前 言：

國(guó)外燃料電池技術(shù)進(jìn)步明顯，初步具備商業(yè)化條件。從成本端來(lái)看，國(guó)外燃料電池系統(tǒng)規(guī)模化成本已經(jīng)降至45美元/kW，接近40美元/kW的戰(zhàn)略目標(biāo)，根據(jù)DOE的規(guī)劃，到2020年燃料電池系統(tǒng)成本降至40美元/kW以下，最終商用需要成本降至30美元/kW左右。

此外，新一代的燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)100kW鉑用量小于10g，基本達(dá)到內(nèi)燃機(jī)排放后處理鉑用量水平。

▌燃料電池產(chǎn)業(yè)初步進(jìn)入商業(yè)化階段

質(zhì)子交換膜燃料電池最適用于車(chē)載領(lǐng)域

燃料電池是燃料中的化學(xué)能通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置，單體電池主要有正負(fù)兩個(gè)電極(燃料電極、氧化劑電極)以及電解質(zhì)組成。理論上燃料電池的能量轉(zhuǎn)化效率可達(dá)90%，實(shí)際應(yīng)用中一般可以達(dá)到40%-70%，具備環(huán)境友好、能量轉(zhuǎn)換效率高，燃料來(lái)源多樣，低噪音等特點(diǎn)。

根據(jù)電解質(zhì)的不同，可以將燃料電池分為質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)、固體氧化物燃料電池(SOFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)、磷酸燃料電池(PAFC)和堿性燃料電池(AFC)等。

質(zhì)子交換膜燃料電池以其能量密度高、無(wú)運(yùn)動(dòng)電機(jī)部件、低腐蝕、低運(yùn)行溫度、快速啟動(dòng)等特點(diǎn)，是目前最適宜應(yīng)用于車(chē)載領(lǐng)域的燃料電池系統(tǒng)，也被認(rèn)為是最具備商業(yè)前景的燃料電池系統(tǒng)。

根據(jù)氟含量，可以將質(zhì)子交換膜分為全氟質(zhì)子交換膜、部分氟化聚合物質(zhì)子交換膜、非氟聚合物質(zhì)子交換膜、復(fù)合質(zhì)子交換膜4類(lèi)。

全氟質(zhì)子交換膜最先實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，產(chǎn)能主要集中在美國(guó)、日本、加拿大和中國(guó)。20世紀(jì)80年代初，加拿大巴拉德公司將全氟磺酸質(zhì)子交換膜用于PEMFC并獲得成功以來(lái)，全氟磺酸膜成為現(xiàn)代PEMFC唯一商業(yè)化的膜材料普通全氟化質(zhì)子交換膜。

從整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈條看，燃料電池汽車(chē)的推廣和應(yīng)用涉及面廣，無(wú)論對(duì)車(chē)輛本身還是對(duì)氫的制備、儲(chǔ)運(yùn)、應(yīng)用等，都有較高要求。

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根據(jù)美國(guó)能源部(DepartmentofEnergy，DOE)對(duì)燃料電池汽車(chē)的成本的系統(tǒng)分析，目前電堆及儲(chǔ)氫瓶成本仍為燃料電池汽車(chē)的主要成本構(gòu)成。電堆成本當(dāng)中，催化劑、雙基板、電解質(zhì)膜是主要的成本來(lái)源。

根據(jù)高工產(chǎn)研氫電研究所的數(shù)據(jù)，2018年氫燃料電池領(lǐng)軍企業(yè)分別為巴拉德、國(guó)鴻氫能、松下、豐田、本田。考慮到國(guó)鴻氫能主要為引進(jìn)巴拉德的技術(shù)路線，巴拉德及其相關(guān)公司占全球燃料電池電堆生產(chǎn)的主流。

全球氫燃料電池電堆企業(yè)總數(shù)仍相對(duì)較少且規(guī)模普遍偏小，2018年Ballard的氫燃料電池營(yíng)收9660萬(wàn)美元，約6.47億元人民幣，同比下滑20%。

Hydrogenics的燃料電池業(yè)務(wù)營(yíng)收1558.8萬(wàn)美元，約1.04億元人民幣。豐田的燃料電池電堆銷(xiāo)售收入約為2.7億元人民幣，本田的燃料電池電堆銷(xiāo)售收入約為2.3億元人民幣，現(xiàn)代的燃料電池電堆的銷(xiāo)售收入約為1.1億人民幣。

2018年國(guó)內(nèi)燃料電池汽車(chē)生產(chǎn)1527輛，未來(lái)成長(zhǎng)空間巨大根據(jù)中汽協(xié)的數(shù)據(jù)，2018年國(guó)內(nèi)氫燃料電池產(chǎn)量達(dá)到1527輛，其中主要集中在12月份，其中燃料電池客車(chē)占主流，產(chǎn)量達(dá)到1418輛，占比為93%。

2018年全球燃料電池汽車(chē)銷(xiāo)量為5177輛，同比增長(zhǎng)14.21%，國(guó)外市場(chǎng)以美國(guó)、加拿大、日本和韓國(guó)為主，車(chē)型主要以豐田、本田、現(xiàn)代等燃料電池乘用車(chē)為主。

目前日本和美國(guó)是全球燃料電池市場(chǎng)的主要參與者。根據(jù)日本制定的《氫能與燃料電池戰(zhàn)略路線圖》，計(jì)劃到到2025年普及氫能利用市場(chǎng)，再用5年時(shí)間建立大規(guī)模的供氫體系，最終在2040年建成無(wú)碳排放的氫燃料電池供給體系。

美國(guó)2005年在聯(lián)邦政府發(fā)布的《能源政策法案》中提出了氫能基礎(chǔ)設(shè)施和燃料電池的研究和開(kāi)發(fā)計(jì)劃，要求到2020年氫燃料電池汽車(chē)必須具備經(jīng)濟(jì)性和較低的排放量，且對(duì)2020年之前的氫能基礎(chǔ)設(shè)施和燃料電池技術(shù)撥款。

根據(jù)此前國(guó)家發(fā)布的燃料電池技術(shù)路線圖，燃料電池產(chǎn)業(yè)要發(fā)展以城市私人用車(chē)、公共服務(wù)用車(chē)的批量應(yīng)用為主，逐步實(shí)現(xiàn)燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的商業(yè)化推廣。根據(jù)規(guī)劃，氫燃料電池汽車(chē)要在2020年實(shí)現(xiàn)5000輛規(guī)模示范應(yīng)用，2025年達(dá)到5萬(wàn)輛的規(guī)劃，2030年實(shí)現(xiàn)百萬(wàn)輛規(guī)模的商業(yè)推廣。

國(guó)外燃料電池技術(shù)進(jìn)步明顯，初步具備商業(yè)化條件

豐田Mirai的燃料電池電堆功率密度已經(jīng)達(dá)到3.1kW/L，較2008年的1.4kW/L提升了一倍。此外，國(guó)內(nèi)車(chē)用燃料電池系統(tǒng)功率密度也已經(jīng)達(dá)到2.0kW/L，并掌握了-10°C低溫啟動(dòng)技術(shù)。

從成本端來(lái)看，國(guó)外燃料電池系統(tǒng)規(guī)?；杀疽呀?jīng)降至45美元/kW，接近40美元/kW的戰(zhàn)略目標(biāo)，根據(jù)DOE的規(guī)劃，到2020年燃料電池系統(tǒng)成本降至40美元/kW以下，最終商用需要成本降至30美元/kW左右。此外，新一代的燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)100kW鉑用量小于10g，基本達(dá)到內(nèi)燃機(jī)排放后處理鉑用量水平。

基于2020年的技術(shù)水平，在年產(chǎn)50萬(wàn)套80kW電堆的規(guī)模下，質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)成本可降低到40美元/kW(約合260元/kW)，即80kW燃料電池汽車(chē)的電池系統(tǒng)總價(jià)約2萬(wàn)元。而按照國(guó)際能源署預(yù)測(cè)，2030年鋰離子電池系統(tǒng)成本有望降低至100美元，同等水平的60kWh動(dòng)力電池車(chē)電池系統(tǒng)總價(jià)約為4萬(wàn)元。

燃料電池功率和儲(chǔ)能單元彼此獨(dú)立，增加能量單元對(duì)車(chē)輛成本和車(chē)重影響相對(duì)較小，氫燃料電池在重型交通領(lǐng)域相比鋰電池具有更強(qiáng)的技術(shù)適應(yīng)性。隨著車(chē)重和續(xù)航的提升，燃料電池汽車(chē)成本將逐步接近甚至低于純電動(dòng)汽車(chē)。

從全球燃料電池出貨量來(lái)看，近年來(lái)呈穩(wěn)步提升態(tài)勢(shì)。2017年全球燃料電池出貨量達(dá)到7.26萬(wàn)件，其中大部分為固定式(主要為燃料電池固定發(fā)電)應(yīng)用，車(chē)輛領(lǐng)域成長(zhǎng)迅速，有望成為未來(lái)主流的應(yīng)用場(chǎng)景。

▌制氫儲(chǔ)氫技術(shù)亟待突破，相關(guān)設(shè)備成長(zhǎng)空間巨大

制氫儲(chǔ)氫技術(shù)及相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)備亟待發(fā)展

我國(guó)已具備一定氫能工業(yè)基礎(chǔ)，全國(guó)氫氣產(chǎn)能超過(guò)2000萬(wàn)t/a，但生產(chǎn)主要依賴(lài)化石能源，消費(fèi)主要作為工業(yè)原料，清潔能源制氫和氫能的能源化利用規(guī)模較小。

國(guó)內(nèi)由煤、天然氣、石油等化石燃料生產(chǎn)的氫氣占了將近70%，工業(yè)副產(chǎn)氣體制得的氫氣約占30%，電解水制氫占不到1%。

從消費(fèi)結(jié)構(gòu)來(lái)看合成氨、合成甲醇及石油煉化為主要的氫氣消費(fèi)領(lǐng)域，燃料電池汽車(chē)消費(fèi)量仍處于極低的水平。

在目前技術(shù)條件下，水電解制氫雖然成本較高，但其氫氣純度較高，對(duì)燃料電池電堆的損耗更小。國(guó)內(nèi)外能源企業(yè)結(jié)合其各自優(yōu)勢(shì)選擇不同技術(shù)路線，紛紛布局氫能源生產(chǎn)與供給，煤制氫、天然氣制氫、堿性電解水制氫技術(shù)和設(shè)備已具備商業(yè)化推廣條件。

以目前的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)(煤電占比為69%)來(lái)看，水電解制氫在燃料電池全生命周期仍不具備排放優(yōu)勢(shì)，根據(jù)國(guó)家發(fā)改委能源研究所測(cè)算，若未來(lái)國(guó)內(nèi)煤電比例降至20%，水電解制氫全生命周期排放將顯著低于汽油車(chē)排放。

以目前燃料電池的購(gòu)車(chē)和使用成本來(lái)看，經(jīng)濟(jì)性和節(jié)能減排優(yōu)勢(shì)不明顯仍是限制燃料電池汽車(chē)大規(guī)模推廣的主要軟肋。除了燃料電池系統(tǒng)等車(chē)輛相關(guān)部件成本有較大下降空間外，制氫儲(chǔ)氫環(huán)節(jié)的技術(shù)進(jìn)步和基礎(chǔ)設(shè)施的推廣也是推廣燃料電池汽車(chē)的重要把手。

制氫儲(chǔ)氫設(shè)備發(fā)展任重道遠(yuǎn)，具備較大成長(zhǎng)空間

自從1999年5月全球第一座加氫站在德國(guó)慕尼黑機(jī)場(chǎng)建成以來(lái)，各國(guó)相繼推動(dòng)加氫站建設(shè)。截止2017年底，全球正在運(yùn)營(yíng)的加氫站達(dá)到328座，其中日本、美國(guó)、德國(guó)分別有95座，39座和31座，并對(duì)未來(lái)加氫站建設(shè)有具體規(guī)劃。

國(guó)內(nèi)截止2018年上半年在運(yùn)營(yíng)的加氫站僅有14座，其中6座位撬裝式，占世界加氫站總數(shù)的2%。主要為示范項(xiàng)目為基礎(chǔ)存續(xù)下來(lái)的加氫站，日加注量主要是500kg以下，且加注壓力主要為35Mpa，僅大連新源動(dòng)力加氫站加注壓力為70Mpa。

加氫站網(wǎng)絡(luò)化分布是氫燃料電池技術(shù)大規(guī)模商用化的基本保障，而解決加氫站網(wǎng)絡(luò)化分布的關(guān)鍵是解決氫氣運(yùn)輸問(wèn)題。氫氣輸送方式主要有氣氫輸送、液氫輸送等。氣氫輸送分為管道輸送、長(zhǎng)管拖車(chē)和氫氣鋼瓶輸送。

管道輸送一般用于輸送量大的場(chǎng)合，長(zhǎng)管拖車(chē)運(yùn)輸距離不宜太遠(yuǎn)，用于輸送量不大的場(chǎng)合;氫氣鋼瓶則用于輸送量小且用戶比較分散的場(chǎng)合。液氫輸送一般采用罐車(chē)和船，可進(jìn)行長(zhǎng)距離輸送。目前氫氣輸送網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)技術(shù)尚不成熟，不利于氫燃料電池技術(shù)大規(guī)模商用化應(yīng)用。

儲(chǔ)氫也是制約氫燃料電池發(fā)展的重要問(wèn)題，目前主要的辦法有高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫，低溫液態(tài)儲(chǔ)氫，金屬儲(chǔ)氫，有機(jī)液儲(chǔ)氫等。目前國(guó)內(nèi)外主要以高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫(35MPa和70MPa)和低溫液態(tài)儲(chǔ)氫為主。

目前氣態(tài)儲(chǔ)氫逐步向高壓發(fā)展，70MPa的IV型儲(chǔ)氫瓶成為了燃料電池汽車(chē)儲(chǔ)氫設(shè)備未來(lái)發(fā)展的重點(diǎn)。I型和II型普通鋼制高壓儲(chǔ)氫氣瓶自身太重，且存在氫脆問(wèn)題，難以在車(chē)載領(lǐng)域應(yīng)用。目前國(guó)內(nèi)車(chē)載高壓儲(chǔ)氫主要采用輕質(zhì)復(fù)合容器III型瓶。

目前美國(guó)、加拿大、日本實(shí)現(xiàn)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)70Mpa儲(chǔ)氫瓶量產(chǎn)。美國(guó)通用汽車(chē)公司主要通過(guò)增強(qiáng)碳纖維纏繞層結(jié)構(gòu)，加拿大Dynetek公司通過(guò)改進(jìn)纏繞層和過(guò)渡層技術(shù)，加強(qiáng)了碳纖維/樹(shù)脂基體復(fù)合增強(qiáng)外包層的強(qiáng)度，均將35Mpa儲(chǔ)氫瓶升級(jí)為70Mpa，且已投入工業(yè)化生產(chǎn)，獲得廣泛應(yīng)用。

浙江大學(xué)在國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)的資助下，建立了纖維全纏繞高壓儲(chǔ)氫氣瓶結(jié)構(gòu)-材料-工藝一體化的自適應(yīng)遺傳優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，成功研制了70MPa儲(chǔ)氫氣瓶。

此外，沈陽(yáng)斯達(dá)林公司、北京科泰克和北京天海也陸續(xù)研制并進(jìn)行70Mpa氣瓶的型式試驗(yàn)。博肯節(jié)能旗下蘭天達(dá)突破了70MPa車(chē)用儲(chǔ)氫系統(tǒng)，同濟(jì)大學(xué)的70MPa加氫站用儲(chǔ)氫系統(tǒng)項(xiàng)目也受到驗(yàn)收。

▌燃料電池受政策持續(xù)扶持，國(guó)內(nèi)企業(yè)布局積極推進(jìn)

燃料電池汽車(chē)受?chē)?guó)家和地方政策積極扶持

近年來(lái)，隨著氫燃料電池技術(shù)的突破、新能源汽車(chē)的快速發(fā)展，以及國(guó)家對(duì)清潔能源的日益重視，中國(guó)開(kāi)始加大對(duì)氫燃料電池領(lǐng)域的規(guī)劃和支持力度，出臺(tái)了相應(yīng)的政策，將氫燃料電池的發(fā)展提升到了戰(zhàn)略高度。

除中央層面的政策外，各地方政府也出臺(tái)了對(duì)于燃料電池的規(guī)劃和相關(guān)補(bǔ)貼。截止目前，廣東、上海、武漢、重慶、西安、河南、海南、青海等8個(gè)省市已經(jīng)出臺(tái)了地方補(bǔ)貼政策。

國(guó)內(nèi)企業(yè)積極布局燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈，遠(yuǎn)期市場(chǎng)空間近萬(wàn)億根據(jù)公開(kāi)數(shù)據(jù)顯示，2017年國(guó)內(nèi)氫燃料電池投資項(xiàng)目(2020年投產(chǎn))就已達(dá)1000多億，產(chǎn)能為17萬(wàn)套氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)。

目前國(guó)內(nèi)加氫站建設(shè)成本約2000萬(wàn)元/座，較加油站和充電站相比成本偏高。按照規(guī)劃2030年國(guó)內(nèi)加氫站建設(shè)1000座，對(duì)應(yīng)市場(chǎng)空間約200億元。

國(guó)內(nèi)2030年燃料電池汽車(chē)商業(yè)推廣計(jì)劃超過(guò)100萬(wàn)輛，預(yù)計(jì)對(duì)應(yīng)市場(chǎng)空間超過(guò)5000億元。按照電堆成本占比40%，儲(chǔ)氫瓶成本占比15%，電機(jī)成本占比10%計(jì)算，預(yù)計(jì)2030年國(guó)內(nèi)燃料電池電堆、儲(chǔ)氫瓶、電機(jī)對(duì)應(yīng)市場(chǎng)空間分別超過(guò)2000億元、750億元和500億元。

2018年發(fā)布的6-12批新能源汽車(chē)推薦目錄中，燃料電池汽車(chē)共有72款車(chē)型入選，其中客車(chē)54款，占比達(dá)到75%。2018年入選的車(chē)型中，燃料電池系統(tǒng)額定功率達(dá)到30-40kw的車(chē)型有45款，達(dá)到40-50kw的車(chē)型有13款，50kw以上的車(chē)型有14款。目前國(guó)內(nèi)燃料電池水平總體與國(guó)外差距較大，日本的燃料電池車(chē)型額定功率基本在120-200kw。