电气设备行业电新行业深度：燃料电池汽车破冰在即，全产业链静待爆发

请务必阅读最后特别声明与免责条款 www.lxsec.com 1 / 28 证券研究报告 | 行业研究 电气设备 【联讯电新行业深度】燃料电池汽车破冰在即，全产业链静待爆发 2017年12月21日 投资要点 增持(维持) 分析师：夏春秋 执业编号：S0300517050001 电话：021-51782230 邮箱：xiachunqiu@lxsec.com 行业表现对比图(近12个月) 资料来源：聚源  燃料电池产业是严峻能源形势下的长期成长主题 目前世界能源结构依旧以原油煤炭等一次石化能源为主，核能与水电等可再生能源由于受诸多因素限制，规模占比小，无法满足人类巨大的能源需求，发展燃料电池势在必行。  质子膜燃料电池（PEM FC）是最有机会攻破燃料电池市场“坚冰”的品种 燃料电池主要分为质子交换膜燃料电池（PEM FC）、碱性燃料电池（AFC）、磷酸燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）五种。质子交换膜燃料电池的工作温度低，模块化生产组装便于大规模推广应用，在交通运输、便携设备等民用市场具有广阔的发展前景。  看好燃料电池汽车（FCV）领域应用，掘金新能源汽车消费千亿市场 燃料电池在汽车领域应用优势明显，电池以氢为能源供给，产物完全清洁，是理想的内燃机汽车替代品，此外，对比电动汽车长时间的充电，燃料电池汽车补充燃料方式采用高压加注，通常2-3分钟即可实现相同里程的燃料补给。长期来看，不论从解决能源困境的角度，还是从环保角度，燃料电池汽车都具有重大发展意义。  燃料电池汽车发展进程提速，全球市场竞争开始活跃 国际主流厂商一致看好燃料电池汽车产业，加码加速整车产业化。丰田推出售价为37万元人民币的燃料电池汽车Mirai，成本大幅降低，短短十年发展时间，得益于燃料电池核心技术的突破，Mirai燃料电池在性能上较丰田上一代电池有了质的飞跃，电池重量减半，发电性能提高2.2倍。世界上其他主流车厂也陆陆续续推出或计划推出自家商业化FCV产品，业内参与者明显增多，市场竞争越发活跃。  插电式电动汽车补贴退坡，看好燃料电池政策长期利好 国家最新新能源汽车补贴方案出台，插电式电动车型补贴退坡，门槛趋严，燃料电池汽车补贴未变，此外，国家出台“中国制造2025”、《能源技术革命创新计划（2016~2030年）》等多项燃料电池利好政策，期待红利持续发酵。  我国燃料电池汽车发展道阻且长，产业链国产化是当前增长核心驱动 我国FCV市场仍处于萌芽阶段，核心技术与国外存一定差距，结合当前技术短期内难以突破，目前以整车制造切入燃料电池汽车行业机会并不是很大，在行业变革与政府号召零部件国产化的大背景下，以全产业链视角布局FCV某一子领域或是目前最适宜的投向选择。 -15%-4%6%17%27%16-1 217-0 317-0 617-0 917-1 2沪深300 电气设备 14188648/30242/20171221 16:57 行业研究。。。。。。。。。。 请务必阅读最后特别声明与免责条款 www.lxsec.com 2 / 28  风险提示 1 、燃料电池技术未能突破，电池成本居高，无法实现大规模量产 2、新技术出现，燃料电池产业存替代风险 3、加氢站等产业链发展不达预期 4、企业经营不确定性风险 14188648/30242/20171221 16:57 行业研究。。。。。。。。。。 请务必阅读最后特别声明与免责条款 www.lxsec.com 3 / 28 一、 燃料电池—严峻能源形势下的长期成长主题 （一）发展燃料电池势在必行 目前世界能源结构依旧以原油煤炭等一次石化能源为主，核能与水电等再生能源由于受诸多因素限制，规模占比小，无法满足人类巨大的能源需求。进入新世纪，社会发展长期依赖于石化能源的结构性弊端显露，我们感受最深的便是空气污染这一社会之痛。2015年世界石油、煤炭、天然气等一次能源消费量占全部能源消费总量的85.9%，我国一次石化能源消费占全部能源消费88.2%，高于世界平均水平。按照目前已探明储量和能源消费速度，全球石化资源预计将于本世纪枯竭，未来社会将面临着巨大的能源需求缺口，能源形势严峻或超预期。 图表1： 世界一次能源消费结构（百万吨油当量） 图表2： 我国一次能源消费结构（百万吨油当量） 资料来源：BP 联讯证券 资料来源：BP 联讯证券 多年来，各国政府及研究机构一直在积极致力于寻找未来有望替代石化能源的新能源品种。燃料电池（Fuel Cell）经过大量基础研究与应用优化，已经在诸多领域实现应用，目前看是新能源最具大规模应用可能的方向之一。从长期看，我们认为伴随相关技术环节的不断突破优化，电池成本下降外加国家政策扶持，燃料电池将是新能源行业中一个较为确定的长期成长主题。 图表3： 燃料电池对比与传统能源装置的优势 资料来源：联讯证券 0200040006000800010000120001400020052006200720082009201020112012201320142015原油 天然气 原煤 核能 水力发电 再生能源 0500100 0150 0200 0250 0300 0350 0201 3201 4201 5原油 天然气 原煤 核能 水力发电 再生能源 14188648/30242/20171221 16:57 行业研究。。。。。。。。。。 请务必阅读最后特别声明与免责条款 www.lxsec.com 4 / 28 燃料电池是以氢气、甲醇或甲烷等碳氢化合物为燃料，氧气或纯氧作为氧化剂，在铂等贵金属催化剂作用下反应，将化学能转化为电能的发电系统。对比传统火力发电系统，燃料电池具有显著优势：1）燃料电池实现化学能到电能的一步转化，能量转化率可达50%以上，而传统发电效率一般在30%左右，高效优势明显；2）燃料电池排放反应物大部分为无污染的水蒸气，清洁环保，对空气污染改善有着重大意义；3）燃料电池的燃料具有普适性，多种燃料皆可作为其发电供给，结合我国丰富的天然气储量，发展燃料电池具有重要战略意义。 （二）最有机会攻破燃料电池市场“坚冰”的品种—质子交换膜燃料电池（PEMFC） 1、燃料电池种类多样，发展热度良莠不济 燃料电池主要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）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）五种。这五种燃料电池各有优缺点，技术成熟度相当，而考虑到民用领域使用的广泛性，方便规模化生产应用的燃料电池最有机会打破燃料电池市场蓝海的“坚冰”。 图表4： 各类燃料电池特征 低温（60~120oC） 中温（160~220oC） 高温（400~1000oC） 类型 碱性燃料电池 质子交换膜燃料电池 磷酸燃料电池 熔融碳酸盐燃料电池 固体氧化物燃料电池 特性 无污染、效率高、制造费用高、少维护、不适合工业应用 无污染、低噪音、固体电解质适合流水线大规模生产、成本与常规技术比较贵 低污染、低噪音、成本是热电联产电厂三倍、连续运行效率降低 有效利用能源、低噪音、没有外部气体配置 有效利用能源、低噪音、对材料要求严苛 电解质 氢氧化钾溶液 质子可渗透膜 磷酸盐 锂和碳酸钾 固体陶瓷电解质 燃料 纯氢 氢、甲醇、天然气 天然气、氢 天然气、煤气、沼气 氢、天然气、煤气等 氧化剂 氧气 氧气 氧气 氧气 氧气 效率 60~90% 43~58% 37~42% >50% 50~80% 技术成熟度 商业化 商业化 商业化 商业化 研究示范阶段 资料来源：Fuel Cells、联讯证券 质子交换膜燃料电池与固体氧化物质子交换膜燃料电池因为其电解质为固体，使用过程中无泄漏风险，绿色环保、成本相对低是目前民用发电领域潜力较大的两类燃料电池，也是目前科学研究力量较集中的领域。截止2016年8月3日，质子交换膜燃料电池与固体氧化物燃料电池相关专利检索结果分别为1831项与1726项，占据了燃料电池领域85%的专利成果。质子交换膜利用率 而固体氧化物燃料电池的工作温度过高，运行条件较为苛刻，技术相对不成熟，目前此类电池多应用于固定式电站示范项目。相对而言，质子交换膜燃料电池的工作温度低，模块化生产组装便于大规模推广应用，在交通运输、便携设备等广阔民用市场具有巨大前景 14188648/30242/20171221 16:57 行业研究。。。。。。。。。。 请务必阅读最后特别声明与免责条款 www.lxsec.com 5 / 28 图表5： 燃料电池领域研究专利成果绝大部分集中在PEMFC与SOFC 资料来源：SIPO（2016/9/13当日检索结果） 联讯证券 图表6： PEM FC产品—实验室规模（左）、电堆产品（右） 资料来源：网络公开资料 联讯证券 2、PEM FC工作原理与车载PEM FC系统介绍 PEMFC核心部件主要是由膜电极组件、双极板（连接材料）组成，其中膜电极组件包括阳极气体扩散层、阳极催化剂、质子交换膜、阴极催化剂、阴极气体扩散层。PEMFC工作原理可以简单理解为电解水的“逆反应”：氢气在阳极被铂等贵金属催化剂催化氧化生成质子氢，同时产生电子通过外电路传输至阴极；质子氢经过质子交换膜达到阴极，与自阳极传输来的电子和阴极气体扩散层的氧气发生反应生成水。 [值] 265 74 [值] [值] 质子交换膜燃料电池 碱性燃料电池 磷酸燃料电池 熔融碳酸盐燃料电池 固体氧化物燃料电池 14188648/30242/20171221 16:57 行业研究。。。。。。。。。。 请务必阅读最后特别声明与免责条款 www.lxsec.com 6 / 28 图表7： PEM FC工作原理 资料来源：Roland Berger 联讯证券 在实际使用中，不同应用场景对电池的输出电压与输出功率有一定要求，因此PEM FC多采用不同数量的单电池串联组装成为PEMFC电堆使用。 （三）看好燃料电池汽车领域应用，掘金新能源汽车消费千亿市场 1、燃料电池汽车具备独一无二优势，市场空间巨大 燃料电池在汽车领域应用优势明显，电池以氢为能源供给，产物完全清洁，是理想的内燃机汽车替代品，此外，对比电动汽车长时间的充电，燃料电池汽车补充燃料方式采用高压加注，通常2-3分钟即可实现相同里程的燃料补给。长期来看，不论从解决能源困境的角度，还是从环保角度，燃料电池汽车都具有重大发展意义。 车用PEMFC电堆系统需要考虑电池的稳定性与安全性，设计精密复杂： 1） 车载PEMFC供氢系统。一般来说PEMFC供氢系统主要分为车载储氢和车载供氢两种，考虑到安全性，目前市场上多采用技术较成熟的车载储氢系统。 2） 加湿系统。质子交换膜需要一定含水量才能够顺利传导质子氢，加湿系统对燃料气和空气进行润湿，保证PEMFC工作环境具备一定湿度。 3） 冷却系统。为了使电池保持最佳工作温度，PEMFC系统需要设置一套热交换器来扩散电池产生的热量。 4） 燃料电池控制系统。在不同的工况下，电池对气体的流量、压力、加湿/冷却装置水流速等要求不同，需要一套复杂的控制管理系统包括传感器、控制阀、泵、调节装置、管路等保障电池处于最佳工作状态。 14188648/30242/20171221 16:57 行业研究。。。。。。。。。。 请务必阅读最后特别声明与免责条款 www.lxsec.com 7 / 28 图表8： 车载PEFC系统关键零部件 资料来源：联讯证券 2、燃料电池汽车市场规模预计将超千亿 根据Navigant Research研究报告预测，2024年全球燃料电池销量将达22.8万辆，美国能源部（DOE）给出2020燃料电池汽车发展目标，要求电池系统成本控制在40$/kWnet，整车成本控制在2.63万美元。依据此数据，我们估算2024年燃料电池汽车制造市场规模为60亿美元（仅计算成本），而加氢站制