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【核心观点】
1.氢燃料电池是最清洁的能源,燃料电池能效转换率高,最大的好处是氢燃料储量丰富、清洁环保、可再生,氢能的发展正渐入佳境。
2.全球燃料电池市场近两年来有加速趋势,主因来自于各国政府扶持及燃料电池汽车拉动。
3.目前,燃料电池汽车成本还比较高,氢燃料电池汽车最核心的部件是燃料电池堆,其中双极板、质子交换膜和催化剂是电堆主要成本,目前占比约70%,其中催化剂占比21%,随着市场规模效应与技术不断发展,燃料电池成本可以大幅下降,2030年燃料电池的成本有望接近燃油车水平成为可能。
【事件】
丰田全新Mirai氢燃料电池动力车在日本国内率先上市,随后在美国和欧洲国家陆续上市。该车正是丰田在2014年1月举办的CES大展上,发布的FCVConcept概念车的量产版车型。
一、什么是氢燃料电池
氢燃料电池是使用氢这种化学元素,制造成储存能量的电池。其基本原理是电解水的逆反应,把氢和氧分别供给阴极和阳极,氢通过阴极向外扩散和电解质发生反应后,放出电子通过外部的负载到达阳极。氢燃料电池具有发电效率高、环境污染少等优点。
二、氢燃料电池的工作原理
氢燃料电池发电的基本原理就是电解水的逆反应,燃料电池的产物是电和水。具体反应过程为:氢气通过管道或导气板到达电池阳极,氢在催化剂作用下分解为质子和电子,带阳电荷的质子穿过隔膜到达阴极,带阴电荷的电子则在外部电路运行,从而产生电能。
在电池的另一端,氧气(或空气)通过管道或导气板到达阴极,在阴极催化剂的作用下,氧分子和氢离子与通过外电路到达阴极的电子发生反应生成水,阴极反应为:1/2O2
2H 2e→H2O。
电子在外电路形成直流电。因此,只要源源不断地向燃料电池阳极和阴极供给氢气和氧气,就可以向外部电路的负载连续地输出电能。
氢燃料电池与普通电池的区别主要在于:普通电池是把电能贮存起来,而氢燃料电池是一种发电装置,是把化学能直接转化为电能的电化学发电装置。
三、燃料电池的特点
燃料电池具有发电效率高、环境污染少,与传统的石化燃料相比,燃料电池具有零排放、无振动噪声等优点。和火力发电相比燃料电池具有负荷响应性好、高可靠度等优点,对于提高发电效率、减小环境污染等也有显著的效果。燃料电池最高能效转化率超过60%,高于内燃机30%-35%的能源转换效率。氢燃料取之不尽用之不竭,而且可再生。
四、燃料电池的结构
燃料电池的主要构成组件为:电极、电解质隔膜与双极板等。其中双极板、质子交换膜和催化剂是电堆主要成本,目前占比约70%,其中催化剂占比21%。质子交换膜燃料电池为低温燃料电池,对催化剂的活性要求很高,目前铂是最理想的催化剂,目前的技术是减少铂的使用量,并开发替代品。
五、燃料电池的应用范围
燃料电池与普通电池最大的区别就是它可以发电,普通电池是存储化学能,所以燃料电池可以发电,建造大、中型电站和区域性分散电站,比如现在不依赖空气推进的潜艇动力源和各种可移动电源,民用小型(100W~10KW)也可作为手机、笔记本电脑等供电的优选小型便携式电源。中型(10KW~100KW)电动汽
车动力源,大型(100KW以上)的固定式电源和军事电源。也就是说它可以做成小型电源,也可以做成大型的电源,可以固定也可以移动,可以集中也可以分
散,优势很明显。比如我们的南海岛礁就非常适合使用燃料电池发电。
六、燃料电池市场现状
1.燃料电池销量继续快速增长
根据DOE数据,2014年,全球燃料电池市场销售总额达到22亿美元,相比2013年的13亿美元增长了69.23%。增长的主要原因美国的物料搬运设备、大规模固定电源使用的燃料电池和日本家用燃料电池销量大增,使得北美和亚太地区成为燃料电池的主要增长地区,2015年交通运输领域燃料电池出货量同比增长68.97%,兆瓦出货量同比增长272.85%,呈现爆发式增长态势。
2.政策扶持是燃料电池产业发展的重要推动力
燃料电池最大的特点就是清洁环保,可再生,因此燃料电池持续得到世界各国政府的大力推动,尤其是2009年的联合国气候变化大会对温室气体排放制定目标后,燃料电池用于清洁能源的呼声开始不断走高。
温室气体主要由化石燃料燃烧产生,包括发电,以及车辆排放的尾气,减少化石燃料燃烧成为减排的重要途径,而燃料电池恰恰不用燃烧就可以发电,提升能效转换率,减少二氧化碳或其他废弃气体的排放。
美国和加拿大是燃料电池研发和示范的主要区域,政府从补贴和税收优惠政策等各方面扶持燃料电池产业。日本是全球发展燃料电池最积极的国家,技术比较先进。目前,日本在氢燃料电池领域的专利数目遥遥领先于其他国家,其专利数目超过1500。
3.国内燃料电池技术发展状况
中国燃料电池的发展,或类似锂电池的发展路径,技术从不成熟到接近商用,成本上有大幅下降空间,产业推广阶段是从示范运行逐步过渡到商业推广。
我国的燃料电池汽车发展尚在起步阶段,国内相关产业化的工作也正在推进,国家十分重视车用燃料电池技术的研究和开发,经过科技部“九五”攻关、973计划、
“十五”863计划重大专项的经费支持,我国燃料电池的研究开发取得一定发展,有大约近百家单位,包括大学、研究所、公司在从事燃料电池技术的研究与开
发。我国已经在燃料电池的多项核心技术方面取得突破,国家在2016-2020年新能源汽车补贴政策中明确十三五期间燃料电池汽车补贴不退坡,这将有利于
推动产业的发展,目前我国已经进入商业试运行阶段,而且是世界上最大规模试运行。
2016年下半年,首批量产的28辆氢燃料电池公交车将先后在佛山、云浮两地投入示范运营。落户佛山(云浮)产业转移工业园的飞驰氢能源汽车项目全面建成投产后可形成每年5000辆氢燃料客车的生产能力,将成为国内规模较大的新能源燃料电池汽车生产基地。目前,该园区与一汽集团、加拿大巴拉德公司等深入产学研对接合作,打造完善氢燃料电池汽车产业链。其中,由广东国鸿氢能科技有限公司、佛山科学技术学院、加拿大巴拉德公司等联合打造的氢燃料电池项目,在短时间内逐步实现氢燃料电池关键技术和核心产品的国产化、产业化和商业化。
福田汽车日前发布公告表示,近日接到了有车(北京)新能源汽车租赁有限公司购买100辆欧辉氢燃料电池电动客车的订单,该订单产品为8.5米氢燃料电池电动客车,预计今年底前交付60辆,明年底前交付40辆。此次订单的获得,表明福田已经率先成为第一个全球范围内真正实现氢燃料电池电动客车产业化、批量商业化开发运营的企业。该订单产品采用最先进的氢燃料电池技术,且为目前全球最大批量的氢燃料电池电动客车订单,也是第一个实现国家“863”计划重点项目闭环(实现批量商品化生产)的订单。
4.燃料电池行业发展现状目前主要存在的问题
目前燃料电池技术已经比较成熟,正在逐步走向市场化,但是还存在一些问题,这些问题只有在市场化的过程中才能解决。
(1)燃料电池汽车成本还比较高
目前,燃料电池汽车成本还比较高,氢燃料电池汽车最核心的部件是燃料电池堆,其中双极板、质子交换膜和催化剂是电堆主要成本,目前占比约70%,其中催化剂占比21%,随着市场规模效应与技术不断发展,燃料电池成本可以大幅下降,2030年燃料电池的成本有望接近燃油车水平成为可能。
催化剂:质子交换膜燃料电池为低温燃料电池,对催化剂的活性要求很高,目前铂是最理想的催化剂,但是铂金属比较稀有且价格较高,目前主要是减少铂的使用量,并寻找替代材料。
电解质膜:质子交换膜性能要求非常,它的开发和生产难度很大。制造成本过高,氢燃料电池中电解质膜必须达到质子导电率高,水分子电渗透作用小,干湿转换性能好等要求。目前能满足这些要求的全球只有少数几家企业手,包括美国杜邦公司和日本的旭化成。中国目前的电解质膜依靠进口,目前电解质膜的成本还较高。
双极板:双极板主要壁垒体现在加工成本上,加工难度大,采用精密的机械加工模式,加工费用占双极板费用的80%。且加工时间长,限制了双极板的批量供应,影响未来大规模商用化。
(2)加氢站投资较大
加氢站还受制于产业政策不清晰、建设成本居高不下的问题难以在国内放量。国内目前加氢站仅有4个。加氢站对环境要求较高,基础设施建设要重新规划。
(3)储氢装置安全性没有得到足够验证
在该领域技术相对成熟,且未来仍有较大的提升空间。目前在汽车方面,由于运行环境的复杂,安全性方面没有得到足够的实践验证,可能会影响未来产业化的进程。
七、燃料电池未来的主要推动因素:燃料电池汽车
当前,日韩、美国、欧盟等国家和地区都已制定了氢燃料电动汽车发展战略及规划。氢燃料电动车成为全球新能源汽车行业的主攻方向之一,2010年,美国能源部制定《氢能源计划》,推动氢与电一起成为主要能源载体。2015年,美国国会向美国能源部氢和燃料电池项目拨款约1.17亿美元,推动燃料电池电动车发展。
日本目前正在致力于在2020年东京奥运会之前创建“氢能社会”,普及氢能燃料电池,丰田、本田等大型日本汽车产业正陆续推出氢燃料电池车,并在日本及欧洲国家进行市场推广。
预计随着研发技术水平的提高和规模化效应体现,燃料电池汽车有望向着产业化规模化的方向跨越式发展。未来会形成传统汽车、混合动力汽车、纯锂电动汽车、燃料电池汽车共同竞争的市场格局。
近年来,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,推出并研发了多个车型,燃料电池新车型将在近几年年密集上市销售。如果说以前的燃料电池汽车还只是概念的话,近两三年以来,燃料电池汽车商业化逐步开始实现。
研究机构Navigant此前发布报告指出,燃料汽车市场规模还比较小,在新能源汽车中占比仍然较低,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,潜力增长空间巨大!
2015年初,日本45座加氢站建成投入使用,这说明日本目前这一代燃料电池汽车相关技术已经进入商业化实用阶段。
随着各大汽车厂商燃料电池汽车的量产,燃料电池汽车将成为驱动燃料电池发展增长的重要力量,燃料电池汽车将会迎来新一轮发展时期。
八、燃料电池汽车系统组成
燃料电池汽车系统主要有:燃料电池系统,高压储氢系统,驱动电机、电控系统、动力电池系统,燃料电池升压器和其他零部件组成。其中,燃料电池最重要,约占动力系统总成本的三分之二。
九、氢燃料电池相关产业政策
在中国制造2025战略中,对燃料电池汽车的发展提出三个发展阶段:
第一是在关键材料零部件方面逐步实现国产化;
第二是燃料电池和电堆整车性能逐步提升;
第三是要实现燃料电池汽车的运行规模进一步扩大,达到1000辆的运行规模,到2025年,制氢、加氢等配套基础设施基本完善。
国家发改委、国家能源局近日下发了《能源技术革命创新行动计划(2016-2030年)》(下称《计划》,并同时发布了《能源技术革命重点创新行动路线图》(下称《路线图》)。
该《计划》中就包括“氢能与燃料电池技术创新”任务。而《路线图》则明确了氢能与燃料电池技术路线图、战略方向、创新目标及创新行动具体内容。
十、相关产业链公司
1.富瑞特装——储氢装备
公司是国内液化天然气特种装备制造领域的龙头企业,在液化能源及其设备制造方面有着深厚的积累,在液态氢储运方面的设备制造和运输有着一定优势。
2014
年7月份,公司与江苏省张家港保税区管委会就公司氢能源中试及产业化基地项目签订投资意向协议书。项目分两期实施:一期是基于常温常压下液态储氢技术并制
造与之相应的配套系统的中试项目,总投资7060万元,由与地质研究院,程寒松,氢力新能源四方所设氢能公司(占51.97%)实施,氢能公司技术团队将
使车载储氢供氢系统技术及电解催化储氢技术达到产业化,二期是在氢能源储供气装备实现产业化后,将规划建设年产2250T高纯氢气,5500台移动电站备
用电源供氢系统和500台氢气发动机供氢系统项目,总投资5亿元。
2016年3月份,公司与如皋经济技术开发区管理委员会签订了《氢能源汽
车产业战略合作意向书》,双方依托各自的优势,拟就共同推进氢能源汽车产业的投资,市场应用与推广进行战略合作事宜。公司负责氢能源汽车示范运行项目中示范车辆的加氢及氢能保障供应工作,并有意向在如皋经济技术开发区合作开展100辆燃料电池物流车辆的推广示范应用,本合作意向书的签署及后续实施有助于加
快推进公司的氢能源战略。借助国内首个联合国氢能经济示范城市项目的平台及影响力,共同推进氢能源汽车应用的产业化进程,包含发展加氢站,氢能源汽车,研发检测平台,燃料电池等各个领域,通过对外合作技术开发,打通氢能经济产业链,推广氢能源应用。
2016年5月30日,公司出资279万与其他合伙人共同投资张家港新云科技,完成后公司与新云科技合资建立张家港富瑞氢能装备公司,主要提供氢能技术设施技术、装备和一站式解决方案。
富瑞特装控股子公司江苏氢阳能源有限公司的常温常压有机液态储氢项目技术领先,主要提供氢能技术设施技术研发、装备制造和一站式服务,中试已经取得阶段性成果并通过专家论证,目前正在筹建日产100公斤氢源材料生产装置进行大试,装置预计6月底建成。
富瑞在氢能方面主要有三个产业方向:1、控股子公司氢阳能源的常温常压有机液态储氢技术研发及产业化;2、控股子公司富瑞氢能装备公司主要做车用供氢系统、加氢站撬装设备等装备制造;3、公司与南通如皋经开区在氢能源汽车产业方面的合作。
2.雪人股份——燃料电池空气供应系统成熟提供商
福建雪人股份有限公司是一家以制冰、储冰、送冰设备及制冰系统的研发、生产和销售,以及冷水设备、冷冻、冷藏、空调、环保等制冷相关产品的设计、生产及销售为主要业务的公司.其主要产品包括制冰系统、片冰机、冷水机、其他制冰设备及制冰系统辅助设备等四大类。公司通过收购和合作的方式,掌握了压缩机的核心技
术,并拥有了SRM和RefComp两个国际知名的压缩机品牌。公司参股的并购基金于15年收购OPCON旗下SRM和OES,且公司已与并购基金签署回购承诺,预计18年SRM和OES将成为公司的全资子公司,公司将成为燃料电池零部件核心供应商。
空气供应系统是燃料电池重要的组成部分,
具有很高的技术壁垒,在国内空气供应系统尚无成熟产品。瑞典OPCON自1990年投入燃料电池空气供应系统的研发,拥有20余年的技术经验,曾为
Ballard以及世界上主要汽车制造商如通用、奔驰、福特等提供燃料电池空气供应系统,该业务目前由SRM和OES拥有。
3.德威新材——氢能源燃料
公司主营业务:线缆用高分子材料的研发、生产和销售,公告拟出资1亿元在上海设立一家全资子公司——“上海德威互兴氢能科技有限公司”,德威互兴氢能将主要经营氢燃料电池、燃料电池动力系统、储氢系统及新能源汽车零部件和相关检测系统的研发、生产和销售。
公司此次设立德威互兴氢能涉足氢燃料电池领域,是公司“两新”(新材料与新能源)发展战略的进一步深入探索。公司更多的是将其作为战略储备,确立起市场地位,以便未来行业爆发,成为公司重要利润增长点。
4.同济科技——质子交换膜
公司与中科院上海有机化学研究所、上海神力科技公司组建中科同力化工材料公司,占36.23%股权。质子膜事业部主要致力于质子交换膜燃料电池关键材料与部
件的研发,包括质子交换树脂和质子交换膜、膜电极等。质子膜事业部接续承担了多项国家科技攻关任务,研制出具有我国自主知识产权的低成本质子交换树脂和质
子交换膜,质子交换膜已通过项目验收,但该项研究成果能否快速实现产业化还取决于市场的认可度和接受度。同济科技上海安亭加氢站是由同济大学等公司参与共
同研发并建设,上海首座为燃料电池汽车服务加氢站。目前储氢量最大可达800公斤,一次能连续为6辆大巴、20辆小汽车加注氢气,其规模在全球数一数二。
5.贵研铂业——催化剂
贵研铂业是一家主要从事贵金属和相关产品的生产、综合回收利用和销售的公司,公司生产的铂催化剂是氢燃料电池目前技术中的关键部件。公司旗下的贵研所开创了我国铂族金属研究事业,是我国在该领域知识创新、技术创新的主要力量。
贵研铂业通过承担政府科研课题、与上汽集团合作等方式深耕燃料电池电极催化剂市场。在国家提出燃料电池关键部件、材料逐步实现国产化的政策下,公司有望受益于燃料电池汽车市场的快速发展以及电极催化剂国产化的扶持政策。
6.新源动力
新源动力是中国第一家致力于燃料电池产业化的股份制企业,集燃料电池科研开发、成果转化、系统集成、标准制定、人才培养,产业化实践于一体。
新源动力自成立以来,即承担国家科技部“863”计划重大专项——车用燃料电池发动机研制课题,完成的各项技术指标国内领先,部分关键技术已达到国际一流水平,并以此为基础在燃料电池发动机技术领域取得了多项创新成果。新源动力拥有自主知识产权专利技术,涵盖了质子交换膜燃料电池发动机系统关键材料、关键部件、整堆系统各个层面,取得了多项科技创新成果。现拥有自主知识产权专利技术近400件,其中发明专利达到250余件,包括国际专利10余件。
7.上海神力科技
是我国燃料电池技术研发和产业化的领先者。通过承担与完成国家”九五”重点攻关计划、”十五”863及”十一五”863重大攻关计划燃料电池发动机课题,已成为具有完全自主知识产权的燃料电池技术并达到国际先进水平,主营氢质子交换膜燃料电池。
八、风险因素
1.技术发展不及预期
2.市场推广进展缓慢
3.政策风险因素