▍ 什么是燃料电池？
燃料电池是一种非燃烧过程的电化学能转换装置 燃料电池（Fuel Cell）是一种非燃烧过程的电化学能转换装置。将氢气（等燃料）和氧气的化学能连续不断地转换为电能。其工作原理是H2在阳极催化剂作用下被氧化成H+和e-，H+通过质子交换膜达到正极，与O2在阴极反应生成水，e-通过外电路达到阴极，连续不断的反应就产生了电流。燃料电池虽然带有“电池”二字，却不是传统意义上的储能设备，而是一种发电设备，这是燃料电池与传统电池最大的区别。 燃料电池是理想的“内燃机替代者”。
氢气是燃料电池主要燃料，从燃料安全性上看，氢气无毒无害，反应物为水，无毒无害，绿色清洁。氢气密度小，高压氢气泄漏燃烧时形成向上火炬，不向周围扩散。因此氢气安全性是高于天然气和石油等化石燃料。从性能上看，燃料电池能量转化效率为50-70%，功率密度约3kW/L，柴油机功率密度约1.3 kW/L，是理想的“内燃机替代者”。燃料电池的能量密度可达500 Wh/kg，循环寿命4000次以上，性能优于锂电池。 燃料电池类型多样，质子交换膜氢燃料电池成未来车用主流 燃料电池根据运行机理不同可分为酸性燃料电池和碱性燃料电池。
具体来说，根据电解质的不同分为碱性燃料电池、磷酸燃料电池、固体氧化物燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池和质子交换膜燃料电池等五大类。 其中碱性燃料电池最早成功开发，稳定应用于航天领域；磷酸燃料电池属于第一代燃料电池，其技术最成熟、商业化程度最高，在美日广泛应用于大型电站；熔融盐和固体氧化物燃料电池分别是第二、三代技术，多用于发电厂；质子交换膜燃料电池应用前景最广阔，未来预计将成为汽车领域主流燃料电池技术。
氢气如何生产、运输、加注？
氢气的生产：现阶段氯碱工业副产氢是成本最低的氢气来源，未来电解水制氢是主流。氢气是一种常见的工业气体，主流的制氢技术主要有三种：（1）重整化石能源（如天然气、甲醇等）；（2）电解水；（3）氯碱工业副产品。在现阶段，选择成本较低、氢气产物纯度高的氯碱工业副路线，已经可以满足下游燃料电池车运营的氢气需求；天然气重整是欧美普遍采用的制氢方法，国内也广泛应用于化工行业；在未来，核电及可再生能源发电成本大幅降低的情况下，电解水制氢将成为终极决方案。 以国家能源集团为例，煤炭资源是公司的优势，同时积极发展氢能等业务，旨在从煤炭经销商转变为世界一流的清洁能源供应商。神华制氢的三路径：风电制氢；煤层气及煤化工副产气；及煤制氢+二氧化碳封存技术。当前，神华已具备充足的制氢能力，足够提供4000万辆燃料电池乘用车的使用。同时配合公司的风电制氢，及已经成功的三十万吨二氧化碳封存技术，为低成本低碳制氢奠定了基础。
氢气的运输：气氢拖车运输是目前性价比最高的选择，未来液氢罐车是主流。运氢的方式主要分为：气氢拖车运输、气氢管道运输和液氢罐车运输。拖车运输适用于将制氢厂的氢气送到距离不太远而同时需求量不大的用户，前期投资不高；而管道运输入前期投入高，适用于大规模的输送；液氢罐车的运输能力强但仍存在技术难点。从现阶段加氢站对运输距离（<500km，200km为宜）和运输规模（10吨/天）的需求来看，氢气最佳的运输方式仍是气氢拖车。
当前氢的存储和运输（包括压缩）费用占氢气售价的占比超过一半，我们认为，通过分布式制氢将有效降低运输成本，例如将大型的外供式加氢站建在大型的集中制氢基地附近，通过减少运输距离降低成本。 氢气的加注：撬装式加氢站是目前发展的重点。按照加氢站的不同形式分类，加氢站可以分为：固定式和移动式，其中移动式加氢站又可以分为移动撬装式和加氢车两种，移动加氢站具有机动灵活、加注能力高、性能可靠、使用简单方便的优点。这几种形式可以和站内制氢以及站外供氢的模式进行有机混合。例如，丰田在澳洲推出Mirai时，也建设了移动式氢气加氢站，相当于半自动拖车，生产及压缩氢气，并输送至冷却的储氢罐中。 撬装式加氢站是目前发展的重点，其安全性要求的复杂性相较于固定式的加氢站较低，较易满足。撬装式加氢站设备是指将储氢罐内的氢燃料经管路、低温泵、计量系统等元件注入到汽车燃料电池车用瓶中的专用装置。主要设备包括：氢燃料储存系统、管路系统、潜液泵、流量计量系统、站控系统等设备，并将各系统安装在撬体内。
▍目前燃料电池商业化进程几何？
欧美日燃料电池商业化走在前列
1）日本：分布式发电和汽车领域应用同步发展 日本燃料电池出货量和装机规模占全球60%以上。从2009年开始，日本政府便通过购置补贴、免费加氢、放宽行业标准、制定长期规划等手段，鼓励燃料电池产业的发展。根据日本2014年公布的《氢燃料电池战略发展路线图》，在2025年前的第一阶段，将快速扩大氢能的使用范围，以促进燃料电池的装置数量在2020年和2030年分别达到140万台和530万台；在2020-2030年的第二阶段，日本将全面引入氢发电和建立大规模氢能供应系统，将购氢价格降至30日元/m3；在2040年的第三阶段，将通过收集和储存二氧化碳，全面实现零排放的制氢、运氢、储氢。 目前日本的燃料电池主要应用于家用热电联供和汽车两大领域。 日本通过家用燃料电池热电联供（ENE-FARM）计划，在2005-2009年建设家用燃料电池示范项目3300台套，并在2009年进行大规模商业化推广。2009年后，在日本政府补贴政策和松下、东芝等厂商大力推广下，家用燃料电池系统顺利开启商业化应用阶段；截至2017年，日本共安装使用家用燃料电池系统约25万套，规模效应明显，成本迅速降至120万-150万日元/套（约8万元/套），12年成本下降80%以上，逐步减少补贴依赖。ENE-FARM计划2020年、2030年分别实现家用燃料电池累计装机量达140万套和530万套，对应成本有望进一步下降到50万日元/套（约3万元/台套）左右。 日本丰田在2015年率先推出Mirai燃料电池汽车，其能量密度达350Wh/kg，功率密度达3.1kW/L，加氢时间仅3分钟，容量约5-6L，对应续航里程达500-600km。该车不含补贴售价仅约39万人民币，含日本政府30%补贴售价约27万人民币，价格已逼近与纯电动汽车售价。2015年，丰田已交付燃料电池汽车约500辆，据丰田预测，到2025-2030年，燃料电池汽车销量将达20万-80万辆。 根据日本对燃料电池加氢站的规划，将首先在东京、大阪、名古屋、福冈等人口密集的主要地区建立100座，并对加氢站建设进行50%的补贴。目前日本已建成加氢站数量约80座，大型氢气生产设施2个以上。按照规划方案，日本将大规模铺开加氢站建设，到2025年预计建设加氢站800座。截至2017年底，日本已经建成了91座公用加氢站。
2）美国：制定零排放目标，燃料电池汽车增速高 燃料电池助力美国8州实现零排放。美国政府对燃料电池在内的新能源公司提供资金支持和税收减免，其中，对于燃料电池和任何氢能基础设施建设实施30%-50%的税收抵免。2012年，美国联邦政府向能源部拨款63亿美元用于清洁能源的研究开发示范，到2012年已进入第三阶段，即按照3000美元/kWh补贴燃料电池系统，只要达到30%效率便可享受30%的税收抵免。2014年7月，包括加州在内的8个州签署了“零排放车辆合作协议”，力争到2020年区域内330万辆机动车尾气排放目标为0，零排放机动车占比汽车总销量达22%。 加州出台燃料电池车补贴措施。作为美国燃料电池发展的核心地区，加州从2007年起便对氢燃料电池实行减免税，2010年宣布为轻型车提供15750元的回扣激励措施。同时，根据加州的ZEV法案，燃料电池汽车在加州最高可获得9 ZEV积分，每个积分最高价值为5000美元，且最高可获得约4万美元的补贴。 另外，加州2013年通过ABB法案，要求每年建设约2000万美元的加氢站，且2024年之前至少建设100个公共加氢站。根据加州加氢站规划图，截止2017年底，已建成加氢站达40个，规划进展和地理布局较为合理，为未来燃料电池汽车的迅速推广打下基础。
3）欧洲：重视燃料电池汽车，着力完善加氢站布局 欧洲出台政策支持加氢站建设。欧盟2008年出台了燃料电池与氢联合行动计划项目（FCH-JU），2008-2013年共投入9.4亿元欧元用于燃料电池和氢能的研究和发展；2011年又启动“H2 moves Scandinavi”和欧洲城市清洁氢能项目（CHIC），出台CPT项目，投入1.23亿欧元建设77个加氢站，并针对15个已有加氢站的国家，实现国与国之间的互通互联。 2017新增加氢站数量居首，德国成为欧洲燃料电池发展标杆。德国是欧盟中加氢站建设最多的国家，2017年已建设56座以上，其中45座为公用加氢站，预计到2018年将达100座，2020年将达400座，2025年将1000座。此外，英国等国家也将加快加氢站建设。 奔驰推出性能优异的新款燃料电池车。奔驰2014年推出的B级F-Cell是欧洲燃料电池汽车的代表车型，采用其研制的第三代燃料电池电堆，燃料电池系统体积和形状与传统发动机相当，可直接在现有燃油汽车车型上替代发动机，为燃料电池汽车的设计提供便利。2017年奔驰又推出了GLC级F-CELL，氢燃料储量4.4k