氢燃料电池行业研究

目录1、氢燃料电池概况...............................................................................21.1燃料电池概念...................................................................................21.2燃料电池分类...................................................................................21.3燃料电池优势...................................................................................22、氢燃料电池产业链解析...................................................................33、氢燃料电池市场细分.......................................................................53.1固定领域...........................................................................................63.2交通运输领域...................................................................................73.2.1核心应用：叉车.....................................................................73.3.2燃料电池车的产业化.............................................................83.2.3燃料电池车未来发展.............................................................93.3便携式领域.......................................................................................94、相关企业.........................................................................................10氢燃料电池行业分析1、氢燃料电池概况1.1燃料电池概念燃料电池，是一种主要通过氧或者其他氧化剂进行氢化还原反应，把燃料中的化学能转化为电能的电池。即使用氢气作为燃料，利用电解水的逆反应产电的一种燃料电池。其工作原理是：将氢气送到电池的阳极板，通过催化剂的作用，氢原子变成一个正电荷的氢离子和一个负电荷的电子，其中氢离子通过电解质达到阴极板，而电子不能通过电解质，而只能通过外部电路形成电流。电子到达阴极板后，与氢原子和氢离子重新结合为水。1.2燃料电池分类燃料电池有多种类型，但是它们都有相同的工作模式。他们主要由三个相邻区段组成：阳极、电解质和阴极。两个化学反应发生在三个不同区段的借口之间。两种反应的净结果是燃料的消耗、水或者二氧化碳的产生，和电流的产生，可以直接用于电力设备。燃料电池按燃料类型可分为直接型、间接型和再生型；按电解质种类又可分为碱性染料电池（AFC）、磷酸盐型燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐型燃料电池（MCFC）、固化氧化物型燃料电池（SOFC）和质子交换膜燃料电池（PEMFC）。燃料电池按电解质种类分类类型碱性燃料（AFC）磷酸盐型（PAFC）碳酸盐型（SOFC）固体氧化物（SOFC）气质交换膜（PEMFC）燃料纯氢氢气氢气、煤气、天然气、沼气等氢气、煤气、天然气、沼气等氢气、甲醇氧化剂纯氧空气、氧气空气、氧气空气、氧气空气、氧气电解质氢氧化钾磷酸盐基质碳酸锂、碳酸钠、碳酸基质稳定氧化锆等薄膜或薄板聚合物膜催化剂无铂无无铂工作温度9-100190-200600-700700-100080-100水管理蒸发排水蒸发排水气态水气态水蒸发排水+动力排水发电效率60%40%45%-50%60%固定式35%运输60%发电能力10-100kw1kw-100kw100-400kw300kw-3mw1kw-2mw用途太空用电源、军用电源分布式发电、废水处理厂、医院、应急电源分布式发电、电力公司辅助电源、电力公司、分布式发电备用电器、移动电源、分布式发电、运输、特种车辆数据来源：《燃料电池》1.3燃料电池优势氢燃料电池阴极板供给的氧可直接从空气中获得，因此仅需不断给阳极板供应氢气并及时把水带走，氢燃料电池就可以不断提供电能。相对于其他能源，氢燃料电池的发电过程无污染、能量转换效率高，且其燃料氢气来源广泛，可再生。燃料电池主要优势列表无污染燃料电池属于清洁能源的一部分，由于其反应过程就是无污染的水反应，反应过程不会产生污染物，其主要污染物来自于燃料，可能存在氮氧化物等污染。相对于普通火力发电的空气污染以及传统电池的重金属污染而言，燃料电池对环境的污染程度远远降低。而氢燃料电池，其燃料为纯净无污染的氢气，相对其他燃料而言，废气中也不存在污染物。可以说，氢燃料电池就是一个能真正实现零污染的环保能源。高效的能量转换效率燃料电池的发电效率也处于较高水平。在各种发电方式中，传统火力发电效率在30%左右，远低于燃料电池平均的40%-60%效率。而在汽车领域的应用中，燃料电池的效率可达60%，也高于目前汽车普遍使用的内燃机效率。总体而言，燃料电池的能量转换效率在其类似替代能源中都处于较高水平。燃料易获得氢是宇宙中最常见的元素，氢及其同位素占到了太阳总质量的84%，宇宙质量的75%都是氢。氢分子在地球上不是以天然的气体存在，大部分氢结合氧存在水中，可以说水资源在一定程度上代表了氢能的储存量。比较于传统内燃机，氢燃料最大的优势就是无排放（排放为纯水），同时稳定性高、可以持续工作，出现故障的概率较低；比较与锂离子电池等电动车，其最大的优势就是功率密度高，不需要装载笨重的电池系统。但是燃料电池的劣势也比较明显，首先是运行温度与能量转换效率成正比，但较高的运行温度限定了应用范围，同时无论是从燃料电池本身的成本，还是从燃料成本上都还远远高于内燃车和锂离子电动车。所以燃料电池的应用领域一般都是针对稳定性、排放及空间要求高，但同时对于设备、燃料经济性要求较低的领域，PLUG的叉车概念就是最好的例证。2、氢燃料电池产业链解析氢燃料电池主要包括电池组件和燃料两个部分。因此其上游主要是氢气供应以及电池零组件。氢气供应部分主要是为燃料氢气而准备的，主要流程包括氢气生产、输送和充气机。而电池零组件部分则主要生产燃料电池组、氢气存储设备和配件。中游则是将上述组装，形成一个完整的可投入使用的燃料电池系统，每种系统构成都依据其不同的应用领域而有所不同。下游的应用板块则主要包括了固定、交通运输和便携式三个主要领域。产业链的核心在于中游的燃料电池系统，系统的组成对于下游的应用。而在燃料电池系统中，燃料电池模块是最为重要的。一般燃料电池由电解质、催化剂和双极板组成，在这三者中，催化剂的有无对燃料电池成本的影响最为巨大。对于PEMFC来说，由于其使用昂贵的铂族金属作为催化剂，其价格一直居高不下，可以说，催化剂是燃料电池价格的决定因素之一。另一个重要决定因素是电解质，不同技术类型的燃料电池对电解质的要求不同，不同的电解质的价格也会有多不同，并最终对燃料电池价格产生影响。PEM燃料电池成本分布情况单位2010201120122013金属铂价格美元/盎司1100110011001500金属铂成本美元/80千瓦559528621974电池堆成本美元/千瓦25222027辅助设备成本美元/千瓦25262627其他成本美元/千瓦1111系统总成本美元/千瓦51494755催化剂成本占比%13.7%13.5%16.5%22.1%燃料电池下游领域情况应用领域优点缺点代表公司汽车能量使用效率较高，零排放生产成本过高，制氢、运输氢、储氢成本较高，高压储氢安全性问题本田、丰田、奔驰巴士燃料电池巴士比柴油和天然气巴士的燃料经济性高出39%-141%生产成本过高，制氢、运输氢、储氢成本较高，高压储氢安全性问题UTCPower、丰田、Ballard、Hydrogenics、ProtonMotor叉车燃料电池在工业应用内最大的部门之一，室内使用无污染气体排放、电能持续时间长，降低电池体积下游客户局限在西斯科、联邦快递、可口可乐、金佰利等对室内环境要求较高的食品快递企业叉车市场Plug摩托车/自行车零排放，基本无噪音经济型不高，续航里程较低IntelligentEnergy、本田飞机低噪音，低散热，可作为无人侦察机，续航时间长，故障率低造价高波音潜艇低噪音，低散热，在雷达探测上可降低被发现概率，续航能力突出，无废气排放，可产生饮用水——德国海军造船厂便携式电源（笔记本、智能手机、取暖器）主要用于野外使用，不需要发电，直接通过添加燃料，方便快速，功率可调节体积较大，且实际使用成本远高于充电成本——移动基站、分布式发电、不间断电源稳定可靠成本较高——氢电池产业各环节优劣势分析环节一燃料电池堆系统优势：成本及性能已经接近商业化门槛。劣势：催化剂贵、氢纯度要求高、老化问题、电池寿命。环节二制氢环节成本已基本达到目标上限环节三加氢站成本仍然较高，商业化尚需时日安全性仍需要提升，性价比与安全性是关键考虑问题环节四氢气运输成本太高环节五氢储存储存问题是核心难题3、氢燃料电池市场细分氢燃料电池早在20世纪60年代就因其体积小、容量大的特点而成功应用于航天领域。进入70年代后，随着科学技术的不断进步，氢燃料电池也逐步被运用于发电和汽车。现如今，伴随各类电子智能设备的崛起以及新能源汽车的风靡，氢燃料电池主要运营于三大领域：固定领域、运输领域、便携式领域。2012年，全球燃料电池系统的出货量近3万台，同比增长约34%。相对于2008年增长超过321%。而在其中，固定式燃料电池的增长最为显著，从2008年的2000台迅速上升至2.5万台。交通运输燃料电池发展相对平稳，在未来其发展的主要看点集中在轻型燃料电池电动汽车数量的增加和物料搬运设备市场的大幅增长。在三个领域中，便携式领域的发展几乎处于停滞状态，即使目前已经有许多公司陆续推出手机用氢燃料电池，但就整体而言，该类产品的商业化尚未得到实现，未来发展还需要很长时间。日本富士经济公司针对产业和商业、家用、燃料电池车、叉车等驱动、便携和应急以及便携终端6个领域进行了调查，预测到2025年，全球市场总计将达到52843亿日元，相当于2011年的74.2倍。05000100001500020000250003000035000200820092010201120122008-2012年全球燃料电池出货量（单位：台）年度出货量便携式交通运输固定式招商证券研究员表示，从全球燃料电池趋势看，以现阶段技术，燃料电池更适合用于固定设备（医院不间断电源、分布式发电、军用等设备稳定性及噪音有特殊要求领域），而北美地区运输业下游市场的增长则主要来自于叉车等对排放、灵活性要求较高的专用车领域。3.1固定领域固定式燃料电池包括多种尺寸和类型，主要用于各种固定位置的电力供应，包括发电站、楼宇、工程等领域的大型首要电源、备用电源或热点联产（CHP），用于家庭住宅和商业的微型热点联产，以及远程或基本应用例如电讯塔的首要或备用电源。固定式燃料电池主要包括MCPC、SOFC、PAFC和PEMFC。在美国市场，美国本土的BloomEnergy，FuelCellEnergy，UTCpower和加拿大的BallardPowerSystem是该领域的主要生产公