燃料電池是將化學能通過電化學反應直接轉換為電能的發電裝置。燃料電池不經過燃燒過程直接以電化學反應方式將燃料（如氫氣、天然氣等和氧化劑）中的化學能直接轉化為電能。燃料電池作為開放式系統，通過外部給予氧化劑及燃料可實現持續發電，其能量轉化效率在40～60%，如果實現熱電聯供，燃料的總利用率可高達80%以上。

一、中國燃料電池行業概況分析

1、燃料電池主要由陽極、陰極、電解質和外部電路等四部分組成。電池的陰、陽兩極兼具電子傳導及催化劑的作用，燃料氣由陽極通入，反應放出的電子經外電路傳導到陰極，再與氧化氣結合生成離子。離子在電場作用下,通過電解質遷移到陽極上,與燃料氣反應,構成回路產生電流。在此過程中，燃料電池由于自身的電化學反應以及內阻,僅產生一定的熱量，生成物主要是水，無任何有害氣體排放，是真正的清潔環保電源。

燃料電池通過電化學方式取得能量

2、燃料電池雖受限于成本及體積等問題，但憑借轉化效率高、環境友好、可連續工作等優異性能的優勢在便攜式領域、固定式領域和交通運輸等領域的應用持續拓展，預計隨著技術提升及成本的下行，應用將呈現高速發展。

從全球范圍來看，美國能源署數據顯示，2014年全球燃料電池出貨量超過50000組，同比增長37%，銷售金額達到22億美元，同比增長了69.2%。其中便攜式、固定式、交通運輸領域的市場份額分別為31.1%、64.9%、4%，固定電源市場份額仍然最高。國內燃料電池應用市場重點集中在運輸工具領域，占比為74%，其次是便攜領域為16%，固定領域10%。

燃料電池應用領域廣泛

便攜式設備應用多是指在數碼產品（相機、筆記本電腦，打印機，收音機）、教育工具和玩具等作為小型移動電源，以及輔助裝置系統（APU）、無人機等領域。以甲醇燃料電池(DMFC)或質子交換膜（PEM）技術為主。固定式應用從UPS、小家用熱電聯產設備(CHP)、獨立電源裝置到MW級的并網發電站等，其中家用CHP的高效節能且產熱水，在日韓等國應用增長迅速。基礎發電設施應用是在中大型的發電站提供電力，美日等國在這方面的出貨量近年來保持21%的增長。日本富士經濟預計2025年家用燃料電池系統市場規模預估將達708億元。

交通運輸應用有望成為燃料電池爆發的主推力。燃料電池叉車在北美增長較為快速，燃料電池朝大功率發展，當前全球燃料電池電動車的保有量不足千輛，歐洲、美國、日本等國家政府正大力支持燃料電池車的產研發展，日本政府宣布計劃2020年國內燃料電池保有量達到4萬臺，2030年之前達到80萬臺。英國預計2020年燃料電池車銷量達到1萬輛。

2008—2014年燃料電池出貨量（單位：千件）

日本富士經濟預測，2025年度全球燃料電池系統市場增至3281億元的規模，燃料電池車用市場規模將暴增至1842億元，行動裝置用市場規模將達19.8億元。

美國燃料電池車是交通運輸應用領域的主要部分

國內各應用領域市場占比

3、新能源汽車應用的電池包括鉛酸、鋰電池、燃料電池等，主流趨勢是配套動力鋰電池，但鋰離子電池存在的能量密度瓶頸注定其不可能是終極電源，業內專家預計磷酸鐵鋰、三元動力鋰電池2020年的容量有望達到150Wh/Kg、200Wh/Kg，但后期容量提升的難度也隨之增加。相比之下，燃料電池兼具高能量密度（氫燃料電池能量密度可達300~500wh/kg）、高功率密度，有望成為下一代配套應用。燃料電池憑借開放式系統，能量密度主要取決于儲氫量，其能量密度提升的空間更大。燃料電池高倍率性能優異。豐田Mirai 的PEMFC系統的能量密度超過350Wh/Kg，而功率密度已經達到了2KW/Kg。動力鋰電池雖然能承受一定程度的高倍率快速充電，但對電池的循環壽命形成永久傷害，且充電時長在30分鐘以上，相比之下燃料電池車只需要3~5分鐘即可完成加氫。

燃料電池性能比鋰電池更優越，市場景氣度高

燃料電池有質子交換膜燃料電池(PEMFC)、磷酸燃料電池(PAFC)、堿性燃料電池(AFC)、固體氧化物燃料電池(SOFC)及熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)等類型，其中質子交換膜燃料電池最大優勢在于其最佳工作溫度60℃~100℃，是唯一的適合車輛的內置工作環境，低溫啟動快且便于小型化使其最有望替代內燃機成為汽車動力源的燃料電池。

4、日韓在燃料電池車領域的產研推進領先于其它國家，日本的新能源戰略以燃料電池車為主，目標到2020年燃料電池汽車達到500萬輛，到2030年要全面普及燃料電池汽車，豐田、本田、現代等車企都均已推出相關車型，提出燃料電池汽車商業化目標，，預計全球燃料電池新車型將于未來兩年密集上市銷售，燃料電池車商業化已開始逐步推動。

豐田在2014年底發布的首款燃料電池汽車Mirai，年產量2016 年擴大至約2000 輛，到2017 年將擴大至約3000 輛，計劃2020 年該燃料電池車銷量達到1 萬輛。本田在2016年3月宣布開始對外出租Clarity燃料汽車，日產汽車公司宣布已經研發出使用生物乙醇作為能源供給的燃料電池車有望大幅延長續航里程。同時日本加速商業化配套，2015年已建設45座加氫站并投入使用。韓國率先進入千輛燃料電池汽車生產階段。截止2015年，已推出了第3代燃料電池SUV和客車，現代的ix35燃料電池SUV生產近千輛，SUV采用100kW燃料電池、24kW鋰離子電池和100kW電機，70MPa的氫瓶可以儲5.6kg氫氣，NEDC循環工況續駛里程588km。歐洲正在加快研發，英國Riversimple氫燃料汽車充滿燃料之后可以連續行駛483公里，目前在路測，預計2018年上市。梅賽德斯推出的GLCF-Cell是全球范圍內首款插電式燃料電池的車型，配置兩個碳纖維儲氫罐，可載氫燃料容量超過8公斤，最大續航里程有望突破500公里。

全球主要燃料電池汽車性能對比

Navigant Research預測到2021年，全球燃料電池汽車（包括巴士）銷量將超過5萬輛，到2024年全球燃料電池車大規模量產時，年銷量將達到22.8萬輛。預計總市場規模將達到456億元。

2015—2024年燃料電池汽車（包括巴士）銷量預估

5、根據U.S.DrivePartnership制定的“燃料電池技術路線圖”中顯示，目前系統的耐久性為2500h，以年產50萬臺計系統成本在49美元/kW，美國能源部目標是燃料電池系統的成本下降到30美元/kW，達到和內燃機成本同樣的水平。日本NEDO數據顯示，當功率密度為4kW/m2時，從生產5萬輛到500萬輛燃料電池汽車的規模效應下，成本將從167美元/kW下降到38美元/kW。綜上我們認為燃料電池的成本在產業規模化下存較大的下降的空間。

燃料電池的目標狀態

質子交換膜及催化劑是降低成本的關鍵。質子交換膜及鉑金催化劑是發生電化學反應的關鍵成分，成本約7萬元，占燃料電池系統成本15%以上，通過對質子交換膜、催化劑進行提升優化，配合規模化生產，燃料電池的成本存在大幅下降空間。

美國能源部的成本目標為30美元/kw

規模效應會降低電池成本

獲取氫氣的方法有：生物制氫、太陽能制氫、工業制氫。生物制氫是常溫常壓下利用微生物對有機廢水，垃圾或者生物質進行酶反應制氫，具備發展前景但仍不成熟，但最常用的是工業制氫，工業制氫可分為：天然氣蒸汽、輕油蒸汽制氫，焦炭和石油焦等煤制氫，甲醇或氨裂解制氫，水電解制氫。

工業制氫方法比較

2015年日本新增28座，是所有國家中新建數目最多的國家，其次是歐洲，新增19座，全球共新增54座加氫站，全球加氫站存量共有214座正在運營。全球各國計劃2016年新增104座加氫站。目前建設加氫站的成本較高，建設加氫站的成本保守計預計為1200~1500萬元，我國雖沒有明確的規劃，但對日產200kg以上的加氫站給予400萬元的補貼。從規劃遠景來看，日本規劃2025年達到800座加氫站，韓國規劃2020年建設168座加氫站，德國規劃2025年達到千座以上。

全球主要國家加氫站建設規劃

二、中國燃料電池行業發展趨勢預測

1、國家在十二五期間主要對鋰電池為核心的電動車進行了大規模的扶持和推動，燃料電池目前的發展落后與日韓等國，十三五初期提升了對燃料電池的補貼，從補貼18萬提升至20萬~50萬，并持續到2020年不進行退坡，相比鋰電池電動車面臨的20%的退坡，顯示出發展燃料電池車的決心，在《中國制造2025》中明確了支持燃料電池汽車發展，推動自主品牌節能與新能源汽車與國際先進水平接軌的發展戰略，提出三個發展階段：第一是在關鍵材料零部件方面逐步實現國產化；第二是燃料電池和電堆整車性能逐步提升；第三方面是要實現2020年燃料電池車的運行規模擴大到1000 輛運行規模，到2025 年制氫、加氫等配套基礎設施基本完善。

多項政策出臺，支持燃料汽車發展

我國2016年新能源客車補貼標準

2、類似鋰電池客車及物流車的發展路徑，車型高補貼后具備經濟性是支撐商業化放量的核心，我們以輕型燃料電池物流車為例，在不考慮加氫站的成本的情境下測算車輛使用成本，氫燃料電池車百公里消耗氫氣約4kg，使用成本在150~200元之間浮動，隨著制氫產業規模化的提升，氫氣成本預計將大幅下降，燃料電池車經濟性將凸顯。補貼后購置的經濟性對比：在動力系統匹配上，國外的燃料電池系統功率一般在100 kW～200 kW，而國內燃料電池客車大多匹配小功率的燃料電池系統（不高于50 kW），滿足于城市工況及降成本。以增程式的輕型燃料電池物流車為例，通過配置燃料電池30kW和鋰電池30kWh，假設國補地補1:1的情境下，測算燃料電池車補貼后的價格僅為15.4萬，已比傳統燃油車相比具備經濟性，考慮到明年鋰電池車20%的退坡，我們認為燃料電池物流車將呈初步放量的趨勢。

國內外燃料電池城市客車燃料電池參數

扣除補貼，我國燃料電池物流車價格

3、燃料電池乘用車在3~5年仍處市場導入階段。豐田燃料電池汽車Mirai在日本的售價為700萬日元左右，補貼后的價格為35萬元人民幣，預計2020年有望下降40%以上，根據美國能源部對轎車燃料成本的估計，預計到2020年，在年生產量20萬輛的條件下，燃料電池轎車成本將低于3萬美元，達到市場推廣的程度。

國內高補貼背景下，多數車企預計將率先試水中型以上的物流車、客車等。福田汽車2013年研發氫燃料電池電動物流車，2014年生產出5輛第二代12米氫燃料電池電動客車，逐步從科研示范項目走向產業化，目前已成立歐輝、歐馬可氫燃料電池車生產基地，形成各環節的完整產業鏈，此次福田歐輝攬獲100輛BJ6852型氫燃料電池電動客車訂單，全球范圍內首例大批量訂單，后續有望帶動及加快中國氫燃料電池電動客車產業化進程。宇通2016年也推出第三代燃料電池客車FCEVG2，氫燃料加注時間僅需10 分鐘，測試工況下續航里程超過600 公里，成本實現了大幅下降。中車電動通過配套加拿大Loop Energy燃料電池公司的燃料電池技術開發出燃料電池核心驅動系統，出口至美國開發出燃料電池物流拖車。

福田歐輝燃料電池客車

燃料電池轎車成本將大幅下降