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【深度研究】燃料电池汽车产业链政策与机遇(上)

作者/来源:CNEV
2016-06-15 15:51:04
      燃料电池是不经过燃烧,直接以电化学反应将氢气、天然气等燃料和氧化剂直接转化为电能的高效发电装置。燃料电池除了能效转换率高之外,最大的好处是氢燃料储量丰富、清洁环保、可再生。

 

  2014年,全球燃料电池市场销售总额同比增长69.23%,近两年来增速有加速趋势,主因来自于各国政府扶持及燃料电池汽车拉动。

 

  目前应用于燃料电池汽车的主要是质子交换膜燃料电池(也叫氢燃料电池),它以纯氢为燃料,具备能量转换效率高、噪音低、无污染、寿命长、启动迅速、比功率大和输出功率可随时调整等性能。

 

  燃料电池汽车出货量刚上千辆,但未来前景乐观。Navigant认为燃料电池汽车有望在2015-2017年后出现爆发,并预计全球燃料电池汽车销量未来呈几何级增长,到2030年将超过200万辆;日本调查公司富士经济预测,2030年度燃料电池汽车全球市场规模将超过198万-199万辆,总金额将达4.75万亿日元,而2014年度全球市场规模约为11亿日元,未来市场潜力增长空间巨大。

 

  燃料电池新车型将在2016-2018年密集上市销售,边际向上。近一两年,丰田、本田、奔驰、通用、现代、福特、宝马等国际车厂纷纷推出燃料电池汽车计划,并发布商业化车型。国内上汽集团、宇通客车、福田汽车在燃料电池乘用车和客车有一定积累。

 

  燃料电池汽车产业链包括上游制氢和配套厂商、核心部件厂商、燃料电池动力系统厂商和下游整车厂商,燃料电池动力系统最核心。

 

  燃料电池动力系统主要包括燃料电池、驱动电机及控制系统,整车控制、辅助电源、储氢装置。其中,燃料电池最重要,约占动力系统总成本的三分之二,目前主流厂商是加拿大Ballard、日本丰田等,国内的大连新源动力和上海神力科技主攻质子交换膜氢燃料电池,三环集团具备固体氧化物燃料电池电堆技术。

 

  燃料电池由质子交换膜、电极(催化剂和扩散膜)和双极板等构成,这些核心部件构成燃料电池关键成本,主要被欧美和日本厂商垄断,技术壁垒和售价高,是导致燃料电池汽车售价高的主要原因。

 

  国内同济科技参股的中科同力专研于质子交换膜的研究生产。

 

  辅助电源也是混合驱动燃料电池汽车的重要组件,超级电容器龙头江海股份和镍氢电池龙头科力远有机会切入辅助电源领域。

 

  制约发展的不利因素逐步淡化,我们应注意到几个关键变化:

 

  1、售价:燃料电池汽车在成本优化和规模化销售带动下,售价将下降到消费者可接受心理区间,丰田Mirai是先行者。

 

  2、日常成本:每公里加氢成本低于燃油车加油,制氢方式不断优化。

 

  3、配套设施:加氢站等基础设施不断完善。

 

  4、燃料电池汽车可能是传统车厂实现弯道超车的机会。

 

  5、政策和融资通道打开。如果未来政策向上改善,行业发展将加速。

 

         一、燃料电池——面向未来世界的新型动力

 

  (一)燃料电池是一种能效转换率高、清洁可靠的新兴动力

 

  燃料电池是是一种不经过燃烧过程直接以电化学反应方式将燃料如氢气、天然气等和氧化剂中的化学能直接转化为电能的高效发电装置,是继水力发电、火力发电、化学发电之后第四种发电方式。燃料电池可以持续发电,且生成物主要是水,基本上不排放有害气体,因此更加清洁环保。

 

  与目前在发电厂和乘用车广泛使用的以燃烧为基础的技术相比,燃料电池拥有很多优势。由于其没有传统热机卡诺循环的限制,具有远高于内燃机30%-35%的能源转换效率,燃料电池最高能效转化率超过60%,且具备污染低、无机械震动、噪音低、能适应不同功率要求、可连续性发电、可靠性高等优势性能。

 

 

  燃料电池有广泛的应用,主流应用包括交通运输、电源及军事应用等。

 

  固定电源如为城市工业区、商业区、住宅、边远地区及孤立海岛、轮船离岸应用供电市场目前占比最大;备用电源是美国发展最快的应用之一,这里燃料电池用于大型通信设备、数据中心和家庭的备用电源;航空航天应用是历史最悠久的燃料电池应用之一,用作宇宙飞船、人造卫星、空间站等航天系统的能源供应。

 

  汽车燃料电池领域,近年来,在政府扶持、丰田等厂商拉动、系统成本下降等因素带动下,汽车燃料电池应用开始爆发。

 

  (二)燃料电池的历史来源及发展历程

 

  1838年,燃料电池的原理由德国化学家尚班(Christian Friedrich Sch·nbein)提出,并刊登在当时著名的科学杂志。

 

  1839年,英国物理学家威廉·葛洛夫把刊登燃料电池理论,其后又把燃料电池设计草图于1842年刊登。

 

  到20世纪50年代以前,燃料电池一直处于理论与应用基础的研究阶段。燃料电池理论和类型也不断丰富,1952年英国剑桥大学的Bacon用高压氢氧制成了具有实用功率水平的燃料电池。在此前期间,GE(通用电气)资助了PEMFC质子交换膜燃料电池的研究。

 

  20世纪60年代由于载人航天对于大功率、高比功率与高比能量电池的迫切需求,燃料电池才引起一些国家与军工部门的高度重视。美国NASA(国家航空航天局)的Apollo登月计划中就是采用燃料电池为太空船提供电力和饮用水的,是美国联合技术公司的UTCPower通过引进培根专利,成功研制了Apollo登月飞船的主电源——Bacon型中温氢氧燃料电池,双子星宇宙飞船(1965)也采用了通用的PEMFC为主电源。再此之后,氢氧燃料电池广泛应用于宇航领域,同时,兆瓦级的磷酸燃料电池也研制成功,可见,燃料电池在当时已是一种被验证的相对成熟的技术。

 

  20世纪70-80年代,能源危机和航天军备竞赛大大推动了燃料电池的发展。以美国为首的发达国家开始大力支持民用燃料电池的开发,至今还有数百台当时投资的PC25(200千瓦)磷酸燃料电池电站在世界各地运行。此后,各种小功率燃料电池也开始在宇航、军事、交通等各个领域中得到应用。

 

  20世纪90年代至今,人类日益关注环境保护。以质子交换膜燃料电池为动力的电动汽车、直接甲醇燃料电池的便携式移动电源、高温燃料电池电站、用于潜艇和航天器的燃料电池等蓬勃发展。

来源:CNEV

特别声明: 以上内容转载自CNEV,目的在于传播更多信息,如有侵仅请联系删除,转载内容并不代表CNEV新能源汽车网(www.chinanev.net)立场。

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