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1、 http:/ 请务必阅读正文之后的免责条款部分 2019 年 05 月 27 日 行业研究证券研究报告 新能源设备新能源设备 深度分析深度分析 什么才是靠谱的氢能源车？什么才是靠谱的氢能源车？投资要点投资要点 事件事件：2019 年 5 月 23 日，河南南阳日报一则关于“青年汽车集团水氢发动机在南阳下线”的报道引起广泛关注。“南阳水氢机”加水制氢的技术，采用了铝或者铝合金制氢的方法。“南阳水氢机”加水制氢的技术，采用了铝或者铝合金制氢的方法。据澎湃新闻报道，在“南阳水氢机”中含有热值高达 30MJ/KG 的金属铝粉，这是其燃料电池车能够运行的最初能量来源。由于工业制铝的方法主要是电解法，用
2、铝制氢，再用氢发电，能源利用效率势必较低，不具备大规模推广的经济性。我们测算得到该方法制备氢气的成本高达 160 元/kg，远高于目前氢气制备成本，这种制备氢气的方法是高补贴背景下的畸形产物。制备低成本高质量氢气是推广燃料电池车的关键制备低成本高质量氢气是推广燃料电池车的关键：目前制备氢气的方法较多，主要可分为五种技术路线：工业尾气制氢、化工原料制氢、石化原料制氢、电解水制氢和新型制氢方法。测算得到制氢成本在 10 元-40 元/kg 不等，其中煤制氢成本最低，电解水制氢成本最高。考虑到其他化石能源制氢仍需排放二氧化碳，失去了零排放的意义。可再生能源（风电、光伏）发电成本可持续下降，制氢成本未
3、来有望持续降低。海外氢气实际使用价格高达 16 美元/kg-17 美元/kg，我国终端使用的氢气实际价格约 70 元/kg，该价格下氢燃料电池车百公里费用与燃油车相当，远大于锂电池新能源车。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：我国目前燃料电池系统成本价格约 1 万元/KW，大规模推广燃料电池堆成本至少需降至 1000 元/KW 以下，下降幅度需超 90%。国内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，均与全球领先企业车型参数有差距，行业完全脱离补贴自我发展，至少需要 5 年以上的时间。燃料电池车行业处于萌芽期，
4、未来市场空间有望超燃料电池车行业处于萌芽期，未来市场空间有望超 200 亿：亿：目前我国对燃料电池产业的政策支持力度较大，今明年有望开启燃料电池车的“十城千辆”计划，行业关注度持续攀升。2018 年虽然日韩部分燃料电池车型销量下滑，但我国燃料电池车产量达 1619 辆，同比增长 54%，2019 年 1-4 月我国燃料电池车产销量同比分别增长 154.8%和 289.8%。基于锂电池车的发展节奏和渗透率情况，我们预测在 2023 年-2025 年燃料电池车将实现高增长，2025 年燃料电池车产量有望接近 60 万辆，燃料电池堆市场空间超 200 亿元。投资建议：投资建议：由于我国燃料电池车仍处
5、于产业化初期，大部分产品完全依靠政府补贴才能生产，尚不具备长期投资价值。短期建议积极关注：短期建议积极关注：1、加氢站相关标的：、加氢站相关标的：厚普股份、富瑞特装、美锦能源；厚普股份、富瑞特装、美锦能源；2、电池堆相关标的：雄韬股份、大洋电机、电池堆相关标的：雄韬股份、大洋电机、潍柴动力。潍柴动力。风险提示：风险提示：1、政策出现重大变化；2、配套设施未及时跟进；3、燃料电池成本未能下降，技术指标未能如期提升的风险 投资评级 领先大市-B 维持 一年行业表现一年行业表现 资料来源：贝格数据 升幅%1M 3M 12M 相对收益-2.28-4.82-2.50 绝对收益-13.35-3.00-8.
6、85 分析师 肖索 SAC 执业证书编号：S09105180070004 021-20377056 分析师 林帆 SAC 执业证书编号：S0910516040001 021-20377188 相关报告 电站设备：燃料电池产业化渐行渐近，高效能源曙光已现！2016-09-30 -41%-34%-27%-20%-13%-6%1%2018!-052018!-092019!-01新能源设备 沪深300 2 0 8 9 1 1 7 6/3 6 1 3 9/2 0 1 9 0 5 2 7 1 6:3 1 深度分析 http:/ 请务必阅读正文之后的免责条款部分 内容目录内容目录 一、氢（一、氢（H）作为还
7、原剂）作为还原剂+氧（氧（O）作为氧化剂，是电池的终极选项）作为氧化剂，是电池的终极选项.4 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 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 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 1、多种方法均可制备氢气，“南阳水氢机”或采用了铝合金制氢的投机方法.7（1）、石化原料和化工原料制氢是目前的主流制氢方式.8（2）、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.10（3）、高补贴背景下其
8、他制氢法或有投机空间（铝合金制氢、海藻制氢）.11 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（1）可再生能源电解水制氢，有望成为未来我国的制氢路线.13（2）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 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 1、燃料电池堆成本至 1000 元/KW 以下，有望实现大规模推广.17 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 四、燃料电池车行业处于萌芽期，未来市场空间有望超四、燃料
9、电池车行业处于萌芽期，未来市场空间有望超 200 亿亿.23 1、2019 年-2020 年或是燃料电池车“十城千辆”的推广阶段.23 2、巴拉德（Ballard）目前仍是燃料电池领域龙头.23 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 4、燃料电池车或在 2023-2025 年爆发，电池堆市场空间超 200 亿.26 五、投资建议五、投资建议.27 六、风险提示六、风险提示.28 图表目录图表目录 图 1：各类电池能量密度分布.4 图 2：电化学储能的基础反应方程.4 图 3：不同的能量转化装置对应的氧化还原电对.4 图 4：内燃机无法破除的“卡
10、洛循环”的效率壁垒.5 图 5：内燃机无法逾越的“卡洛循环”的效率壁垒.6 图 6：内燃机无法破除的“卡洛循环”的效率壁垒.6 图 7：多种方法均可制备氢气.7 图 8：全球制氢原料主要来源.8 图 9：日本不同制氢方法的制氢产能比重.8 图 10：天然气 SMR 工艺流程.8 图 11：甲醇裂解制氢工艺流程.9 图 12：煤制氢工艺流程.9 图 13：氯碱制氢流程.10 图 14：电解水制氢机理.10 图 15：水氢汽车样车.11 图 16：车载铝合金水解制氢技术.11 图 17：海藻制氢原理图.12 图 18：天然气制氢成本结构图.13 图 19：甲醇制氢成本结构图.13 2 0 8 9
11、1 1 7 6/3 6 1 3 9/2 0 1 9 0 5 2 7 1 6:3 1 深度分析 http:/ 请务必阅读正文之后的免责条款部分 图 20：煤制氢成本结构图.13 图 21：电解水制氢成本构成.13 图 22：主要制氢方法成本对比（元/kg）.14 图 23：国内工业氢气出厂价格.15 图 24：海外工业氢气出厂价格.15 图 25：美国加州某加氢站氢气标价.15 图 26：日本氢气价格.15 图 27：国内终端用氢价格高达 70 元/kg.16 图 28：运输业燃料电池系统成本（美元/KW）.17 图 29：未来氢气供应链蓝图.17 图 30：燃料电池成本分解（基于 1000 套
12、/年计算）.17 图 31：燃料电池成本分解（基于 50000 套/年计算）.17 图 32：氢燃料电动整车制造成本构成.18 图 33：燃料电池系统成本构成.18 图 34：氢燃料电池原理图.19 图 35：燃料电池汽车动力系统工作原理图.19 图 36：丰田 Mirai 主要组件.20 图 37：本田 Clarity Fuel Cell 汽车外观.20 图 38：日产生物乙醇燃料电池车（e-NV200 van）外形图.20 图 39：日产生物乙醇燃料电池车（e-NV200 van）系统示意图.20 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 图 41：不同燃料电池使用周期
13、对比.22 图 42：功率密度需超过 3kW/L.22 图 43：2018 年全球氢燃料电池电堆企业 TOP10.24 图 44：20172018 年日韩燃料电池汽车分车型销量情况（辆）.24 图 45：我国 2018 年燃料电池汽车分车型销量情况（辆）.25 图 46：2018 年中国车企氢燃料电池汽车产量（单位：辆）.25 图 47：2018-2025 年燃料电池车产量及渗透率预测.26 图 48：燃料电池车出货功率 2019-2025 年（MW）.26 图 49：预计燃料电池在新能源汽车领域的市场空间（亿元）.26 表 1：氢气（H2）的能量密度约为汽油 3 倍.5 表 2：五大制氢方法
14、.7 表 3：不同铝基合金制氢材料水解制氢性能比较.12 表 4：铝及其合金制氢成本估算.14 表 5：燃料电池车、锂电池车、燃油车的对比.16 表 6：我国某代表公司燃料电池客车成本拆分.18 表 7：燃料电池车的对比.21 表 8：近期氢燃料电池产业受到政府部门高度关注.23 表 9：按燃料电池关键环节划分的海内外相关公司.27 2 0 8 9 1 1 7 6/3 6 1 3 9/2 0 1 9 0 5 2 7 1 6:3 1 深度分析 http:/ 请务必阅读正文之后的免责条款部分 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：氢气的能量密度位居所
15、有化学燃料之首 任何一个氧化还原反应都可以被设计成一个电池，任何一个可逆的氧化还原反应都可以被设计成一个二次电池。160 年前法国人普兰特发明铅酸蓄电池，选择的是铅为还原剂+二氧化铅为氧化剂，理论能量密度仅为 84mAh/g。为了提升电池能量密度，选择含更轻的元素的氧化剂和还原剂去替代铅和二氧化铅是非常有效的方法。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 通过元素周期表可以发现，最左上角的元素氢就是自然界最轻的元素。氢的热值是所有的化石化工燃料和生物燃料中最高的（核燃料除外）
16、，约 143 MJ/kg 是汽油热值的 3 倍。如果把氢和氧的组合设计成电池，理论电量密度高达 2978mAh/g，为铅酸电池的 35 倍，为目前量产的锂电池的 12 倍。由于氢氧结合生成水的反应，在室温常压的一般条件下不可逆，因此只能被设计成一次电池。如果加上通电的条件反应则变成可逆反应，也可以理解成电解水制氢是给氢燃料电池充电的过程。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 2 0 8 9 1 1 7 6/3 6 1 3 9/2 0 1 9 0 5 2 7 1 6:3 1 深度分析 http:/ 请务必阅读正文之后的免责条款部分 热值是 1 千克某种固体
17、（气体）燃料完全燃放出的热量，就是不同燃料在燃烧过程中化学能转化为内能的本领大小。热值也可以理解成物质最初的能量密度，在“南阳水氢机”中含有热值高达 30MJ/KG 的金属铝，这是其燃料电池车能够运行的最初能量来源。表 1：氢气（H2）的能量密度约为汽油 3 倍 燃料（储能）类型燃料（储能）类型 热值热值/能量密度（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 氢气氢气 143 资料来源：知网，华金证券研究所测算（1kwh=1000w3600s=3,600,000 焦耳。）2、能量利用的底层逻辑：燃料电池
18、能够绕过“卡洛循环”，实现化学能的高效转化 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,也不会凭空消失，只能从一种形式转变成另外一种形式。热力学第二定律是任何能量都可以互相转换，但是任何转换过程的效率都不可能是 100%。目前地球上可利用的主要是在煤、石油、天然气中的化学能，蒸汽机和内燃机的发明解决了化学能的利用问题，但两者均不能绕开理想热机“卡洛循环”的能效壁垒，而燃料电池能够通过有序的化学反应实现能源的高效利用。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 2 0 8 9 1 1 7 6/3 6 1 3 9/2 0 1 9 0 5 2 7
19、 1 6:3 1 深度分析 http:/ 请务必阅读正文之后的免责条款部分 燃料电池燃料电池可可越过卡诺循环效率壁垒，转化效率高达越过卡诺循环效率壁垒，转化效率高达 60%80%，为内燃机的，为内燃机的 23 倍：倍：传统的内燃机通过燃烧石化燃料无序释放热能，再将释放的热能转变成机械能。燃料电池一步有序将化学能转化为电能。燃料电池不用像内燃机那样通过高温气体对外做功并释放机械能，因此热转换效率不会受卡诺循环的限制，能效高达 60%80%，为内燃机的 23 倍。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）
20、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：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 2 0 8 9 1 1 7 6/3 6 1 3 9/2 0 1 9 0 5 2 7 1 6:3 1 深度分析 http:/ 请务必阅读正文之后的免责条款部分 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、多种方法均可制备氢气，“南阳水氢机”或采用了铝合金制氢的投机方法 制备氢气的方法较多，主要可分为五种技术路线：工业尾气制氢、化工原料制氢、石化原料制氢、电解水制氢和新型制氢方法。图 7
21、：多种方法均可制备氢气 资料来源：氢云链，华金证券研究所 这些制氢方法在氢气纯度、能量转化效率、成本等方面各不相同。只有大规模制备的低成本氢气才有意义，目前大规模工业化应用的主要有天然气制氢、煤制氢、重油加工制氢、甲醇裂解制氢以及电解水制氢等五种。近年来随着石油价格不断上涨，原有重油制氢装置因原料利用率低，在成本效益上越来越难以体现经济性，众多企业纷纷停止使用。表 2：五大制氢方法 制氢方法制氢方法 概述概述 石化原料制氢石化原料制氢 煤、焦炭气化制氢；石油天然气制氢 化工原料制氢化工原料制氢 甲醇裂解制氢、氨分解制氢 工业尾气制氢工业尾气制氢 石油炼厂尾气制氢、氯碱盐化工制氢、合成氨尾气制氢
22、 电解水制氢电解水制氢 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 2 0 8 9 1 1 7 6/3 6 1 3 9/2 0 1 9 0 5 2 7 1 6:3 1 深度分析 http:/ 请务必阅读正文之后的免责条款部分 从全球范围来看，当前主要的制氢方法主要采用的是石化资源制氢，其次是化工原料制氢。其中原料来源最多的是天然气，占比达 48%，其次是醇类，占比 30%。两者对应的制氢方法分别是石化资源制氢和化工原料制氢。从日本的制氢产能来看，电解水制氢占比高达 63%
23、，或与日本核电占比较高适合配合电解水工艺制氢相关。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（1）、石化原料和化工原料制氢是目前的主流制氢方式 天然气蒸汽重整制氢天然气蒸汽重整制氢 化石燃料制氢是传统的制氢方法，一般用于制氢的化石燃料是天然气。天然气是一种富含碳氢化合物的可燃气体，主要成分是甲烷（含量大于 85%）、乙烷、丙烷、硫化物、二氧化碳、氮气和水汽等。天然气制氢主要分为天然气
24、蒸气重整法（SMR）制氢、天然气部分氧化（POX）制氢及天然自热重整（ATR）制氢。图 10：天然气 SMR 工艺流程 资料来源：氢云链，华金证券研究所 天然气制氢的过程是，在高位高压及催化剂作用下，天然气中烷烃和水蒸汽发生化学反应。转化气经过沸锅换热，进入变换炉变换成 H2和 CO2。再经过换热、冷凝、汽水分离,通过程序控制将气体依序通过装有 3 种特定吸附剂的吸附塔，最后提取产品氢气。甲醇裂解制氢甲醇裂解制氢 2 0 8 9 1 1 7 6/3 6 1 3 9/2 0 1 9 0 5 2 7 1 6:3 1 深度分析 http:/ 请务必阅读正文之后的免责条款部分 甲醇裂解制氢，是甲醇和去
25、离子水按一定的配比混合,加热至 270左右的混合物蒸汽。在催化剂(Cu-Zn-Al)或者(Cu-Zn-Cr)的作用下,发生催化裂解和转化反应，产生氢气和二氧化碳，然后进入水洗吸收塔进行提纯，制备氢气。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 煤气化制氢煤气化制氢 以煤为原材料的制氢工艺包括煤焦炉气制氢与煤气化制氢。其中焦炉气制氢由于环保限产，发展停滞。煤气化制氢是煤粉、煤浆或煤焦与气化剂（空气、氧气及水蒸气等）在高温下进行部分氧化（POX）反应，在高温气化炉中生成以 CO、H2为主的合成气。再经过变换、低温甲醇洗工艺、氢气提纯等工序，得到高纯度的产品氢气。图 12：煤制
26、氢工艺流程 资料来源：氢云链，华金证券研究所 煤气化制氢和天然气制氢成本比较低，甲醇裂解的成本较高。目前国内主流的氢气来源是煤制氢约占 60%以上，但由于煤中含硫，氢气纯度较低不适合用于燃料电池。氯碱氯碱制氢制氢 2 0 8 9 1 1 7 6/3 6 1 3 9/2 0 1 9 0 5 2 7 1 6:3 1 深度分析 http:/ 请务必阅读正文之后的免责条款部分 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）为原料，采用离子膜或石棉隔膜电解槽生产烧碱 NaOH 和氯气 Cl2，同时可得到 H2氢气。图 13：氯碱制氢流程 资料来源：知网，华金证券
27、研究所（2）、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 由于燃料电池对的氢气纯电要求较高，可考虑的主要制氢方法主要有氯碱工业副产氢、天然气、甲醇重整产生的氢气，由于以上方法制氢均会产生 CO2等副产品，失去了零排放的意义。因此，我们认为在可再生能源成本电价持续下降的情况下，可再生能源（风电、光伏）电解水制氢或是我国制氢的主流方式。电解制氢是一种较为方便的制取氢气的方法。在充满电解液的电解槽中通入直流电，水分子在电极上发生电化学反应，分解成 H2和 O2，没有其他副产品，实现真正的零排放。图 14：电解水制氢机理 资料来源：知网，华金证券研究所 2 0 8 9
28、1 1 7 6/3 6 1 3 9/2 0 1 9 0 5 2 7 1 6:3 1 深度分析 http:/ 请务必阅读正文之后的免责条款部分 由于纯水难电解，电解水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（3）、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）2019 年 5 月 23 日，河南南阳日报一则关于“青年汽车集团水氢发动机在南阳下线”的报道引起广泛关注。其中涉及的加水制氢
29、的技术，采用了铝或者铝合金制氢的方法。由于工业制铝的方法主要是电解法，用铝制氢，再用氢发电，能源利用效率势必较低，不具备大规模推广的经济性，这种方法是高补贴背景下的畸形产物。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。由于铝的化学性质活泼，常温下就能在溶液中发生自腐蚀析氢反应。但铝在被氧化时，表面形成一层致密的
30、氧化膜，将会阻止其水解反应。通过改性的方法可改善铝水解制氢的反应过程，其中效率最高的是通过制备铝基合金来水解制氢。目前的铝基合金主要有铝锡合金、铝铟合金、目前的铝基合金主要有铝锡合金、铝铟合金、铝铋合金、铝锶合金、铝镓合金和铝锂合金。铝铋合金、铝锶合金、铝镓合金和铝锂合金。由于其他金属主要起到掺杂的作用，制氢的核心反应为 2Al+6H2O=2Al(OH)3+3H2。如果是纯铝，反应速率较慢，可考虑加入烧碱加快制氢速率2Al+2NaOH+6H2O=2NaAl(OH)4+3H2。2 0 8 9 1 1 7 6/3 6 1 3 9/2 0 1 9 0 5 2 7 1 6:3 1 深度分析 http:
31、/ 请务必阅读正文之后的免责条款部分 表 3：不同铝基合金制氢材料水解制氢性能比较 铝基材料铝基材料 质量氢密度质量氢密度/%制氢产率制氢产率/%单位质量原料的制氢产率单位质量原料的制氢产率/%铝锡合金 4.94 3074 5259 铝铟合金 4.94 80 64 铝铋合金 4.94 6096 6777 铝锶合金 3.75 100 33 铝镓合金 2.435.13 90100 2877 铝锂合金 7.17.7 96100 89100 资料来源：知网，华金证券研究所 海藻制氢海藻制氢 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（PNA
32、S）上。研究表明许多藻类、细菌及水生物都可以通过吸收光能来分解水分子，从而释放氢气。藻类产生的氢气只是一种副产物，产量很少。但如果向海藻生存的环境中加入一种酶，便可抑制海藻的产糖量，从而使得氢气的产量得到提升。经过研究，他们发现加入指定酶后，海藻所产生的氢气总量增加了 4 倍。这项研究的领导人、美国麻省理工学院（MIT）生物医学工程中心副主任张曙光（Shuguang Zhang）说：“这一研究过程有很大可能实现产业化”，“你必须懂得这一过程所产生的实用价值，从而将氢燃料生产发展到商业规模，这只是时间和金钱的问题”。图 17：海藻制氢原理图 资料来源：Damian Carrieri，华金证券研究
33、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 2 0 8 9 1 1 7 6/3 6 1 3 9/2 0 1 9 0 5 2 7 1 6:3 1 深度分析 http:/ 请务必阅读正文之后的免责条款部分（1）可再生能源电解水制氢，有望成为未来我国的制氢路线 制氢的成本可以分为两部分，分别为初始投资的固定成本及原材料等变动成本。其中固定成本主要是制氢装置的投资成本及管理费用，变动成本包括制备氢气过程中消耗的原材料费用、电能及动力煤费用、设备维修及保养费用等。由于天然气、甲醇和煤制氢固定成本占比均较小，下面主要是分解各项技术的变动成本。图 18：天然气制氢成本结构图 图 19：甲醇制氢
34、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 天然气制氢成本天然气制氢成本中，天然气原材料成本占比达中，天然气原材料成本占比达 82.4%。天然气蒸汽重整制氢工艺需要使用原料天然气（也作为燃料），同时在制氢过程中会消耗去离子水、冷却水、电能等，这些资源费用即构成了天然气制氢的变动成本。按照设计产能每年运营 8000 小时，则年产氢 4.22 亿立方，电价按照工业用电0.73元/kwh，天然气按照3.2元/立方，则天然气制氢的单位成本为1.5元（16.6元/kg）。甲醇裂解制氢甲醇裂解制氢中，甲醇原材料成本占比达中，甲醇原材料成本占比达 90.8%。甲醇裂解制氢
35、适合于中小规模制氢，与大规模天然气制氢相比其投资小，能耗低，工艺流程简单，易于操作。甲醇裂解制氢的过程中会消耗原材料甲醇、脱盐水、动力煤及电能等。2000 Nm3/h 规模甲醇制氢项目的标准工况下，按照年设计产量及甲醇、煤炭与电力的价格，计算可得甲醇制氢的单位成本为 2.2 元/立方（24.3元/kg）。图 20：煤制氢成本结构图 图 21：电解水制氢成本构成 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 2 0 8 9 1 1 7 6/3 6 1 3 9/2 0 1 9 0 5 2 7 1 6:3 1 深度分析 http:/ 请务必阅读正文之后的免责条款部分 煤气化制
36、氢煤气化制氢成本中，煤原材料成本占比成本中，煤原材料成本占比 48%。相比其他制氢工艺，煤气化制氢的规模效应更显著。煤气化制氢项目多采用煤气化半氧化（POX）工艺，考虑制备 1m3氢气消耗 755g 煤炭、0.4m3氧气、0.05kwh 的电能，计算可得煤气化制氢的单位成本约为 1 元/立方（11.2 元/kg）。电解水电解水制氢成本中，电能占比成本制氢成本中，电能占比成本 77%。电解水制氢制备工艺简单，氢气纯度高，规模经济效应较弱。一般适合于中小规模制氢。电解水制氢的消耗主要为电力，根据当前的技术水平，每立方氢气的电力消耗为 4.4KWh，水消耗 0.81kg，工业用水价格按 4.1 元/
37、吨计算。按设计产量 2000 标准立方米计算，年运行 8000 小时，则单位氢气的固定成本为 0.82 元/m3，电力价格按照 0.73 元/KWh，总成本约 3.3 元/m3（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 可再生能源发电与电解水配合，或将大幅降低制氢成本。可再生能源发电与电解水配合，或将大幅降低制氢成本。虽然目前电解水制氢的成本很高，但其可变成本中电价的弹性比其他工业品的价格弹性更大。当前，电解水制氢成本主要来源于用电成本，电价占总成本的 77%，电价高是造成电解水成本高的主要原因。考虑到可再生能源还有弃风弃电的情况，这些低
38、成本的电力如果被利用，可大幅降低电解水制氢的成本。此外，我国电解水设备规模较小，规模化后还有一定的降成本空间。“南阳水氢机南阳水氢机”制氢成本或高达制氢成本或高达 160 元元/kg。基于反应方程式 2Al+6H2O=2Al(OH)3+3H2，可得理论上 54g 铝能够制备得到 6g 氢气。按目前铝 17.8 元/kg 计算，不考虑副产品回收，不考虑装置和固定资产投入，制备得到的氢气成本至少为 160 元/kg，暂时没有车用氢气规模推广的意义，可考虑在某些一次性应急设备上安装该装置。表 4：铝及其合金制氢成本估算 铝基合金铝基合金类型类型 氢气成本氢气成本（元（元/kg）铝锡合金 1094 铝
39、铟合金 5994 铝铋合金 317 铝锶合金 790 铝镓合金 7178 铝锂合金 4382 铝铝单质单质 160 2 0 8 9 1 1 7 6/3 6 1 3 9/2 0 1 9 0 5 2 7 1 6:3 1 深度分析 http:/ 请务必阅读正文之后的免责条款部分 资料来源：知网，华金证券研究所（2）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 由于氢气和其他大宗商品相比使用量仍然较低，目前没有形成标准的标价体系。根据中安咨询的市场调研情况，国内氢气价格在 4050 元/kg 左右，海外氢气价格在 7 美元/kg 左右。图 23：国内工业氢
40、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 日本、美国日本、美国氢气氢气使用终端使用终端价格价格高达高达 15 美元美元17 美元美元/kg。由于氢气出厂后还要压缩运输等一些列过程，因此氢气实际终端售价远高于制造成本价。基于网页图片资料，在美国加州某加氢站加氢的价格为售价16.63美元/KG（113元/KG）。在日本燃料电池网站上氢气价格为150日元/m3，约 1.37 美元/m3，每公斤的价格约 15.68 美元，相当于 107 元/kg。2017 年，空气产品（Air Products）公司氢能系统全球业务总监 Ed
41、Kiczek 表示：“我们在加氢站技术以及氢气输送领域的几项革新将氢气价格降至了每千克 10 美元以下。这我们目前看到的最便宜的终端氢气售价。图 25：美国加州某加氢站氢气标价 图 26：日本氢气价格 2 0 8 9 1 1 7 6/3 6 1 3 9/2 0 1 9 0 5 2 7 1 6:3 1 深度分析 http:/ 请务必阅读正文之后的免责条款部分 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 我国氢气我国氢气终端售价为终端售价为 70 元元/kg。下图为上海某加氢站的加氢机，加氢 4.03Kg,总价 282 元，氢气的零售价在 70 元/Kg。国内加氢价
42、格低于海外，或是因为有补贴的原因。氢气运输成本中，原料回收 10 元，提纯压缩费用（视气源种类及压缩的压力所定）10 元，运输 10 元；加上一定利润，进入加氢站的价格是 40 元/公斤（35-45 元/公斤是当前主流的氢气到站价格）。再加上加氢站的服务费用，终端用户用氢价格通常都在 60 元/公斤以上。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，但远大于锂电池车但远大于锂电池车 按 5 月 26 日上海汽油价 7.09-7.55 元/L，电价 0.617-0.9
43、77 元/KWh，氢价 60-70 元/kg 测算，按海外燃料电池车技术水平，百公里氢耗为 1kg，其行驶成本可与汽油车差不多，但远高于锂电池车。国内水平燃料电池车，每百公里耗氢量约为 2.8-3.1kg，约为 180 元-210 元/100km，运行成本远大于燃油车。如果燃料电池车运行成本要追平锂电池车，百公里氢耗需降低 80%-90%，或者氢气价格降低 80%-90%至 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）（乘用车为例）燃油车燃油车 锂电池车锂电池车 燃料电池车燃料电池车 充满时间 1-3 分钟 30 分钟 3-5 分钟 续航里程 500 公里
44、300500 公里 500 公里 百公里油耗百公里油耗 8-10L -百公里电耗百公里电耗 -10-15KWh-百公里氢耗百公里氢耗 -1kg 行驶成本行驶成本(元元/每每 100100 公里）公里）5 57 7-7676 6.26.2-14.714.7 6060-7070 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）2 0 8 9 1 1 7 6/3 6 1 3 9/2 0 1 9 0 5 2 7 1 6:3 1 深度分析 http:/ 请务必阅读正文之后的免责条款部分 三、燃料电池堆制造成本和性能
45、，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年，大功率燃料电池系统价格已经下降至 55 美元/kW，相比 2008 年的成本下降了 30%，相比2002 年的成本下降了 80%。2010 年前，催化剂铂的密度下降对电池成本下降有显著的效果，但 2011 年后，铂密度下降到极限，未来如果要达到 30 美元/KW 的目标成本仍有难度。我们可以看到，燃料电池系统成本中，加氢站和电池堆的成本不相上下，而电池堆中有主要以催化剂铂的成本为重。下图分别是基于年产 1000
46、套燃料和 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 可以看到，燃料电池在大规模工业化生产后，可显著降低的是辅助燃料电池的配件、膜组件、气体扩散装置等的成本，但是催化剂的成本不会受规模化效应的影响而下降，由于其他组件成本下降，催化剂成本不变，从而导致催化剂的成本占比出现大幅增加，从 16%增加到了 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,华金证券研究所
47、资料来源：DOE,华金证券研究所 2 0 8 9 1 1 7 6/3 6 1 3 9/2 0 1 9 0 5 2 7 1 6:3 1 深度分析 http:/ 请务必阅读正文之后的免责条款部分 我们认为铂催化剂的成本的高低将成为决定燃料电池成本的核心因素，将成为燃料电池推广不可回避的问题。如果未来 PEMFC 电池组大规模商业化并与内燃机汽车竞争，其成本需要降低到 50 美元/KW，有效降低电极、电解质膜和双极板的成本是降低燃料电池组成本的关键。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
48、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 我国燃料电池车核心部件燃料电池电堆主要还是需要外购，基于高工锂电给出的我国某公司燃料电池车成本拆分，可以推算出我国使用的燃料电池系统成本约 1 万元/kw，距离目标 1000元/KW 以下，还需要降低 90%以上。表 6：我国某代表公司燃料电池客车成本拆分 项目项目 分项分项 50-200 台台 500-1000 台台 2000 FC 部分部分（燃料电池）（燃料电池）30kw 燃料电池系统燃料电池系统 34.1 30.9 28 DCDC、散热等、散热等 5.5
49、5.5 4.2 供氢系统供氢系统 9.5 9.5 7 EV 部分部分 50kwh 电池电池 6 5.5 5 9-10m 客车其他部分客车其他部分 43 35 33.5 合计（万元）合计（万元）98.1 86.4 77.7 资料来源：高工锂电，华金证券研究所 2 0 8 9 1 1 7 6/3 6 1 3 9/2 0 1 9 0 5 2 7 1 6:3 1 深度分析 http:/ 请务必阅读正文之后的免责条款部分 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 燃料电池车的核心是燃料电池堆，电池堆中最关键的是质子交换膜。该膜的性直接决定燃料电池车的百公里氢耗、能量密度、使用
50、寿命等多个关键参数。我国的燃料电池技术水平在以上几个产数上均有待突破。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目前成熟的燃料电池车型主要有以下几个例子 1、现代现代 ix35 燃料电池车燃料电池车是全世界首款实现量产的燃料电池车，该车于 2013 年量产 2014年在韩国上市，最高功率达 73kw，最高时速 151km/h，续航里程约 600km，其售价高达 1.5 亿韩元（约人民币 85.5 万元），由于韩国基础设施匮乏，销售不尽人意。2、丰田的丰田的 M