2017年全球氢燃料电池产业发展情况分析【图】

    一、世界燃料电池产业发展特点

    发达国家都将大型燃料电池的开发作为重点研究项目，企业界也纷纷斥以巨资，从事燃料电池技术的研究与开发，现在已取得了许多重要成果，使得燃料电池即将取代传统发电机及内燃机而广泛应用于发电及汽车上。值得注意的是这种重要的新型发电方式可以大大降低空气污染及解决电力供应、电网调峰问题，2 MW、4.5 MW、11 MW成套燃料电池发电设备已进入商业化生产，各等级的燃料电池发电厂相继在一些发达国家建成。

    燃料电池的高效率、无污染、建设周期短、易维护以及低成本的潜能将引爆21世纪新能源与环保的绿色革命。如今，在北美、日本和欧洲，燃料电池发电正以急起直追的势头快步进入工业化规模应用的阶段，将成为21世纪继火电、水电、核电后的第4代发电方式。燃料电池技术在国外的迅猛发展必须引起我们的足够重视，现在它已是能源、电力行业不得不正视的课题。

    由于碱性燃料电池在实际使用中，往往采用空气作为氧化剂，会受CO2毒化而大大降低效率和使用寿命，因此，人们认为碱性燃料电池不适合作为汽车动力等方面，并将研究重点转向了质子交换膜燃料电池，只有少数机构还在对碱性燃料电池进行研究。为了解决碱性燃料电池这一问题国外进行了大量的研究工作。

    E. Gulzow等研究发现：当电极采用特殊方法制备时，可以在CO2含量较高的条件下正常运行而不受毒化。在电极制备中，催化剂材料与PTFE（聚四氟乙烯）细颗粒在高速下混合，粒径小于1mm的PTFE小颗粒覆盖在催化剂表面，增加了电极强度，同时也避免了电极被电解液完全淹没，减小了碳酸盐析出堵塞微孔及对电极造成机械损害的可能性。此外，还允许气体进入电极，在发生电化学反应的区域形成1个3相区；S. Rahman等将通常电极制备的干法和湿法相结合，提出了过滤法，通过控制PTFE的含量和碾磨时间来优化电极的性能。研究表明：当PTFE的含量为8％（质量分数）、碾磨时间为60 s时，电极性能最好。通过新的电极制备方法，碱性燃料电池可承受较高的CO2浓度；E.Gulzow等在氧气中加入5％的CO2，对碱性燃料电池电极进行连续3 500 h的实验，未发现CO2对电极的寿命和性能带来影响，说明新的电极制备方法可解决电极CO2毒化的问题。

    另外也有人提出采用氨作为氢源，避免CO2的毒化问题。氨在室温下仅需8~9 MPa就可被液化，不需较高能量消耗，且价格低，已有比较完善的生产、运输体系，而氢的使用则需要较长时间进行基础设施建设。氨具有强烈刺鼻的气味，其泄漏很容易检测。和其它燃料相比，氨更为清洁，不会对土地造成破坏。氨的爆炸范围比较小，仅15％~28％（体积分数），相对安全。在碱性燃料电池使用中，只需在燃料入口增加1个重整器，将NH3分解为N2和H2即可。所以NH3将有望在碱性燃料电池中广泛使用，具有较好的发展前景。

    全球燃料电池市场发展迅猛，2008年全球燃料电池出货量为9.5千件，2015年燃料电池出货量达到71.5千件，是2008年的7.5倍。

2008-2015年全球燃料电池市场出货量：千件

资料来源：公开资料，智研咨询整理

    相关报告：智研咨询发布的《2017-2023年中国氢燃料电池车行业运行现状及投资预测研究分析报告》

    按应用领域划分，2015年固定应用行业燃料电池出货量占总出货量的68.5%，达49千件；便携应用出货量占24.6%，达17.6千件；交通运输行业出货量占6.9%，为4.9千件。

2015年国际燃料电池区域格局（出货量按应用领域）：%

资料来源：公开资料，智研咨询整理

2008-2015年燃料电池市场或货量（按应用领域划分）：千件

资料来源：公开资料，智研咨询整理

    从全球燃料电池出货量地区分布来看，2015年亚洲燃料电池出货量占全球出货量的65.2%，达46.6千件；北美燃料电池出货量占22.0%，达15.7千件；欧洲出货量占11.6%，达8.3千件。

2015年国际燃料电池区域格局（出货量按地区）：%

资料来源：公开资料，智研咨询整理

2008-2015年全球燃料电池市场或货量（按地区划分）：千件

资料来源：公开资料，智研咨询整理

    按燃料电池类型分，2015年质子交换膜出货量为63.8千件，直接甲醇燃料电池2.2千件；磷酸燃料电池实现零的突破，为0.1千件；固体氧化物燃料电池5.4千件。熔融碳酸盐燃料电池0.1千件。

2008-2015年全球燃料电池市场或货量（按类型）：千件

资料来源：公开资料，智研咨询整理

    二、全球氢燃料电池研发应用情况

    燃料电池可以分为3个引用应用领域：便携领域，固定领域与运输领域。现今的氢燃料电池研究主要集中在电动汽车领域及其相关设备的研究上。

    便携领域指的是那些可以移动的装置，比如辅助动力装置（APU）。固定领域指的是设于固定位置产生电力的装置，比如发电站。运输领域为那些提供车辆推进或者其他动力的装置。燃料电池系统多种多样，发电量小到1瓦大到百万千瓦，所以研究不但要从装置的出货数量考虑也要与他们产生的发电量的角度来考虑。研究燃料电池也要考虑其燃料与相关基础设施，涉及燃料与燃料电池的产品本身，贮藏与分发这几个方面。

    携式设备定义是那些为移动设备充电的设备。比如军用应用（便携士兵电源，撬装式燃料电池发电机等），辅助装置系统（APU）（如休闲和运输产业），便携产品（手电、割草机），小型个人电子（MP3播放器，照相机等）,大型个人电子（笔记本电脑，打印机，收音机等），教育工具和玩具等。便携式设备通常应用直接甲醇燃料电池（DMFC）技术或者质子交换膜（PEM）技术。具有离网运行、比普通电池更耐久、快速充电、显著减轻（尤其是军事领域更为显著）、方便可靠低运营成本等优点。

BOC公司的Hymera野外灯光提供系统

资料来源：公开资料整理

Lilliputian与HorizonFuelCellTechnologies的便携式燃料电池充电装置

资料来源：公开资料整理

燃料电池军工领域应用

资料来源：公开资料整理

    在消费电子市场燃料电池的应用更为广泛，户外零售企业REI与Brunton专注于销售能给独立运营的设备充电的产品，目前燃料电池正在其产品栏目之内。军工携带产品，不论是车载还是士兵携带功能系统，燃料电池都获得了广泛的认可与应用。虽然想要在这个严格管制的领域推广新的能源技术很难，但燃料电池的重量优势与其燃料节省优势都为其打开了道路。虽然这个领域的订单还没形成规模，但预计未来便携式领域将由军工带动迎来转折点。

    固定式燃料电池供电系统指的是那些不能移动的供电设备，通常包括热电联产设备（CHP），不间断电源设备（UPS）与基础发电机设备。

    CHP系统主要有4种技术：内燃机、斯特林发动机、蒸汽机和燃料电池，其中燃料电池系统主要是SOFC和PEMFC

欧盟燃料电池激励政策

资料来源：公开资料整理

    家电联产设备（CHP）大小在0.5千瓦到10千瓦之间，受益于燃料电池产生的热副产品，比如说热水，家电联产系统的总体销量大大提高。可达到总效率80%-95%。家用CHP在日本已经得到了巨大的发展，在2010年底有10000台的存量，他们都用于家用供电与供热。南韩也在大力发展CHP家用项目，与日本一样，其购买主要依托于ZF补贴。目前CHP燃料电池主要应用于亚洲，主要是日本，1台额定发电功率1KW的ENE-FARM大体可以满足普通日本家庭60%的电力需求及80%的热水需求。日本在2002年开始启动家庭燃料电池示范计划，2005年开始补助系统装置费用，在2009年初以ENE-FARM名称正式宣布家用燃料电池进入商业化阶段。2009年日本东京燃气、大阪燃气、东邦燃气、西部燃气、新日本石油以及ASTOMOS能源6家公司发表联合宣言，在全球率先在2009年度开始销售“ENE-FARM”。

家电联产设备机构图

资料来源：公开资料整理

    不间断电源设备（UPS）主要应用于应对停电，这个市场可以分为五类，其中为电信基站提供离网短时间运行电力；为关键通讯基站比如无线电网络提供额外离网运行时间；为数据系统提供额外离网运行时间这三类系统为目前发货量最多的系统。

    三、美国氢燃料电池产业发展概况

    美国政府将氢能和燃料电池确定为维系经济繁荣和国家安全的、至关重要的、必须发展的技术之一。目前，涉及氢能和燃料电池发展两大核心部门分别是能源部（DOE）和国防部（DoD）。

    能源部当前的特定目标主要有三个，即，从现有的和未来的资源中获取氢能；自由汽车（FreedomCAR）计划；燃料电池研究。燃料电池研究包括两个项目：一是“氢能、燃料电池和基础设施技术项目”，为大量相对独立的研究活动提供帮助，将氢能生产、储藏和运输方面的技术进行整合，其主要目标是降低氢能生产和配送成本，到2010年降至1.5美元/公斤；开发高效、低成本的燃料电池技术，同时建立高效、低成本的氢能输送基础设施网络。二是“自由汽车和汽车技术项目”，主要将资金集中支持涉及轻型汽车、燃料电池以及相关基础设施等方面的一些基础性的、具有风险的研究项目，包括混合型燃料电池汽车（FCV）的研发、燃料电池补给站网络的建设，以及动力传动系统的研发等。

    国防部的研究则主要集中于氢能和燃料电池在军事方面的应用，研究的重点是PEM和SOFC。其核心项目包括“高级电力和能源项目（APEP）”、“热电电力生产”、为SOFC系统的军事应用研发燃料发生器（达到10kW）等。

    四、日本氢燃料电池产业发展概况

    日本自1974年由经济产业省（METI）提出“阳光工程（Sunshine Project）”以来，对各种新能源开发一直非常活跃。1993年进一步提出了新的阳光工程，主要致力于太阳能、风能、燃料电池、洁净煤技术的研发，并且寻求国际合作共同致力氢能系统的开发。

    目前，就各种燃料电池而言，PAFC和MCFC在日本已经得以应用。而应用于汽车领域的PEMFC也进入了实用阶段，SOFC的应用相对滞后一些，但在不远的未来也将投入商业化应用。