钜大LARGE | 点击量:1435次 | 2019年03月03日
氢能和燃料电池行业介绍
氢气是一种优质的燃料,主要应用途径是燃料电池。当前燃料电池的主要应用场景包括交通运输、固定式应用以及便携式应用。目前世界主要发达国家都十分看重氢能的发展,氢能和燃料电池已在一些细分领域初步实现了商业化。
从全球数据来看,2017年全球燃料电池的装机量增长了30%,达到670MW,移动类装机量455.7MW,固定式装机量213.5MW,便携式装机量0.5MW。截至2017年12月,全球燃料电池乘用车销售累计接近6000辆。丰田Mirai共计销售5300辆,其中美国2900辆,日本2100辆,欧洲200辆,占全球燃料电池乘用车总销量的九成以上;加氢站共有328座加氢站,欧洲拥有139座正在运行的加氢站,亚洲拥有118座,北美拥有68座。
目前国内燃料电池乘用车市场为零,商用车主力为客车生产企业,其中各类物流燃料电池商用车占94%,客车占6%。中长期来看商用车市场会首先呈现爆发式增长,究其原因:
补贴力度:国内对大型商用车补贴力度更大
价格敏感度:商用车对成本敏感性较低
技术能力:商用车(尤其是客车)车身体积较大,可以简单地通过增加储氢瓶增加续航能力,
对储氢技术要求不高。
我国燃料电池及燃料电动汽车主要布局区域
与日韩、美、欧相比,我们的差距在哪里?
技术水平
中国:整体起步晚、技术暂时落后;现阶段正在引进海外龙头加速发展
日本:日本政府对氢能和燃料电池,包括固定式应用的推广力度在世界范围内最大;日本燃料电池出货量/装机量占全球60%以上
美国:掌握全球最先进技术,聚集众多世界领先公司;尤其在液氢生产规模、价格方面有绝对优势
欧洲:德国在氢能方面技术及推广应用走在欧洲、甚至全球前列;六家氢能产业龙头企业(AirLiquide、Daimler、Linde、OMV、Shell和Total)结成H2Mobility联盟,支持德国氢能产业发展
加氢站建设
中国:2016年10月,中国标准化研究院资源与环境分院和中国电器工业协会发布的《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书(2016)》首次提出了我国氢能产业的发展路线:2020年计划达到100座;2030年1000座;2050加氢站网络构建完成。目前我国已形成了一批从加氢站设计到运营的企业,这些企业主要集中在北上广地区。
日本:领跑全球加氢站建设,在2020年前共完成160个加氢站的建设
韩国:到2022年重点资助310个新的氢气加气站
美国:目前北美分布的68座加氢站仅一座位于加拿大,其余全部分布在美国,加州地区集中度最高。丰田联合壳牌计划2024年前在美国加州部署建造100座加氢站
欧洲:2017年欧洲拥有139座正在运行的加氢站,其中德国有24座新公共加氢站投入运营,德国成为全球公共加氢基础设施第二大基地,共拥有45座公共加氢站,到2019年德国加氢站数量预计将增加到100座
燃料电池汽车
中国:氢燃料电池商用车已实现量产;乘用车还处于示范运行阶段
日本:丰田是目前世界上燃料电池汽车商业化最成功的公司,2020年Mirai年产量将达到3万台左右
韩国:韩国现代是全球首先实现量产的FCV
美国:美国燃料电池乘用车和叉车保有量全球领先
欧洲:奔驰推出GLG氢燃料电池与插电混动车;奥迪宣布与现代汽车合作发展氢燃料电池技术。
补贴情况
中国:补贴力度全球最大:乘用车补贴20万元/辆;轻型客车、货车30万元/辆;大中型客车、中重型货车高达50万元/辆
日本:早在2000年,日本政府通过NEDO开始再政府的支持下开展燃料电池实用化研究。2018财年将为Enefarm和小型商业化系统提供89亿日元(约合5.3亿人民币)。此外,日本政府对购买燃料电池的买家予以补贴,东京FCEV买家补贴:京都政府100万日元(约合RMB5.5万)+中央政府200万日元(约合RMB11万)
韩国:韩国政府未来五年内用于氢燃料电池以及加氢站的补贴将达到20亿欧元。目标是到2022年为15000辆燃料电池汽车和1000辆氢气公交车提供资金。FCEV买家可获得2750万韩元(约合RMB17万元)国家补贴,及各种免税的优惠政策
欧洲:德国打造国家氢和氢燃料电池技术创新计划(NIP)。通过NIP计划,共募集14亿欧元的专项资金用于2007~2016年的氢能项目开发。募集资金中的7亿欧元由德国政府出资,剩余资金则按项目合作制度由产业提供。德国设立车型开发奖励;英国燃料电动汽车购置补贴为4500英镑(约合RMB4.5万元)
核心技术
氢气储存:气态储氢时目前最主流的方式,未来,固体合金储氢有望成为主流储氢方式。
燃料电池原材料:质子交换膜燃料电池应用前景目前最为广阔,预计是未来发展最快的燃料电池技术。其核心原材料包括膜电极、质子交换膜、催化剂等。
电堆设计及组装:电堆成本在燃料电池中的占比最高,达67%,改进电堆技术成为降低成本的关键。催化剂+膜电极成本在电堆中占比最高,并且膜电极是燃料电池的心脏,因此这两种原材料成为了燃料电池技术发展的关键。
电堆与燃料电池集成:2020年,中国燃料电池原材料需求市场规模预计达到1.6亿元,全球将达到11亿人民币,前期投资规模约为5-10亿人民币。随着关键材料国产化和电堆体积功率的提升,电堆成本可以大幅度下降。
燃料电池商用车商用客车由于政策补贴高、技术要求低,及成本敏感度低等原因,将首先迎来爆发式增长,到2050年将占据燃料电池汽车行业一半以上市场份额。
中国氢能产业链挑战
制氢环节
现有制氢技术大多依赖煤炭、天然气等一次能源,经济、环保性问题依然突出。利用核能、生物质气化制氢尚不成熟,利用太阳能或风能等可再生能源则存在效率低、综合成本高等问题。
储氢环节
虽然加压压缩储氢技术、液化储氢技术、金属氢化物储氢技术和有机化合物储氢技术均取得了较大进步,但储氢密度、储氢安全性和储氢成本之间的平衡关系尚未解决,离大规模商业化应用还有一定差距。
用氢环节
氢气对密封性要求极为严格,维护困难、启动需要预热时间等都影响了燃料电池车的生产。氢燃料电池汽车规模不足,导致加氢站建造成本居高不下、难以大规模铺设,加氢站数量不足反过来又导致用户难以选用氢燃料电池汽车。总体来看,用氢环节的便利性和成本控制难以兼顾。
基础研究
从全球范围的氢能专利布局看,大量核心专利掌握在美国、日本等国的大型企业手中,我国尚未成为主导国际氢能发展的技术来源方。国外专利申请者多为实力雄厚的跨国企业,在行业内具有绝对领先的技术优势和资本优势,而国内专利申请者多为高校和科研院所,应用技术基础研究能力薄弱,产品转化速率较低。
此外,以丰田、本田为首的国外跨国企业,具有很强的专利保护意识和清晰的国际专利布局战略意图,在很多国家都申请了相当数量的PCT专利。相比之下,中国研发机构对专利保护意识不足,在国外申请数量较少,不利于未来市场竞争与拓展。
标准化建设
在氢能产业发展的过程中,目前依然面临着“谈氢色变”的问题。全球学术界和产业界已形成共识,只要按照标准来发展氢能产业,安全程度是可保障的。目前氢能方面的标准已经超过21项,但远远不能满足产业发展的需求,而没有相应基础标准的支撑,新产品推广就会受限。
成本问题
高昂的燃料电池系统和车载氢系统成本,短时间内无法克服。如果成本居高不下,将直接制约氢燃料电池汽车的普及。
国内氢燃料电池相关政策
2009年:出台《节能与新能源汽车示范推广财政补助资金管理暂行办法》,中央财政开始对试点城市给予一次性定额补贴
2010年:《中华人民共和国车船税法》规定:纯电动汽车、燃池汽料电车和插电式混合动力汽车免征车船税
2014年:出台《关于免征新能源汽车车辆购置税的公告》,2014.09.01-2017.12.31购置新能源汽车免征车辆购置税;财政部发布《关于新能源汽车充电设施建设奖励的通知》,对符合标准的新建燃料电池汽车加氢站每个奖励400万元,首次将加氢站纳入了补贴范围
2016年:国家发改委和国家能源局在系统内部发文,提出15项重点创新任务,其中包括氢能与燃料电池技术创新
2018年:四部委联合发布《关于调整完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》,对锂电池汽车补贴标准有所下降,但燃料电池汽车补贴标准力度不减。
目前未出现在氢能源燃料电池汽车生产制造领域设置补贴政策。