方 燃料电池汽车 燃料电池具有发电过程不涉及燃烧、能量转化效宇通客车股份有限公司、中联重科股份有限公司 率相对较高、污染排放接近于零、噪声相对较、福龙马集团股份有限公司、中国第一汽车集团低、续航里程相对较长（能量密度高于锂电池）有限公司、浙江吉利汽车有限公司、陕西汽车集等优势故而被认为是最具有前景的动力电源之团股份有限公司、上海汽车集团股份有限公司、一，目前其主要应用场景为燃料电池商用车，质中国长城科技集团股份有限公司、大运汽车股份子交换膜燃料电池是当前最主流在汽车上装机的有限公司、东风汽车集团有限公司、开沃新能源燃料电池。目前全球各发达经济体及中国皆已完汽车集团股份有限公司 成燃料电池整车技术的研发，韩国与日本是目前燃料电池产业化最为成熟的国家，截至2021年底，其燃料电池保有量分别为19