策 略 研 究 证 券 研 究 报 告 策 略 专 题 报 告 请务必阅读正文之后的免责条款部分 宏观研究 Table_Title 值得期待 的 “终极能源 ” -氢能源 产业链 专题 Table_Author 分析师： 孙征 执业证书编号： S1380515090001 联系电话： 010-88300852 邮箱： sunzhenggkzq 氢能指数 Table_Report 相关报告 Table_Date 2019 年 7 月 31 日 Table_Summary 内容提要： 进入 21 世纪 后， 中国 及全世界主要发达国家均制定了氢能发展规划，相关政策持续推出， 2019 年更是首度在政府工作报告中提到氢能源 ，这一事件 标志着氢能发展已进入顶层设计，得到政府的高度重视。 氢能产业链的上游是氢气的制备环节， 中游是氢气的储运环节，下游是氢气的应用。近些年 来， 随着 燃料电池技术的发展应用 ，氢能 在下游应用上逐渐丰富 起来 ， 产业链 也大幅扩张 ， 成为氢 能源 产业链的最重要一环。 燃料电池电动车的发展节奏可以参考锂电池电动车的发展历程。新能源车产业链也经历了从政策预期推动下的大幅上涨，到实际产销低于预期后的持续下跌，再到产销量暴增后的一轮大牛行情。 我们对氢能源产业链尤其是燃料电池产业抱有长期乐观的判断，氢能源或许是人类社会的“终极能源”，其发展潜力毋庸置疑。 当前产业链处于市场逐渐消化政策，提升估值之后的回档阶段 ，这一阶段伴随着政策反复推出以及燃料电池汽车产销处于缓慢爬坡， 相关品种会随着政策热度形成多次阶段性机会 ，但很难出现新一轮大级别行情，大行情或将在燃料电池进入商业化量产的快速增长阶段后才会出现。 风险提示 ： 政策支持 力度减弱、 技术进步 速度 缓慢、企业 投入大 但 盈利小 。 策略 专题 报告 请务必阅读正文之后的免责条款部分 2 of 21 目录 一、 氢能发展进入顶层设计 . 3 二、 氢能源产业链 . 6 三、 全球氢能发展情况 . 11 四、 中国氢能源产业现状及目标 . 14 五、 投资机会及相关上市公司 . 17 图表目录： 图 1：能源发展的历史和结构 . 3 图 2：氢能源发展历程 . 6 图 3：氢能源产业链 . 7 图 4：氢气供给结构预测 . 8 图 5： 燃料电池汽车动力链组成 . 10 图 6： 燃料电池动力系统车上布局 . 10 图 7： 2019年上半年 氢能行业投资项目数及投资额 . 15 图 8： 2019年上半年 各省及直辖市投资额 . 15 图 9：新能源汽车历年产量 . 17 图 10：新能源车指数表现（ 2010-2017） . 18 图 11：燃料电池技术发展历程 . 18 图 12：燃料电池指数表现 . 19 表 1：氢能发展相关国家政策 . 4 表 2：地方政府对氢能发展的政策支持 . 5 表 3：不同制氢方式的比较 . 8 表 4：不同储氢方式的比较 . 9 表 4：各类燃料电池技术参数 . 10 表 6：中国氢能及燃料电池产业总体目标 . 14 表 7：国内外质子交换膜燃料电池系统技术指标对比 . 16 表 8：国内外主要新能源乘用车对比 . 16 策略 专题 报告 请务必阅读正文之后的免责条款部分 3 of 21 一、 氢能发展 进入顶层设计 氢 （ H）在元素 周期表中排名第一 位 ， 是 地球中常见的物质， 通常 的单质形态为氢气， 氢气 可以从 水 、 化石燃料等 含氢物质中提取 。 氢 能 指氢在物理 与 化学变化 过程 中释放的能量 ， 是一种 二次能源 。 由于 氢 气 利用的终极产物是 水 ，并且可以做到无污染、零排放，因此 它 也 是公认的清洁能源 。 图 1： 能源 发展 的历史 和结构 资料来源 ： 全球技术地图， 国开证券研究部 氢气 具有以下特点：重量轻 、热值高（ 142kj/g，石油 的 3 倍、 煤炭的 4.5倍） 、 燃烧 性能好、可回收利用、 清洁无毒 。 目前氢能源的主要供应来源是 化石能源制氢、工业 副产品、电解水 制氢 等方式 ， 由于化石能源和电解 直接 制氢成本较高 ， 短期内 工业副产品供氢是主要供应方式 。氢气在储运方面 均有 一定难度， 加氢站等 基础设施 发展缓慢 。 氢能源主要通过 燃料电池 形式 实现 利用， 目前 技术 仍有 瓶颈 导致 成本 较高 ， 燃料电池 汽车的 产业化 仍然有一定难度。 不过考虑到 锂电池行业过去十年来 的 快速 发展 ， 令 电动汽车从昂贵且不实用的 玩具 变成如今 增长最迅猛的 汽车 品类， 相信 技术进步 将 在 未来数年 逐步 解决 氢能源利用过程中的技术瓶颈，它 或许 将成为 “终极 能源 ”。 政策引导 是推动技术进步的重要一环， 进入 21 世纪 后， 中国 及全世界主要发达国家均制定了氢能发展规划， 近 10 年来 相关政策持续推出， 2019策略 专题 报告 请务必阅读正文之后的免责条款部分 4 of 21 年更是首度在政府工作报告中提到氢能源 ，这一事件 标志着 氢能发展已进入顶层设计， 得到政府的高度重视。 表 1： 氢能发展相关国家政策 时间 政策名称及主要内容 2006 年 国家中长期科学和技术发展规划纲要（ 2006-2020 年）提出将“氢能及燃料电池技术”作为未来能源技术发展方向之一 2009 年 节能与新能源汽车示范推广财政补助资金管理暂行办法提出对试 点城市示范推广单位购买和使用燃料电池车给子补助 2010 年 关于加快 培育 和发展战略性新兴产业的决定提出“开展燃料电池车相关前沿技术研发” 2011 年 中华人民共和国车船税法规定燃料电池车免征车船税 2012 年 节能与新能源汽车产业发展规划（ 2012 2020 年）提出“开展燃料电池电堆、发动机及其关键材料核心技术研究” 2014 年 关于新能源汽车充电设施 建设 奖励的通知提出对新 建 燃料电池车加氢站给予奖励 2014 年 能源发展战略行动计划（ 2014-2020 年）提出将“氢能与燃料电池”作为重点创新方向之一 2015 年 中国制造 2025提出将继续支持燃料电池车的发展 ， 并对燃料电池汽车的发展战略，提出三个发展阶段 2015 年 关于 2016-2020 年新能源汽车推广应用财政支持政策的通知提出对于燃料电池车的补贴不实行退坡 2015 年 国家重点研发计划新新能源汽车重点专项实施方案（征求意见稿） 提出“燃料电池车技术取得突破，达到产业化要求” 2016 年 “十三五”国家战略性新兴产业发展规划提出“系统推进燃料电 池车研发与产业化” 2016 年 节能与新能源汽车技术路线 图发布氢燃料电池车技术路线图 2016 年 国家创新驱动发展战略纲要提出“开发氢能、燃料电池等新一代 能源技术” 2016 年 能源技术革命创新行动汁划（ 2016-2030 年）提出“氢能与燃料电池技术创新”为重点任务之一 2018 年 关于调整完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知制定了燃 料电池车补贴标准 2019 年 “推进充电、加氢等设施建设”写入政府工作报告 2019 年 绿色产业指导目录（ 2019 年版）鼓励发展氢能利用设施建设和运营，燃料电池装备以及在新能源汽车和船舶上的应用 资料来源 ： 中国氢能源及燃料电池产业白皮书 ， 国开证券研究部 国家层面 多年来 持续 出台 支持政策 ， 各地方政府也出台 了 相关产业政策支持氢能源 以及 燃料电池汽车发展。目前 已有 北京、河北、江苏 、 浙江等 二十 余个省份 出台政策 ，主要通过建立示范城市、产业园 以及 积极鼓励相关企业 等 形式 支持产业 发展 。 策略 专题 报告 请务必阅读正文之后的免责条款部分 5 of 21 表 2： 地方政府 对 氢能发展 的 政策支持 省 /自治区 /直辖市 政策名称 北京 北京市加快科技创新培育新能源智能汽车产业的指导意见 河北 河北省推进氢能产业健康发展的实施意见 河北省新能源汽车产业“十三五”发展规划（ 2016-2020 年） 河北省氢能源产业中长期发展规划 张家口氢能源示范城市发展规划（ 2018-2035) 江苏 江苏省“十三五”新能源汽车推广应用实施方案 张家港市氢能产业发展三年行动计划（ 2018 2020 年） 苏州市氢能产业发展指导意见（试行） 常熟市氢燃料电池车产业发展规划 如皋市扶持氢能产业发展实施意见 浙江 浙江省新能源发展“十三五”规划 浙江省培育氢能产业发展的若干意见（征求意见稿） 宁波加快氢能产业发展的指导意见 嘉善县推进氢能产业发展和示范应用实施方案（ 2019-2022年） 广东 广东省新能源汽车产业发展规划（ 2013-2020 年） 佛山市氢能源产业发展规划（ 2018-2030 年） 佛山市南海区新能源汽车产业发展规划（ 2015-2025 年） 佛山市南海区促进加氢站建设运行及氢能源车辆运行扶持办法 东莞市新能源汽车产业发展“十三五”规划 辽宁 辽宁省加快发展新能源汽车的实施方案 山西 山西省“十三五”战略性新兴产业发展规划 山西省氢能源产业中长期发展规划 山东 山东省“十三五”战略性新兴产业发展规划 山东省新能源产业发展规划（ 2018-2028 年） 山东省氢能源产业中长期发展规划 陕西 陕西省“十三五”战略性新兴产业发展规划 神木市氢能源产业发展规划（ 2018-2035)(征求意见稿） 河南 河南省“十三五”战略性新兴产业发展规划 安徽 安徽省战略性新兴产业“十三五”发展规划 上海 上海市燃料电池车发展规划 湖北 武汉制造 2025 行动纲要 武汉氢能产业发展规划方案 四川 四川省“十三五”战略性新兴产业发展规划 成都市氢能产业发展规划（ 2019-2023 年） 福建 福建省新能源汽车产业发展规划（ 2017-2020 年） 天津 天津市节能与新能源汽车示范推广及产业发展规划（ 2013-2020 年） 天津市新能源产业发展三年行动汁划（ 2018 2020 年） 新疆 新疆维吾尔自治区新能源汽车产业“十三五”发展规划 策略 专题 报告 请务必阅读正文之后的免责条款部分 6 of 21 内蒙古 关于加快新能源汽车推广应用的实施意见 内蒙古自治区现代能源经济发展战略规划纲要（ 2019-2035年） 内蒙古自治区氢能源产业中长期发展规划 吉林 关于进一步促进新能源汽车加快发展的政策意见 吉林省氢能源产业中长期发展规划 白城市氢能产业发展规划 贵州 贵州省“十三五”新兴产业发展规划 重庆 关于加快新能源汽车推广应用的实施意见 海南 海南省清洁能源汽车发展规划 海南省氢能发展暨全域性国家级氢能试验区建设战略研究 资料来源 ： 中国氢能源及燃料电池产业白皮书 ， 前瞻产业研究院 ， 国开证券研究部 二、 氢能源产业链 人类对于氢能的研究已有几百年的历史， 从 18 世纪 中叶就已 首次 了解到氢气， 20 世纪 出现首个氢气发动机，但是由于其制备成本高、技术复杂，一直没有得到全面推广运用 。随着各国 政府对于可再生能源的研究逐渐深入， 加上 技术进步，在燃料电池的 迅速发展和推广 过程中，氢能作为最适宜的燃料 进入 新的发展应用 阶段。 图 2： 氢能源发展历程 资料来源 ： 前瞻产业 研究院 ，国开证券研究部 氢能产业链的上游是氢气的制备环节，主要技术方式有化石 能源制氢 、副产制氢、可再生能源制氢、电解水制氢以及光解水制氢等；中游是氢气的储运环节，主要技术方式包括 高压气态 、低温液态、 固体和液体材料 储氢等；下游是氢气的应用， 传统 应用主要在化工 产业 方面，新能源1766年卡文迪许从酸和金属反应中制得氢气1818年英国首次有目的的电解水制氢1839年剑桥大学William Cecil首次提出燃料电池1928年RudolphJrren发明第一个氢气发动机1950年氢气作为“能量载体”的概念首次被提出1970年通用汽车首次提出“氢经济”概念，核电电解水1980年德国提出“HYSOLAR”计划：太阳能制氢21世纪燃料电池发展迅速，氢能有望成为终极能源策略 专题 报告 请务必阅读正文之后的免责条款部分 7 of 21 方面的用途 可以 替代 传统能源的各个方面 。 近些年 来， 随着 燃料电池技术的发展应用 ， 氢能 在下游应用上逐渐丰富 起来 ， 产 业链 也大幅扩张 ，成为氢 能源 产业链的最重要 一环 。 图 3： 氢能源产业链 资料来源 ： 中国储能网 ，国开证券研究部 上游 -制氢 ： 氢能是一种二次能源 ， 不可以直接获得，需要通过制备获得。目前，制氢技术主要 有 三种路线 ，一是以 煤炭 、天然气为代表的 化石能源 重整制氢， 二是以工业副产品 制氢， 三是 电解水制氢 ， 目前占比规模约 3%。 天然气 制氢是 国外 主流 制氢方式 ，技术也比较成熟， 不过 国内 富煤 、少气， 因此 多数地区很难开展 。为了控制氢气 获取 环节 的碳排放，碳捕集与封存 （ CCS） 技术很有必要 ，但国内这方面 技术 水平相对较低，成本较高， 仍处于 摸索阶段。 工业副产 品 提氢 在 国内较为常见，但也存在 碳捕集与封存 技术方面的问题。 电解水制氢 绿色环保、 杂质少、技术成熟 ， 主要受 用电 价格 影响，目前 成本较高 ， 且 如果 电力 来源为火电也存在碳排放问题 。 随着 可再生能源 的 逐渐丰富， 电价逐渐 下降， 电解水制氢 有望成为未来 获取 氢气的主流方式。 制氢 化石燃料 副产回收 化学热分解 电解水 光解水 生物质 储、运、加注 高压气态储存 低温液氢储存 固体材料储存 液体材料储存 物理方式 化学方式 运输 管道 罐车 储存 加注 加氢站 应用 传统用途 新能源 合成氨 精炼油 精甲醇 其他工业 热电联供 储能 -发电 工业燃料 燃料电池 电堆 系统部件 膜电极 端板 双极板 气体扩散层 扩散层 催化剂 膜材料 商用车 乘用车 特种车 电源 空压机 增湿器 氢循环系统 DC/DC 策略 专题 报告 请务必阅读正文之后的免责条款部分 8 of 21 表 3： 不同 制氢方式 的 比较 制氢方式 优点 缺点 备注 化石燃料制氢 技术成熟、成本低、适合大规模 制氢 排放量高、气体杂质多需提纯 我国现阶段氢气主要来源 工业 副产氢回收 成本低、来源广、提纯技术成熟、 碳排放低、适合大规模制氢 提纯工艺相对复杂 我国氯碱工业、焦炉煤气副产氢丰富 化学热分解制氢 转化率高、原料易得、工艺简单 成本高 需要经过高温裂解 电解 水制氢 技术成熟、产氢杂质少、电力资 源丰富、碳排放低 能耗高、成本高、减排效果受电力来源影响 利用可再生清洁能源可以做到无排放制氢 生物质制氢、光解水制氢 原料丰富、环境友好 未实用化、转化率低、成本高 处于研究阶段 资料来源 ： 中国储能网 ， 国开证券研究部 图 4： 氢气供给结构预测 资料来源 ： 中国氢能联盟 ，国开证券研究部 目前 我国氢气年产量已逾千万吨规模，是世界第一大产氢国。 2017 年，中国氢气产量达到 1915 万吨，同比增长了 3.5%， 到 2020 年中国氢气产量或将超 2000 万吨。 中游 -储运 ： 氢气 是世界上已知 密度 最小的气体 （ 0.0899kg/L）， 是空气的1/14，是水的万分之一，高密度储存是一个难题。目前，储氢方法主要分为 高压气态储氢 、 低温液态储氢和 固体 材料储氢三种。气态储氢采用钢 瓶进行高压 储氢，技术成熟、成本 较低 ， 其 主要弱点是效率较差， 存储 10 公斤 氢气需要数十公斤重的钢瓶 ， 而且国内 储氢 钢瓶的 技术 比国际主流技术要弱一些。 气态储氢 是 现阶段的主要 方式 ，但是固态储氢材料储氢性能卓越，是三种方式中最为理想的储氢方式，也是储氢科研领域67% 60%45%20%30%23%5%3%15%45%70%2% 5% 10%0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%2020 2030 2040 2050化石能源 工业副产 可再生能源电解 生物制氢等其他技术策略 专题 报告 请务必阅读正文之后的免责条款部分 9 of 21 的前沿方 向。 随着 固态储氢材料 使用便利性 的 提升和成本 的 降低，其有望成为未来主流的储氢方式。 表 4： 不同储氢 方式 的 比较 储存方法 单位质量储氢密度（ wt%） 单位体积储氢密度（ kgH2/m3） 优点 缺点 备注 高压气态储氢 >4.5 26.35（ 40MPa，20） 技术成熟、充放速度快、成本低、常温即可进行 体积储氢密度低、容器厚重、安全度低 目前车用储氢的主流方法 低温液态储氢 >5.1 39.75（ 70MPa，20） 体积储氢密度高、液氢纯度高、安全性好 液化过程耗能大、易挥发、成本高 主要用于航空航天领域 固体储氢 1.0-2.6 36.625-40 体积储氢密度高、安全、不需高压容器、纯度高 质量储氢密度低、技术复杂、投资大、运行成本高 未来重要发展方向 有机液体储氢 5.0-7.2 - 储氢密度高、储运维护安全、可循环使用 成本高、操作条件苛刻、有副反应可能 可利用传统石油基础设施加注，前景好 资料来源 ： 中国储能网 ， 前瞻产业研究院， 国开证券研究部 加氢站 是 氢能源面向 下游应用的主要基础设施 ，将 不同来源的氢气 经过压缩机 增压 储存在 站内 的高压 罐 中， 再 通过加气机 为 氢燃料电池 汽车 加注氢气。 在 商用 运行模式 下， 乘用车 加氢 时间 一般 控制在 3-5 分钟 。 目前 加氢站 建设 技术比较成熟，但我国 最大 问题是 土地成本 高、关键零部件 依赖进口， 因此导致建设成本较高 。 而且 氢燃料 电池商业化 还处于 起步阶段， 成本回收期 漫长， 加氢站还 属于试点营业阶段， 这也 是 我国加氢站基础设施较少的主要原因。 下游 -应用 ： 氢 的传统应用是以 化工业 为主，但目前以 燃料电池 为主 的 新能源应用成为 打开 氢能 应用空间 的 重要 方式。 燃料电池有助于实现氢能的移动化、轻量化和大规模普及，并且能够在交通、工业、建筑、军事等方面广泛应用 。 与锂电池相比，当前燃料电池车更接近于 燃油 车的使用习惯（加注时间 5 分钟，续航 500 公里）。 燃料电池是把燃料 中 的化学能 通过电化学反应 直接转换成电能的 发电 装置。氢燃料电池 用 氢气 和氧气作为原料 ， 产生的废料除了微量的二氧化碳和氮氧化物外，主要是水。燃料电池 没有机械传动部件，故没有噪声污染。 按电解质不同 ，常用的燃料电池包括质子交换膜燃料电池（ PEMFC）、固体氧化物燃料电池（ SOFC）、熔融碳酸盐燃料电池（ MCFC）、磷酸燃料电池（ PAFC）和碱性燃料电池（ AFC）等。其中质子交换膜燃料电池操作温度低、启动速度快，是车用燃料电池的首选。 策略 专题 报告 请务必阅读正文之后的免责条款部分 10 of 21 表 5： 各类燃料电池技术参数 电池类型 碱性燃料电池 磷酸燃料电池 熔融磷酸盐燃 料电池 固体氧化物燃 料电池 质子交换膜燃 料电池 电解质 KOH 磷酸 Li2CO2-K2CO2 YSZ 含氟质子膜 电解质形态 液体 液体 液体 固体 固体 阳极 Pt/Ni Pt/C Ni/Al、 Ni/Cr Ni/YSZ Pt/C 阴极 Pt/Ag Pt/C Li/NiO Sr/LaMnO3 Pt/C 工作温度 ( ) 50-200 150-220 约 650 900-1050 60-80 启动时间 几分钟 几分钟 >10min >10min <5s 应用 航天、机动车 洁净电站、轻 便电源 洁净电站 洁净电站、联 合循环发电 机动车、洁净电站、便携电源、航天 资料来源 ： 燃料电池技术研究现状及趋势 ， 国开证券研究部 燃料电池 发电系统 是由电堆（ 数百节单电池组成 ）、电池系统构成 。 单电池包括膜电极组件、双极板及 气体扩散层 等 ，其中 膜电极组件是电化学反应的核心部件。 电池系统 包括燃料供应子系统、氧化剂供应子系统、水热管理子系统及电管理与控制子系 统等，其主要系统部件包括空压机、增湿器、氢气循环泵 等， 这些子系统与燃料电池电堆组成了燃料电池发电系统 。 燃料电池工作方式与内燃机类似，燃料在电池外携带，原电池及二次电池的活性物质封装在电池内部。 氢气可以像传统车汽油一样充装，只需要几分钟时间； 70MPa 的车载高压氢瓶，保证了燃料电池汽车具有较长的续驶里程。 因此，燃料电池汽车 与锂电池电动车相比有一定优势 。 图 5： 燃料电池汽车动力链组成 图 6： 燃料电池动力系统车上布局 资料来源 ： 燃料电池的关键技术 ，国开证券研究部 资料来源 ： 燃料电池的关键技术 ，国开证券研究部