什 么才是靠谱的氢能源车（新能源设备行业）-华金证 券

1、 HYPERLINK / HYPERLINK / /2 /30内容目录 HYPERLINK l _bookmark0 一、氢（H）作为还原剂+氧（O）作为氧化剂，是电池的终极选项4 HYPERLINK l _bookmark1 1、化学储能的底层逻辑：氢气的能量密度位居所有化学燃料之首4 HYPERLINK l _bookmark6 2、能量利用的底层逻辑：燃料电池能够绕过“卡洛循环，实现化学能的高效转化 5 HYPERLINK l _bookmark10 二、制氢方法众多，制备低成本高质量氢气是推广燃料电池车的关键7 HYPERLINK l _bookmark11 1、多种方法均可制备氢气，

2、“南阳水氢机”或采用了铝合金制氢的投机方法7 HYPERLINK l _bookmark16 、石化原料和化工原料制氢是目前的主流制氢方式8 HYPERLINK l _bookmark21 、电解水制氢将来可与可再生能源（风电、光伏）相结合，有望成为未来主流制氢方式 HYPERLINK l _bookmark23 、高补贴背景下其他制氢法或有投机空间（铝合金制氢、海藻制氢） HYPERLINK l _bookmark28 2、氢气终端价格过高，燃料电池车运行成本不及锂电池车12 HYPERLINK l _bookmark29 可再生能源电解水制氢，有望成为未来我国的制氢路线13 HYPERLI

3、NK l _bookmark36 氢气使用价格需从约16美元/kg降至10美元/kg以下，燃料电池车才具备经济性15 HYPERLINK l _bookmark43 三、燃料电池堆制造成本和性能，决定购置燃料电池车的经济性17 HYPERLINK l _bookmark44 1、燃料电池堆成本至1000元 以下，有望实现大规模广17 HYPERLINK l _bookmark52 2、燃料电池车百公里氢耗、能量密度、使用寿命等多个维度参数均有待突破19 HYPERLINK l _bookmark63 四、燃料电池车行业处于萌芽期，未来市场空间有望超200亿23 HYPERLINK l _boo

4、kmark64 1、2019年-2020年或是燃料电池车十城千辆的推广阶段23 HYPERLINK l _bookmark66 2、巴拉德（Ballard）目前仍是燃料电池领域龙头23 HYPERLINK l _bookmark68 3、2018年日韩部分燃料电池车型销量下降，我国燃料电池车产量达1619辆24 HYPERLINK l _bookmark72 4、燃料电池车或在2023-2025年爆发，电池堆市场空间超200亿26 HYPERLINK l _bookmark76 五、投资建议27 HYPERLINK l _bookmark78 六、风险提示28图表目录 HYPERLINK l

5、_bookmark2 图1：各类电池能量密度分布4 HYPERLINK l _bookmark3 图2：电化学储能的基础反应方程4 HYPERLINK l _bookmark4 图3：不同的能量转化装置对应的氧化还原电对4 HYPERLINK l _bookmark7 图4：内燃机无法破除的“卡洛循环”的效率壁垒5 HYPERLINK l _bookmark8 图5：内燃机无法逾越的“卡洛循环”的效率壁垒6 HYPERLINK l _bookmark9 图6：内燃机无法破除的“卡洛循环”的效率壁垒6 HYPERLINK l _bookmark12 图7：多种方法均可制备氢气7 HYPERLIN

6、K l _bookmark14 图8：全球制氢原料主要来源8 HYPERLINK l _bookmark15 图9：日本不同制氢方法的制氢产能比重8 HYPERLINK l _bookmark17 图10：天然气SMR工艺流程8 HYPERLINK l _bookmark18 图甲醇裂解制氢工艺流程9 HYPERLINK l _bookmark19 图12：煤制氢工艺流程9 HYPERLINK l _bookmark20 图13：氯碱制氢流程10 HYPERLINK l _bookmark22 图14：电解水制氢机理10 HYPERLINK l _bookmark24 图15：水氢汽车样车 H

7、YPERLINK l _bookmark25 图16：车载铝合金水解制氢技术 HYPERLINK l _bookmark27 图17：海藻制氢原理图12 HYPERLINK l _bookmark30 图18：天然气制氢成本结构图13 HYPERLINK l _bookmark31 图19：甲醇制氢成本结构图13 HYPERLINK l _bookmark32 图20：煤制氢成本结构图13 HYPERLINK l _bookmark33 图21：电解水制氢成本构成13 HYPERLINK l _bookmark34 图22：主要制氢方法成本对比（元/kg）14 HYPERLINK l _boo

8、kmark37 图23：国内工业氢气出厂价格15 HYPERLINK l _bookmark38 图24：海外工业氢气出厂价格15 HYPERLINK l _bookmark39 图25：美国加州某加氢站氢气标价15 HYPERLINK l _bookmark40 图26：日本氢气价格15 HYPERLINK l _bookmark41 图27：国内终端用氢价格高达70元/kg16 HYPERLINK l _bookmark45 图28：运输业燃料电池系统成本（美元/KW）17 HYPERLINK l _bookmark46 图29：未来氢气供应链蓝图17 HYPERLINK l _bookm

9、ark47 图30：燃料电池成本分解（基于1000套年计算）17 HYPERLINK l _bookmark48 图31：燃料电池成本分解（基于50000套年计算）17 HYPERLINK l _bookmark49 图32：氢燃料电动整车制造成本构成18 HYPERLINK l _bookmark50 图33：燃料电池系统成本构成18 HYPERLINK l _bookmark53 图34：氢燃料电池原理图19 HYPERLINK l _bookmark54 图35：燃料电池汽车动力系统工作原理图19 HYPERLINK l _bookmark55 图36：丰田Mirai 主要组件20 HY

10、PERLINK l _bookmark56 图37：本田ClarityFuel Cell 汽车外观20 HYPERLINK l _bookmark57 图38：日产生物乙醇燃料电池车（e-NV200 van）外形图20 HYPERLINK l _bookmark58 图39：日产生物乙醇燃料电池车（e-NV200 van）系统示意图20 HYPERLINK l _bookmark59 图40：日产公司生物乙醇固体氧化物燃料电池系统原理图21 HYPERLINK l _bookmark61 图41：不同燃料电池使用周期对比22 HYPERLINK l _bookmark62 图42：功率密度需超

11、过3kW/L22 HYPERLINK l _bookmark67 图43：2018年全球氢燃料电池电堆企业TOP1024 HYPERLINK l _bookmark69 图44：20172018年日韩燃料电池汽车分车型销量情况（辆）24 HYPERLINK l _bookmark70 图45：我国2018年燃料电池汽车分车型销量情况（辆）25 HYPERLINK l _bookmark71 图46：2018年中国车企氢燃料电池汽车产量（单位：辆）25 HYPERLINK l _bookmark73 图47：2018-2025年燃料电池车产量及渗透率预测26 HYPERLINK l _bookm

12、ark74 图48：燃料电池车出货功率2019-2025年（MW）26 HYPERLINK l _bookmark75 图49：预计燃料电池在新能源汽车领域的市场空间（亿元）26 HYPERLINK l _bookmark5 表1：氢气（H2）的能量密度约为汽油3倍5 HYPERLINK l _bookmark13 表2：五大制氢方法7 HYPERLINK l _bookmark26 表3：不同铝基合金制氢材料水解制氢性能比较12 HYPERLINK l _bookmark35 表4：铝及其合金制氢成本估算14 HYPERLINK l _bookmark42 表5：燃料电池车、锂电池车、燃油车

13、的对比16 HYPERLINK l _bookmark51 表6：我国某代表公司燃料电池客车成本拆分18 HYPERLINK l _bookmark60 表7：燃料电池车的对比21 HYPERLINK l _bookmark65 表8：近期氢燃料电池产业受到政府部门高度关注23 HYPERLINK l _bookmark77 表9：按燃料电池关键环节划分的海内外相关公司27 HYPERLINK / HYPERLINK / /3 /30 HYPERLINK / HYPERLINK / /4 /30一、氢（H）作为还原剂+氧（O）作为氧化剂，是电池的终极选项1、化学储能的底层逻辑：氢气的能量密度位

14、居所有化学燃料之首160 氧化剂，理论能量密度仅为 84mAh/g图 1：各类电池能量密度分布图 2：电化学储能的基础反应方程资料来源：Angew. Chem. Int. Edit.，华金证券研究所资料来源：华金证券研究所整理（13 Jkg 3 35 12 图 3：不同的能量转化装置对应的氧化还原电对资料来源：知网，华金证券研究所 HYPERLINK / HYPERLINK / /5 /301 气体30MJ/KG 表 1：氢气（H2）的能量密度约为汽油 3 倍燃料（储能）类型热值/能量密度（MJ/Kg）三元锂电池（单体 300Wh/Kg）1.08干木柴13标准煤29金属铝30天然气36汽油43

15、氢气143（1kwh=1000w3600s=3,600,000 ）2、能量利用的底层逻辑学能的高效转化热力学第一定律告诉我们自然界中的能量是守恒的，能量不会凭空产生,100%。图 4：内燃机无法破除的“卡洛循环”的效率壁垒资料来源：华金证券研究所整理 HYPERLINK / HYPERLINK / /6 /3060%80%23 倍：传统60%80%23 图 5：内燃机无法逾越的“卡洛循环”的效率壁垒资料来源：知网，华金证券研究所来自电动邦的数据显示，丰田的燃料电池车（FCV-adv）总效率约 40%，高于纯电动车 33%和混合动力车 34%的总效率，是内燃机车效率（19%）的 2 倍多。图 6

16、：内燃机无法破除的“卡洛循环”的效率壁垒资料来源：电动邦，华金证券研究所测算 HYPERLINK / HYPERLINK / /7 /30二、制氢方法众多，制备低成本高质量氢气是推广燃料电池车 的关键1投机方法图 7：多种方法均可制备氢气资料来源：氢云链，华金证券研究所表 2：五大制氢方法制氢方法概述石化原料制氢煤、焦炭气化制氢；石油天然气制氢化工原料制氢甲醇裂解制氢、氨分解制氢工业尾气制氢石油炼厂尾气制氢、氯碱盐化工制氢、合成氨尾气制氢电解水制氢可再生能源电解制氢、谷电电解制氢其他方法制氢生物制氢（海藻）、光化学催化制氢、金属及合金等材料反应制氢资料来源：中国能源网，一览众车，华金证券研究所

17、 HYPERLINK / HYPERLINK / /8 /3048%30%63%，或与图 8：全球制氢原料主要来源图 9：日本不同制氢方法的制氢产能比重资料来源：hydrogen analysis resource center，华金证券研究所资料来源：hydrogen analysis resource center、华金证券研究所天然气蒸汽重整制氢（85图 10：天然气 SMR 工艺流程资料来源：氢云链，华金证券研究所H2 和CO23 甲醇裂解制氢 HYPERLINK / HYPERLINK / /9 /30甲醇裂解制氢，是甲醇和去离子水按一定的配比混合,加热至 270或者(Cu-Zn-C

18、r),图 11：甲醇裂解制氢工艺流程资料来源：氢云链，华金证券研究所煤气化制氢COH2 图 12：煤制氢工艺流程资料来源：氢云链，华金证券研究所60%氯碱制氢 HYPERLINK / HYPERLINK / /10 /30氯碱工业副产品的氢气用于供应给燃料电池作为原料的路线较为常见。氯碱厂以食盐水（NaCl）NaOH Cl2H2 氢图 13：氯碱制氢流程资料来源：知网，华金证券研究所、电解水制氢将来可与可再生能源（风电、光伏）相结合，有望CO2 H2 O2图 14：电解水制氢机理资料来源：知网，华金证券研究所 HYPERLINK / HYPERLINK / /11 /30由于纯水难电解，电解水

19、一般都会在酸性或碱性条件中进行，主要反应机理如下：碱性条件：阴极：4H2O+4e-=2H2+4OH- 阳极： 4OH-4e-=2H2O+O2总反应式：2H2O=2H2+ O2酸性条件：阳极：2H2O-4e-=O2+4H+阴极： 4H+4e-=2H2（）2019 5 23 图 15：水氢汽车样车图 16：车载铝合金水解制氢技术资料来源：凤凰网，华金证券研究所资料来源：新京报、华金证券研究所铝及其合金制氢铝在地壳中含量仅次于氧和硅，占整个地壳总重量的 7.45%，是地壳中含量最丰富的金属。铝的密度仅为 2700kg/m3，能量密度高达 30MJ/Kg，是一种很有前景的储能材料。目前的铝基合金主要有

20、铝锡合金、铝铟合金、2Al+6H2O=2Al(OH)3+3H2 HYPERLINK / HYPERLINK / /12 /30表 3：不同铝基合金制氢材料水解制氢性能比较铝基材料质量氢密度/%制氢产率/%单位质量原料的制氢产率/%铝锡合金4.9430745259铝铟合金4.948064铝铋合金4.9460966777铝锶合金3.7510033铝镓合金2.435锂合金7.17.79610089100资料来源：知网，华金证券研究所海藻制氢2011 年，伊夫塔克雅克比（Iftach Yacoby）关于海藻制氢的研究报告发表在美国国家科学院院刊（PNAS）上。4 （Shugu

21、ang Zhng图 17：海藻制氢原理图资料来源：Damian Carrieri，华金证券研究所2、氢气终端价格过高，燃料电池车运行成本不及锂电池车 HYPERLINK / HYPERLINK / /13 /30图 18：天然气制氢成本结构图图 19：甲醇制氢成本结构图资料来源：氢云链，华金证券研究所资料来源：氢云链，华金证券研究所天然气制氢成本中，天然气原材料成本占比达 82.4%。原料天然气（8000 4.22 073元k32元15（166元kg。甲醇裂解制氢中，甲醇原材料成本占比达 90.8%。2000 Nm3/h 2.2 元/（24.3 元kg。图 20：煤制氢成本结构图图 21：电解

22、水制氢成本构成资料来源：氢云链，华金证券研究所资料来源：HARC，华金证券研究所 HYPERLINK / HYPERLINK / /14 /30煤气化制氢成本中，煤原材料成本占比 。1m3 755g 4m3 0kh 1 元12 元kg。电解水制氢成本中，电能占比成本 。4.4KWh0.81kg4.1 元/2000 8000 0.82 元/m3按照03元W33元m约37元kg图 22：主要制氢方法成本对比（元/kg）资料来源：氢云链，华金证券研究所77%160 元/kg2Al+6H2O=2Al(OH)3+3H2， 54g 6g 17.8 元/kg 160 元/kg表 4：铝及其合金制氢成本估算铝

23、基合金类型氢气成本（元/kg）铝锡合金1094铝铟合金5994铝铋合金317铝锶合金790铝镓合金7178铝锂合金4382铝单质160 HYPERLINK / HYPERLINK / /15 /30资料来源：知网，华金证券研究所16 美元/kg 10 美元/kg 4050 元/kg 7 美元/kg 图 23：国内工业氢气出厂价格图 24：海外工业氢气出厂价格资料来源：中安咨询, 华金证券研究所资料来源：中安咨询，华金证券研究所15 美元17 /kg163 美元K13 元K10 日元m，约 1.37 美元/m3，每公斤的价格约 15.68 美元，相当于 107 元/kg。2017 Air Pod

24、csEd ick 10 图 25：美国加州某加氢站氢气标价图 26：日本氢气价格资料来源：广东合即得, 华金证券研究所资料来源：广东合即得，华金证券研究所 HYPERLINK / HYPERLINK / /16 /3070 元。4.03Kg,282 元，70 元10 ）10 10 40 元/（35-45 元60 /图 27：国内终端用氢价格高达 70 元/kg资料来源：香橙会，华金证券研究所测算按海外技术水平氢燃料电池运行成本与燃油车相当，但远大于锂电池车5 26 7.09-7.55 元/L0.617-0.977 元/KWh60-70 元/kg 测1kg 283kg180元210元10k，80

25、%-90%80%-90%7 元-14 元/kg。表 5：燃料电池车、锂电池车、燃油车的对比（乘用车为例）燃油车锂电池车燃料电池车充满时间1-3 分钟30 分钟3-5 分钟续航里程500 公里300500 公里500 公里百公里油耗8-10L-百公里电耗-10-15KWh-百公里氢耗-1kg行驶成本(元/每 100 公里）57-766.2-14.760-70资料来源：华金证券研究所整理（5 月 26 日上海汽油价 7.09-7.55 元/L，电价 0.617-0.977 元/KWh，氢价 60-70 元/kg） HYPERLINK / HYPERLINK / /17 /30三、燃料电池堆制造成本

26、和性能，决定购置燃料电池车的经济 性1、燃料电池堆成本至 1000 元/KW 以下，有望实现大规模推广燃料电池车未能大范围推广，主要是燃料电池堆成本太高。来自美国能源部的测算，2013 55 /kW2008 30%，相比2002 。2010 30 1000 50000 套燃料电池的成本分解图。图 28：运输业燃料电池系统成本（美元/KW）图 29：未来氢气供应链蓝图资料来源：DOE, 华金证券研究所资料来源：日经能源环境网，华金证券研究所16%49%。图 30：燃料电池成本分解（基于 1000 套/年计算）图 31：燃料电池成本分解（基于 50000 套/年计算）资料来源：DOE, 华金证券研

27、究所资料来源：DOE, 华金证券研究所 HYPERLINK / HYPERLINK / /18 /30PEMFC 50 美元/KW氢燃料电池车的成本中，燃料电池系统占据整车成本的 51%，其次还有储氢罐占总成本的16%。而电池系统中，电池堆的成本占比最高达 61%。图 32：氢燃料电动整车制造成本构成图 33：燃料电池系统成本构成资料来源：日本 NEDO，华金证券研究所资料来源：日本 NEDO，华金证券研究所1 万元/kw1000 元90%项目分项50-200 台500-1000 台2000项目分项50-200 台500-1000 台200030kw 燃料电池系统34.130.928DCDC、

28、散热等供氢系统9.54.2750kwh 电池65.559-10m 客车其他部分433533.5合计（万元）98.186.477.7FC 部分（燃料电池）EV 部分资料来源：高工锂电，华金证券研究所 HYPERLINK / HYPERLINK / /19 /302有待突破图 34：氢燃料电池原理图图 35：燃料电池汽车动力系统工作原理图资料来源：电动邦，华金证券研究所资料来源：电动邦，华金证券研究所目前成熟的燃料电池车型主要有以下几个例子1ix35 2013 2014 1.5 亿韩元855 2Mirai 是2014 3000 ix35 723.6 （74 2015 32015 10 950 燃料

29、电池车 磷酸铁锂电池，燃料电池系统则由上汽与大连新源合作开发的。荣威 950 有两个耐压能力为70MPa 的储氢罐，储存量为 4.18 公斤，两者配合可以使荣威 950 的匀速续航里程达到 400 公里。 HYPERLINK / HYPERLINK / /20 /30图 36：丰田 Mirai 主要组件图 37：本田 Clarity Fuel Cell 汽车外观资料来源：电动邦、华金证券研究所资料来源：互联网、华金证券研究所42016 3 10 Clarity Fuel CellClarity Fuel Cell 766 44.3 2016 200 1 52016 7 电池车最大的不同是，它采

30、用的燃料电池是固体氧化物燃料电池（SCPECWh 600km 2010 LEAF （e-Bio Fuel-Cell）2020 图 38：日产生物乙醇燃料电池车（e-NV200 van）外形图图 39：日产生物乙醇燃料电池车（e-NV200 van）系统示意图资料来源：Inside-EVs，华金证券研究所资料来源：Inside-EVs，华金证券研究所H2，再把氢气通入到固体氧化物燃料电池堆（SC）中反应输出电能。燃料电池堆中反（CO2）图 40：日产公司生物乙醇固体氧化物燃料电池系统原理图资料来源：Inside-EVs，华金证券研究所 HYPERLINK / HYPERLINK / /21 /3

31、0体积能量密度使用寿命等1、百公里氢耗需达到 1kg 以下1kg 70 元/kg 表 7：燃料电池车的对比厂商现代丰田本田上汽奔驰日产品牌ix35FuelCellMiraiClarity荣威950FuelCellGLCF-CELLe-NV200 van燃料电池类型PEMFCPEMFCPEMFCPEMFCSOFC最大功率98KW114KW130KW30KW147KW5KW（电池）（万元）85.54045未量产成本100 万-估算电池堆（元/KW）43621754173016000-储氢量5.6KG4.3KG5KG4.2KG44KG30L 乙醇续航里程600KM650KM750KM400KM437

32、600KM每 100km（kg）0.930.9660.8491.050.97-量产时间2013 年2014 年2016 年2015 年发布2017 年发布2020 年资料来源：爱卡汽车，Inside-EVs，华金证券研究所整理2、使用寿命达到 28000h 以上PEMFC 10000-15000 8-10 燃料电池系统运行至少 28000-30000 小时才能满足。 HYPERLINK / HYPERLINK / /22 /302020 28000 图 41：不同燃料电池使用周期对比资料来源：Inside-EVs，华金证券研究所3、功率密度需超过 3kW/L2.0 Mirai 3 1/3 图

33、42：功率密度需超过 3kW/L资料来源：日本 NEDO，华金证券研究所 HYPERLINK / HYPERLINK / /23 /30四、燃料电池车行业处于萌芽期，未来市场空间有望超 200 亿1、2019 年-2020 年或是燃料电池车“十城千辆”的推广阶段2019 2019 3 1000 2019 年 3 月 15 日，政府工作报告正式发布，提出“推动充电、加氢等设施建设”。在2019 年的政府工作任务中提到，在汽车市场中，要稳定汽车消费，继续执行新能源汽车购置优惠政策，推动充电、加氢等设施建设。2019 年以来，上海、武汉、江苏等城市纷纷出台氢燃料电池车产业发展规划。表 8：近期氢燃料

34、电池产业受到政府部门高度关注时间政策内容20190315政府工作报告推动充电、加氢等设施建设201903262019 年新能源车补贴政策燃料电池车和新能源公交车补贴政策另行公布。地方补贴转为支持充电（加氢）基础设施“短板”建设和运维服务20190328亚洲博鳌论坛加快发展人工智能、自动驾驶、氢能源等新兴产业20190409推动充电、加氢等设施建设资料来源：国务院，工信部，华金证券研究所燃料电池汽车补贴力度保持不变。目前由于新补贴未落地。按之前政策我国给予乘用车/型/20/30/50 万/2019 年-2020 6000 元/KW20 /型客车、货车的补贴上限为 30 万元/辆，燃料电池大中型客

35、车、中重型货车的补贴上限为 50 万元/辆。2、巴拉德（Ballard）目前仍是燃料电池领域龙头据高工锂电数据，全球氢燃料电池电堆企业总数仍相对较少且规模普遍偏小。北美地区，2018年Ballard 9660 6.47 业务营收 1558.8 万美元，约 1.04 亿元人民币；PowerCell（）2018 6051.3 4236 德国2018 年Proton Motor 975.6 GGII 2018 年Proton Motor 1300 HYPERLINK / HYPERLINK / /24 /30从2018 Hydrogenics 的56倍，具有绝对优势。欧洲的燃料电池企业处于发展中，与

36、北美地区有一定差距。HydrogenicsNedstack 图 43：2018 年全球氢燃料电池电堆企业 TOP10（1PlugPower（GGII）TOP10；）3、2018 年日韩部分燃料电池车型销量下降，我国燃料电池车产量达 1619 辆Mirai2018 2393 和现代新车型Nexo 2018 1779 821 图 44：20172018 年日韩燃料电池汽车分车型销量情况（辆）资料来源：高工锂电，华金证券研究所测算 HYPERLINK / HYPERLINK / /25 /302018 1619 。OFweek 1619 50.91MW2017 54.27%。20191-4201949784.5%87.5%1-4