燃料電池行業的發展前景如何?

中商產業研究院


燃料電池:是一種非燃燒過程的電化學能轉換裝置,將氫氣(等燃料)和氧氣的化學能連續不斷地轉換為電能。與傳統電池最大區別是:燃料電池是發電設備而不是儲能設備。

根據電解質的不同,燃料電池可分為鹼性燃料電池(AFC)、磷酸燃料電池(PAFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)、固體氧化物燃料電池(SOFC)、和質子交換膜燃料電池(PEMFC)五種。

燃料電池產業鏈

新能源汽車包括混合動力電動汽車、純電動汽車、燃料電池電動汽車、其他新能源汽車等。隨著技術的不斷突破,燃料電池電動汽車會成為新能源汽車商用價值最大的一類。

自2009年開始,中國關於燃料電池行業補貼政策不斷推出,推動整體行業發展。

與國外相比,國內燃料電池行業仍處於用戶認可階段,和國外市場導入階段仍有一定的差距。但隨著中國技術的不斷突破,用戶對新能源概念不斷加深,中國燃料電池行業將會高速發展。

從各地燃料電池汽車規劃來看,2020年,上海預計達到3000輛,武漢達到2000-3000輛,蘇州為800輛。2025年則迅速增長,上海、武漢達到3000輛,蘇州為10000輛。從國內燃料電池汽車技術發展來看,2020年燃料電池汽車壽命為5千小時。

隨著政策的不斷推進以及技術的不斷突破,2020年全球燃料電池汽車銷量將會快速增長,預計2032年市場銷量將會突破5百萬輛,市場銷售額也將突破2500億美元。

更多資料請參考中商產業研究院發佈的《2019-2024年中國燃料電池產業市場前景及投資機會研究報告》,同時中商產業研究院還提供產業大數據、產業規劃策劃、產業園策劃規劃、產業招商引資等解決方案。


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燃料電池基本概況分析

燃料電池是一種將燃料與氧化劑的化學能通過電化學反應直接轉換成電能的發電裝置。主要由正極、負極、電解質和輔助設備組成。常用的燃料除氫氣外還有甲醇、聯氨、烴類及一氧化碳等。氧化劑一般為氧氣或空氣。電解質常見的有磷酸、氫氧化鉀、熔融碳酸鹽及離子交換膜等。

燃料電池是一種將存在於燃料與氧化劑中的化學能直接轉化為電能的發電裝臵。 不同於傳統內燃機的是,燃料中的化學能不是通過燃燒,而是通過電化學反應釋 放,因而具有高效率、零排放的優勢。燃料電池主要分為六種類型,其中 PAFC、DMFC、PEMFC這三種類型使用鉑系金屬催化劑。

燃料電池主要分類統計情況

數據來源:公開資料、前瞻產業研究院整理

中國燃料電池市場需求量巨大

據前瞻產業研究院發佈的《燃料電池行業市場前瞻與投資戰略規劃分析報告》最新統計數據顯示,2015年中國燃料電池出貨量為10.5MW,同比增長14.1,出貨量首次超10MW。預計2018年中國燃料電池出貨量將為15.39MW。未來燃料電池市場將持續增長,預計到2021年中國燃料電池出貨量將達20MW。預計到了2035年中國燃料電池出貨量將達到35MW。

2016-2035年中國燃料電池出貨量統計情況及預測

全球燃料電池行業未來發展趨勢分析

根據報告預計到2050年,氫能源需求將是目前的10倍。預計到2030年,全球燃料電池乘用車將達到1,000萬輛至1,500萬輛。由於市場潛力大,大企業加大研發,一些國家也加大支持力度,力圖通過發展氫能解決來能源安全,並掌握國際能源領域的制高點。目前氫能在日、美、歐發展迅速,在制氫、儲氫、加氫等環節出現了很多創新點,燃料電池技術也獲得新突破。

1、制氫:可再生能源制氫項目增多,電網協同效應得到重視

制氫的過程也要消耗能源,這也是氫能受到一些詬病的根源所在。破解此問題的一個重要方法是用可再生能源制氫,尤其是將本來棄掉的風電、太陽能發電轉化為氫最為經濟。

《BP世界能源展望(2017年版)》預計,到2035年可再生能源的增長將翻兩番,發電量增量的三分之一將源自可再生能源。利用可再生能源製取氫氣開始備受關注,可再生能源制氫研究成果及示範項目也在不斷湧現。

豐田提出了從生物和農業廢料中制氫的技術路線。豐田將在美國長灘港建造兆瓦級可再生能源加氫站“Tri-Gen”,該設施從生物和農業廢料中制氫,可提供約2350kW的電力和每天1200kg氫氣,可滿足2350個家庭和1500輛燃料電池汽車的日常使用。

德國推出的powertogas項目即收集用電低谷時可再生能源的剩餘電力通過電解水的方式製造氫氣,再將生成的氫氣注入當地的天然氣管道中進行能源的儲存。隨著此類項目的增多,電網的協同效應逐步得到驗證。

2、儲氫:液氫儲運或將成為發展重點

現階段液氫儲運逐漸成為研發重點,日、美、德等國已將液氫的運輸成本降低到高壓氫氣的八分之一左右。日本已經將液氫供應鏈體系的發展作為解決大規模氫能應用的前提條件,基本思路是以澳大利亞的褐煤為原料生產氫氣,再通過碳捕捉實現去碳化,然後通過船舶運回日本使用。為了支撐液氫供應鏈體系的發展,解決液氫儲運方面的關鍵性技術難題,企業積極地投入研發,推出的產品大多已經進入實際檢驗階段,如巖谷產業開發的大型液氫儲運罐,通過真空排氣設計保證了儲運罐高強度的同時實現了高阻熱性。

目前,液氫加氫站開始亮相國際舞臺,已遍佈日本、美國及法國市場,目前全球近400座加氫站中,有三分之一以上為液氫加氫站。在日本,巖谷產業公司已經成功建立了16座液氫加氫站,美國液氫加氫站的建設企業以Plugpower、Airproduct公司為主,法國市場的液氫加氫站建設企業主要是林德公司。我國的液氫工廠還處在為航天火箭發射服務的階段,受法規所限,還無法應用於民用領域。

3、加氫:加氫站建設速度加快,混合站日益增多

加氫站作為燃料電池汽車的配套基礎設施,隨著燃料電池車輛的推廣應用,其建設與推廣也受到了重視。據H2stations.org統計,2016年全球新增92座加氫站,其中83座是對外開放的,其餘9座則專門為公交車或車隊客戶提供服務。為了適應規模化運營的需要,加氫站的日供氫能力逐漸提高。隨著氫燃料電池汽車的推廣,每天可為30-50輛客車或100輛乘用車提供加氫服務的加氫站逐漸出現併成為主流。

加氫站運營呈現集成化、模塊化發展的新趨勢,混合站數量逐漸增長。混合形式從獨立式加氫站、加油站並設加氫站,發展到加油站、加氣站、加氫站三站合一,以及與便利店並設、與充電樁並設的加氫站。為燃料電池汽車的普及提供了更多樣化的基礎設施解決方案。

4、技術:核心部件成本顯著降低,新型催化劑成研發重點

日本九州大學研發出的可以在不同pH值環境下分別氧化氫和一氧化碳的催化劑,該催化劑是含有獨特“蝴蝶”結構的鎳和銥金屬原子的水溶性絡合物,可以模擬兩種酶的功效,酸性介質中的氫化酶(pH4-7)和鹼性介質中的一氧化碳脫氫酶(pH7-10),可以有效避免催化劑中毒並提高氫能的生產效率。

降低鉑用量的催化劑技術也陸續出現突破。查爾斯理工大學和丹麥科技大學聯合研究的納米合金催化劑可以降低約的鉑用量,從一定程度上解決了燃料電池商業化的瓶頸。


前瞻產業研究院


1、目前國內氫燃料電池製造產業鏈基本處於空白狀態,難以實現批量化生產,同時加氫設施的布建上是氫能源汽車更大的挑戰。

加氫站的建設成本要比充電站高 4~5 倍,且對道路、建築的退讓要求比加油站還要嚴格。建設一座加氫能力大於200公斤的加氫站成本在1000多萬元以上,雖然國家出臺了對“符合國家技術標準且日加氫能力不少於200公斤的新建燃料電池車加氫站,每站獎勵400萬元”的扶持政策,但高昂的建設成本還是讓人望而卻步。

2、從技術和成本角度評估,鋰電池佔據絕對優勢。鋰電池生產技術鋰電池生產技術成熟、產業鏈完善、可以批量化生產且生產成本低,同時鋰離子電池汽車相應的充電配套設施也較為完善,正處於規模效應擴大階段。而氫燃料電池製造難度較大,電池催化劑、質子交換膜以及炭紙等材料等關鍵技術主要掌握在美國、歐洲、日本手中,整體價格較高;關鍵技術如膜電極、雙極板、空壓機、氫循環泵等全球工藝差距較大,且有待提升。

3、由於氫能源汽車關鍵材料、核心技術和基礎設施的問題,在未來相當長的時間內,新能源汽車能源供給主要還將以純電動、混合動力汽車為主,隨著科技進步、政府重視和資金的投入,困擾氫燃料電池汽車發展的電池安全性及壽命、氫燃料儲存技術、征程成本過高、氫氣加註站配套設施建設滯後等問題將會逐步得到解決,逐步從純電動、混合動力汽車向純電動、混合動力、氫能源三種新能源汽車並存的態勢。


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燃料電池汽車,也成FCV。它利用車載燃料電池系統,將化學能轉化為電能,從而驅動汽車運行,其所使用燃料為氫氣。氫氣與氧氣在燃料電池經過化學反應,其唯一產物為水,做到了真正的清潔能源。按理說發展勢頭應該很猛,為什麼道路上很少見到呢?

氫氣作為燃料電池汽車的極佳的燃料之一,在加入汽車之前,要經過製造、運輸、存儲等環節。氫氣製造相對容易,可以通過電解水獲得,而陸地70%的部分為水。但是,氫氣的運輸和存儲可就沒有那麼簡單了,其易燃易爆的化學本性,決定了其對安全性的要求也極高,目前國內外技術還不是很成熟。

值得一提的是,不久之前,長城對外公佈稱:其首個氫燃料汽車整車平臺將於2020年推出,首款量產燃料電池汽車將在2023年推出。同時,吉利也發佈公告稱,其首款量產車將在2025年推出。車企似乎就已經拉開博弈之勢,來奠定未來領先基礎。

當然,氫燃料電池仍處萌芽期,國內市場仍處於政策引導期。2017年7月14日,中汽中心發佈了《中國燃料電池汽車發展路線圖》,對整個產業進行了詳盡的規劃。力爭2030年,逐步由公共領域向私人用車領域推廣,市場規模達100萬輛。

氫燃料電池汽車,其高續航和環保特性,一旦制約其發展的因素得到解決,未來發展可與純電動汽車互補。


二師兄玩車


還有很多瓶頸需要突破,安全問題限制他的規模化應用


神女投資


前景光明,道路坎坷


遙遙110


都知道氫氣是非常易爆的一種氣體,安全性是所有使用者的障礙。


舞雩詠歸


密度做好的話非常有前途


山水有清香


氫存儲爆炸,不亞於原子彈的威力,為什麼全世界只有中國有氫彈,因為氫彈比原子彈還歷害,想想存儲氫氣,可以保證絕對安全嗎?


自由飛翔68320187


技術已經趨近成熟,未來幾年將迎來大發展!


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