近年来，中国氢燃料电池电堆及电池系统生产技术发展迅速，氢燃料电池性能大幅提高，已接近国际领先水平。国内部分领先自主品牌已在关键技术和工艺上实现突破，掌握核心技术和拥有知识产权，推动更多氢燃料电池相关部件的国产化。
《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》中明确提出持续提升燃料电池可靠性、稳定性、耐久性，支持新型燃料电池等技术发展，着力推进核心零部件以及关键装备研发制造等要求。
氢燃料电池电堆及系统作为氢燃料电池产业链的核心领域，必将在政策红利支撑以及燃料电池商业化推广下迎来更大的发展。
01
氢燃料电池电堆及系统的定义和分类
氢燃料电池系统是一种通过不燃烧的电化学反应将化学能转化为电能，在反应过程中不产生污染的发电设备。对于氢燃料电池汽车而言，氢燃料电池系统是其动力系统的核心部件，关系到车辆的性能、安全及稳定。
氢燃料电池系统主要包括：1）氢燃料电池电堆；2）气体循环系统（包括空气压缩机及氢气循环泵）；及3）其他辅助系统。其中氢燃料电池电堆是氢燃料电池系统的核心，是进行氧化还原化学发电的装置。氢燃料电池电堆由多个燃料电池串联而成，每个单电池由双极板及膜电极组成。氢燃料电池电堆对氢燃料电池系统的综合性能及成本效益有至关重要的影响。
02
中国氢燃料电池电堆及系统的市场规模
自2017年至2021年，得益于中国氢燃料电池汽车销量的快速增长，中国氢燃料电池电堆按出货量计的市场规模由49.6兆瓦迅速增至522.3兆瓦，复合年增长率为80.1%。同期，中国氢燃料电池电堆按出货价值计的市场规模由人民币5.2亿元增至人民币12.5亿元。
自2021年起，随着氢燃料电池汽车示范城市群的建立，中国氢燃料电池产业迎来了一个全新的增长期。预期该产业对氢燃料电池的下游需求将不断增长，这将推动氢燃料电池电堆的出货量增长。
此外，随着能量密度及运行寿命方面持续实现技术突破以及氢燃料电池的应用场景不断多样化，预期中国氢燃料电池电堆的出货量将保持快速增长，将由2022年的1,044.1兆瓦增至2026年的15,044.6兆瓦，复合年增长率约为94.8%。
中国氢燃料电池电堆出货量及出货价值
（2017年至2030年预测）
来源：沙利文分析
在国家政策扶持下，氢燃料电池技术已取得长足进步。中国已掌握氢燃料电池系统及其关键部件的核心技术，已有能力对其进行开发及国产化。
自2017年至2021年，中国氢燃料电池系统的出货量由38.6兆瓦跃升至405.7兆瓦，复合年增长率为80.1%。于同期，中国氢燃料电池系统按出货价值计的市场规模由2017年的人民币6.3亿元增至人民币20.7亿元。
在不久的将来，受氢燃料电池汽车行业及其他新兴应用场景的快速发展所推动，中国氢燃料电池系统的出货量预期于2026年将达至12,317.2兆瓦及于2030年将达至83,425.6兆瓦，自2022年至2026年的复合年增长率预期97.2%，及自2027年至2030年的复合年增长率预期为59.6%。按出货价值计，预期中国氢燃料电池系统的市场规模将由2022年的人民币33.4亿元增至2026年的人民币258.7亿元及2030年的人民币1,168.0亿元。
中国氢燃料电池系统出货量及出货价值
（2017年至2030年预测）
注：为确保使用氢燃料电池的设备在额定功率下平稳运行，安装的氢燃料电池电堆的总功率通常高于氢燃料电池系统的功率，此乃行业惯例。因此，氢燃料电池电堆的出货量与氢燃料电池系统的出货量之间存在差距。
来源：沙利文分析
03
氢燃料电池的下游应用
氢燃料电池的应用主要包括运输应用和固定式应用。迄今为止，在氢燃料电池汽车推广的推动下，运输应用几乎占据了氢燃料电池市场的全部份额。由于市场不成熟，氢燃料电池的固定式应用在过去几年中没有在中国商业运营中实施。随着氢能受到政府和市场的日益重视，基于氢燃料电池技术的固定电源示范项目预计将在未来几年开展。
2026年，中国氢燃料电池系统的运输应用和固定式应用按出货量计的市场规模将增加至约11,342.9兆瓦及974.3兆瓦，自2022年的复合年增长率分别为93.6%及256.1%。到2030年，中国氢燃料电池系统的运输应用和固定式应用按出货量计的市场规模将进一步增加至70,074.6兆瓦及13,351.0兆瓦，分别占整体市场规模的84.0%及16.0%。
中国氢燃料电池系统按应用划分的出货量
（2017年至2030年预测）
来源：沙利文分析
1 运输应用
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氢燃料电池汽车
氢燃料电池的运输应用领域包括氢燃料电池汽车、有轨电车及船舶，其中，氢燃料电池汽车是目前应用最广泛的领域，而氢燃料电池在船舶、有轨电车等领域的应用已经处于示范或初步商业化阶段。
氢燃料电池汽车包括(i)公交车、物流车、物料搬运车辆、自卸车及重型卡车等商用车；(ii)重型运输车辆、叉车、水泥搅拌车及应急车辆等工程车；及(iii)轿车及SUV等乘用车。
在产业补贴和国家扶持政策等措施的激励下，商用车已成为中国氢燃料电池的主流应用场景。自2017年至2021年，中国汽车用氢燃料电池系统的市场规模由38.4兆瓦增至404.7兆瓦，复合年增长率为80.2%，占运输应用氢燃料电池总体市场规模的99.8%。
展望未来，随着未来氢燃料电池技术的进步、制造成本的降低以及产业规模效应的增强，氢燃料电池汽车将得到进一步推广，推动氢燃料电池系统市场的持续增长。预期中国汽车用氢燃料电池系统的市场规模将于2026年增至10,984.5兆瓦，于2030年增至65,884.4兆瓦，2022年至2026年及2027年至2030年的复合年增长率分别为92.3%和55.2%，助力该行业快速发展。
中国汽车用氢燃料电池系统的出货量
（2017年至2030年预测）
来源：沙利文分析
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船舶
氢燃料电池可用作船舶的主要电源，以满足境内、境外及远洋航线对高性能绿色船舶的市场需求，氢燃料电池的这一具体应用亦得到技术突破和有利政策的推动。氢燃料电池船舶具有不产生温室气体、维护成本低、行驶里程长、燃料补给方便等优点。
欧洲、美国和日本等全球很多国家或地区在氢燃料电池船舶领域率先启动。在中国，部分高校和科研院所在过去几年对民用船舶氢燃料电池系统进行了研究，应用场景主要集中在中小型游艇和部分军用船舶。举例而言，2022年5月，中国首个内河氢燃料电池动力工作船“三峡氢舟1号”开工建设，其亦为中国首个获中国船级社(CCS)分类的氢燃料电池动力工作船。
目前，一系列支持政策已经出台，为氢燃料电池在船舶领域的应用提供了有利的外部环境。《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》指出探索氢燃料电池在船舶上的应用。
此外，示范城市群已陆续发布相关氢能发展规划。例如，于2022年8月，辽宁省发布了《辽宁省氢能产业发展规划（2021-2025年）》，该规划制定了到2025年氢燃料电池船舶的保有量达到50艘以上，到2035年氢燃料电池船舶的保有量达到1,500艘以上的目标。这些船舶示范项目的实施有望为随后在中国广泛推广氢燃料电池船舶提供宝贵经验。未来，氢燃料电池将进一步渗透到船舶领域。
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有轨电车
氢燃料电池有轨电车是一种以氢能源为动力的新能源轨道车辆。氢燃料电池有轨电车具有噪音低、污染小、使用寿命长等优点，为轨道交通系统提供了新的解决方案。
2017年，广东省佛山市高明区推出中国首列氢燃料电池有轨电车。2022年10月，全球首辆氢动力胶轮数字轨道电车在上海下线，这也将是中国首条氢动力中等运量的有轨电车线路。此次交付的首批五辆中等运量氢动力胶轮数字轨道电车将投入临港T2线，推动绿色公共交通网及绿色城市建设。
随着氢能的推广和应用，特别是氢燃料电池技术的发展和进步，佛山和上海等地方政府将继续大力支持氢能的广泛应用，推动氢燃料电池有轨电车在中国的应用。此外，部分中国公司已中标海外氢燃料电池有轨电车项目，这也表明全球对有轨电车等氢燃料电池运输应用的需求正在不断增长。
2 固定式应用
氢燃料电池主要应用于备用电站及固定电站等固定电源场景。氢燃料电池备用电源具有高效率、环保、快速响应及使用寿命长等优点，可广泛应用于通信、电力、互联网数据中心、医疗及公用事业领域。
美国等部分发达国家已经开始将氢燃料电池作为备用电源应用于数据中心。举例而言，一些世界领先的技术公司已在运营中加大对可再生能源的利用，包括由氢燃料电池供电的数据中心基础设施。就固定式电站而言，目前，全球氢燃料电池电站主要集中于北美、日本及韩国。
分布式电站具有强大的模块化性能、良好的场景适应性及可扩展能力，可作为主电网的补充，或建于偏远地区以进行独立发电。中国政府亦通过出台一系列激励政策，推动氢燃料电池在固定发电领域的应用。例如，于2022年发布的《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》呼吁地方政府因地制宜布局氢燃料电池固定发电装置，推动小区、园区、矿区、港口等区域内的氢能综合利用示范项目。
目前，国内已经开展了部分氢能固定电站示范项目。2022年8月，陕西省榆林市零碳分布式智能能源中心示范项目建成投用。根据《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》，于2050年前，中国氢燃料电池固定发电装置的产量预期将达致20,000台/年。
作为一项应用于固定式应用场景的新兴技术，氢能存储是通过利用电能和氢能的交换而发展起来的，其可通过电解水产生氢，然后通过燃料电池将氢能转化为电，从而存储不同来源的电力，以实现能源的分配、优化和整合。
氢能存储可以帮助构建热电和氢能联合供应的微电网系统，有效解决能源消耗和存储问题。作为一种清洁、高效及可持续的储能技术，氢能存储具有（包括但不限于）高能量密度、低运行和维护成本、无污染以及与环境的良好兼容性等优点。因此，氢能储存解决方案在未来的固定电源领域具有强大的竞争力。
中国政府亦已颁布鼓励政策以支持氢能储存的发展。2021年7月发布的《关于加快推动新型储能发展的指导意见》指出，需要探索氢能储存技术的研究和示范应用。部分地方政府还推出相关政策支持氢能储存技术。举例而言，2022年8月发布的《河南省氢能产业发展中长期规划（2022 – 2035年）》以及2022年10月发布的《湖南省氢能产业发展规划》指出，适时开展氢能在可再生能源消纳、电网调峰等场景的示范应用，积极探索可再生能源（如风能、太阳能）发电与氢储能相结合的一体化应用模式。
