燃料电池行业的发展前景如何?

中商产业研究院


燃料电池: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。与传统电池最大区别是:燃料电池是发电设备而不是储能设备。

根据电解质的不同,燃料电池可分为碱性燃料电池(AFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)、和质子交换膜燃料电池(PEMFC)五种。

燃料电池产业链

新能源汽车包括混合动力电动汽车、纯电动汽车、燃料电池电动汽车、其他新能源汽车等。随着技术的不断突破,燃料电池电动汽车会成为新能源汽车商用价值最大的一类。

自2009年开始,中国关于燃料电池行业补贴政策不断推出,推动整体行业发展。

与国外相比,国内燃料电池行业仍处于用户认可阶段,和国外市场导入阶段仍有一定的差距。但随着中国技术的不断突破,用户对新能源概念不断加深,中国燃料电池行业将会高速发展。

从各地燃料电池汽车规划来看,2020年,上海预计达到3000辆,武汉达到2000-3000辆,苏州为800辆。2025年则迅速增长,上海、武汉达到3000辆,苏州为10000辆。从国内燃料电池汽车技术发展来看,2020年燃料电池汽车寿命为5千小时。

随着政策的不断推进以及技术的不断突破,2020年全球燃料电池汽车销量将会快速增长,预计2032年市场销量将会突破5百万辆,市场销售额也将突破2500亿美元。

更多资料请参考中商产业研究院发布的《2019-2024年中国燃料电池产业市场前景及投资机会研究报告》,同时中商产业研究院还提供产业大数据、产业规划策划、产业园策划规划、产业招商引资等解决方案。


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燃料电池基本概况分析

燃料电池是一种将燃料与氧化剂的化学能通过电化学反应直接转换成电能的发电装置。主要由正极、负极、电解质和辅助设备组成。常用的燃料除氢气外还有甲醇、联氨、烃类及一氧化碳等。氧化剂一般为氧气或空气。电解质常见的有磷酸、氢氧化钾、熔融碳酸盐及离子交换膜等。

燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装臵。 不同于传统内燃机的是,燃料中的化学能不是通过燃烧,而是通过电化学反应释 放,因而具有高效率、零排放的优势。燃料电池主要分为六种类型,其中 PAFC、DMFC、PEMFC这三种类型使用铂系金属催化剂。

燃料电池主要分类统计情况

数据来源:公开资料、前瞻产业研究院整理

中国燃料电池市场需求量巨大

据前瞻产业研究院发布的《燃料电池行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》最新统计数据显示,2015年中国燃料电池出货量为10.5MW,同比增长14.1,出货量首次超10MW。预计2018年中国燃料电池出货量将为15.39MW。未来燃料电池市场将持续增长,预计到2021年中国燃料电池出货量将达20MW。预计到了2035年中国燃料电池出货量将达到35MW。

2016-2035年中国燃料电池出货量统计情况及预测

全球燃料电池行业未来发展趋势分析

根据报告预计到2050年,氢能源需求将是目前的10倍。预计到2030年,全球燃料电池乘用车将达到1,000万辆至1,500万辆。由于市场潜力大,大企业加大研发,一些国家也加大支持力度,力图通过发展氢能解决来能源安全,并掌握国际能源领域的制高点。目前氢能在日、美、欧发展迅速,在制氢、储氢、加氢等环节出现了很多创新点,燃料电池技术也获得新突破。

1、制氢:可再生能源制氢项目增多,电网协同效应得到重视

制氢的过程也要消耗能源,这也是氢能受到一些诟病的根源所在。破解此问题的一个重要方法是用可再生能源制氢,尤其是将本来弃掉的风电、太阳能发电转化为氢最为经济。

《BP世界能源展望(2017年版)》预计,到2035年可再生能源的增长将翻两番,发电量增量的三分之一将源自可再生能源。利用可再生能源制取氢气开始备受关注,可再生能源制氢研究成果及示范项目也在不断涌现。

丰田提出了从生物和农业废料中制氢的技术路线。丰田将在美国长滩港建造兆瓦级可再生能源加氢站“Tri-Gen”,该设施从生物和农业废料中制氢,可提供约2350kW的电力和每天1200kg氢气,可满足2350个家庭和1500辆燃料电池汽车的日常使用。

德国推出的powertogas项目即收集用电低谷时可再生能源的剩余电力通过电解水的方式制造氢气,再将生成的氢气注入当地的天然气管道中进行能源的储存。随着此类项目的增多,电网的协同效应逐步得到验证。

2、储氢:液氢储运或将成为发展重点

现阶段液氢储运逐渐成为研发重点,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。日本已经将液氢供应链体系的发展作为解决大规模氢能应用的前提条件,基本思路是以澳大利亚的褐煤为原料生产氢气,再通过碳捕捉实现去碳化,然后通过船舶运回日本使用。为了支撑液氢供应链体系的发展,解决液氢储运方面的关键性技术难题,企业积极地投入研发,推出的产品大多已经进入实际检验阶段,如岩谷产业开发的大型液氢储运罐,通过真空排气设计保证了储运罐高强度的同时实现了高阻热性。

目前,液氢加氢站开始亮相国际舞台,已遍布日本、美国及法国市场,目前全球近400座加氢站中,有三分之一以上为液氢加氢站。在日本,岩谷产业公司已经成功建立了16座液氢加氢站,美国液氢加氢站的建设企业以Plugpower、Airproduct公司为主,法国市场的液氢加氢站建设企业主要是林德公司。我国的液氢工厂还处在为航天火箭发射服务的阶段,受法规所限,还无法应用于民用领域。

3、加氢:加氢站建设速度加快,混合站日益增多

加氢站作为燃料电池汽车的配套基础设施,随着燃料电池车辆的推广应用,其建设与推广也受到了重视。据H2stations.org统计,2016年全球新增92座加氢站,其中83座是对外开放的,其余9座则专门为公交车或车队客户提供服务。为了适应规模化运营的需要,加氢站的日供氢能力逐渐提高。随着氢燃料电池汽车的推广,每天可为30-50辆客车或100辆乘用车提供加氢服务的加氢站逐渐出现并成为主流。

加氢站运营呈现集成化、模块化发展的新趋势,混合站数量逐渐增长。混合形式从独立式加氢站、加油站并设加氢站,发展到加油站、加气站、加氢站三站合一,以及与便利店并设、与充电桩并设的加氢站。为燃料电池汽车的普及提供了更多样化的基础设施解决方案。

4、技术:核心部件成本显著降低,新型催化剂成研发重点

日本九州大学研发出的可以在不同pH值环境下分别氧化氢和一氧化碳的催化剂,该催化剂是含有独特“蝴蝶”结构的镍和铱金属原子的水溶性络合物,可以模拟两种酶的功效,酸性介质中的氢化酶(pH4-7)和碱性介质中的一氧化碳脱氢酶(pH7-10),可以有效避免催化剂中毒并提高氢能的生产效率。

降低铂用量的催化剂技术也陆续出现突破。查尔斯理工大学和丹麦科技大学联合研究的纳米合金催化剂可以降低约的铂用量,从一定程度上解决了燃料电池商业化的瓶颈。


前瞻产业研究院


1、目前国内氢燃料电池制造产业链基本处于空白状态,难以实现批量化生产,同时加氢设施的布建上是氢能源汽车更大的挑战。

加氢站的建设成本要比充电站高 4~5 倍,且对道路、建筑的退让要求比加油站还要严格。建设一座加氢能力大于200公斤的加氢站成本在1000多万元以上,虽然国家出台了对“符合国家技术标准且日加氢能力不少于200公斤的新建燃料电池车加氢站,每站奖励400万元”的扶持政策,但高昂的建设成本还是让人望而却步。

2、从技术和成本角度评估,锂电池占据绝对优势。锂电池生产技术锂电池生产技术成熟、产业链完善、可以批量化生产且生产成本低,同时锂离子电池汽车相应的充电配套设施也较为完善,正处于规模效应扩大阶段。而氢燃料电池制造难度较大,电池催化剂、质子交换膜以及炭纸等材料等关键技术主要掌握在美国、欧洲、日本手中,整体价格较高;关键技术如膜电极、双极板、空压机、氢循环泵等全球工艺差距较大,且有待提升。

3、由于氢能源汽车关键材料、核心技术和基础设施的问题,在未来相当长的时间内,新能源汽车能源供给主要还将以纯电动、混合动力汽车为主,随着科技进步、政府重视和资金的投入,困扰氢燃料电池汽车发展的电池安全性及寿命、氢燃料储存技术、征程成本过高、氢气加注站配套设施建设滞后等问题将会逐步得到解决,逐步从纯电动、混合动力汽车向纯电动、混合动力、氢能源三种新能源汽车并存的态势。


新华电动网


燃料电池汽车,也成FCV。它利用车载燃料电池系统,将化学能转化为电能,从而驱动汽车运行,其所使用燃料为氢气。氢气与氧气在燃料电池经过化学反应,其唯一产物为水,做到了真正的清洁能源。按理说发展势头应该很猛,为什么道路上很少见到呢?

氢气作为燃料电池汽车的极佳的燃料之一,在加入汽车之前,要经过制造、运输、存储等环节。氢气制造相对容易,可以通过电解水获得,而陆地70%的部分为水。但是,氢气的运输和存储可就没有那么简单了,其易燃易爆的化学本性,决定了其对安全性的要求也极高,目前国内外技术还不是很成熟。

值得一提的是,不久之前,长城对外公布称:其首个氢燃料汽车整车平台将于2020年推出,首款量产燃料电池汽车将在2023年推出。同时,吉利也发布公告称,其首款量产车将在2025年推出。车企似乎就已经拉开博弈之势,来奠定未来领先基础。

当然,氢燃料电池仍处萌芽期,国内市场仍处于政策引导期。2017年7月14日,中汽中心发布了《中国燃料电池汽车发展路线图》,对整个产业进行了详尽的规划。力争2030年,逐步由公共领域向私人用车领域推广,市场规模达100万辆。

氢燃料电池汽车,其高续航和环保特性,一旦制约其发展的因素得到解决,未来发展可与纯电动汽车互补。


二师兄玩车


还有很多瓶颈需要突破,安全问题限制他的规模化应用


神女投资


前景光明,道路坎坷


遥遥110


都知道氢气是非常易爆的一种气体,安全性是所有使用者的障碍。


舞雩咏归


密度做好的话非常有前途


山水有清香


氢存储爆炸,不亚于原子弹的威力,为什么全世界只有中国有氢弹,因为氢弹比原子弹还历害,想想存储氢气,可以保证绝对安全吗?


自由飞翔68320187


技术已经趋近成熟,未来几年将迎来大发展!


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