1、2021 年深度行业分析研究报告 nXjW9UmUfUbYwOuMuMzR7NbPaQtRmMmOqRfQmNoMjMnNqO6MoOuNvPqMpNuOtQpR 第一章：氢能产业链上游第一章：氢能产业链上游 资料来源：国鸿氢能，国信证券经济研究所整理 应用场景丰富 0202 0303 0404 0101 交通运输领域：氢燃料电池汽车 交通运输业排放占全球碳排放量的1/3。燃料电池车具有 零排放、续航里程长等特点，是交运行业减碳的最佳选择 热值高 氢气是常见燃料中热值最高的（143 kJ/g）， 是石油的约3倍，煤炭的4.5倍 建筑领域：分布式热-电联供系统 氢气供燃料电池发电，燃料电池发电产
2、生热量用于供 暖与热水供应 储能领域：氢储能参与电网辅助 氢储能系统耦合风光等可再生能源参与电网削峰填谷、 调峰调频等作用 工业领域：氢能炼钢 利用氢气的高还原性，代替焦炭作为高炉还原剂，以 避免钢铁生产中的碳排放 无碳排、无污染 氢气燃烧过程无碳排放、无污染物产生 安全性好 氢气在发生泄露后极易扩散，爆炸下限浓度 高于汽油和天然气 图1：氢能优势与应用场景 4 资料来源：亿华通，国信证券经济研究所整理 制氢氢储运氢加注 化石能源制氢 高压气氢 低温液氢 固态储氢 加氢站 煤制氢 天然气制氢 石油类燃料制氢 工业副产氢 焦炉气 氯碱副产气 丙烷脱氢副产气 乙烷裂解副产气 电解水制氢 太阳能发电
3、 风能发电 水力发电 生物质发电 核电 燃料电池动力系统 燃料电池电堆 催化剂 质子交换膜 气体扩散层 双极板 密封圈 紧固件 系统其他主要部件 空压机 氢气循环泵 增湿器 储气瓶 散热器 DC/DC 泵与阀件等 燃料电池应用 交通 汽车 船舶 轨道交通 叉车 固定式应用 分布式电力系统 家庭热电联产 备用电源 军用 便携电源 无人机 舰艇动力系统 备用电力系统 航天火箭发动机 上游中游（部分）下游 图2：氢能产业链概览 5 根据中国氢能联盟的预测，在2030年碳达峰愿景下，我国氢气的年需求量预期达到3,715万吨，在终端能源消费中占比约为5%；可再生氢产量约为500万吨，部 署电解槽装机约8
4、0GW。在2060年碳中和愿景下，我国氢气的年需求量将增至1.3亿吨左右，在终端能源消费中占比约为20%。其中，工业领域用氢占比仍然最 大，约7,794万吨，占氢总需求量60%；交通运输领域用氢4,051万吨，建筑领域用氢585万吨，发电与电网平衡用氢600万吨。 数据来源：中国氢能联盟，国信证券经济研究所整理 3342 3715 5276 9690 13030 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 20202030E2040E2050E2060E 工业 60% 交通运输 31% 建筑领域 4% 发电与电网平衡 图3：我国氢气年产量以及未来预期（万 吨
5、） 图4：2060年我国氢气各领域用量展望 数据来源：中国氢能联盟，国信证券经济研究所整理 6 当前全球氢气年产能约7000万吨，我国氢气产能约3342万吨；国外市场以天然气制氢为主，占比约为75%；我国以煤制氢为主，占60%以上。 全球可再生能源制氢占比极小，却是降低燃料电池汽车全生命周期碳排放量的主要途径，因此正在得到全球范围的大力推动。我国碱性水电解制氢技术较为成熟， 应用比较广泛，但存在单体制氢能力较小、电流密度小、占地面积大等问题。质子交换膜电解制氢技术国内外均处于研发和小量应用阶段，我国质子交换膜制氢 技术在设备成本、催化剂技术、质子交换膜本身等方面与国际先进水平差距较大。因此，短
6、期以成熟的碱性水电解制氢技术为主，中长期为碱性、质子交换膜等 多种制氢方式并存。其他制氢方式包括生物质制氢、光解水制氢、核能制氢等，但目前仍处于实验研发阶段，尚无规模化应用。 数据来源：中国氢能联盟，国信证券经济研究所整理 技术路线优势劣势规模 （立方米/小时）碳排放（kgCO2/kgH2) 化石原料制氢 煤气化 产量高，成本低，技术成熟工艺流程长，碳排放量大 天然气重整1000100000 工业副产氢 焦炉煤气 相比煤制氢初次投资更小，能 耗更低 建设地点受制于原料供应 5000100000 5 2000100000 氯碱副产氢 200010000 烷烃脱氢 5010000 合成氨醇 电解水
7、制氢 常规电设备简单，运行稳定能耗高，制氢成本高 102000 可再生电 可再生能源丰富，可显著降低 成本 不稳定性带来的频繁启停、负 荷变动问题 表1：不同制氢技术路线对比 7 2019年，我国氢气主要来源于化石能源制氢（煤制氢、天然气制氢）；其中，煤制氢与产量达到2,124吨，占我国氢能产量的63.54%，天然气制氢产量为460 万吨，占我国氢能产量的14%，而电解水制氢产量仅约为50万吨。 煤制氢技术路线稳定高效，制备工艺成熟，也是成本最低的制氢方式，经测算，在原料煤价格在800元/吨时，制氢成本约为12.64元/kg。 天然气制氢技术中，蒸汽重整制氢较为成熟，是国外主流的制氢方式，经测
8、算，在天然气价格为2.5元/Nm3时，天然气制氢的成本约为12.79/kg，其中天然气 原料成本占据总成本的70%以上。 图5：2019年我国氢气来源 数据来源：中国氢能联盟，国信证券经济研究所整理 煤制氢 天然气 制氢 工业副 产氢 电解水 制氢 化石能源制氢煤制氢天然气制氢 化石原料费用（元/kg）6.72 9.39 氧气原料费用（元/kg）2.35 0.00 辅助材料费用（元/kg）0.48 0.16 燃料动力消耗（元/kg）0.77 2.06 直接工资（元/kg）0.13 0.13 制造费用（元/kg）1.51 0.73 财务及管理费（元/kg）0.67 0.32 氢气制备成本（元/k
9、g）12.64 12.79 表2：化石能源制氢成本构成比较 数据来源：氢能供应链成本分析及建议，国信证券经济研究所测算 8 我国工业副产氢资源丰富，可作为我国氢能发展初期的过渡性氢源。化石能源制氢过程碳排放巨大，而在工业副产物中提取氢气既可减少碳排，又可以提高资源 利用率与经济效益。目前我国排空的工业副产氢产量约为450万吨，可供97万辆氢燃料公交车全年运营。其中，PDH以及乙烷裂解副产氢约为30万吨，主要分 布在华东及沿海地区；氯碱副产氢约为33万吨，主要分布在新疆、山东、内蒙古、上海、河北等省市；焦炉煤气副产氢约为271万吨，主要分布在华北、华中地 区；合成氨醇等副产氢约为118万吨，主要
10、分布在山东、陕西、河南等省份。 数据来源：中国氢能产业发展报告2020，国信证券研究所整理 图6：我国工业副产氢地域分布表3：我国工业副产氢概况 副产氢产量 （万吨） 氢气出厂价格 (元/kg） 可供公交车数量 （万辆） 焦炉煤气2719.3-14.958.9 氯碱化工3313.4-20.27.1 烷烃脱氢3014-20.26.5 合成氨醇11814.6-22.425.6 数据来源：中国氢能产业发展报告2020，国信证券研究所整理 9 电解水制氢主要有碱性电解（AWE）、质子交换膜（PEM）电解、固体氧化物（SOEC）电解这三种技术路线。碱性电解水制氢技术路线成熟，设备造价低，更 具经济性。P
11、EM电解水由于具有良好的对可再生能源发电波动的适应性以及更高的能量转化效率，目前已成为主流的电解水技术。根据国际能源署（IEA）数据 显示，2015-2019年间，全球新增电解槽装机中，PEM电解槽装机容量占比超过80%。 数据来源：电解水制氢技术研究进展与趋势，国信证券经济研究所整理 碱液电解水（AWE)质子交换膜电解(PEMEC)固体氧化物电解（SOEC） 电解质隔膜30% KOH 石棉膜质子交换膜固体氧化物 电流密度/(A.cm-2)99.8%99.99%99.99% 能量效率60-75%75-90%85-100% 操作特征快速启停，产气需要脱碱快速启停，产物仅水蒸气启停不便，产物仅水蒸
12、气 电能质量要求稳定电源稳定或波动电源稳定电源 动态响应能力较强强较弱 电解槽寿命12000 h10000 h 可维护性强碱腐蚀强，运维成本高无腐蚀性介质，运维成本低 技术成熟度充分产业化初步产业化研发期 特点技术成熟，成本低良好的可再生能源适应性转化效率较高 表4：电解水技术路线对比 10 电解水制氢成本一般包括设备成本、能源成本（电力）、原料费用（水）以及其他运营费用。与化石能源制氢和工业副产氢相比，碱性和PEM制氢技术在生产 运行成本与设备投资成本上均较为昂贵。随着未来可再生能源发电平价上网，尤其是对局部区域弃风弃光的充分利用，可再生能源电价有望持续降低。 以目前的电解水平，当可再生能源
13、电价降至0.2元/kWh时，电解水制氢成本将接近于化石原来制氢成本。同时，随着制氢项目的规模化发展、关键核心技术的 国产化突破、电解槽能耗和投资成本的下降以及碳税等政策的引导下，电解制氢技术在降低成本方面极具发展潜力。 表5：电解水制氢成本构成 碱性电解水PEM电解水 电解槽折旧费用（元/kg）4.8 16.8 土建与设备安装费用（元/kg）0.4 0.6 人工与运维费用（元/kg）2.32.3 电费（元/kg）33.6 30.2 单位成本（元/kg）41.149.9 数据来源：氢能供应链成本分析及建议，国信证券经济研究所测算 图7：电解水成本（元/kg）随电价（元/kWh）变动走势图 0 1
14、0 20 30 40 50 60 0.10.20.30.40.50.6 碱性电解PEM电解 数据来源：氢能供应链成本分析及建议，国信证券经济研究所测算 11 上市公司代码涉及业务 宝丰能源600989.SH 公司总投资14亿元建设全球最大规模的太阳能电解水制氢储能及综合应用示范项目，主要包括新建20,000Nm3/h碱性电解槽电解水制氢装 置（合计年产氢气1.6亿Nm3/年）及配套公辅设施，制取绿氢用于化工生产。 美锦能源000723.SZ公司采用焦炉煤气制氢，可实现低成本高效大规模制氢。 东华能源002221.SZ 公司目前拥有PDH产能198万吨/年，副产5.6万吨/年氢气。预计到2030
15、年，公司将形成年产超900万吨PDH、800万吨PP、氢气产能45万 吨 中国石化600028.SH公司氢气年产能力超390万吨，占全国氢气产量的11%左右 中国旭阳集团1907.HK 公司现运营焦化规模1210万吨/年，预计2025年达到3000万吨/年，2030年达到6000万吨/年；旭阳集团现有氢资源26.6亿方/年，预计 2025年氢资源超过65亿方/年，2030年氢资源超过130亿方/年。 华昌化工002274.SZ 公司二期项目可生产合成气（氢气、一氧化碳），装置合成气生产能力总计为110000立方/小时，在氢气制取方面，每年可生产氢气达20 万吨 鸿达兴业002002.SZ公司目
16、前拥有100万吨氯碱产能，副产氢气可达2.5万吨/年。 金能科技603113.SH公司建设90万吨/年丙烷脱氢与86万吨/年绿色炭黑循环利用项目、6.5亿立方/年清洁氢能源项目，公司每年可副产氢气4.1万吨。 卫星化学002648.SZ公司全资子公司浙江卫星能源已建成年产90万吨丙烷脱氢制丙烯装置，可副产氢气3万吨/年。 滨化股份601678.SH 公司与北京亿华通共同出资设立了山东滨华氢能源有限公司，主要业务方向是为氢燃料电池汽车加氢站提供氢气，目前公司副产氢气1.7万 吨/年。 数据来源：各公司官网，Wind，国信证券经济研究所整理，注：各公司最新情况以公司指引为准。 表6：制氢业务相关上
17、市公司梳理 12 氢储存的方式有高压气态储氢、低温液态储氢和固态储氢。目前高压气态储运氢技术相对成熟，是我国现阶段主要的储运方式。 气氢通常以20MPa钢制氢瓶储存，并通过长管拖车运输，适用于短距离、小规模输运。管道输氢是实现氢气大规模、长距离运输的重要方式，但建设成本较 大，目前我国仅有100km管道建设。据中国氢能产业基础设施发展蓝皮书预测，2030年我国氢气管道有望达到3000km。 液态储氢是指在标准大气压下，将氢气冷却至零下252.72摄氏度液化储存在特制的高度真空的绝热容器中，常温常压下液氢的密度为气氢的845倍，适用于距 离较远、运输量较大的场合，但装置投资较大，能耗较高。 固态
18、储运是以金属氢化物、化学氢化物或纳米材料等作为储氢载体，通过化学吸附和物理吸附的方式实现氢的存储。固态储氢具有储氢密度高、安全性好、氢 气纯度高等优势。但技术复杂，成本高，尚无规模化使用。 数据来源：中国钢研科技集团，国信证券经济研究所整理 储运方式运输工具压力（Mpa）载氢量（kg/车）体积储氢密度（kg/m3）质量储氢密度（wt%）能耗（kwh/kg）经济距离（km） 气态储运 长管拖车20300-40014.51.11-1.3 管道1-43.2-0.2 液态储运液氢槽罐车0.64500641415 固体储运货车.510-13.3 表7：不同氢储运方式比较 13 对于
19、高压气态运氢运输，当运输距离为50km时，运输成本为3.6元/kg，随着距离的增加长管拖车运输成本大幅上升，当运输距离为500km时，氢气的运输成 本达到29.4元/kg。因此，长管拖车只适合短距离运输（小于200km）。 液氢槽罐车运氢成本对距离不敏感，当加氢站距离氢源点50-500km时，运输价格在10.4-11.0元/kg范围内，这是由于液氢成本主要来源于液化过程中的耗电 费用，仅与载氢量有关，而与距离无关。因此，液氢罐车在长距离运输下更具成本优势。 管道运氢成本主要来源于与输送距离正相关的管材折旧及维护费用，当输送距离为100km时，运氢成本仅为0.5元/kg。但管道运氢成本很大程度上
20、受到需求 端的影响，在当前加氢站尚未普及、站点较为分散的情况下，管道运氢的成本优势并不明显。但随着氢能产业逐步发展，氢气管网终将成为低成本运氢方式的 最佳选择。 数据来源：氢能供应链成本分析及建议，国信证券经济研究所测算；注：长管拖车或液氢槽罐车百公里耗油25L，柴油价格7元/L，电价0.6元/kWh，过路费用0.6元/km，保养费用为0.3 元/km，每车配备两名司机，装卸氢过程各需一名操作人员，人工费用为10万元/年；管道输氢建设成本基于济源-洛阳氢气管道项目测算。 3.6 6.9 9.0 16.0 19.2 29.4 33.6 10.4 10.5 10.6 10.7 10.9 11.0
21、11.1 0.3 0.5 0.9 1.3 1.7 2.1 2.4 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0 500500600 运输距离（km） 20MPa气氢液氢管道 运氢成本测算基本假设 气氢 长管拖车价格100万/台 满载时氢气质量（20MPa）430kg 折旧年限10年 压缩过程耗电1kWh/kg 液氢 槽罐车价格350万/台 满载时氢气质量4300kg 折旧年限10年 液化过程耗电15kWh/kg 气氢管道 建设成本617万/km 输氢能力10.04万吨/年 折旧年限20年 压缩过程耗电0.2kWh/kg 图8：不同输
22、氢方式在不同运输距离下的成本对比（元/kg） 14 长期以来，受制于换热器、绝热器等设备，以及民用标准的缺乏，国内液氢主要用于航天和军工领域，民用液氢推进缓慢，氢液化设备也主要由美国空气产品、 普莱克斯、德国林德等厂商提供。而目前日本、美国已将液氢罐车作为加氢站运氢的重要方式之一。 随着近两年国内氢能兴起，民用液氢领域现已汇聚了中科富海、航天101所、国富氢能、鸿达兴业等一批机构和企业，在相关技术上屡获重大突破；同时国家 已发布液氢生产、贮存和运输的国家标准，这使液氢民用有标可依，实现了我国液氢产业民用领域标准零突破，为液氢进入市场化发展提供重要支撑。在国家 政策支持下，燃料电池汽车示范推广提
23、速。 数据来源：GGII，国信证券经济研究所整理 表8：近期我国液氢项目进展 时间相关规划 2021年2月上海重塑、佛燃能源、国富氢能、泰极动力签署协议在佛山合作推进“液氢储氢加氢站项目 2021年4月由财政部支持，中国科学院理化技术研究所承担的“液氦到超流氦温区大型低温制冷系统研制”项目通过验收及成果鉴定，相关技术已达到国际领先水平。 2021年6月呼和浩特首个万吨级绿色液氢能源项目-空气产品久泰高效氢能综合利用示范项目正式签约 2021年6月北京航天试验技术研究所成功完成国内首例车载液氢瓶火烧试验，实现了液氢储存领域的突破。 2021年7月航天六院101所作为国内液氢领域的中坚力量，于甘肃
24、定西市开展液氢工厂项目的建设。 2021年9月清华联手北汽福田的全球首辆35吨级、49吨级分布式驱动液氢燃料电池重型商用车成功问世，顺利通过综合测试。 2021年9月河北建投集团与承德市政府、中国航天科技集团氢能工程研发中心签署共同推进国家级能源创新平台合作框架协议 15 目前国内已建成运营的加氢站设计最大氢气加注容量通常为 500kg/天或者1000kg/天。 2021年3月投入使用的北京大兴氢能科技园加氢站项目是目前全球规模最大的加氢站，最大加注量达4800Kg/天；可为日均600辆燃料电池物流车提供服务。 除去土地成本外，建设一座35MP、日加氢500kg的固定式加氢站的平均投资在150
25、0万元左右。未来几年，随着设备生产规模扩大以及关键设备如压缩机、加 氢机的国产化，压缩系统、储氢系统以及加氢系统的成本将明显下降，国内加氢站建站成本有望下降超过20%。 数据来源：Joint Agency Staff Report on Assembly Bill 8: Assessment of Time and Cost Needed to Attain 100 Hydrogen Refueling Stations in California ，GGII，国 信证券经济研究所整理 表9：外供高压气氢加氢站建设成本（最大加氢量500kg/天） 项目成本（万元）备注 压缩机 203 40HP
26、活塞式压缩机 储氢瓶 278 250kg储能能力 加氢系统 218 35/70Mpa双压力 冷却系统 113 35/70Mpa双压力 其他系统成本 395 阀门、管路、材料、连接设备等 其他前期费用 306 调试费、设计施工费、工程管理费用、项目申请所产 生费用等 总计 1511 压缩机, 13% 储氢瓶, 18% 加氢系统, 14% 冷却系统, 7% 其他系统成本, 26% 其他建成前所需 费用, 20% 图9：外供高压气氢加氢站成本结构 数据来源：Joint Agency Staff Report on Assembly Bill 8: Assessment of Time and Cos
27、t Needed to Attain 100 Hydrogen Refueling Stations in California ，GGII，国 信证券经济研究所整理 16 上市公司代码涉及业务 加氢站建设 美锦能源000723.SZ旗下已投运8座加氢站，并在计划在“十四五”期间规划建设100座加氢站。 雪人股份002639.SZ 公司筹划在福州市长乐区建设一座固定式加氢站。加氢站一期规模为500kg/d；二期拟增加70MPa储氢和加氢设备，可达到 1000kg/d的供氢能力 雄韬股份002733.SZ目前公司参与建设及投入运营的加氢站有三座，分别于大同、武汉、阳泉 鸿达兴业002002.SZ
28、目前公司已备案建设8座加氢站，其中3座已经投入运营。 中国石化600028.SH十四五”期间将规划建设1000座加氢站，预计今年新发展加氢站数量将达100座。 中国石油601857.SH公司已经有两座加氢站建成投运，六座加氢站正在建设中 加氢设备 厚普股份300471.SZ公司在加氢站建设方面已具备批量交付的能力。 雪人股份002639.SZ公司具备加氢站核心设备制造能力：可设计与制造加氢站、氢气压缩机组、氢气冷却机组等设备 深冷股份300540.SZ公司已拥有氢液化、氢储运及加注等前端技术储备，并已注册氢液化装置相关专利。 储氢瓶 京城股份600860.SH公司下属的天海工业公司推出具有完全
29、自主知识产权的新一代车载储氢IV型瓶，目前已建成一条柔性化IV型瓶生产线。 亚普股份603013.SH 公司自主研发的III型35MPa车载储氢系统正与相关方深度合作，产品近期将搭载成渝氢走廊项目进行示范运行；公司自主研发 的IV型70MPa小容积车载储氢瓶正在搭载整车台架进行相关性能验证。 中集安瑞科3899.HK公司通过旗下附属公司中集氢能科技与Hexagon Purus HK达成合营协议，成立高压储氢瓶合营公司和供氢系统合营公司 中材科技002080.SZ公司现具备1-2万只35Mpa高压储氢瓶产能。 数据来源：各公司官网，Wind，国信证券经济研究所整理，各公司最新情况以公司指引为准。
30、 表10：加氢储氢业务相关上市公司梳理 17 第二章：第二章：氢产业链中游（燃料电池动力系统）氢产业链中游（燃料电池动力系统） 在政策的支持下，2016-2020年我国氢燃料电池汽车产量逐年提升；2020年受疫情影响，行业产量下滑至1199辆。截止2020年底，我国氢燃料电池汽车保有 量为7352辆，进入商业化初期。 2020年，燃料电池商用车价格约为200万/辆，随着燃料电池系统生产规模化与燃料电池电堆核心零部件国产化，在2025年燃料电池汽车保有量达到5-10万辆 的预期下，我们预计燃料电池汽车销售价格将以每年10%的幅度下降。 图10：我国氢燃料电池汽车保有量 （辆） 图11：我国氢燃料
31、电池汽车年产量 （辆） 639 1911 3438 6175 7352 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 200192020 629 1247 1619 3018 1199 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 200192020 资料来源：高工产业研究院，国信证券经济研究所整理资料来源：高工产业研究院，国信证券经济研究所整理 19 氢燃料电池汽车的核心为燃料电池发动机系统，其结构主要包括燃料电池发动机、车载储氢系统、冷却系统等。其中，燃料电池发动机系统主要由燃料电池
32、电堆、 氢气供给系统、氧气供给系统、发动机控制器等构成。 供氢系统将氢从氢气罐输送到燃料电池电堆；由空气过滤器、空气压缩机和加湿器组成的供气系统为燃料电池堆提供氧气；水热管理系统采用独立的水和冷却剂 回路来消除废热和反应产物（水）。燃料电池系统产生的电力通过动力控制单元驱动电动机，从而驱动车辆行驶，辅助电池则在需要时提供额外的电力。 图12：氢燃料电池汽车结构示意图 资料来源：Alternative Fuels Data Center，国信证券经济研究所整理 图13：氢燃料电池汽车组成 燃料电池电堆 62%热管理系统 6%氢循环系统 4%增湿器 7%成本占 比： 空压机 14% 资料来源：美国
33、能源署，亿华通招股说明书，国信证券经济研究所整理 20 燃料电池是一种将燃料所具有的化学能直接转换成电能的装置，基本原理是氢气进入燃料电池的阳极，在催化剂的作用下分解成氢质子和电子，形成的氢质子 穿过质子交换膜达到燃料电池阴极，在催化剂作用下与氧气结合生成水，电子则通过外部电路到达燃料电池阴极形成电流。 由于该过程不受卡诺循环效应的限制，因此理论效率可达90%以上，具有很高的理论经济性。不同于铅酸、锂电等储能电池，燃料电池类似于“发电机”，其 在将化学能转化为电能的过程中产生的大部分是水，且整个过程不存在机械传动部件，因此没有有害气体排放与噪声污染。 2019年年产量规模达到百台以上的企业有四
34、家，即上海神力、大连新源动力、江苏清能、广东国鸿。国际燃料电池堆企业已经进入中国市场，拥有较大的市场 份额。加拿大巴拉德（Ballard）公司、水吉能（Hydrogenics）公司，日本丰田公司，瑞典PowerCell公司等，以产品销售、技术许可、合资建厂等方式在燃 料电池堆输出总量上达到1400多台，占2019年国内电池堆总量的46.7%，其中仅巴拉德一家就出货1370台，占据进口电池堆的97%。 图14：燃料电池工作原理图 氢燃料电池车电动车燃油车 动力来源燃料电池发动机锂电池内燃机 反应方式电化学反应电化学反应燃烧 反应放能电电热 反应效率60%-20-30% 安全性较燃油车与电动车高
35、高能量密度与安全性难 兼容 爆燃与爆炸危险 低温性能-30 可以启动-20可启动 -18以下需润滑油、 辅助点火装置 加注时间3 min1-8 h3 min 续航里程500 km300 km500km 表11：不同类型汽车对比 资料来源：国信证券经济研究所整理资料来源：GGII，国信证券经济研究所整理 21 燃料电池电堆可谓氢能源车的心脏，燃料电池电堆主要由催化剂、质子交换膜、气体扩散层、双极板，以及其他结构件如密封件、端板和集流板等组成。燃料 电池电堆成本占据燃料电池系统成本60%以上，因此降低电堆成本是燃料电池汽车商业化的关键。膜电极与其两侧的双极板则组成燃料电池的基本单元 相比国外燃料电
36、池电堆，国内电堆在核心材料缺乏与关键技术方面仍存在短板，也是燃料电池电堆成本居高不下的主要原因。如膜电极层三大关键材料铂催化 剂、质子交换膜、碳纸主要依赖进口，国产材料尚无法满足高性能燃料电池电堆使用需求。 资料来源：美国能源署，国信证券经济研究所整理 图15：燃料电池电堆组成 质子交换膜（成本占比16%） 作用：传递在阳极形成的氢离子至阴极，同时隔离氢气与氧气 商用产品：全氟磺酸质子交换膜 关键材料：全氟磺酸树脂 支撑板 作用：控制组装接触压力 双极板 成本占比23% 作用：支撑机械结构、均匀分配气体、排水、导热、 导电 商用产品：石墨板、金属板 关键材料：石墨粉/碳粉、不锈钢/钛合金 气体
37、扩散层（成本占比12%） 作用：为气体提供输送通道、支撑催化层、稳定电极结构、传电和传热等功能 商用产品：碳纸 关键材料：碳纤维 集流板 作用：收集电流 催化剂 成本占比36% 作用：分解氢气和氧气并促进其结合生成水，同时产生电流 商用产品：Pt/C催化剂 关键材料：铂金 22 膜电极（MEA）由质子交换膜、催化层和气体扩散层组成，是燃料电池发电的关键核心部件，同时也是多相物质传输和电化学反应的场所，决定了燃料电池的 性能、寿命和成本。主要性能指标包括单位表面积的输出功率（功率密度）、贵金属用量（单位功率输出的铂用量）、寿命和成本。膜电极生产目前采用的是 第二代生产技术催化剂涂膜（CCM）技术
38、，具有卷对卷（Roll-to-Roll）连续化高速生产能力。国际上，日、美、欧、加拿大等国家和地区凭借多年技术 积累，在膜电极的基础研究和制备技术上一直处于领先地位。目前，国际上最先进的膜电极商业化产品的功率密度在1.41.5W/cm2范围内，国内量产膜电极 的功率密度为1.01.2W/cm2。 国外膜电极供应商及丰田、本田等乘用车企业都已具备膜电极批量自动化生产线，单线年产能在数千平方米到万平方米级。由于国产膜电极的设计与制造缺陷 较多，产出的膜电极的功率密度、耐久性和贵金属铂使用载量等技术参数都有待于进一步提升，所采用的关键组件材料大都还依赖进口。 资料来源：未势能源，国信证券经济研究所整
39、理 图16：燃料电池膜电极表12：国内质子交换膜主要企业分布 企业发展概况 鸿基创能 公司已建成目前国内产能最大的自主化膜电极生产线，年产能达30万平方米， 当前CCM良品率达到了99.9%，膜电极也达到99%。 武汉理工氢电公司已经实现卷对卷生产，每分钟能生产2-5米，累计销量突破170万片 捷氢科技公司实现膜电极产线全自动化，线速度达到5m/min，年产能将达到500万片。 擎动科技公司建设国内首条“卷对卷”直接涂布法膜电极生产线，设计产能达100万片 资料来源：鸿基创能，国信证券经济研究所整理 23 全球从事质子膜研究的主要有美国科慕、陶氏、3M公司、戈尔公司，比利时索尔维（Solvay
40、）公司，日本旭硝子玻璃（Asahi Glass）、旭化成（Asahi KASEI），以及我国的东岳氢能、泛亚微透等十余家公司。其中，美国戈尔公司在增强膜方面具有知识产权优势，目前应用最为广泛的是戈尔公司的Nafion系列 膜（GORE-SELECTPEM），目前全球市场占有率超过90%，每年出货量达几十万平米，丰田MIRAI、现代NEXO和本田CLARITY等都采用戈尔产品。 东岳氢能具有完整的全氟磺酸树脂产业链，是继戈尔、科慕两家外国企业之后国内市场占比最大的企业，具有从原料、中间体、单体、聚合物膜全产业链，同时 建成全国唯一全氟酸质子膜树脂合成生产线，目前实现量产并批量供货，但在产品可靠性
41、、寿命、规模化生产及应用经验方面还需提高。 资料来源：氢燃料电池质子交换膜研究现状及展望 ，国信证券经济研究所整理 表13：不同种类质子交换膜对比 类型材料工作温度（）优点缺点 低温质子交换膜全氟磺酸树脂80 化学稳定性强 较高的力学强度 寿命较长 高离子传导特性 需增湿、水管理系统 对杂质气体耐受差 氢气纯度要求高 价格昂贵 高温质子交换膜 磷酸掺杂聚苯 并咪唑 100-200 无需增湿 对杂质气体耐受 力高 可降低铂担载量 机械强度低 有腐蚀性 使用寿命短 表14：国内外质子交换膜（全氟磺酸膜）指标对比及主要企业 性能指标国内国外 产能（m2/年）500001000000 溶胀率2%5%2
42、% 强度(MPa)3030 综合耐久性（h)60006000 成膜聚合物当量质量（EW）700 资料来源：节能与新能源技术路线图2.0，国信证券经济研究所整理 24 在燃料电池中，催化剂起到分解氢气和氧气进行电化学反应产生电流的作用。目前商用催化剂为铂碳催化剂，而稀有金属铂的高成本是燃料电池商业化的主要 阻碍之一。国外催化剂用量已实现70 产品容量比（kg/L）0.9-1.30.6-0.950.35-10.3-0.8 使用寿命（年）151515-2015-20 储氢密度14.28-17.2314.28-17.2340.448.8 成本低中等高高 车载使用情况否是是 发展情
43、况国内外技术成熟国外技术成熟，国内较为成熟国外技术成熟，国内研制极端 车载储气瓶生产企业无法用于车载储氢系统 科泰克、中材科技、天海工业、富瑞特装、 斯林达 国外：Hexagon、佛吉亚、Quantum、 通用、丰田、Dynetek 国内: 亚普股份、中集安瑞科、京城股份 表23：不同类型高压气态储氢瓶对比 资料来源：北京市氢燃料电池发动机工程技术研究中心，国信证券经济研究所整理 31 资料来源：丰田公司，国信证券经济研究所整理 图19：IV型储氢瓶结构 车载储氢成本主要受规模、碳纤维关键材料、高压管阀件等影响，目前35MPa车载氢瓶的成本为6000元/kg。未来随着车辆规模的扩大，碳纤维关键
44、材料和高 压管阀件的国产化，成本有望大幅降低（60%以上）。深冷高压等新技术经过充分的技术验证后，有可能在提升储氢密度、降低成本方面发挥重要作用。 目前在车载高压储氢瓶领域，国内外存在较大差距。我国III型瓶技术较为成熟，其中35MPa已被广泛应用于氢燃料的电池车，70MPa刚开始推广，但加工高压 氢气瓶所使用的关键材料碳纤维则大多依赖于进口。目前工业上标准氢气的压缩钢瓶气压一般为35MPa大气压，相当于22.9kg/m3的氢气密度；在70MPa下， 氢气密度可达到39.6kg/m3。 表24：国内主要储氢瓶生产企业介绍 公司相关业务 中材科技公司现具备1-2万只35Mpa高压储氢瓶产能 科泰
45、克公司是国内III型气瓶主要生产企业，也是车用氢气瓶和车载氢系统的主要供应商。 斯林达公司为国内70MPa车用储氢瓶技术代表，是国内第一家获得型储氢瓶制造许可的工厂。 亚普股份 公司自主研发的III型35MPa车载储氢系统正与相关方深度合作，产品将搭载成渝氢走廊 项目进行示范运行；公司自主研发的IV型70MPa小容积车载储氢瓶正在搭载整车台架进 行相关性能验证。 京城股份 公司下属的天海工业公司推出具有完全自主知识产权的新一代车载储氢IV型瓶，目前已 建成一条柔性化IV型瓶生产线 中集安瑞科 公司通过旗下附属公司中集氢能科技与Hexagon Purus 公司达成合营协议，成立高压储 氢瓶合营公
46、司和供氢系统合营公司 资料来源：Wind，公司官网，国信证券经济研究所整理 32 国内燃料市场目前市场区域性订单多，同时批量供货的竞争者开始增多，市场竞争开始由一向多发展，市场集中度逐年下降，2020年CR5为64%，较2019年降 低14%，预计2-3年内仍会下降。 2020年，膜电极、双极板、燃料电池电堆、氢气循环泵、空压机等核心材料和关键部件价格均有明显下降，同比2019年降幅在20%-50%。其中，燃料电池电 堆、空压机价格接近腰斩；膜电极实现20%-30%降价；氢气循环泵价格从3万元降到1-2万元/台，国产氢气循环泵相比进口产品可便宜70%以上。 国鸿氢能、氢璞创能、雄韬股份（旗下雄
47、韬氢瑞）纷纷公布电堆大批量价格。得益于核心材料和关键部件的国产化进程加速，2020年我国燃料电池系统和电堆 的价格已经实现30%-50%幅度的下调。未来几年，随着国产核心零部件的规模化以及竞争加剧，未来几年电堆售价有望按照每年25%-30%的速度下降。 图20：2019年（左）与2020年（右）我国燃料电池市场份额分布 资料来源：GGII，国信证券经济研究所整理 重塑股份, 29% 清能股份, 16% 亿华通, 16% 上海电驱动, 9% 新源动力, 8% 其他, 22% 爱德曼, 16% 亿华通, 15% 国鸿重塑, 12% 广东探索, 11% 潍柴动力, 10% 其他, 36% 国内企业电
48、堆报价 国鸿氢能 行业指导价：2999元/kW 战略合作价：1999元/kW 氢璞创能 500台以上：1699元/kW 100台以上：1999元/kW 不足100台：2499元/kW 雄韬氢瑞 合作伙伴：1999元/kW（200台起） 钻石合作伙伴：1599元/kW（2000台起） 黑金合作伙伴：1199元/kW（1000台起） 图21：国内部分燃料电池电堆生产厂商报价 资料来源：GGII，国信证券经济研究所整理，各厂家最新报价以企业指引为准。 33 10000 3500 1000 500 5000 3500 2000 1200 0 2000 4000 6000 8000 10000 1200
49、0 2020202520352050 燃料电池系统价格（元/kW)储氢系统价格（元/kg） 资料来源：中国氢能产业发展报告2020，国信证券经济研究所整理 燃料电池系统及储氢系统关键技术和材料的突破，以及规模化生产是燃料电池系统及储气系统价格下降的两大驱动因素，其成本与量化规模、关键部件国产化率 等因素密切相关。随着燃料电池技术性能的提升，耐久性与寿命提高，燃料电池下游应用的全生命周期成本将得到极大程度的改善。 催化剂、质子交换膜、碳纸的国产化、电堆功率密度的提升、空压机及氢气循环泵的国产化，部件标准化模具开发、IV型储氢瓶应用等是成本下降的主要迭代因 素。 图22：我国燃料电池系统及储氢系统
50、价格下降潜力 34 上市公司代码涉及业务 燃料电池 系统 亿华通688339.SH 公司形成以自主氢燃料电池发动机为核心，包括双极板、电堆、整车控制器、智能DC/DC、氢系统、测试设 备、燃料电池实验室全套解决方案等在内的纵向一体化产品与服务体系 美锦能源000723.SZ 公司参股的广东国鸿氢能科技有限公司生产燃料电池电堆及燃料电池动力系统总成。 雄韬股份002733.SZ 公司投资燃料电池发动机系统集成的浙江氢途科技，并于全资成立了雄韬氢雄，该公司现已成长为雄韬股份旗 下自有的燃料电池全产业链一体化平台 雪人股份002639.SZ 公司在重庆市两江新区投资设立燃料电池发动机及其核心零部件制
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