碳中和目标下，推动以光伏、氢能为代表的清洁能源革命是保障我国能源安全的根本之道，料其中亦将诞生中长期的主题投资机会。我们围绕光伏、氢能两大能源安全赛道，结合细分领域景气度、竞争格局等方面，优选四个细分方向：光伏支架、光伏储能、储氢、氢燃料电池，赛道拓宽带来领先企业成长空间。
光伏支架：享受跟踪支架渗透率提升及国产化替代双重红利。跟踪支架替代固定支架的浪潮正高速推进，当前全球渗透率估计达30%，GTM预计2023提升至42%；国内渗透率仅16%，后续提升空间巨大。我们测算2021-2023年跟踪支架市场空间分别为366/439/535亿元，YOY分别为27%/20%/22%。根据Wood Mackenzie数据，全球跟踪支架CR4约62%，以海外企业为主，国内龙头市场份额仅5%左右，较光伏其余领域差距甚远，国产化占比提升空间较大。结构性优化叠加国产化替代红利下，国内“隐形冠军”迎来脱颖而出的机遇。
光伏储能：政策加码，平价时代下装机规模有望爆发。储能环节的发展是光伏实现大规模并网的必要前置条件，各地政府接连出台相关政策引导新增光伏项目按5-20%比例进行储能配置。我们测算国内未来3年光伏储能容量需求可达17.55GWh，存量改造长期将释放更大空间。储能系统核心环节中，储能电池系统与动力电池技术同源，储能逆变器与光伏逆变器技术同源，业内锂电龙头及逆变器龙头有望凭借技术、制造及渠道等优势顺势延伸布局，占据先机。
储氢：关键设备国产化亟待突破，液氢存储技术未来可期。储氢贯穿氢能产业链各环节，是制约氢能源实现实用化、规模化的关键所在。目前国内储氢模式以高压气态氢为主，参考天然气产业发展历史及海外应用情况，液氢预计将是未来主要技术。储氢核心设备包括储氢罐、氢阀门等部件，目前20-35兆帕气态储氢设备已实现国产化量产，70兆帕以上气态储氢设备及液氢设备高度依赖进口。随着氢能产业化的持续推进，储氢设备环节具备较强的需求放量及国产化替代逻辑。
氢燃料电池：技术链逐层解耦，上游技术突破进行时。我国燃料电池产业链采取自下而上发展模式，下游政策补贴商用车，带动中游燃料电池系统厂商蓬勃发展，而上游电堆及其核心材料国产化率偏低，技术亟待突破。随着政策持续加码，燃料电池正迎来产业化快速突破阶段。短期来看，绑定下游优质客户，具备较强渠道资源的燃料电池系统供应商具备较快放量的逻辑。长期来看，掌握产业链内电堆、膜电极等核心环节关键技术的企业料将具备更高的话语权和议价能力。
新时代下的能源安全，起笔能源革命新篇章
能源安全是国家总体安全在能源领域的落实，是政治、经济、外交、军事等国际环境安全问题的折射。现阶段我国能源安全的问题包括连续供应安全及生态环境安全两大类问题。其中，连续供应安全问题主要体现在我国油气资源对外依存度较高，根据国家统计局数据，2019年原油、天然气进口占比分别达约70%、40%，随着当前国际地缘政治格局愈发复杂，潜在的阻供风险不容忽视。生态环境安全问题反映在我国煤油气等化石燃料占一次性能源消费比重较高，2019年我国化石能源消费比重约84.7%，其排放的局部地区污染物及全球性二氧化碳排放物影响长期战略性生态安全。
长期来看，解决能源安全问题的根本之道在于推进以光伏、氢能为代表的可再生能源本土化、多元化发展。2020年9月，在第七十五届联合国大会一般性辩论上宣布，中国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。2020年12月，国务院新闻办公室发布《新时代的中国能源发展》白皮书，再次强调“四个革命，一个合作”为我国新时期的能源安全战略。结合碳中和目标，能源革命的核心一方面在于推动以光伏、氢能为代表的清洁能源体系的搭建和发展，调整能源供给结构，在碳中和的目标背景之下保障我国能源的供应；另外一方面在于新能源应用上的多元化，探索更多场景下新能源的使用。
光伏：平价元年扩需求，支架储能待掘金
平价时代来临，碳中和目标支撑装机量高增长
预计2021-2025年光伏装机量维持高增长。2021年国内光伏行业正式进入平价上网阶段，在“30・60”碳中和目标下，光伏作为应用较为成熟的可再生能源，在能源构成比例的占比预计将进一步提升。同时，伴随着全球光伏市场持续多元化发展，各国可再生能源规划的战略地位上升，预计整体的光伏行业需求端景气度高涨，新增装机量有望进一步提速。根据CPIA数据，乐观情形下预计2021-2025年全球光伏新增装机量为170/225/270/300/330GW，对应CAGR约18%；国内新增装机量为65/75/90/100/110GW，对应CAGR接近14%。保守情形下，全球新增装机量预计为150/180/210/240/270GW，国内新增装机量预计为55/60/70/80/90GW，对应2021-2015年CAGR分别为16%、13%。
光伏已经成为中国的著名产业名片之一。经过多年的发展，中国光伏产业链依托本土制造业优势在全球范围内已具备较强竞争优势，上下游配套发展较为完善。从装机量来看，我国光伏发电新增装机连续6年全球第一，累计装机规模连续4年位居全球第一。从市场份额角度来看，国内光伏主辅材、组件及逆变器领域在全球范围内产能及产量市场份额领先优势明显。根据CPIA数据，2019年国内多晶硅、硅片、电池片、组件在全球产能及产量占比分别达69%/67%、94%/97%、78%/79%、69%/71%，主导全球光伏行业发展。
产业链梳理：主辅材格局清晰稳定，支架、储能环节具备爆发潜力
光伏产业链包括上游主辅材、中游制造、逆变器、光伏支架、储能等核心环节。从竞争格局的角度出发：(1)主辅材(硅料、光伏玻璃、胶膜)、中游制造(硅片、电池片、组件)、逆变器等环节竞争格局稳定，呈现寡头或一超多强竞争态势，头部企业市场份额较大，领先优势明显，受益于下游需求高景气度带来的增长确定性较为明确。(2)光伏支架领域竞争格局相对分散，2019年龙头企业出货量市场份额仅5%左右。目前跟踪支架对固定支架形成部分替代的趋势已显现，由于跟踪支架技术壁垒较高，分散的市场格局有望发生转变。同时，根据Wood Mackenzie数据，目前跟踪支架全球国产占比不足10%，与光伏其余领域国产化占比差距较大。伴随着国内跟踪支架市场逐步起步，国内领先企业具备爆发的潜质。(3)光伏储能主要受制于成本性价比等因素，处于相对早期发展阶段。近年来，各地方政府在政策端持续加码“光伏+储能”项目，引导光伏项目按5-20%的比例配置储能，有望带动储能装机快速增长。对于电化学储能系统而言，储能电池组技术与动力电池技术同源，储能逆变器与光伏逆变器技术同源，锂电龙头及逆变器龙头有望凭借技术、制造、渠道等优势顺势布局，抢占先发优势。
光伏支架：享受跟踪支架渗透率提升及国产化替代双重红利
光伏支架可分为固定支架及跟踪支架，后者技术壁垒较高。光伏支架是太阳能光伏发电系统中为了支撑、固定、转动光伏组件而设计安装的特殊设备。按能否跟踪太阳转动区分，光伏支架可分为固定支架及跟踪支架两类产品。固定支架以机械结构为主，技术门槛相对较低，对应的优点为稳定性较强，初期投入成本较低。而跟踪支架构成包括结构系统(可旋转支架)、驱动系统、控制系统(通讯控制箱、传感器、云平台、电控箱等部件)三大系统，除机械结构更为复杂外，其控制系统还涉及算法层面的优化设计。对于一个跟踪支架系统项目而言，厂商需要针对项目地的具体情况，综合考虑风/雪载荷、结构设计及排布等因素，辅以对应跟踪算法的配合，形成一个完整的跟踪支架系统解决方案，制造工艺、设计流程较之固定支架更为复杂，初始投资成本也相对较高。
跟踪支架可有效提高发电效率、降低度电成本。跟踪支架可根据光照情况进行自动调整组件方向，可减少组件与太阳直射光之间的夹角，获取更多的太阳辐照，从而有效提高光伏电站发电量。按旋转支架数量划分，跟踪支架可细分为单轴及双轴跟踪支架，双轴跟踪支架理论发电量增厚效益更高，但受制于成本因素，目前单轴跟踪支架为市场主流选择。根据新加坡太阳能研究所(SERIS)研究数据，由于双轴跟踪系统受制于高成本，利用“单轴跟踪+双面组件”的组合可在全球93.1%的区域内实现最低度电成本。其中，单轴跟踪系统较固定支架发电量增厚达7%-37%，而成本较之双轴跟踪系统低8%-29%。此外，业内企业亦开始研究通过算法的配合来进一步提高跟踪系统的发电增厚效益，如中信博于2021年1月20日发布《中信博新一代人工智能光伏跟踪解决方案白皮书》，通过真实地形下的跟踪控制策略及基于实时气象数据的云层策略可为光伏电站额外提高7%的增发收益。
海外市场跟踪支架渗透率较高，我国2019年渗透率仅16%，提升潜力巨大。
(1)全球市场维度看，跟踪支架在欧美地区应用已相对成熟。根据GTM数据，2019年全球跟踪支架渗透率约30%，预计到2023年将提升至42%；分区域来看，美国、欧洲等地跟踪支架应用已经较为成熟，美国渗透率已接近70%。
(2)我国跟踪支架处于早期应用阶段，渗透率快速提升。长期以来，我国光伏支架市场中固定支架依然占据了较大市场份额，根据Bloomberg统计，2016年我国所有光伏项目中安装跟踪支架的项目占比仅为1.2%，背后原因主要与早期跟踪支架技术成熟度较低、稳定性不足、成本收益比较低等因素相关。近年来，随着跟踪支架成本降低及技术稳定性提升，加之平价时代来临背景下催生的光伏电站精细化管理需求，采用跟踪支架成为提高光伏电站收益的重要措施之一。根据CPIA数据，2019年，中国光伏电站市场跟踪支架占比为16%，预计到2025年跟踪支架占比将上升至25%以上。
跟踪支架迎来快速增长期，2023年市场空间达535亿。光伏支架作为光伏电站的“骨骼”，其规模增长不仅享受全球光伏装机整体规模增长的赛道红利，还将享受跟踪支架渗透率提升带来的结构性优化红利。我们基于如下假设测算跟踪支架未来市场规模：(1)保守估计装机容配比为1比1；(2)跟踪支架主要应用于地面电站，其余工商业分布式、户用光伏以固定支架为主。根据GTM数据，2019年全球地面电站占比约60%，随着补贴逐步退坡及优质屋顶资源的释放，地面电站占比后续预计小幅降低；(3)预计全球光伏装机将在2021-2023年维持高增长态势，全球装机达159GW、189GW、236GW，YOY分别为25%、19%、25%；(4)跟踪支架渗透率维持提升趋势，预计2023年可达42%左右；(5)支架单价基于中信博2019年均价做估计，预计未来随技术进步跟踪支架单价会持续下滑，固定支架价格刚性则会相对较强。
基于上述假设，我们测算2020年至2023年全球跟踪支架市场空间分别为288/366/439/535亿元，YOY分别为18%/27%/20%/22%。
全球跟踪支架CR4约62%，国产占比提升潜力较大。从全球跟踪支架市场份额占比来看，根据Wood Mackenzie数据，2019年CR4约62%，跟踪支架龙头为美国公司NEXTracker，全球市占率约29%。国内企业中信博占比6%，Nclave(天合光能全资子公司)占比4%，分列五、六位。目前海外厂商仍在跟踪支架领域占据主导优势，主要系跟踪支架率先在海外市场普及，而国内应用程度仍处于早期阶段。
国内领先企业有望享受“全球市场国产替代+国内市场份额集中度”提升双重红利。一方面，参考光伏其余领域国产化占比，根据CPIA数据，2019年中国厂商在硅料(多晶硅)、硅片、电池、组件等领域的产量全球占比分别达67.3%、97.4%、78.7%、71.3%。随着我国跟踪支架应用普及，国内企业有望凭借产业链协同、技术及成本优势抢占全球市场份额，进一步提升跟踪支架国产占比。另一方面，过往国内光伏支架市场集中度较低，核心原因主要系过往国内市场固定支架占比较大，技术壁垒相对较低，参与企业较多。而随着国内跟踪支架渗透率持续提升，龙头企业在跟踪支架领域的技术、算法、成功项目案例等层面领先优势明显，未来市场份额集中度提升预期较强。
光伏储能：政策引导按比例配置，平价时代下装机规模有望爆发
储能是可再生能源大规模发展的关键支撑技术。光伏等可再生能源发电波动性、随机性特征较为明显，波峰高发电量时会对电网的安全稳定造成较大冲击，而随机性带来的供需匹配错位容易产生严重的电量消纳问题。我国光伏弃光问题虽然在近年来得到一定程度的缓解，但在部分光伏建设重点省份仍存在弃光率较高的现象。根据国家能源局数据，2020年全国平均弃光率2%，光伏消纳问题较为突出的西北地区弃光率达4.8%。储能系统的核心作用在于弥补一般光伏发电系统中所缺失的“储-放”的功能，缓解光伏大规模接入电网带来的波动性，同时减少光伏弃电比率，提高电能利用率。
政策引导下储能渐成标配，平价时代下国内储能装机规模有望爆发。2017年9月，发改委、财政部、科技部、工信部和能源局联合印发《关于促进储能技术与产业发展的指导意见》(简称“意见”)，这是我国储能行业第一个指导性政策。按《意见》发展阶段规划，2021年至2025年为储能产业规模化发展阶段，旨在促进储能产业形成较为完整的产业体系。顶层设计指引下，各省份亦纷纷出台相关配套政策，优先支持“光伏/风电+储能”项目建设。其中，内蒙古、山东、山西、河北、贵州等省份明确储能配置比例，分布在5%-20%之间。新疆明确对根据电力调度结构指令进入充电状态的电量给予0.55元／千瓦时的补偿。
从储能的技术路径来看，电化学储能占据未来制高点。抽水蓄能是当前最为成熟的电力储能技术，根据CNSA数据，目前占全球储能累计装机规模的90%以上。但受地理选址和建设施工的局限，抽水蓄能未来发展空间有限。相比抽水蓄能，电化学储能受地理条件影响较小，建设周期短，应用场景更为广泛。随着成本持续下降、商业化应用日益成熟，电化学储能技术优势愈发明显，逐渐成为储能新增装机的主流。预计未来随着锂电池产业规模效应进一步显现，成本仍有较大下降空间，发展前景广阔。
光伏等可再生能源并网将成为我国电化学储能市场未来重要增长动力。根据CNESA数据，2018年中国电化学储能项目在电力系统的新增装机规模为0.7GW，同比增长465%。从应用分布上看，我国集中式可再生能源并网储能占比仅10.7%，与全球25.2%的占比仍存一定差距。占比较低的核心原因在于国内可再生能源储能商业模式尚未完全打通，储能收益(调峰补偿收益+弃电储能收益)无法覆盖系统建设成本。当前阶段下，国家主要利用补贴政策及政策引导储能配比来推进新能源储能配置。未来随着规模化应用后带来的储能成本下降，可再生能源储能领域将迎来市场化快速发展阶段。
电池组、BMS、PCS为电化学储能系统三大核心环节。电化学储能产业链主要包括储能系设备提供商、储能系统集成商及安装商。完整的电化学储能系统主要由电池组、电池管理系统(BMS)、能量管理系统(EMS)、储能变流器(PCS)以及其他电气设备构成。从成本构成的角度出发，电池组是储能系统最主要的成本构成部分，成本占比约67%；PCS用来控制储能电池组的充电和放电过程，进行交直流的变换，成本占比约10%；BMS主要负责电池的监测、评估、保护以及均衡等，成本占比约9%；EMS及其余电器设备等成本占比在2%-6%之间。
竞争格局初步显现，锂电池龙头及逆变器龙头凭借技术、渠道优势占据先机。细分领域来看，储能电池组及BMS与锂电池技术同源，同时由于国内储能电池在新能源并网领域应用程度仍较低，主要沿用此前动力电池产线为主，行业内锂电大厂凭借技术及产能优势将布局顺势延伸至电网侧、用户侧等储能领域。从国内竞争格局来看，根据中关村储能协会(CNESA)统计，2019国内新增投运的电化学储能项目中，储能技术供应商(主要为电池组、BMS)出货量前三为宁德时代、海基新能源、国轩高科，其中宁德时代出货量约386MWh，领先优势较为明显。储能逆变器与光伏逆变器技术同源，且交直流转化技术已较为成熟，预计竞争格局将保持稳定状态。根据CNESA数据，2019年国内新增项目中储能逆变器出货量前三有科华恒盛、恒瑞继保等。储能系统集成商领域，由于目前储能领域处于相对早期发展阶段，应用领域较广，系统集成专业化程度较低，竞争格局相对分散。根据CNESA数据，2019年国内新增项目中系统集成商出货量前三有科陆电子、海博思创等。随着新能源侧储能需求逐步爆发，集成专业化程度提升，后续具备差异化渠道、技术等优势的厂商有望脱颖而出。
氢能：政策持续加码，产业化拐点将至
氢能在全球能源革命中扮演重要角色
与传统化工燃料相比，氢能具有高含能特性、高能源转化效率及碳零排放三大优势。从含能特性来看，除核燃料外，氢的发热值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的，达142 KJ/KG，约为汽油的三倍。从能源转化效率来看，氢能可以通过燃料电池直接转变为电能，同时过程中的废能可再利用，其综合转化效率可达到83%。从碳排放的角度来看，氢燃料电池在产生电能的过程中不会产生碳排放，可以实现良性循环。
氢能在全球能源转型革命中扮演重要角色，燃料电池是其重要应用场景。氢既可作为清洁能源，同时也是良好的能源载体，具备清洁高效、可储能、可运输、应用场景较为丰富的特点。全球范围内，众多发达国家通过能源法案、能源战略、技术路线图等途径积极发展氢能，改变能源结构，减少对传统一次能源的依赖。梳理各国支持政策，政策着力点一方面引导供给端氢能基础设施的建设，另一方面主要以购置补贴的形式推进需求端氢燃料电池汽车的发展。政策的持续加码推动了氢能应用的快速发展，根据E4tech数据，2019年度全球燃料电池出货量达1129.6MW，2015年-2019年CAGR达39.52%，其中交通运输领域需求上升尤为显著，CAGR达68.13%。
产业链梳理：储氢、燃料电池电堆及核心材料为突破方向
氢能产业链涵盖氢能端及燃料电池端。氢能端指氢气从生产到下游应用的过程，包括氢气制取、储运、加氢站等核心环节。燃料电池端包括其上游核心材料，如双极板、膜电极及密封层等环节；中游主要为燃料电池系统集成，包括电堆及供气系统等；下游主要为燃料电池的应用场景，目前重点应用方向为交通领域的燃料电池汽车。
从产业链发展的视角出发，储氢、燃料电池电堆及其核心材料为重要突破方向。
(1)从氢能端来看，氢能源作为理想的新型能源和含能体能源，制约其实用化、规模化的关键在储氢环节。储氢环节贯穿整个产业链环节，包括前端制氢、加氢环节的固定式储氢，后端的车载式储氢。目前国内以高压气态氢为主，长期参考天然气产业发展历史，以及海外当前应用情况，液氢或是未来主要技术，破局关键点在于突破技术进步带来的成本下降、液氢民用政策放开及标准的制定。储氢核心设备包括储氢罐、氢阀门等部件，目前20兆帕气态储氢设备已实现国产化量产，70兆帕以上气态储氢设备及液氢设备高度依赖进口。随着氢能产业链产业化推进，储氢设备环节具备较强的需求放量及国产化替代逻辑。
(2)从燃料电池端来看，国内燃料电池产业链呈现自下而上发展的态势。国家层面政策补贴下游燃料电池汽车，下游需求刺激下带动中游燃料电池系统厂商蓬勃发展。而从核心技术的角度出发，根据DOE数据，电堆为燃料电池系统的技术核心所在，占据系统60%的成本；而膜电极则占据电堆60%的成本。目前国内大部分系统供应商在电堆及膜电极等关键部件主要靠海外进口或技术授权为主，部分领先企业在电堆领域已实现国产化突破，但在功率、使用寿命等关键参数较海外龙头差距仍较大。核心材料中石墨双极板和密封层已实现国产化，在金属双极板、催化剂、质子交换膜和气体扩散层国产化进程仍处于早期阶段。随着政策持续加码，燃料电池正迎来产业化快速突破阶段。短期来看，绑定下游优质客户，具备较强渠道资源的燃料电池系统供应商具备较快放量的逻辑。长期来看，参考海外电堆龙头巴拉德的国际地位，预计掌握产业链核心环节关键技术的企业将具备更高的话语权和议价能力。
储氢：关键设备国产化亟待突破，液氢存储技术未来可期
作为氢气从生产到利用过程中的桥梁，储氢技术贯穿产业链氢能端至燃料电池端，是控制氢气成本的重要环节。目前主要储氢技术包括物理储氢、化学储氢及吸附储氢三大类别。物理储氢技术主要以单纯改变氢压力、温度等条件提高氢气密度，或通过物理吸附作用将氢气储存在金属合金等储氢材料中的技术，常见的包括高压气态储氢技术及低温液态储氢技术。其中，高压气态储氢技术为目前发展最为成熟、应用最广泛的技术。液态储氢为未来重要发展方向，但目前技术主要应用于航天领域，国内民用受政策限制。化学储氢是利用储氢介质在一定条件下能与氢气反应生成稳定化合物，再通过改变条件实现放氢的技术，如有机液体储氢技术等。吸附储氢主要利用金属合金、碳材质等在不同条件下对氢的吸附属性差别来达到氢储放的效果。化学储氢及吸附储氢技术大多处于理论或早期应用阶段，目前受制于成本、储氢密度等因素尚未广泛使用。
高压气态储氢技术目前应用最为广泛，核心设备为高压气态储氢瓶。高压气态储氢技术是指在高压条件下将氢气压缩并注入储氢瓶中，以高密度气态形式储存氢气的一种技术。储氢瓶的工作压力大多设定为35-70MPa，主要系氢气质量密度在30～40MPa时增加较快，压力70MPa以上时密度变化较小。储氢瓶根据其材料不同主要分为四种类型：纯钢制金属瓶(I型)、钢制内胆纤维缠绕瓶(II型)、铝内胆纤维缠绕瓶(III型)和塑料内胆纤维缠绕瓶(IV型)。I型、II型受制于钢的“氢脆”问题，容易在钢制瓶胆内部形成细小裂纹，因此主要应用在固定式储氢场景。III型、IV型瓶由内胆、碳纤维强化树脂层及玻璃纤维强化树脂层组成，单位质量储氢密度有所提高，同时“氢脆”问题有所缓解，因此车载储氢领域主要以III型及IV型瓶为主。目前海外已实现70MPaIV型瓶的车载应用，国内应用较为成熟为35MPa III型瓶，70MPaIII型瓶处于推广应用阶段，IV型瓶仍处于开发阶段。
碳纤维复合材料为储氢瓶核心材料，在III型、IV型瓶中成本占比超75%。III型和IV型瓶中主要利用CFRP作为主承力结构材料，CFRP轻质高强特性可带来更高的工作压力、使用寿命，同时可有效降低重容比，但其生产成本也较I、II型瓶提升一倍左右。从成本构成的角度来看，根据中科院宁波材料所数据，以储氢质量为5.6kg的35MPa、70MPa高压储氢IV型瓶成本构成为例，成本构成最大的三项依次为碳纤维复合材料、阀门、调节器，分别占比为77%-78%、8%、6%。从供应链格局来看，目前国内大部分高压储气瓶生产企业所用碳纤维以国外产品为主，全球市场由东丽、东邦、三菱丽阳三家企业主导，国内碳纤维材料已实现一定技术突破，在体育产品、风电叶片等领域应用相对成熟，高压容器领域应用较少。氢阀方面，35MPa气氢阀已实现国产化配套，但核心产品寿命及稳定性方面仍需提高；70MPa以上配套氢阀处于设计研发阶段，系统阀门均依赖进口。液氢阀技术发展更为早期，目前国内处于空白阶段。
长期来看，低温液态储氢为重点研发方向，目前主要受制于技术、成本、政策等因素。低温液态储氢技术的原理为将氢气压缩后冷却到-253摄氏度以下，使之液化并存放在绝热真空储存容器中。液氢的密度是气态氢的800倍以上，能有效解决高压气态储氢的重容比较高的问题。根据高工数据，目前国外已有70%左右的氢气通过液态形式运输，日、美、德等国已将液氢的运输成本降低到高压氢气的八分之一左右。目前国内液态储氢处于早期发展阶段，主要受制于技术、成本、政策等因素。技术及成本方面，氢气液化涉及的核心技术为低温绝热技术，目前以主动绝热方式为主，常见的手段是采用制冷机来主动提供冷量，与外界的漏热平衡，从而实现更高水平的绝热效果，但将氢气液化的过程中耗能较大。根据中国科学院理化技术研究所数据，1kg氢气可用能约33KWh，而1kg氢气液化耗能平均在12KWh左右，占比接近36%。同时，液态储氢对储氢罐材质及技术要求更高，同样带来较为高昂的成本。政策方面，国内目前缺乏液氢相关的技术标准和政策规范，应用仅限于航天行业，在民用方面还未实现使用。目前，全国氢能标委会编写制订的《液氢生产系统技术规范》、《液氢贮存和运输安全技术要求》及《氢能汽车用燃料液氢》三项国家标准已于2019年10月审查通过，未来正式落地后有望推动液氢的民用进程。参考天然气发展历史及国外实际应用经验，随着技术进步带来的成本下降及政策规范逐步明确，低温液态储氢将是我国氢能储运的重点发展方向之一。
氢燃料电池：技术链逐层解耦，上游技术突破进行时
质子交换膜燃料电池是燃料电池领域发展最为成熟的方向。与锂电池作为储能装置不同，燃料电池是一种非燃烧过程的能量转换装置，通过电化学反应将阳极的氢气和阴极的氧气的化学能转化为电能，从原理上可类比为内燃机和电池的结合。按电解质不同，燃料电池可分为质子交换膜燃料电池、固体氧化物燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、磷酸盐燃料电池、碱性燃料电池等。其中，质子交换膜燃料电池是目前技术及商业化应用最为成熟的方向。受下游燃料电池汽车发展的拉动，质子交换膜燃料电池自2015年起出货量开始跨越式增长。
电堆为整个燃料电池系统的核心部件，膜电极为电堆的核心部件。从成本构成的角度来看，根据美国能源部(DOE)数据，电堆成本占据整个燃料电池系统成本达60%。进一步拆解来看，燃料电池电堆主要由质子交换膜、催化剂、双极板、气体扩散层、电堆的平衡器件等构成，其中质子交换膜、催化剂、气体扩散层称为膜电极，是电堆中最重要的部分，成本占整个电堆成本约60%左右。长期来看，电堆中除了铂催化剂外，其他主要材料包括石墨、聚合物膜、钢等，且近年来单位功率铂载量随着技术突破不断下降，随着燃料电池系统及电堆的产量逐步攀升，总成本有望持续下降。根据DOE测算，当燃料电池发动机年产量达到50万套时，燃料电池电堆及发动机成本可分别下降至19美元/千瓦及45美元/千瓦，成本较年产量1,000套情况下分别下降84%、75%。
美、日、韩厂商占据供应链主导地位，部分国内企业进入上游电堆部件供应链体系。(1)从燃料电池整车视角来看，海外氢燃料电池汽车发展相对较早，其供应链配套体系发展已较为成熟。日韩系整车厂商以丰田、本田、现代为代表，已基本实现打造自主供应链垂直闭环，仅质子交换膜、气体交换层等偶有外部供应商。以丰田为例，丰田率先于2014年底推出首部量产的氢燃料电池乘用车Mirai，超过75%的核心零部件由丰田集团旗下公司供应或三井财团旗下公司供应。欧美系整车厂商以奥迪、奔驰、通用为代表，供应链配套成熟且较之日韩系厂商更为开放，以建立合作共同开发为主。以奥迪为例，奥迪与现代签署多年专利交叉许可协议，共享燃料电池汽车相关专利，并与电堆龙头巴拉德合作开发适用电堆。
(2)从上游电堆视角来看，目前全球燃料电池电堆龙头企业为巴拉德(Ballard)、普拉格(Plug)及水吉能(Hydrogenics)，供应链以自主配套及海外巨头配套供应为主，部分国内企业也进入了其供应链体系。其中，巴拉德具备全球最大的膜电极产能，核心部件质子交换膜及气体扩散层由旗下子公司自主供应配套，催化剂及双极板等部件则由Nisshinbo、Tanaka Precious Metals等日本细分领域巨头供应；普拉格供应商较为多元，核心部件质子交换膜、催化剂、双极板等以子公司自主配套为主，安泰环境(气体扩散层)、武汉理工新能源(膜电极)两家国内企业进入了普拉格供应链体系。
国内政策补贴下游商用车，带动中游系统厂商蓬勃发展。国内自2015年以来出台一系列新能源汽车推广应用财政支持政策，在其余车型补贴逐步退坡的背景下，燃料电池汽车保持了较强的补贴力度。根据中汽协数据，2019年燃料电池汽车销量增长至2737辆，同比增长近80%。各地方氢能示范城市亦在相关发展规划中明确未来燃料电池汽车推广的阶段性目标。根据各城市相关规划来看，上海、武汉、佛山等10座重点城市2025年燃料电池汽车发展数量规划合计约达8.3万-10.3万辆。下游需求带动了中游燃料电池系统厂商的蓬勃发展。截止2019年末，根据国内当时有效的《新能源汽车推广应用推荐车型目录》，纳入目录的燃料电池商用车型共185款，其燃料电池系统配套厂商基本以国内厂商为主。根据工信部数据，推荐车型目录中燃料电池系统供应商占比TOP3为亿华通、国鸿氢能及上海重塑，占比分别为20%、12%、9%。
技术链逐环解耦，上游核心组件国产化亟待突破。从技术发展路径来看，我国燃料电池产业链呈现典型的自下而上发展模式，沿“燃料电池系统-电堆-膜电极-质子交换膜及催化剂等核心材料”路径逐次发展。参照清华大学燃料电池动力系统技术路线图，我国燃料电池系统技术发展路径可分为四个阶段：第一阶段为研发燃料电池的混合动力系统，发动机外协；第二阶段为研发燃料电池发动机，电堆外协；第三阶段为研发电堆，膜电极外协；第四阶段为研发膜电极。结合行业发展情况，当前我国正处于第三阶段向第四阶段演进的区间内。国内大部分系统供应商在电堆及膜电极等关键部件主要靠海外进口或技术授权为主，部分领先企业在电堆领域已实现国产化突破，但在功率、使用寿命等关键参数较海外龙头差距仍较大。核心材料中石墨双极板和密封层已实现国产化，在金属双极板、催化剂、质子交换膜和气体扩散层国产化进程仍处于早期阶段。长期来看，围绕性能、使用寿命、环境适应性、成本的核心参数优化，进一步研发电堆、膜电极及核心材料的关键技术，是我国燃料电池产业实现突破的关键所在。
国内电堆及上游材料企业正通过自主研发、技术引进及股权投资等方式，逐步实现核心技术突破。按企业的核心技术来源做划分，国内电堆及上游材料企业可分为三类：
(1)纯自主研发，代表企业如武汉理工新能源、安泰科技、新源动力、上海神力(亿华通2015年收购)等。此类企业入局燃料电池行业较早，技术上存在较为长期的积累，一般采取与高校等研究机构深度合作的方式共同攻克燃料电池上游核心技术。以武汉理工新能源为例，公司于2006年成立，由武汉理工大学和湖北省市政府共同投资，公司依托武汉理工大学在质子交换膜燃料电池关键材料技术方面的优势，开发了具有自主知识产权的燃料电池核心组件膜电极(CCM/MEA)制备技术，进入普拉格膜电极供应链。
(2)技术引进叠加自主研发二次创新，以亿华通为典型代表。此类企业一般具备较强的资源禀赋，早期采取和国际巨头达成技术合作或技术转让的方式来率先打开国内市场，后期凭借自身在研发方面的积累对核心技术做二次创新突破。以亿华通为例，公司成立于2004年，系清华大学节能与新能源汽车工程中心的产业化实体，为科技部及北京市政府重点扶持企业。公司一方面与巴拉德、水吉能、丰田等国际巨头在电堆、双极板层面合作，引进海外技术，另一方面与清华大学等国内高校合作研发燃料电池系统，收购上海神力并实现电堆的国产化。
(3)通过技术授权、中外合资、股权投资等方式引进海外技术，代表企业如大洋电机、国鸿氢能、潍柴动力等。此类企业资金实力较强，同时自身存在产业链拓展的需求，也具备较强的产品推出能力。以潍柴动力为例，公司通过股权投资成为巴拉德的第一大股东，并成立合资公司潍柴巴拉德氢能科技有限公司，获得巴拉德最新一代Fcgen LCS的非独家免版税许可。
扫一扫关注微信
