氫燃料電池面臨成本危機？如何有效降低單位成本？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-04-21 08:09
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氫燃料電池在汽車領(lǐng)域具有綜合能效高、環(huán)境友好、高可靠、啟動迅速等特性，也因此氫燃料電池在汽車領(lǐng)域應(yīng)用最為普遍。氫燃料電池的催化材料是氫燃料電池結(jié)構(gòu)中的核心材料部件，是電池正常、高效的運行保障。隨著當前環(huán)境污染壓力的不斷上升，社會對大規(guī)模使用清潔新能源的需求更加迫切，也因此對氫燃料電池催化材料的成本、催化活性、催化穩(wěn)定性提出了更加嚴格的要求。
1.氫燃料電池行業(yè)發(fā)展分析
燃料電池的種類相當多，目前市場上主要有堿性燃料電池(AFC)、質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)、甲醇燃料電池(DMFC)、磷酸燃料電池(PAFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)、固態(tài)氧化物燃料電池(SOFC)。這些不同種類的燃料電池輸出功率范圍、發(fā)電效率、優(yōu)缺點、應(yīng)用領(lǐng)域都不盡相同。目前主流用于汽車的燃料電池是氫燃料電池，氫燃料電池是一種能夠?qū)Υ嬖谌剂希錃猓┖脱趸瘎諝庵械难鯕猓┲械幕瘜W能直接轉(zhuǎn)換為電能的能量轉(zhuǎn)換裝置，其基本工作原理就是電解水的逆過程，而目前在氫燃料電池中以質(zhì)子交換膜燃料電池居多，這主要是因為其在電動汽車、固定發(fā)電站領(lǐng)域具有廣闊的大規(guī)模應(yīng)用的前景。
目前市場常見電池近十年的出貨量，從圖中我們可以看到整體燃料電池出貨量從2009-2013年大幅上升，2013年以后整體出貨量的趨勢穩(wěn)重有升。另外，可以看到氫燃料電池PEMC從2014-2018年整體趨勢略有降低，但目前占有率仍然很高（高于50%）。值得注意的是SOFC電池的出貨量這幾年增加也較為明顯，這主要是由于SOFC在亞太地區(qū)尤其是在日本小型高效率發(fā)電系統(tǒng)ENE-FARM的家用燃料電池正在快速普及和發(fā)展。
全球燃料電池2009-2018年出貨量，以瓦數(shù)計(MW)。從圖中可以看到發(fā)電容量急劇上升，僅2018年全球燃料電池出貨量已經(jīng)約為800MW，而PEMFC電池的發(fā)電量達到589.1MW，明顯占據(jù)主導(dǎo)地位，占比達到73.35%。由此可見，質(zhì)子交換膜型氫燃料電池無論是電池數(shù)量還是發(fā)電容量上看都是主流的燃料電池技術(shù)，2015年以來PEMFC出貨量（以瓦數(shù)計）的暴增一方面得益于豐田（功率114kw）和現(xiàn)代（功率110kw）等燃料電池車的產(chǎn)量增長；另一方面是因為日本和歐洲等地的小型熱電聯(lián)產(chǎn)項目持續(xù)增加，在這方面，日本和加拿大的企業(yè)占據(jù)主要市場。此外，中國最近幾年也大力支持PEMFC電動汽車的發(fā)展。
2015年，國務(wù)院印發(fā)《中國制造2025》，提出了燃料電池汽車的戰(zhàn)略目標及研究方向。目標到2020年，我國逐步實現(xiàn)關(guān)鍵材料和零部件國產(chǎn)化、燃料電池堆和整車性能提升、燃料電池汽車運行規(guī)模擴大。通過對關(guān)鍵材料、電池堆系統(tǒng)及通用化技術(shù)等重點領(lǐng)域的研究，到2020年實現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，2025年完成商業(yè)化產(chǎn)品全產(chǎn)業(yè)鏈的建設(shè)，并實現(xiàn)區(qū)域小規(guī)模運行。梳理過往政策則不難發(fā)現(xiàn)，政府對于燃料電池的政策傾斜正在加大。尤其是2018年的補貼政策，進一步提升了電動車鋰電池能量密度的補貼門檻要求，而對燃料電池車的補貼力度則保持不變。另外，2016年10月，《中國氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展藍皮書（2016）》，2020年，加氫站100座，燃料電池汽車10000輛；2030年加氫站1000座，燃料電池車輛200萬輛；2050年加氫站網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建完成，燃料電池車輛1000萬輛，可見目前國家政策也是極力推進氫燃料電池的商業(yè)化和大規(guī)模使用。2019年3月26日四部委發(fā)布《關(guān)于進一步完善新能源汽車推廣應(yīng)用財政補貼政策的通知》，其中提到地方應(yīng)“支持充電(加氫)基礎(chǔ)設(shè)施‘短板’建設(shè)”。今年的《政府工作報告》也提及穩(wěn)定汽車消費，推動充電、加氫等設(shè)施建設(shè)。可見，發(fā)展氫能源汽車已經(jīng)得到中國政府相當程度的重視。
氫燃料電池上游包含電池組件和氫能兩大類，氫能產(chǎn)業(yè)鏈有三大環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)都有很高的技術(shù)壁壘和技術(shù)難點，目前上游的電解水制氫技術(shù)、中游的化學儲氫技術(shù)和下游的燃料電池在車輛和分布式發(fā)電中的應(yīng)用被廣泛看好；電池組件包括燃料電池電堆、空壓機、水泵、氫泵、儲氫器、加濕器等。產(chǎn)業(yè)鏈中游是燃料電池系統(tǒng)的組裝部分。產(chǎn)業(yè)下游應(yīng)用主要有固定發(fā)電、交通運輸、便攜式電子以及包含軍事、航天在內(nèi)的特殊領(lǐng)域。
1.氫燃料電池行業(yè)發(fā)展分析
燃料電池的種類相當多，目前市場上主要有堿性燃料電池(AFC)、質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)、甲醇燃料電池(DMFC)、磷酸燃料電池(PAFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)、固態(tài)氧化物燃料電池(SOFC)。這些不同種類的燃料電池輸出功率范圍、發(fā)電效率、優(yōu)缺點、應(yīng)用領(lǐng)域都不盡相同。目前主流用于汽車的燃料電池是氫燃料電池，氫燃料電池是一種能夠?qū)Υ嬖谌剂希錃猓┖脱趸瘎諝庵械难鯕猓┲械幕瘜W能直接轉(zhuǎn)換為電能的能量轉(zhuǎn)換裝置，其基本工作原理就是電解水的逆過程，而目前在氫燃料電池中以質(zhì)子交換膜燃料電池居多，這主要是因為其在電動汽車、固定發(fā)電站領(lǐng)域具有廣闊的大規(guī)模應(yīng)用的前景。
目前市場常見電池近十年的出貨量，從圖中我們可以看到整體燃料電池出貨量從2009-2013年大幅上升，2013年以后整體出貨量的趨勢穩(wěn)重有升。另外，可以看到氫燃料電池PEMC從2014-2018年整體趨勢略有降低，但目前占有率仍然很高（高于50%）。值得注意的是SOFC電池的出貨量這幾年增加也較為明顯，這主要是由于SOFC在亞太地區(qū)尤其是在日本小型高效率發(fā)電系統(tǒng)ENE-FARM的家用燃料電池正在快速普及和發(fā)展。
全球燃料電池2009-2018年出貨量，以瓦數(shù)計(MW)。從圖中可以看到發(fā)電容量急劇上升，僅2018年全球燃料電池出貨量已經(jīng)約為800MW，而PEMFC電池的發(fā)電量達到589.1MW，明顯占據(jù)主導(dǎo)地位，占比達到73.35%。由此可見，質(zhì)子交換膜型氫燃料電池無論是電池數(shù)量還是發(fā)電容量上看都是主流的燃料電池技術(shù)，2015年以來PEMFC出貨量（以瓦數(shù)計）的暴增一方面得益于豐田（功率114kw）和現(xiàn)代（功率110kw）等燃料電池車的產(chǎn)量增長；另一方面是因為日本和歐洲等地的小型熱電聯(lián)產(chǎn)項目持續(xù)增加，在這方面，日本和加拿大的企業(yè)占據(jù)主要市場。此外，中國最近幾年也大力支持PEMFC電動汽車的發(fā)展。
2015年，國務(wù)院印發(fā)《中國制造2025》，提出了燃料電池汽車的戰(zhàn)略目標及研究方向。目標到2020年，我國逐步實現(xiàn)關(guān)鍵材料和零部件國產(chǎn)化、燃料電池堆和整車性能提升、燃料電池汽車運行規(guī)模擴大。通過對關(guān)鍵材料、電池堆系統(tǒng)及通用化技術(shù)等重點領(lǐng)域的研究，到2020年實現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，2025年完成商業(yè)化產(chǎn)品全產(chǎn)業(yè)鏈的建設(shè)，并實現(xiàn)區(qū)域小規(guī)模運行。梳理過往政策則不難發(fā)現(xiàn)，政府對于燃料電池的政策傾斜正在加大。尤其是2018年的補貼政策，進一步提升了電動車鋰電池能量密度的補貼門檻要求，而對燃料電池車的補貼力度則保持不變。另外，2016年10月，《中國氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展藍皮書（2016）》，2020年，加氫站100座，燃料電池汽車10000輛；2030年加氫站1000座，燃料電池車輛200萬輛；2050年加氫站網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建完成，燃料電池車輛1000萬輛，可見目前國家政策也是極力推進氫燃料電池的商業(yè)化和大規(guī)模使用。2019年3月26日四部委發(fā)布《關(guān)于進一步完善新能源汽車推廣應(yīng)用財政補貼政策的通知》，其中提到地方應(yīng)“支持充電(加氫)基礎(chǔ)設(shè)施‘短板’建設(shè)”。今年的《政府工作報告》也提及穩(wěn)定汽車消費，推動充電、加氫等設(shè)施建設(shè)。可見，發(fā)展氫能源汽車已經(jīng)得到中國政府相當程度的重視。
氫燃料電池上游包含電池組件和氫能兩大類，氫能產(chǎn)業(yè)鏈有三大環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)都有很高的技術(shù)壁壘和技術(shù)難點，目前上游的電解水制氫技術(shù)、中游的化學儲氫技術(shù)和下游的燃料電池在車輛和分布式發(fā)電中的應(yīng)用被廣泛看好；電池組件包括燃料電池電堆、空壓機、水泵、氫泵、儲氫器、加濕器等。產(chǎn)業(yè)鏈中游是燃料電池系統(tǒng)的組裝部分。產(chǎn)業(yè)下游應(yīng)用主要有固定發(fā)電、交通運輸、便攜式電子以及包含軍事、航天在內(nèi)的特殊領(lǐng)域。
