1.1 燃料電池汽車產業鏈

燃料電池汽車產業鏈上游為膜電極、雙極板、各類管閥件與傳感器、車載高壓儲氫瓶等 發動機零部件生產制造行業，產業鏈中游為燃料電池發動機系統及電堆集成行業，產業 鏈下游為燃料電池整車制造行業。

燃料電池發動機系統是燃料電池汽車動力總成的核心部件，關系著整車運行的安全性， 對燃料電池汽車是否具備成熟、可靠的性能表現具有重要影響。

相較于傳統燃油車或純電動汽車動力系統，燃料電池發動機系統結構較為復雜。燃料電 池發動機系統主要由燃料電池發動機、電壓變換器、車載氫系統等構成，其中燃料電池 發動機主要部件包括電堆、發動機控制器、氫氣供給系統、空氣供給系統等。

 燃料電池汽車核心關鍵部件或材料主要包括發動機、電堆和膜電極。從成本上看，燃料 電池電堆約占燃料電池發動機的 55%，而膜電極約占燃料電池電堆的 65%。

1.2 燃料電池發動機工作原理

與鋰電池作為儲能裝置不同，氫燃料電池是一種非燃燒過程的能量轉換裝置。燃料電池 電堆是發動機系統的核心部件，是陽極的氫氣和陰極的氧氣（空氣）發生電化學反應及 產生電能的場所，對燃料電池發動機的關鍵性能和成本具有較大的影響。因此，電堆被 稱之為燃料電池發動機系統的心臟，是燃料電池發動機的動力來源。

鑒于單個燃料電池單元輸出功率較小，實踐中通常通過將多個燃料電池單元以串聯方式 層疊組合構成電堆來提高整體輸出功率。因此，電堆是由雙極板與膜電極交替疊合，各 單體之間嵌入密封件，經前、后端板壓緊后用螺桿拴牢，構成的復合組件。

其中膜電極是燃料電池發生電化學反應的場所，由質子交換膜、催化劑與氣體擴散層組 合而成，是燃料電池電堆的核心部件，對電堆的性能、壽命和成本具有關鍵影響；雙極 板是燃料電池電堆的核心結構件，通常為正反均帶有氣體流道的金屬或石墨薄板，其主 要作用是通過流場給膜電極組件輸送反應氣體，同時收集和傳導電流并排出反應產生的 水和熱，其性能優劣直接影響電堆的體積、輸出功率和壽命。

 燃料電池的工作過程包括：1）反應氣體在氣體擴散層內擴散；2）反應氣體在催化層內 被催化劑吸附后被離解；3）陽極反應生成的氫離子穿過質子交換膜到達陰極與氧氣反 應生成水，而電子通過外電路到達陰極產生電。

 除電堆以外，燃料電池發動機還需要一系列輔助系統才能實現其功能。其中控制系統通 過高精度調節反應氣體的壓力及流量等使得電堆中的反應始終維持在輸出功率、溫度、 濕度均合適的水平，保證發動機穩定可靠工作；氫氣和空氣供給系統是為電堆提供合適 壓力、溫度、濕度、流量的氫氣與空氣；水熱管理系統用于保持燃料電池內部水平衡和 熱平衡。此外，燃料電池發動機系統配備由車載高壓儲氫瓶和配套閥件組成的車載氫系 統用于儲存燃料，以及用于實現燃料電池與整車高壓之間解耦的 DC/DC 變換器。

1.3 燃料電池主要技術特點

比較可見，燃料電池汽車在續航里程、加注時間、低溫環境適應性、動力、環境保護等 方面可以提供更好的解決方案。燃料電池汽車的續航里程可達 500km 以上；加注時間不 到 15 分鐘；能夠在-30℃低溫自啟動；氫燃料電池的發電效率可達 50%以上，直接將化 學能轉化為電能，動力傳遞效率較高，使汽車的動力更加突出；在富氫地區具備較強經 濟性；并且燃料電池具備運行中零排放、高效率等優異特性，是我國在交通運輸領域實 現低碳排放的重要技術路線之一。

從技術特點及發展趨勢看，由于燃料電池汽車具備長續航里程、快速加注、高功率密度、 低溫自啟動等技術特點，燃料電池汽車更適用于長途、重載、商用等領域，而電動汽車 更適用于城市、短途、乘用車等領域。氫燃料電池汽車作為新能源汽車的重要技術路線 之一，將與電動汽車長期并存互補。

2.發展氫能已成全球共識

2.1 交通運輸用燃料電池需求顯著增長

燃料電池技術早在 1839 年即被英國的 Willam Grove 發明。20 世紀 60 年代，NASA（美 國國家航空航天局）將燃料電池應用于雙子星航天飛船，開啟了燃料電池的現代發展史。 20 世紀 70 年代，石油危機引起了能源恐慌，氫能作為一種新興清潔能源開始受到各國 政府的關注。20 世紀 90 年代，包括奔馳、福特在內的國際知名車企紛紛推出燃料電池 概念車型。進入 21 世紀后，氫能與燃料電池技術發展逐漸成熟，日本豐田汽車于 2014 年 12 月推出 Mirai 燃料電池汽車，續航里程達 502 公里，成為燃料電池領域內的里程碑 事件。此后，全球燃料電池產業開始快速發展。

目前，燃料電池根據其應用場景不同可大體分為交通運輸用、固定式、便攜式燃料電池。 近年來燃料電池在交通運輸領域的需求量呈現爆發式增長。2020 年全球燃料電池裝機量 達 1319.4MW，2015-2020 年復合增長率達 35%；其中交通運輸領域的需求上升尤為顯著， 年復合增長率達 54%，2020 年裝機量 994MW，占總裝機量的 75%。

 2.2 全球燃料電池汽車保有量突破 3 萬

氫能作為重要的清潔能源，是未來重要能源路線之一，發展氫能已成為全球主要國家的 共識。作為能源技術革命的重要方向和未來能源戰略的重要組成部分，氫燃料電池汽車 得到了日本、韓國、歐洲、美國、中國等國家的高度重視。隨著一些典型車型的推出和 關鍵技術的突破，氫燃料電池汽車產業化預期有所提前。

中國、韓國、日本、美國、德國五個國家為目前全球氫燃料電池汽車主要發展國。2020 年，全球氫燃料電池汽車總銷量為 9011 輛，同比下降 9.1%。其中，美國銷量為 937 輛， 同比減少 55%；中國銷量為 1182 輛，同比減少 57%。美國銷量下滑是受到疫情的拖累， 中國銷量下滑主要是由于補貼政策變動導致銷量延緩。日本和德國的銷量分別為 761 輛和 308 輛。而受益于政府的大力補貼，韓國 2020 年氫燃料電池汽車銷量達 5823 輛，同 比增長 39%，貢獻了當年全球銷量的 65%。

 截至 2020 年底，全球氫燃料電池汽車保有量為 32535 輛，同比增長 38%。其中，韓國 保有量達 10906 輛，成為首個氫車保有量達到萬輛級別的國家，占全球保有量的 34%， 位居全球第一位。其次，美國保有量為 8931 輛，中國以 7352 輛位居第三，日本以 3902 輛位居第四。

 目前，美國、日本、韓國主推的是氫燃料電池乘用車，中國則以氫燃料電池商用車為主。 全球氫燃料電池乘用車品牌主要為豐田 Mirai 和現代 Nexo，2020 年二者的保有量市占率 分別為 48%和 50%。2020 年，豐田 Mirai 全球銷量 1770 輛，同比下降 29%，其中海外市 場銷量 981 輛，同比下降 46%，本土銷量 789 輛，同比增長 19%；現代 Nexo 全年銷量 6781 輛，占當年全球氫車銷量的 75%，同比增長 36%，其中本土銷量 5786 輛，占總銷量的 85%。截至 2020 年底，Mirai 在全球累計銷售 12015 輛，Nexo 累計銷售 12717 輛， 從總銷量這個角度看，Nexo 已超越 Mirai 成為氫燃料電池乘用車第一品牌。而從投放市 場的角度看，Nexo 銷量的爆發式增長主要來自韓國本土市場，而 Mirai 在日本的銷量不 到其總銷量的一半。因此，Mirai 仍為海外市場的氫燃料汽車第一品牌。

截至 2020 年底，全球主要經濟體已建成加氫站 527 座，在運營 504 座。在運營加氫站 中，歐盟以 179 座居榜首，日本以 137 座緊隨其后，中國以 101 座位居第三，韓國以 45 座位居第四，美國因疫情影響降至 42 座。

 從氫燃料電池汽車保有量和運營加氫站的比例來看，截至 2020 年底，韓國、美國、中 國、日本的車站比分別為 242、213、73、28。（報告來源：未來智庫） 

3.我國燃料電池汽車產業醞釀新一輪發展

3.1 產業尚處商業化初期

回顧我國燃料電池汽車發展歷史，過去十多年間在國家科技計劃和技術創新工程的支持 下，我國系統開展了氫燃料電池汽車的研究、開發、示范和運營工作，初步形成了從燃 料電池電堆到整車的研發體系和制造能力，并開展了系統的示范運營。自北京奧運會有 20 多輛燃料電池轎車和 2 輛客車運行，到上海世博會將近 200 輛各類燃料電池汽車示范 運行，到目前在新能源汽車推廣財政補貼政策和科技部、聯合國開發計劃署的支持引領 下，以客車、物流車等商用車型為先導陸續在全國范圍內啟動了商業化示范推廣。

我國燃料電池汽車產業發展路徑為先商后乘，目前燃料電池技術在我國已被應用于公交 車、城市客車、物流車、軌道交通等多個交通運輸應用場景。通過商用車發展規模化降 低燃料電池和氫氣成本，同時帶動氫能基礎設施建設，后續拓展到乘用車領域。目前我 國燃料電池汽車在售車型主要來自于宇通客車、北汽福田、中通客車、申龍客車等商用 車企業，同時上汽集團、長城汽車等車企在燃料電池乘用車領域進行前瞻布局。

 我國氫燃料電池汽車產業已經從政府主導的技術探索、示范運營階段發展到目前商業化 的初期階段。我國燃料電池汽車銷量于 2016 年開始快速起步，根據中汽協數據，2015 年至 2021 年 1-9 月，我國新能源汽車銷量分別達 33.1 萬輛、50.7 萬輛、77.7 萬輛、125.6 萬輛、120.6 萬輛、136.7 萬輛和 215.7 萬輛，而氫燃料電池汽車銷量分別為 10 輛、629 輛、1272 輛、1527 輛、2737 輛、1182 輛和 906 輛。從 2015 年發展至今，燃料電池汽 車仍然處于產業化的初級階段，氫燃料電池汽車在新能源汽車中的滲透率仍然很低，其 產業化進程明顯滯后于純電動汽車。由于存在購置成本較高、氫能基礎設施缺乏以及氫 氣使用成本較高等問題，燃料電池汽車的推廣需要國家政策、地方產業整車以及上下游 產業鏈共同扶持和推動。

3.2 氫能產業鏈發展提速

車用氫能產業是燃料電池汽車產業大規模推廣的基礎。車用氫能產業鏈主要包括制氫、 儲氫、運氫和加氫站等。

氫能產業鏈基礎設施的完善是推廣燃料電池汽車商業化不可或缺的環節，也是現階段制 約我國燃料電池汽車發展的重大瓶頸之一。國內已有 30 多個省市地方政府發布了推進 加氫站建設的相關政策和規劃。多數城市按照加氫站的設備投資額或整體投資額的一定 比例給予補貼，并按照加氫能力設置補貼上限，最高補貼額 200-600 萬元不等，同時給 予加氫站銷售補貼和稅收返還等其他政策優惠。

截至 2021 年 3 月末，我國加氫站共建成 131 座，其中 108 座在運營。此外，還有 65 座 正在建設，122 座在規劃建設中。

從區域分布上看，目前我國加氫站主要集中在東部沿海等燃料電池汽車產業發展較為領 先的省市，如廣東、上海等。

 3.3 國家政策積極扶持

我國早在“十五”期間即將氫燃料電池汽車確立為新能源汽車發展的主要技術路線之一。 在《國家創新驅動發展戰略綱要》、《能源技術革命創新行動計劃（2016-2030 年）》、《中 國制造 2025》、《汽車產業中長期發展規劃》中均明確了氫能與燃料電池產業的戰略地位， 其根本目標是降低我國能源對外依存度、減少城市大氣污染，推動我國汽車產業跨越式 發展。

近年來，國家政策對燃料電池汽車的關注度快速提升，賦予了氫能及燃料電池產業更高 的戰略地位。2020 年 10 月，由工信部指導下發布的《節能與新能源汽車技術路線圖 2.0》 指出，在燃料電池汽車方面，將發展氫燃料電池商用車作為整個氫能燃料電池行業的突 破口，以客車和城市物流車為切入領域，重點在可再生能源制氫和工業副產氫豐富的區 域推廣中大型客車、物流車，逐步推廣至載重量大、長距離的中重卡、牽引車、港口拖 車及乘用車等。2030-2035 年，實現氫能及燃料電池汽車的大規模推廣應用，燃料電池 汽車保有量將達到 100 萬輛左右，完全掌握燃料電池核心關鍵技術，建立完備的燃料電 池材料、部件、系統的制備與生產產業鏈。

2021 年 9 月，財政部、工信部、科技部、國家發改委、國家能源局聯合發布《關于啟動 燃料電池汽車示范應用工作的通知》，同意北京市、上海市和廣東省城市群作為全國首 批示范城市群，啟動實施燃料電池汽車示范應用工作，示范期為 4 年。在 4 年示范期內， 國家五部委將通過“以獎代補”方式對示范城市群給予獎勵。考核內容主要包括“燃料 電池汽車推廣應用”、“關鍵零部件研發產業化”和“氫能供應”三部分。

2021 年 10 月，國務院發布《2030 年前碳達峰行動方案的通知》，指出積極擴大包括氫 能在內的新能源在交通運輸領域應用。到 2030 年，當年新增新能源、清潔能源動力的 交通工具比例達到 40%左右。

根據我國《節能與新能源汽車技術路線圖 2.0》規劃：到 2025 年，新能源汽車銷量占總 銷量的 20%左右，氫燃料電池汽車保有量達到 10 萬輛左右；到 2030 年，新能源汽車銷 量占總銷量的 40%左右；到 2035 年，新能源汽車成為主流，占總銷量的 50%以上，氫 燃料電池汽車保有量達到 100 萬輛左右。預計到 2025 年和 2035 年，我國加氫站數量分 達到 1000 座和 5000 座。

 4.核心技術自主突破，逐漸夯實國產化基礎

4.1 關鍵指標追趕國際先進水平

整體而言，目前我國燃料電池發動機系統關鍵材料和部件供應鏈基礎仍較為薄弱，產業 鏈總體尚未形成較為穩定的零部件供應體系，零部件體系的全面國產化尚需一定時間。

日本、美國等國家在氫能與燃料電池領域歷經數十年的發展，技術發展階段與產業化程 度整體領先我國。近年來，國內燃料電池企業國際間合作較多，與豐田汽車、Ballard、 Hydrogenics 等國際領先燃料電池企業開展戰略合作，采取包括技術授權、股權投資、合 作研發等方式不斷加快技術進步、推進產品量產和提升行業影響力。

 燃料電池發動機系統的各項性能參數，包括能量效率、功率密度、低溫啟動性能以及關鍵材料和部件的成本降低和耐久性提升，均是燃料電池汽車大規模商業化的必備基礎。

我國燃料電池汽車產業鏈經過近年來快速發展，目前已初步掌握了燃料電池發動機、電 堆及其他關鍵部件的關鍵技術，基本建立了具有自主知識產權的車用燃料電池技術體系， 質子交換膜、催化劑、氣體擴散層、膜電極和雙極板等關鍵技術指標接近國際水平。

國內企業億華通在 2018 年 9 月完成了新一代國產燃料電池發動機系統 YHTG75 樣機的 自主研發。比較而言，其燃料電池發動機系統產品各項關鍵指標與我國同行業可比公司 相比具備較強競爭力，低溫啟動能力與系統峰值效率更是達到了國際先進水平，但額定 功率與質量功率密度較國際領先企業仍存在一定差距。

 4.2 規模化生產將有效降低成本

雖然我國燃料電池汽車銷量在近幾年獲得明顯增加，已進入商業化的初期階段，但由于 總體產量規模仍然較小，燃料電池系統成本仍然較高，因此現階段整車成本仍然高于動 力電池汽車和燃油車，成為制約燃料電池汽車產業發展的因素之一。未來隨著生產規模 的擴大，燃料電池系統成本將快速下降。根據美國能源部對燃料電池系統及電堆成本與 產量規模關系的測算，當廠商燃料電池發動機年產量達到 50 萬套時，燃料電池電堆及 發動機成本可分別下降至 19 美元/千瓦及 45 美元/千瓦，成本較年產量 1000 套情況下分 別下降 84%、75%。

 電堆成本是燃料電池系統成本的主要構成部分，電堆中除了鉑催化劑外，其他主要材料 包括石墨、聚合物膜、鋼等，且近年來單位功率鉑載量隨著技術突破不斷下降，鉑回收 利用成本低，因此長期來看，未來燃料電池汽車成本有望達到和動力電池汽車、燃油汽 車的成本相當。（報告來源：未來智庫）

5.國內外燃料電池領先企業比較

我們從燃料電池汽車產業鏈的核心環節出發，梳理了目前國內外企業發展情況。

燃料電池電堆生產企業：燃料電池電堆的研發和生產具備較高的技術壁壘，以豐田汽車 為代表的國際知名車企大多自行開發或與合作伙伴共同開發燃料電池電堆，一般不對外 開放。以 Ballard、Hydrogenics 為代表的國際知名電堆生產企業在燃料電池領域深耕多年， 具有較強的技術積累和產業化能力，可以對外單獨供應車用電堆。目前，國內能夠獨立 自主開發電堆并經過多年實際應用的主要包括新源動力、神力科技等企業，一些新興的 燃料電池企業通過獲得國外技術授權、成立合資公司等方式生產燃料電池電堆。

膜電極生產企業：目前，國產膜電極關鍵技術指標接近國際先進水平，但在專業技術特 性、產品實現能力、批量化生產工藝還存在差距。國外膜電極供應商主要包括 Johnson Matthey、Ballard 等具備大規模的流水線生產能力的供應商；豐田汽車、本田汽車等燃 料電池車企自主開發了用于其自身乘用車產品的膜電極但并不對外銷售；我國專業膜電 極供應商已具備膜電極批量化生產能力，產品出口海外。

雙極板生產企業：雙極板按材料可分為石墨雙極板和金屬雙極板，石墨雙極板電堆具有 耐腐蝕性強等特點，主要應用于商用車領域，代表性企業為 Ballard、Hydrogenics；金屬 雙極板電堆以其體積小、易于批量生產等特點，主要應用于乘用車領域，代表性企業為 豐田汽車等。目前石墨雙極板已實現國產化，金屬雙極板尚未實現國產批量供應。

燃料電池發動機生產企業：目前國際上燃料電池發動機系統技術水平較為領先的企業主要有：Ballard 和 Hydrogenics。國內主要的燃料電池企業包括億華通、新源動力、上海 重塑、弗爾賽、江蘇清能等。我們將國際領先的 Ballard 和國內領先的億華通進行比較如 下：

Ballard：Ballard 是質子交換膜（PEM）燃料電池技術的全球領導者，自 1979 年成立以 來一直致力于燃料電池及相關產品的開發制造，在 40 年發展歷史中累計投入超過 10 億 美元用于研究和開發質子交換膜燃料電池技術，已生產超過 850 兆瓦的質子交換膜燃料 電池產品。目前已成為集設計、開發、生產、銷售為一體的燃料電池供應商，其主要產 品包括 30-100kW 的燃料電池系統及 4-50kW 的燃料電池電堆，產品被應用于商用車、后 備電源、物資搬運設備等各類應用場景，并為客戶提供整體解決方案。

Ballard 業務覆蓋中國、德國、美國、英國、日本等數十個國家，主要客戶包括戴姆勒奔 馳、奧迪、大眾、BAE System、Plug Power 等整車巨頭、軍工企業和叉車公司，技術處 于國際領先水平，吸引了濰柴動力、大洋電機、聯合技術公司（UTC）等多個發動機與 制造行業領先企業對其進行投資。同時，Ballard 對濰柴動力、大洋電機、國鴻氫能等多 個我國燃料電池領域新興企業進行了技術授權，許可上述企業應用其技術生產燃料電池 電堆。

 Ballard 的營業收入全部來源于燃料電池產品。2018-2020 年的營業收入分別為 6.63 億元、 7.42 億元、6.78 億元，同比增速分別為-16%、12%、-9%；2018-2020 年連續三年虧損， 且虧損幅度持續擴大，歸母凈利潤分別為-1.88 億元、-2.72 億元、-3.35 億元。

億華通：公司是國內少數具備燃料電池發動機系統批量化生產能力的企業之一，其核心 產品為自主研發的燃料電池發動機系統，突破了高功率密度燃料電池系統集成、車載氫 系統集成、燃料電池發動機系統低溫快速啟動、空氣流量與壓力解耦控制、水含量閉環 控制等多項技術難點。其子公司神力科技具備核心部件燃料電池電堆自主知識產權，是 國內極少數具備電堆量產能力的企業之一，用于配套億華通生產銷售的燃料電池發動機 系統。目前，公司及子公司具備 2000 臺/年的燃料電池發動機生產能力和 1000 臺/年的 電堆生產能力。公司燃料電池發動機及電堆生產涉及大量零部件采購，除少數高規格、 國產替代難度較高、驗證周期較長的部件采用進口產品外，公司零部件國產化率已大幅 上升，產品關鍵性能接近國際先進水平。燃料電池發動機系統主要覆蓋 30kW、60kW 和 75kW 系列。

億華通的營業收入全部來源于氫燃料電池行業，且業務幾乎全部來自國內。其中發動機 系統的收入占比約 90%，此外，還有零部件業務、技術開發及服務等，二者分別占比 5% 左右。

 2018-2020 年，億華通的營業收入分別為 3.68 億元、5.54 億元、5.72 億元，同比增速分 別為 83.12%、50.25%、3.37%；歸母凈利潤分別為 23.12 億元、63.92 億元、-22.52 億元， 同比增速分別為-24.05%、176.5%、-135.24%。2019 年公司營收和凈利潤均實現較大幅度 增長，在于當年我國燃料電池汽車下游市場需求上升，同時隨著公司實現燃料電池發動 機系統批量供應、電堆國產化以及零部件供應鏈逐步完善，盈利能力得以提升。

從盈利能力指標來看，億華通的各項數據均優于 Ballard。億華通和 Ballard 的毛利率在近 三年均呈逐年下滑趨勢，億華通從 2018 年的 50.32%下降至 2020 年的 43.66%，Ballard 從 2018 年的 30.72%下降至 2020 年的 20.2%。ROE 方面，Ballard 近三年的 ROE 均為負數， 億華通 2018-2019 年 ROE 在 5%左右，2020 年下滑至-0.99%。