▌燃料電池產業(yè)初步進入商業(yè)化階段
質子交換膜燃料電池最適用于車載領域
燃料電池是燃料中的化學能通過電化學反應直接轉化為電能的裝置，單體電池主要有正負兩個電極(燃料電極、氧化劑電極)以及電解質組成。理論上燃料電池的能量轉化效率可達90%，實際應用中一般可以達到40%-70%，具備環(huán)境友好、能量轉換效率高，燃料來源多樣，低噪音等特點。
根據電解質的不同，可以將燃料電池分為質子交換膜燃料電池(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。
質子交換膜燃料電池以其能量密度高、無運動電機部件、低腐蝕、低運行溫度、快速啟動等特點，是目前最適宜應用于車載領域的燃料電池系統(tǒng)，也被認為是最具備商業(yè)前景的燃料電池系統(tǒng)。
根據氟含量，可以將質子交換膜分為全氟質子交換膜、部分氟化聚合物質子交換膜、非氟聚合物質子交換膜、復合質子交換膜4類。
全氟質子交換膜最先實現產業(yè)化，產能主要集中在美國、日本、加拿大和中國。20世紀80年代初，加拿大巴拉德公司將全氟磺酸質子交換膜用于PEMFC并獲得成功以來，全氟磺酸膜成為現代PEMFC唯一商業(yè)化的膜材料普通全氟化質子交換膜。
從整個產業(yè)鏈條看，燃料電池汽車的推廣和應用涉及面廣，無論對車輛本身還是對氫的制備、儲運、應用等，都有較高要求。
根據美國能源部(DepartmentofEnergy，DOE)對燃料電池汽車的成本的系統(tǒng)分析，目前電堆及儲氫瓶成本仍為燃料電池汽車的主要成本構成。電堆成本當中，催化劑、雙基板、電解質膜是主要的成本來源。
根據高工產研氫電研究所的數據，2018年氫燃料電池領軍企業(yè)分別為巴拉德、國鴻氫能、松下、豐田、本田?？紤]到國鴻氫能主要為引進巴拉德的技術路線，巴拉德及其相關公司占全球燃料電池電堆生產的主流。
全球氫燃料電池電堆企業(yè)總數仍相對較少且規(guī)模普遍偏小，2018年Ballard的氫燃料電池營收9660萬美元，約6.47億元人民幣，同比下滑20%。
Hydrogenics的燃料電池業(yè)務營收1558.8萬美元，約1.04億元人民幣。豐田的燃料電池電堆銷售收入約為2.7億元人民幣，本田的燃料電池電堆銷售收入約為2.3億元人民幣，現代的燃料電池電堆的銷售收入約為1.1億人民幣。
2018年國內燃料電池汽車生產1527輛，未來成長空間巨大根據中汽協(xié)的數據，2018年國內氫燃料電池產量達到1527輛，其中主要集中在12月份，其中燃料電池客車占主流，產量達到1418輛，占比為93%。
2018年全球燃料電池汽車銷量為5177輛，同比增長14.21%，國外市場以美國、加拿大、日本和韓國為主，車型主要以豐田、本田、現代等燃料電池乘用車為主。
目前日本和美國是全球燃料電池市場的主要參與者。根據日本制定的《氫能與燃料電池戰(zhàn)略路線圖》，計劃到到2025年普及氫能利用市場，再用5年時間建立大規(guī)模的供氫體系，最終在2040年建成無碳排放的氫燃料電池供給體系。
美國2005年在聯邦政府發(fā)布的《能源政策法案》中提出了氫能基礎設施和燃料電池的研究和開發(fā)計劃，要求到2020年氫燃料電池汽車必須具備經濟性和較低的排放量，且對2020年之前的氫能基礎設施和燃料電池技術撥款。
根據此前國家發(fā)布的燃料電池技術路線圖，燃料電池產業(yè)要發(fā)展以城市私人用車、公共服務用車的批量應用為主，逐步實現燃料電池汽車產業(yè)的商業(yè)化推廣。根據規(guī)劃，氫燃料電池汽車要在2020年實現5000輛規(guī)模示范應用，2025年達到5萬輛的規(guī)劃，2030年實現百萬輛規(guī)模的商業(yè)推廣。
國外燃料電池技術進步明顯，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達到3.1kW/L，較2008年的1.4kW/L提升了一倍。此外，國內車用燃料電池系統(tǒng)功率密度也已經達到2.0kW/L，并掌握了-10°C低溫啟動技術。
從成本端來看，國外燃料電池系統(tǒng)規(guī)?；杀疽呀浗抵?5美元/kW，接近40美元/kW的戰(zhàn)略目標，根據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)動機100kW鉑用量小于10g，基本達到內燃機排放后處理鉑用量水平。
基于2020年的技術水平，在年產50萬套80kW電堆的規(guī)模下，質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燃料電池汽車的電池系統(tǒng)總價約2萬元。而按照國際能源署預測，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動力電池車電池系統(tǒng)總價約為4萬元。
燃料電池功率和儲能單元彼此獨立，增加能量單元對車輛成本和車重影響相對較小，氫燃料電池在重型交通領域相比鋰電池具有更強的技術適應性。隨著車重和續(xù)航的提升，燃料電池汽車成本將逐步接近甚至低于純電動汽車。
從全球燃料電池出貨量來看，近年來呈穩(wěn)步提升態(tài)勢。2017年全球燃料電池出貨量達到7.26萬件，其中大部分為固定式(主要為燃料電池固定發(fā)電)應用，車輛領域成長迅速，有望成為未來主流的應用場景。
▌制氫儲氫技術亟待突破，相關設備成長空間巨大
制氫儲氫技術及相關基礎設備亟待發(fā)展
我國已具備一定氫能工業(yè)基礎，全國氫氣產能超過2000萬t/a，但生產主要依賴化石能源，消費主要作為工業(yè)原料，清潔能源制氫和氫能的能源化利用規(guī)模較小。
國內由煤、天然氣、石油等化石燃料生產的氫氣占了將近70%，工業(yè)副產氣體制得的氫氣約占30%，電解水制氫占不到1%。
從消費結構來看合成氨、合成甲醇及石油煉化為主要的氫氣消費領域，燃料電池汽車消費量仍處于極低的水平。
在目前技術條件下，水電解制氫雖然成本較高，但其氫氣純度較高，對燃料電池電堆的損耗更小。國內外能源企業(yè)結合其各自優(yōu)勢選擇不同技術路線，紛紛布局氫能源生產與供給，煤制氫、天然氣制氫、堿性電解水制氫技術和設備已具備商業(yè)化推廣條件。
以目前的能源消費結構(煤電占比為69%)來看，水電解制氫在燃料電池全生命周期仍不具備排放優(yōu)勢，根據國家發(fā)改委能源研究所測算，若未來國內煤電比例降至20%，水電解制氫全生命周期排放將顯著低于汽油車排放。
以目前燃料電池的購車和使用成本來看，經濟性和節(jié)能減排優(yōu)勢不明顯仍是限制燃料電池汽車大規(guī)模推廣的主要軟肋。除了燃料電池系統(tǒng)等車輛相關部件成本有較大下降空間外，制氫儲氫環(huán)節(jié)的技術進步和基礎設施的推廣也是推廣燃料電池汽車的重要把手。
制氫儲氫設備發(fā)展任重道遠，具備較大成長空間
自從1999年5月全球第一座加氫站在德國慕尼黑機場建成以來，各國相繼推動加氫站建設。截止2017年底，全球正在運營的加氫站達到328座，其中日本、美國、德國分別有95座，39座和31座，并對未來加氫站建設有具體規(guī)劃。
國內截止2018年上半年在運營的加氫站僅有14座，其中6座位撬裝式，占世界加氫站總數的2%。主要為示范項目為基礎存續(xù)下來的加氫站，日加注量主要是500kg以下，且加注壓力主要為35Mpa，僅大連新源動力加氫站加注壓力為70Mpa。
加氫站網絡化分布是氫燃料電池技術大規(guī)模商用化的基本保障，而解決加氫站網絡化分布的關鍵是解決氫氣運輸問題。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、長管拖車和氫氣鋼瓶輸送。
管道輸送一般用于輸送量大的場合，長管拖車運輸距離不宜太遠，用于輸送量不大的場合;氫氣鋼瓶則用于輸送量小且用戶比較分散的場合。液氫輸送一般采用罐車和船，可進行長距離輸送。目前氫氣輸送網絡系統(tǒng)技術尚不成熟，不利于氫燃料電池技術大規(guī)模商用化應用。
儲氫也是制約氫燃料電池發(fā)展的重要問題，目前主要的辦法有高壓氣態(tài)儲氫，低溫液態(tài)儲氫，金屬儲氫，有機液儲氫等。目前國內外主要以高壓氣態(tài)儲氫(35MPa和70MPa)和低溫液態(tài)儲氫為主。
目前氣態(tài)儲氫逐步向高壓發(fā)展，70MPa的IV型儲氫瓶成為了燃料電池汽車儲氫設備未來發(fā)展的重點。I型和II型普通鋼制高壓儲氫氣瓶自身太重，且存在氫脆問題，難以在車載領域應用。目前國內車載高壓儲氫主要采用輕質復合容器III型瓶。
目前美國、加拿大、日本實現已經實現70Mpa儲氫瓶量產。美國通用汽車公司主要通過增強碳纖維纏繞層結構，加拿大Dynetek公司通過改進纏繞層和過渡層技術，加強了碳纖維/樹脂基體復合增強外包層的強度，均將35Mpa儲氫瓶升級為70Mpa，且已投入工業(yè)化生產，獲得廣泛應用。
浙江大學在國家高技術研究發(fā)展計劃(863計劃)的資助下，建立了纖維全纏繞高壓儲氫氣瓶結構-材料-工藝一體化的自適應遺傳優(yōu)化設計方法，成功研制了70MPa儲氫氣瓶。
此外，沈陽斯達林公司、北京科泰克和北京天海也陸續(xù)研制并進行70Mpa氣瓶的型式試驗。博肯節(jié)能旗下蘭天達突破了70MPa車用儲氫系統(tǒng)，同濟大學的70MPa加氫站用儲氫系統(tǒng)項目也受到驗收。
▌燃料電池受政策持續(xù)扶持，國內企業(yè)布局積極推進
燃料電池汽車受國家和地方政策積極扶持
近年來，隨著氫燃料電池技術的突破、新能源汽車的快速發(fā)展，以及國家對清潔能源的日益重視，中國開始加大對氫燃料電池領域的規(guī)劃和支持力度，出臺了相應的政策，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，各地方政府也出臺了對于燃料電池的規(guī)劃和相關補貼。截止目前，廣東、上海、武漢、重慶、西安、河南、海南、青海等8個省市已經出臺了地方補貼政策。
國內企業(yè)積極布局燃料電池汽車產業(yè)鏈，遠期市場空間近萬億根據公開數據顯示，2017年國內氫燃料電池投資項目(2020年投產)就已達1000多億，產能為17萬套氫燃料電池發(fā)動機。
目前國內加氫站建設成本約2000萬元/座，較加油站和充電站相比成本偏高。按照規(guī)劃2030年國內加氫站建設1000座，對應市場空間約200億元。
國內2030年燃料電池汽車商業(yè)推廣計劃超過100萬輛，預計對應市場空間超過5000億元。按照電堆成本占比40%，儲氫瓶成本占比15%，電機成本占比10%計算，預計2030年國內燃料電池電堆、儲氫瓶、電機對應市場空間分別超過2000億元、750億元和500億元。
2018年發(fā)布的6-12批新能源汽車推薦目錄中，燃料電池汽車共有72款車型入選，其中客車54款，占比達到75%。2018年入選的車型中，燃料電池系統(tǒng)額定功率達到30-40kw的車型有45款，達到40-50kw的車型有13款，50kw以上的車型有14款。目前國內燃料電池水平總體與國外差距較大，日本的燃料電池車型額定功率基本在120-200kw。
目前燃料電池產業(yè)鏈市場關注度較高，各類資本投資較為積極，政策催化不斷。但也應正視國內燃料電池水平與國際的差距，目前國內燃料電池仍處于發(fā)展前期，在產業(yè)鏈環(huán)節(jié)正在推進商業(yè)化的進程中，二級市場更多的表現為扶持政策、行業(yè)事件及輿情熱點驅動，產業(yè)鏈相關公司的技術進展和最近布局，以及國家層面的補貼將會對市場情緒帶來較大提振。
