借力蓄势，厚积薄发 04.2021 上海 / 中国 罗兰贝格 洞见 中国氢燃料电池重卡行业发展白皮书 1 中国新能源汽车市场经过多年发展，已在纯电 动、混动等领域构建起较为完善的市场及产业链 基础。面向未来，以清洁能源替代传统化石能源， 实现从能源的生产、运输、利用全链条绿色环保， 则是汽车产业发展所追求的重要目标之一。氢燃 料电池作为下一代以绿色氢气为燃料，水为排放 产物的新能源技术路线，未来将在三大因素推动 下进入发展加速通道。 1. 新能源汽车在十四五期间成为国家深化能源结构转型的 关键战略要素，绿色氢能及氢燃料电池应用将助力新能源产 业发展。 1 ） 新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)明确发展新能源 汽车是我国从汽车大国迈向汽车强国的必由之路，是应对气 候变化、推动绿色发展的战略举措。 2 ） 规划提出2035整体目标，明确了氢燃料电池汽车要实现商 业化应用：“纯电动汽车成为新销售车辆的主流，公共领域 用车全面电动化，氢燃料电池汽车实现商业化应用，高度自动 驾驶汽车实现规模化应用，充换电服务网络便捷高效，氢燃料 供给体系建设稳步推进，有效促进节能减排水平和社会运行 效率的提升”。 2. 2030/2060碳达峰、碳中和目标的提出推动上游高耗能 行业及下游应用领域转型，氢能及氢燃料等清洁能源为终极 目标。 1 ） 2020年9月22日，中国政府在第七十五届联合国大会上 提出：“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策 和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取 2060年前实现碳中和”。“碳中和”的提出，背后有着国家对加 速经济转型、保障国家能源安全和践行大国社会责任的诉求。 封面图片： T omasz Wysz o mirski/ Ge t ty Imag es i 加速经济转型：我国正处于经济由高速增长转向高质量发 展的阶段，通过逐步收紧碳排放要求，更高效且具备更高碳 强度的产能将更具成本优势，倒逼产业结构不断调整优化。 发展绿色制氢为代表的零碳电力等产业也将创造更多新的 就业机会。 ii 保障国家能源安全：中国能源结构“富煤、少气、贫油”，能 源对外依存度高，石油对外依存度72%、天然气43%。在国际 局势动荡下， 能源安全担忧持续上升。中国也需要优化能源 结构，拓展自主掌控、生产的氢能产业，利用风、光等自然资 源所生产的绿色氢气作为新的能源将为能源结构转型及能 源安全做出重要贡献。 iii 践行大国社会责任：2000年以来，我国碳排放大幅上升，截 至2019年，二氧化碳排放占全球28.76%。应对气候变化，是中 国树立大国形象、在国际事务中形成影响力的必由之路。 2 ） 碳中和的实现必须要推动上游高耗能行业及下游应用同 步转型，而氢能则是实现碳中和的重要路径。 i 上 游高耗能行业转型：电力、钢铁、水泥等高能耗和高排放 行业的结构和用能转型；结构方面主要是电力中可再生能源 电力占比进一步提升，当前仍有70%的电力来自火电。用能 转型主要是工业用能增加电的比例，同时在工业过程中减少 碳排放，如使用氢气替代焦炭还原铁，未来工业氢气的用量 将提升。 ii 下游应用转型：为减少排放，需要减少直接化石燃料的使 用，用电比例将提升。下游应用中，交通环节的排放占10%。 生态环境部发布的中国移动源环境管理年报（2019）显示， 汽车是移动源污染排放的主要贡献者。其中，柴油货车使用强 度高、单车排放大，保有量虽然只占汽车的7.9%，一氧化碳、 碳氧化合物、氮氧化物及颗粒物的排放量，却分别占到汽车排 放总量的10%、18.8%、60%与84.6%以上。为实现碳中和，交 通领域的电动化为大势所趋，而商用车，尤其是柴油货车则是 交通运输迈向碳中和的重要加速器。 01 前言 2 01 / 中国分部门二氧化碳排放情况 2020,% 3. 制造业升级驱动氢燃料等高端产业加速技术突破与自主 掌控。 1 ） 在贸易战等国际关系变化以及国内“中国制造2025”等政 策驱动下，制造业升级和解决“卡脖子”技术为未来大势所趋。 汽车制造业作为国内制造业的重要组成部分，必将充当制造 业升级的排头兵。 35.8% 33.2% 8.8% 8.7% 11.6% 1.9% NJzQh-Y(/|*DR 2 ） 当前国内氢燃料电池产业仍然存在一定短板，在外部环境 驱动下，技术升级和自主掌握进程将持续推进：在关键材料 方面，燃料电池电堆中的质子交换膜、催化剂等关键原材料 目前主要依赖进口，在核心工艺方面，膜电极、双极板等生产 环节需要进一步提升成品率，关键零部件，如高压氢瓶阀、空 压机等品质与国外仍有差距，因此氢燃料相关产业链升级也 势在必行。 NJzQh-Y(/|*DR 3 目录 04 07 13 15 16 19 20 1/ 氢能及氢燃料电池政策 以史为鉴，促进技术、应用、基础设施高质量均衡发展 2/ 氢燃料电池市场 车为核心，从氢燃料客车及中轻卡逐步向氢燃料重卡过渡 3/ 氢燃料电池技术路线 逐步迭代，以成本最优、性能突破、耐久提升为核心原则 4/ 氢燃料电池重卡应用场景 区隔竞争，与纯电车型实现差异化应用场景布局 5/ 氢燃料电池行业关键成功要素 四大关键，成本、技术、应用场景、基础设施 6/ 氢燃料电池行业未来展望 借力蓄势，厚积薄发 7/ 氢燃料电池行业布局启示 匹配资源，调动生态，掌握节奏 4 1. 政策导向 政府政策将以推动上游关键零部件技术突破(8大类)、促进下 游应用及基础设施发展为核心原则，避免将政策过度集中在 销售环节而引发产业链低水平发展。 1.1 上游关键零部件技术突破： 2020年9月五部委联合发布的 关于开展燃料电池汽车示范应用的通知，明确8项核心部 件(电堆、氢气循环系统、空压机、膜电极、双极板、催化剂、碳 纸、交换膜)作为技术突破重点，要求示范城市群在第1-4年间 实现至少2项、4项、5项、7项的本土化突破落地。 02 1.2 促进下游应用： 自2017年起，国家各部委陆续出台政策， 围绕车用场景依次制定技术路线、产业规划和示范应用方案， 带动氢能及氢燃料电池产业发展。 03 1.3 基础设施发展： 2020年5月，财政部发布关于征求(征求意见稿)意见的 函，提出新的加氢站补贴政策的补贴门槛或将从200kg/d提 升到500kg/d日加注能力，推动加氢站朝着示范性规划建设： 1） 规划目标：虽然2020年受到疫情影响，但国内部分地区依 然积极出台氢能产业规划，其中以广东省佛山市、上海市、四 川省等省市为典型代表，如广东省发改委提出要在珠三角核 心地区、沿海经济带布局建设约300座加氢站，上海计划到 2023年规划加氢站接近100座并建成运行超过30座。 2） 建设补贴：在国家推出对加氢站行业发展的利好政策后，部 分省市也相继推出补贴细则，主要针对于大于等于500kg/d加 注能力的加氢站，平均单站补贴力度在300-500万元左右。 02 / 1/ 氢能及氢燃料电池政策 以史为鉴，促进技术、应用、基础设施高质量均衡发展 资料来源：案头研究；罗兰贝格 5 03 / 04 / 2. 政策实施范围 2020年9月五部委联合发布的关于开展燃料电池汽车示范应 用的通知中明确对燃料电池汽车的购置补贴政策调整为燃料 电池汽车示范应用支持政策，对符合条件的城市群开展燃料电 资料来源：案头研究；罗兰贝格 资料来源：案头研究，专家访谈，罗兰贝格 2017年：中国燃料 电池汽车发展路线图 2020年：关于开展燃 料电池汽车示范应用的 通知 技术路线产业规划示范应用 2019年：中国氢能源 及燃料电池产业白皮书 明确燃料电池汽车的 技术路线、功能要求、 关键零部件和材料 规划氢产业链和氢燃料 电池产业链的高阶发展 目标 制定示范的期限、城市 群、产业化目标、奖励 支持力度 短期以商用车( 特别是重 型) 为抓手 池汽车关键核心技术产业化攻关和示范应用给予奖励，目的是 形成布局合理、各有侧重、协同推进的燃料电池汽车发展新模 式。截止目前已有17大燃料电池汽车示范城市群提出申报，初 步答辩后选出3+2个示范城市群。 04 6 05 / 3. 政策支持方式 在城市示范群政策发布后，对于氢燃料电池汽车的补贴将不再 沿用新能源汽车的“国补+地补”模式，而是由中央政府将政策 奖励下发给城市示范群所在的地方政府，由地方自主制定并实 施产业发展奖励政策，因地制宜发展氢燃料电池产业。先行城 市如佛山、上海等均已发布各自的氢能产业发展规划。 05 资料来源：案头研究，专家访谈；罗兰贝格 罗兰贝格全球高级合伙人方寅亮表示：“在向2030碳达峰、 2060碳中和的目标迈进过程中，氢燃料电池行业政策以促进上 游技术突破、驱动下游应用及基础设施发展为核心，同时惠及 产业链上下游玩家。另外在发展模式上以具备产业发展基础的 城市示范群为核心，也更能有效聚焦资源，促进产业高质量发 展 。” 7 1. 氢燃料电池市场应用主体 氢燃料电池将以车用领域为核心应用，短期以客车及中轻型 物流车为切入，中长期以氢燃料重卡为主体。 1.1 氢燃料电池的下游应用广泛，除了交通运输领域，还有便 携式电池、发电和建筑储能领域。其中道路车辆为未来的核心 增量领域。在道路车辆中，乘用车纯电动市场系统随着锂电池 能量密度的逐步提升和充电设施的普及，已经能够较好满足日 常使用，因此短期内氢燃料电池的替代必要性有限。而商用车 则存在较多相对固定路线的场景，加氢站需求少，其应用场景 和所需条件更适合燃料电池的技术特点和产业基础，因此商用 车未来将成为氢燃料电池的主要发展重点。 06 1.2 在市场发展初期，由于氢燃料电池系统成本相对较高、系 统及电堆功率较低等原因，所需系统功率相对较低的客车和 中轻型物流车成为氢燃料电池汽车的主要车型，而随着电堆 功率增大、燃料电池本身具备较大功率和能量密度潜力的特 点，加上氢燃料电池政策补贴向重卡倾斜，氢能源重卡发展将 进入快车道。 06 / 1） 氢燃料电池系统及电堆功率提升： 早期系统功率的增长 主要跟随补贴趋势提升，比如2017年额定功率主要在30KW- 40KW之间，与当时国补条件“燃料电池额定功率不低于 30kW”相适应，2021年氢燃料电池系统最大补贴的额定功 率上限为110KW，整体功率发展紧随政策补贴需求。后期随 着燃料电池技术的进一步发展，以及应用场景对于大功率系 统的需求驱动(类比当前主流的重卡牵引车马力-400马力(约 300KW)左右，当前主流的燃料电池功率段距市场需求仍有较 大差距)，未来燃料电池系统的功率将进一步提升。 07 2） 氢燃料电池重卡发展： 当前氢燃料电池市场主流仍以大中 客和中卡为主，主要由于中小功率燃料电池系统可以与此类 车辆所需的马力适配，同时可以获取较大的补贴优惠。另外大 中客主要的应用为城市公交，其所受政策的支持力度大，且路 线和运行场景相对固定，因此发展也更加快速。未来在技术发 展和补贴驱动下，伴随着燃料电池功率增大，氢燃料电池重卡 应用将加速发展，同时由于燃料电池天然的高功率和能量密 度的特点，使得其更能满足重卡对于载重量的要求。 2/ 氢燃料电池市场 车为核心，从氢燃料客车及中轻卡逐步向氢燃料重卡过渡 数据来源：案头研究；罗兰贝格 燃料 电池 交通运输 建筑供能 小型家用电器、 消费电子设备、 无人机等 乘用车 商用 车 大型固定氢燃料电池电站、 建筑应急备用电源 热电联产系统 其他：叉车、船只、航空、 轨交等 便携式 电池 发电 客车 中重卡 轻卡/ 厢货 道路 车辆 普拉格PLug Power 氢能叉车于2002年面世 已在沃尔玛、亚马逊、联合利华、通用汽车 等大型企业车间中应用 美国保有量25000辆，欧洲7000辆 HESenergy system: 工业级无人机 2018年，推出HYCOPTER ，为工业维护检查而 设计的多旋翼氢燃料无人机，续航3.5 小时 Horizon：户外使用的燃料电池充电宝（2011年） 斗山：全球最大氢燃料发电厂 于韩国瑞山市安装50MW 燃料电池系统，利用 氢气副产品运行 将于2020年完工，向16万个家庭每年供应共计 4000亿瓦时的电量 日本NEDO ：ENE- FARM typeS 全球首个商业化的SOFC 热电联产系统，在日本 已大规模应用 发电效率为46.5，综合能源利用效率高达 90% 燃料电池使用场景非车用场景介绍 8 07 / i 补贴驱动： 在最新的氢燃料电池补贴政策中，相较上一版补 贴，政策对于中型货车补贴大幅下滑，轻型货车稍有下滑，但 随着纯电轻卡发展，氢燃料轻卡相较纯电轻卡的竞争力将下 降。而重型货车补贴倾斜则在新政中更加突出，2020年9月最 新补贴中，对于31t以上的重型货车来说单车补贴上限涨幅达 36.5%。补贴政策的调整正在更加贴近氢燃料汽车的实际应 用场景需求。 08 ii 氢燃料汽车销量结构转变： 氢燃料重卡的销售比重预计将 逐步提升，2020年及以前氢燃料重卡销售几乎为零，但到2030 年预计销售占比超过整体氢燃料汽车的50%。从2020年的数 据可以看出，当市场补贴存在不确定、出现空档期时，氢燃料 卡车的销量所受影响极大，而大中客由于主要为公交用途，有 地方财政支持，销量所受影响有限，销售占比达90%。后期当 重卡补贴政策明朗，以及相关应用的新能源化，如绿色矿山、 绿色电厂、绿色码头等，重卡在短倒牵引的使用将逐步增加， 长期随技术发展后，长途牵引也将贡献重卡增量，公开信息显 示，仅上汽红岩一家便规划未来4年将落地超10000台氢燃料 电池重卡。 2. 市场规模及趋势 2020-2025年为发展起步期，到2025年氢燃料商用车预计销 量达到约1万辆/每年的水平，2025-2030随着基础设施、技术 革新和成本下降推动进入发展加速期，到2030年销量有望超 10万辆。 2020-2025 起步期 由于当前加氢基础设施和氢燃料电池汽车的技术尚不成熟， 整车购置和加氢成本仍然较高，因此预计未来五年内，市场整 体仍需以政策驱动为主，以2020年为例，由于经历半年左右 的氢燃料政策空窗期，直接导致氢燃料商用车销量腰斩，从未 来成本变化及政策角度来看： 1) 成本方面： 不考虑补贴的情况下，氢燃料牵引车的基准配置 （110KW电堆+100KWH电池）购置成本预计在2025年能与锂 电池相当，但理想情况下能够满足重卡大功率需求的购置成 本仍然较高。在2025年以前氢燃料能耗成本优势难以凸显， 百公里能耗成本超过250元。预计整体购置和燃料成本需要到 2030年，氢燃料才逐步具备一定优势。 30-40KW 2019 2017 2018 2020 40-50KW 2021 E 30-40KW 2025 E 60-80KW 90-120KW 130-180KW 主要额定功率 KW 最大额定功率 KW 40KW 80KW 80KW 100KW 130KW 180KW 数据来源：案头研究；罗兰贝格 9 08 / 单车补贴上限: 万元 30.0 24.0 20.8 19.2 17.6 14.4 2019. 6.26前 2020. 4.22前 2020. 4.22后 2022 2023 2021 -13% 50.0 40.0 36.4 33.6 30.8 25.2 -9% 50.0 40.0 54.6 50.4 46.2 37.8 +37% 50.0 40.0 20.8 19.2 17.6 14.4 -48% 轻型货车 中型货车 重型货车( 31t) 大型客车( 10m) 资料来源：财建2019138 号，财建202086 号，财建2020394 号，案头研究；罗兰贝格 2) 从政策端来看： 2020年由于政策不明朗直接导致氢燃料车 销量腰斩: 09 另外，类比纯电市场的发展，纯电市场早期亦为政策驱动，历 经约10年才逐步走向市场化，而氢燃料商用车在中国于2015 年起步，仍需时间逐步成熟。 2025-2030 加速期 未来随着基础设施普及、技术革新和成本下降，氢燃料电池市 场将进入加速发展期。 1) 基础设施建设达到配套要求： 当前制约氢燃料电池车使用 的关键限制因素之一在于加氢站的覆盖程度不足。加氢站是 未来中国新基建的重点内容，预计随着未来车辆保有量的上 升，以及加氢站建设成本的下降，加氢站数量增长将进入加速 期，预计到2025年达到500座，2030年到1500座。类比当前 约4800座左右天然气（LNG）加气站规模所支撑起的天然气重 卡13万年销量以及50万保有量，如若顺利建成1500座加氢 站，在加氢站加注能力和规模与加气站类似的前提下，也有望 支撑4-5万年销量以及15万保有量的氢燃料重卡的应用，与 我们预计的2030年重卡年销量6万辆相当。 10 2) 技术革新推动氢燃料汽车产品线布局完善: 未来氢燃料电 池汽车的技术革新将成为系统性的工程，除系统环节的集成 外，还需依赖上游电堆和下游整车环节的优化，氢燃料汽车也 将从技术上实现从中轻卡、客车向更高功率的氢燃料重卡产 品拓展。 i 上游电堆环节： 通过优化膜电极各子组件的抗机械及化学降 解能力，以及提升双极板耐腐蚀性以延长电堆寿命。优化电堆 组装及设计工艺，提升电堆一致性，并优化双极板流场设计， 强化膜电极子组件的导电率、比活性等性能来提升电堆性能。 通过降低双极板等硬件厚度，并同时优化电堆集成度来提升 整体功率密度；到2030年，电堆体积功率密度有望从当前的 3-3.5KW/L提升到7-8KW/L，电堆的寿命从当前的1.5-2万小 时，提升到3-4万小时。 10 09 / 氢燃料商用车上险数 2017-2020, 辆 440 841 3,190 1,288 2017 2018 2019 2020 半年左右政 策空窗期 2020年4 月23日 财建2020 86 号明确2019.6.26 -2020.4.22燃料 电池补贴按照财建2019 138号文 规定的过渡期补贴 (即2018 年补贴 标准的0.8 倍) 2020年9 月21日， 发布财建2020394 号明确氢燃料补贴 资料来源：案头研究；罗兰贝格 10 / 加氢站数量 2016-2030E， 座 资料来源：案头研究；罗兰贝格 5 12 30 61 118 2018 2025 E2016 2017 2019 2020 2030 E 500 1,500 2019年3 月5 日“推动加氢设施建设”首次写 入政府工作报告，并提出地方补贴需支持加氢 基础设施，各地纷纷推出地方补贴；2019年有 20个左右的省市发布加氢站建设地补政策 11 11 / ii 下游整车环节: 当前氢燃料重卡多使用柴油底盘进行改装 生产，在当前电堆功率不大、对载重要求不敏感以及重卡天 然的布置空间优势下，尚能满足需求。而未来必将朝着高度 集成化的底盘发展，通过适用于氢燃料和三电系统布置的新 一代重卡底盘来满足重卡客户对总使用成本优化、系统集成 性能提升的要求，突出的变动主要有电堆、储氢罐和锂电池 与底盘更好的匹配，以及驱动行驶从中央驱动到电驱动桥发 展。 11 3) 成本下降提升氢燃料汽车全生命周期成本TCO竞争力。 i 车辆购置成本： 当前氢燃料电池汽车规模化程度有限，未来 随下游应用的推广，规模化将带来大幅的系统成本节降70% 以上，叠加上游零部件国产化、制造工艺进步提升， 未来燃料 系统的成本竞争力相较纯电等其他能源类型车辆将逐步提 升。 12 ii 氢气成本： 目前由于市场用氢量不足，各地规模、氢源供应、 加氢站类型不一，不同区域的加氢站氢气销售价格差异大，目 前法规允许的外供加氢站价格主流区间在60-80元/KG，部分 地区最低也需要40元/KG左右，补贴平均在10-12元/KG。如果 以氢燃料重卡牵引车为例，按照现在行业企业一般测试条件 来计算，则百公里能耗成本已至少超过400元，而同类型柴油 资料来源：罗兰贝格 车百公里能耗成本在180-200元。未来随着规模化程度提升， 氢气到站的平均成本有望降低到2030年的25元/KG，若重卡 百公里氢耗降到7KG，则在氢燃料电池重卡在能耗方面的竞 争力开始逐步显现。 13 未来发展 随着氢燃料电池商用车的发展，未来氢能还可逐步拓展至乘 用车、发电、储能等领域，同时在工业过程亦可应用氢气来降 低碳排放，整体市场前景广阔；根据中国氢能源及燃料电池 产业白皮书，氢能将成为中国未来能源体系的重要组成部 分，预计到2050年氢能在中国能源体系中的占比约为10%，氢 气需求量接近6000万吨，年经济产值超过10万亿元。 罗兰贝格项目经理高仲骐表示：“氢燃料电池汽车市场的发展 是一项系统性工程，政策支持更多是帮助产业链上下游玩家 更快突破产业发展瓶颈，但购置、运营乃至车辆全生命周期成 本优化并相较其他燃料类型具备成本竞争力则是行业进入发 展加速期的必要先决条件，需要产业链上下游玩家协同发展， 共同突破” 电机直驱 电驱动桥中央驱动 短期重卡必由路线 中长期少部分重卡 长期重卡终极方案 传动轴 Rear axle 电机 可布置空间 后桥 电机+AMT 传动轴 Rear axle 减速/ AMT 电机 可布置空间 后桥 集成电驱动桥 Rear axle 集成 电机 可布置空间 后桥 集成 齿轮 可布置空间 齿轮 电机 轮边驱动 12 12 / 13 / 氢气到站不含补贴价格 元/kg 规模化：规模化是影响燃料电池系统成本节降 的首要抓手，规模化后上游原材料的成本节降 潜力在70 %以上 国产化：2017 年燃料电池系统国产化率30% ， 仅掌握系统集成、双极板和DC -DC，其余主要 依赖进口，2020 年国产化程度60 -70%，电堆、 膜电极等核心部件均可自主控制，而气体扩散 层、催化层和质子交换膜等核心材料也在加速 研发中，国产化率将进一步提升 工艺进步：产业化进程加快后，制造工艺的进 步将提升良品率、改进工艺流程，带来进一步 成本节降 燃料电池系统价格逐步下降 元/kw 10,000 5,500 2,000 1,000 2020底2019 未来3-5 年 未来5-10 年 成本下降的关键驱动要素 资料来源：案头研究，专家访谈；罗兰贝格 40 30 25 2025E2020 2030E 参考行业内有优势的价格为样本 资料来源：案头研究；罗兰贝格 13 14 / 1. 燃料电池电解质技术路线 PEMFC(质子交换膜)为短期重点技术路线，中长期固体氧化 物在储能等领域具有发展空间，汽车行业将是质子交换膜的 重点应用领域。 14 2. 双极板技术路线 在短中期主要的车用领域 氢燃料商用车，尤其是重卡领域， 由于氢燃料重卡对系统使用寿命、效率、系统功率大小要求更 高，在石墨、金属、复合双极板电堆三种技术路线中，短中期兼 具寿命和效率的石墨双极板电堆路线是主流，部分企业使用 复合双极板作为过渡，但石墨双极板电堆自有的功率密度上 限特点（4.3KW/L左右）将制约石墨双极板电堆所能达到的系 统功率水平，而若以多个石墨双极板电堆串并联实现大功率 系统则又有着配套系统复杂、体积庞大、稳定性弱等弊端。因 此对于系统功率具有更高要求的氢燃料重卡需要通过金属双 极板电堆来实现，未来3-5年内随着重卡对功率和功率密度要 求的提升，并逐步克服金属双极板寿命低的问题后，重卡电堆 中金属双极板逐渐上升。 3/ 氢燃料电池技术路线 逐步迭代，以成本最优、性能突破、耐久提升为核心原则 资料来源：2018燃料电池行业研究；案头研究；罗兰贝格 次要应用场景或潜在应用场景核心应用场景 商用车 乘用车 储能( 发电/ 建筑供能) 资料来源：2018燃料电池行业研究；案头研究；罗兰贝格 燃料电池类型 电解质与燃料 优势 催化剂 工作温度 PEMFC 质子交换膜燃料电 池 + 功率密度大 + 重量轻、体积小 + 寿命长、成熟 + 温度低，启动快 聚合物膜 氢 铂 50-90C AFC 碱性燃料电池 钾碱 氢 + 效率高 + 制造成本低 + 简易且技术成熟 铂 60-220C PAFC 磷酸燃料电池 磷酸 氢 + 非常成熟的电池 类型，最早商用 + 允许燃料存在一 定杂质 铂 190-210C MCFC 熔融碳酸盐燃料 电池 碱碳酸盐 氢气/天然气/石油气 + 效率高 + 燃料相容性好 镍 600-700C SOFC 固体氧化物燃料电 池 + 能量转换效率高 + 燃料相容性好 + 非贵金属催化剂 陶瓷氧化物 氢气/天然气/甲 醇 钙钛矿 600-1000C DMFC 直接甲醇燃料电池 聚合物膜 甲醇 + 特定功率密度大 + 燃料易于储存 50-120C 铂 - 工艺复杂 - 需要使用专用燃 料 - 体积大 - 需要纯氢和纯氧， 易受一氧化碳中毒 - 体积大，效率低 - 寿命短 - 需要贵金属催化 - 高温+ 电解质双重 腐蚀性 - 启动慢，寿命短 - 温度高 - 易受腐蚀 - 启动慢，寿命短 - 效率低 - 阴极一氧化碳易 中毒 应 用 场 景 劣势 无应用场景 当前主流潜力细分 14 3. 氢气储罐技术路线 3.1 当前氢燃料电池车主要使用III型铝内胆35MPa氢气储罐， 未来3年内车用氢气储罐仍然以气氢储罐为主，但将由III型 35MPa向IV型70MPa气氢储罐过渡。2020年7月21日，7月21 日，涉及车载储氢系统的两项国标修改后正式实施，均将原范 围中的工作压力不超过35MPa修改为70MPa ，2021年3月9日， 燃料电池电动汽车加氢口(GB/T26779-2021)最新国家标 准正式发布，新国标增加了70兆帕加氢口尺寸及耐臭氧老化、 耐盐雾腐蚀、耐温度循环和兼容性测试等多项技术条目，预计 2021年10月1日实施，因此制约70MPa储氢罐发展的政策条 件已经消除，IV型70MPa的气氢储罐发展已经具备政策基础， 但IV型70MPa的气氢瓶成本下降速度将影响其推广节奏。 3.2 在液氢储罐方面，预计3年后液氢储罐在政策条件完善、 产业链同步跟进的前提下进入规模化拓展应用时期。虽然现 在部分行业领先企业正在积极推动民用液氢储罐商业化，但 当前液氢储罐的大规模推广应用仍取决于以下因素的发展。 1) 目前民用液氢道路运输许可尚未放开： 根据中华人名共 和国道路运输条例和道路危险货物运输管理规定，液氢 作为危险货品目前只允许军工用液氢上路运输，民用液氢上 路运输许可尚未放开，且解封时间具有较大不确定性。 2) 民用液氢国家标准尚未健全，移动式液氢运输标准有望率 先出台： 目前三项国家宏观液氢技术标准（氢能汽车用燃料 液氢、液氢生产系统技术规范、液氢贮存和运输安全技术 要求）已出台征求意见稿，预计正式稿有望于2021年正式出 台。但若想实现大规模的商业化应用，还需完善液氢产业链各 环节设备标准体系，涉及各环节核心装备（包括移动式及固定 式）的设计、生产制造、检测等各个环节。预计2023年前液氢 运输相关系统化标准体系有望建立健全。然而车载液氢储罐 和固定式液氢储罐相关设备标准体系由于推进进程较慢，具 体出台时间尚不明晰。 在海外市场的液氢运输方面，目前戴姆勒计划从2023年开始 进行液态氢燃料电池重卡GenH2的用户试驾，并于2025年后 实现量产，由于采用了能量密度更高的液氢，GenH2卡车性能 将媲美传统柴油卡车，但其应用的节奏和实际推广时间仍存 在不确定性。 15 15 / 资料来源：案头研究，专家访谈；罗兰贝格 重卡用1个210L 标准气罐可储 4.95kg氢；8个储氢罐续航 400km，仅满足短途运输需 求 是暂时的解决方案，未来将被 替代 35MPa气氢 70MPa气氢 液氢 短中期主流 长期机会 1个210 L标准气罐可储8.42kg 氢；8个储氢罐航在600 - 700km，可满足中途运输需求 但对加氢站依赖仍然较高 样车续航可达1000km ，可满 足中长途运输需求 但液氢易气化，目前储氢罐的 绝热性能和储存天数有限，仅 适用于车辆极少闲置的高出勤 场景 15 相较于纯电，氢燃料电池优势在更高的功率和能量密度，在载 重和续航方面有优势，而在配套设施方面相较纯电存在劣势； 而对于纯电车，虽然续航能力有弱势，但是满足城市内的公 交、物流车、环卫等短途行驶的续期，也由于当前的成本优势， 短期内城市内交通工具的纯电化会更加迅速。 16 因此，氢燃料适用的应用场景主要为三大类。 1. 固定路线: 便于配套加氢站等基础设施，如矿山短倒、港 口、物流园区内等相对封闭和固定路线的场景，方便氢燃料汽 车布局加氢站等配套能源加注设施。 2. 中长途干线: 里程在400-800公里左右，超过纯电的续航上 限将成为氢燃料汽车的优势应用场景区间。 3. 高载重: 纯电车型由于电池能量密度提升空间有限，重卡 匹配一定续航里程的电池必然导致自重较大，因此氢燃料过 渡到液氢路线后车重较纯电优势进一步放大，在载重量具有 更大需求的场景上将更有优势。 4/ 氢燃料电池重卡应用场景 区隔竞争，与纯电车型实现差异化应用场景布局 16 / 性 能 可 靠 性 纯电动汽车 (BEV) 170 Wh/kg (磷酸铁锂电芯) 1-1.5KW/L 3-4KW/L (电堆) 200-300公 里 (配备：300 - 400KWH电量) 氢燃料当 前 在 中 途 更 具 有差异化优势，且氢燃 料为开放系统，续航还 能进一步增长 纯电由于当前单位成本 更低，虽然续航较短， 但对于城市内公交、 物流车、环卫车等适用 性好 氢燃料当前使用寿命无 法满足商用车要求的 3 万小时需求 燃料电池汽车 (FCEV) 能 量 密 度 表 现 使 用 寿 命 氢 燃 料 更 能 适 应 大 载 重 ， 锂电池自重大，影响重 卡载重量 功 率 密 度 表 现 500 Wh/kg 400 公 里 (配备：110K W氢燃料 系统+ 100KWH锂电) 35兆帕* 8标准气罐：400 公里 70兆帕* 8标准气罐：600 - 700公里 液氢储罐：1000 公里 续 航 能 力 1.5-2万 小 时3万 小 时 资料来源：案头研究；罗 兰贝格 16 5/ 氢燃料电池行业 关键成功要素 1. 规模化带动成本下降及技术提升： 规模化的客户资源将给 氢燃料电池汽车的应用带来规模效应，降低关键零部件及系 统成本，同时为氢燃料电池汽车的技术应用及验证、优化提供 数据基础。 1) 规模化降低成本： 以美国能源部（DOE）2019年12月12日 发布的燃料电池长途卡车技术发展路线图规划，达到10万台 产量后，燃料电池系统的成本可以较1000台下降60%。在中 国市场氢燃料关键零部件成本下降也同样依赖于应用规模 的提升。 2) 规模化技术应用验证： 当前氢燃料电池系统、电堆等关键 零部件的技术应用由于下游应用规模有限，部分技术的验证 仍局限于实验室仿真或小规模验证阶段。而对于商用车用户 来说，车辆及系统的可靠性是非常关键的要素，因此规模化能 够为技术应用提供大量测试数据以优化技术设计，为提升可 靠性提供关键保障。 17 四大关键，成本、技术、应用场景、基础设施 17 / 美国能源部提出的重型车辆燃料电池系统成本目标 美元/KW 1000台 10万台 中期 2030实现 190美 元 /KW 80美 元 /KW -57.9% 17 2. 合适的应用场景： 目前氢燃料所主要应用的轻载中短途货 运、客车等领域主要受政策支持、应用条件简单等因素支持， 但长期来看上述场景在市场化条件下相较纯电车型并不具备 显著的TCO及技术优势。而相比新能源纯电车型来说，氢燃料 电池汽车在技术、配套产业成熟后，其相较纯电车型所同时具 备的更大载重量、更长续航里程的优势将使氢燃料在重卡领 域，尤其是应用在中长途干线货运的重卡领域具备明显优势， 成为氢燃料电池汽车的主要应用场景。 3. 完善的产业链配套： 上游低价、绿色的氢源以及下游完善 的加氢基础设施。 1) 未来十年内，若不考虑补贴，则难以单纯通过燃料电池系 统成本的下降使氢燃料重卡在购置成本上比肩柴油车，而氢 燃料重卡的燃料成本占全生命周期总使用成本的46%，为主 要的成本项，因此未来燃料成本的节降对氢燃料重卡推广的 整体贡献较大。 2) 低价绿色的氢源： 未来需要质子交换膜加可再生能源的共 同应用： i 质子交换膜技术体积小、产氢密度高，使其更适合于规模化 生产，但由于铂、铱等昂贵金属催化剂的使用，整体生产成本 目前仍相对较高；随着膜材料寿命和催化效率提升，质子交换 膜成本不断下降，将成未来主流技术。 18 ii 同时可再生能源电解水制氢在2030年后将成为主流技术 路线，碳减排政策将进一步驱动可再生能源制氢发展。 19 3) 完善的加氢基础设施： 除了加氢站数量的增加，还需关注 加氢站的模式演变，主要包括从氢源角度来看，外供液氢将逐 步替代外供高压氢气，预计到2030年外供液氢的比例将超过 50%。以及从加氢站能源加注类型角度来看，单一的加氢站将 向油氢/气氢供应站模式的转变，在更好满足下游应用和平衡 加氢站的投入产出，通过经济效益的提升促进加氢站在市场 化条件下的自主发展。 20 18 / 随成本下降，质子交换膜技术将成未来主流 资料来源： Renewable and Sustainable Energy Reviews，案头研究；罗兰 贝格 E4tech预测范围 DOE (PEMEL)预测 FCH JU目标 3,500 2,500 2,000 0 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 3,000 1,500 1,000 500 资本成本 欧元 / k w 3,500 2,500 2,000 0 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 3,000 1,500 1,000 500 资本成本 欧元/ k w 碱 性 电 解 水 路 线 质 子 交 换 膜 路 线 0.5MW el 100Nm 3 /h 0.1MW el 20Nm 3 /h 资料来源：Renewable and Sustainable Energy Reviews ，案头研究；罗兰贝格 18 19 / 15% 45% 70% 30% 23% 20% 10% 67% 60% 45% 3% 100% 5% 0% 2020 2030E 5% 2% 2040E 2050E 0% 生物制氢及其他化石能源制氢 可再生能源电解制氢工业副产氢 资料来源： 中国氢能白 皮书 中国氢 能联盟 ；案头 研究； 罗兰贝 格 20 / 加氢站类型由纯加氢站向油氢、气氢共建站转变 资料来源：案头研究；罗 兰贝格 推荐 不推荐 特殊情况 加 氢 站 氢 电 共 建 站 油 氢 共 建 站 油 氢 共 建 站 其 他 共 建 站 单纯建立纯加注氢气的加氢站，短 期内加氢车辆规模有限，难以实现 良好经济性 提供加氢和充电服务 但是因为充电设备占据场地空间较 大，经济性一般 提供汽、柴油加注业务和加氢业务 改造便捷且经济性好 适合三桶油等大型能源供应商 提供天然气和氢气加注业务 改造便捷且经济性好 适合三桶油等大型能源供应商 如油、电、气氢共建站等，但因为 经济效应一般难以大规模推行 主 要 驱 动 因 素 土 地 资 源 角 度 ： 部分城 市土地 资源稀 缺， 土地集约化利用需求较高，因此重新 建立 占地面积达的氢电共建站难度高，但 在现 有加油站和加气站基础上改建为油氢 、气 氢共建站相对容易 经 济 效 益 角 度 ： 仅提供 氢气加 注的纯 加氢 站盈利难，须配合其他能源加注业务 ，诸 如加油、加气等帮助实现良好的经济 效益 未 来 各 类 型 加 氢 站 区 域 分 布 特 性 南 方 地 区 以 油 氢 共 建 站 为 主 ：南方 地 区天然气 资源相 对较少 ，天然 气站密 度低， 但加油站密集，将更多基于其改造氢 油站 北 方 地 区 以 气 氢 共 建 站 站 为 主 ： 北方 地区天然气资源相对丰富，华北、西 北等 地区天然气重卡优势明显，因此改建 气氢 共建站具备更有利条件 总 体 分 布 特 征 共 建 站 沿 运 输 干 线 分 布 ： 油氢、气氢共建站将首先覆盖主要运 输干