全球氢燃料电池市场深度解析

  • 2019-10-15
  • 1277
  • 0

全球主要国家均对氢燃料电池的发展投入大量资源,以期在未来新时代的能源竞争中占据领先位置。从目前的情况看,日本、韩国和中国对燃料电池的整体投入最高,以丰田、现代为代表的燃料电池乘用车和固定式热电联供系统以及氢能大巴、物流车的生产均处于全球领先;美国近两年在制造方面增速不如东亚国家,但加州作为燃料电池乘用车的最大单一市场仍然是整个产业里举足轻重的市场;欧洲的燃料电池研发起步很早,近年来奔驰等传统车厂以及博世等一级供应商均已经开始进入燃料电池领域。本文将简单分析全球六个主要市场的情况:中国、日本、韩国、美国、德国、欧洲其他地区。

随着燃料电池产业的推进和以氢为核心的储能的发展,氢气作为沟通交通、发电和储能三大领域的关键能源气体,重要性不断上升,未来地位有望与石化资源比肩,我们预计2030年市场价值超万亿。

全球主要国家均对氢燃料电池的发展投入大量资源,以期在未来新时代的能源竞争中占据领先位置。从目前的情况看,日本、韩国和中国对燃料电池的整体投入最高,以丰田、现代为代表的燃料电池乘用车和固定式热电联供系统以及氢能大巴、物流车的生产均处于全球领先;美国近两年在制造方面增速不如东亚国家,但加州作为燃料电池乘用车的最大单一市场仍然是整个产业里举足轻重的市场;欧洲的燃料电池研发起步很早,近年来奔驰等传统车厂以及博世等一级供应商均已经开始进入燃料电池领域。本文将简单分析全球六个主要市场的情况:中国、日本、韩国、美国、德国、欧洲其他地区。

中国:政府对氢能产业高度重视,政府工作报告提出推动加氢设施建设。中国燃料电池产业链技术快速提升,到2019年中国电堆产业链国产化程度达50%,系统关键零部件国产化程度达70%。中国燃料电池发展初期以商用车为主,目前燃料电池车保有量超4500辆,加氢站超20座。规划2030年燃料电池车100万辆,加氢站1000座。

日本:政府将氢能上升为国家战略。产业链成熟,技术、商业化领先,丰田Mirai产量超万台,Ene-farm热电联产系统数量超过30万套,加氢站超过100座。规划2030年燃料电池车81万辆,加氢站900座,热电联产系统530万台。

韩国:政府支持力度大、补贴高,产业链较为完善。2018年韩国运营燃料电池汽车达到889辆,加氢站14座,发电站装机量达到307MW。规划2040年燃料电池车290万辆,加氢站1200座,发电站装机量达15GW。

美国:研发较早,小布什时期政府投入较高,此后支持力度有所下降,燃料电池车生产较少。应用集中在加州,加州也是全球燃料电池车推广最为成熟的地区,加氢站建设40座,乘用车保有量超6500辆。规划2030年燃料电池车100万辆,加氢站1000座。

德国:商业化应用处于探索期,乘用车约有500辆、列车和热电联产均有推广;重视基础设施建设,在运营加氢站数量达71座。产业链生态完备,车企巨头奔驰、宝马持续发力燃料电池汽车研发及产业化。

欧洲其他地区:成立燃料电池联盟共同推进燃料电池,远期规划宏大,计划2050年实现4500万辆燃料电池车,2040年加氢站达15000座。

一、综述:氢成为沟通交通、发电、储能三大领域的核心

随着燃料电池产业的推进和以氢为核心的储能的发展,氢气作为沟通交通、发电和储能三大领域的关键能源气体,重要性不断上升,未来地位有望与石化资源比肩,我们预计2030年市场价值超万亿。

氢燃料电池汽车无污染、高效率、载重高、加氢快和续航长优点,未来将全面替代内燃机汽车。燃料电池汽车与传统内燃机车在加注燃料、续航、驾驶性能和耐久性方面已经相差无几,并且实现真正意义上的零排放、零污染的车;相对于锂电池汽车,燃料电池汽车在载重、加氢时间和续航方面优势明显;燃料电池汽车在产业前期将率先在商用车领域起量,中后期伴随燃料电池研发、制造和氢制储运技术不断发展以及加氢站基础设施的快速完善,氢燃料电池交通应用将拓展至轮船和有轨列车等领域。2018年全球燃料电池车保有量达1.29万辆,车企巨头丰田、本田、现代、奔驰、宝马和上汽纷纷发力燃料电池汽车,推出量产或者实验车型;发动机企业潍柴动力和康明斯也通过投资并购切入燃料电池领域。

燃料电池发电具备清洁环保、效率高和无间断发电等优点,在固定式发电领域和家用热电联产增长迅速。世界各地已陆续安装了数十万台燃料电池发电装置,根据E4tech的统计,燃料电池固定式发电应用已从2011年的81.4MW增加到2018年的240MW,平均年复合增长率近20%。截止2019年4月初,ENE-FARM部署量达30.5万套,成为全球最成功的燃料电池商业化项目之一。

氢作为储能介质,未来结合光伏、风电将重塑能源格局。我国可再生能源发电比例在快速增大,但同时也存在发电和负荷中心在地理上的布局不均和季节性不均难题,氢储能是储能等领域重要发展路线之一,具有规模适应性强、环境友好、终端应用灵活多样、可跨季度储存等优点,并可与天然气管网结合,是大规模消纳弃风、弃光、弃水等新能源,实现电网和气网互联互通的重要手段。

二、各国氢能加速发展,远期规模超十万亿

1.能源安全+环保+技术进步促进氢能加速发展

从能源储量来看:目前一次能源需求以石油、天然气、煤炭为主,占比超85%,2017年全球已探明石油储量可供50.2年产量,天然气储量可供52.6年产量,煤炭储量可供134年产量,全球能源需求逐年增长的背景下,传统不可再生资源的短缺性日益凸显,各国积极发展可再生能源。

从各国能源依存度的角度来看:1)日本、韩国能源自给率低,2016年日本能源自给率仅8%,韩国能源自给率仅18%,能源安全问题备受关注,也是其大力发展氢能源的根本原因。2)中国能源自给率维持在80%以上,但中国能源结构属于“多煤少油缺气”,近年来,原油依存度逐年攀升,2018年中国原油净进口量4.6亿吨,原油对外依存度达70.83%。考虑石油消费以交通为主,因此现阶段中国发展燃料电池车的需求更为紧迫。

从碳排放来看,2017年中国碳排放达92亿吨CO2,占全球碳排放的28%,温室效应的背景下,2016年175个国家签署《巴黎协定》,主要目标是将本世纪平均气温上升幅度控制在2摄氏度,考虑全球二氧化碳排放以能源系统为主,碳排放高的国家发展燃料电池的动力更足。

燃料电池产业链技术进步,交通应用达到产业化条件。目前燃料电池汽车在速度、加速时间和续航均满足日常使用,商业化瓶颈主要是在耐久性、低温启动和铂金需求方面,目前电堆性能达到商业化需求。

耐久性,乘用车领域,丰田轿车用电堆寿命超5000h;商用车领域,美国和伦敦均有使用石墨板的燃料电池巴士运营时间超过3万小时,电堆没有大的维修或者更换。

低温性能,可以应对全球绝大部分地区和气候,实现-30℃启动。

燃料电池汽车驾驶性能媲美传统汽油车。以乘用车为例,续航在500km以上,氢气加满时间为3分钟,百公里加速在10秒左右。

2.燃料电池出货量稳步增长,燃料电池车发展迅猛

2018年全球燃料电池出货量(按件计)达7.4万套,同比增长5%;出货量(以功率计)达803MW,同比增长22%。

从用途来看,以固定式燃料电池(主要应用于家用燃料电池、发电用燃料电池)、交通用燃料电池(主要应用于燃料电池汽车)为主。交通用燃料电池快速增长,2018年出货量(以功率计)达563MW,同增29%。

从类型来看,以PEMFC为主,占比达73%,且维持快速增长,2018年出货量(以功率计)达589MW,同增73%。PEMFC主要应用于燃料电池汽车,2018年PEMFC出货量(以功率计)中475MW来自于燃料电池汽车,占比超80%。

从区域来看,以北美、亚洲为主,2018年北美出货量(以功率计)达415MW,占比达50%,同增25%;亚洲出货量(以功率计)达343MW,占比达43%,同增20%。

根据IEA统计,2018年全球燃料电池车保有量达1.29万辆,2018年增速达80%,其中46%在美国,23%在日本,14%在中国,大多数国家以乘用车为主,中国以商用车为主。根据H2station,目前日本运营中的加氢站数量最多、达110座,德国加氢站达74座,美国达69座。

3.各国积极推广氢能源,远期市场规模超2.5万亿美元

氢能对各国意义重大,多国从顶层设计推动氢能源。其中中国将氢能写入政府工作报告,日本将发展氢能视为国策,韩国将氢能源定位为三大战略投资领域之一。

各国均积极发展氢能源并制定了相应的路线图,其中韩国、欧洲规划亮眼,韩国计划2040年国内累计燃料电池车销量达290万辆,加氢站达1200座;欧洲计划2050年燃料电池车保有量超5300万辆,2040年加氢站达15000座。除燃料电池车外,日本、韩国、欧洲等国在路线图中还制定了家用燃料电池、燃料电池发电的规划。

根据国际氢能委员会的预测,到2050年全球氢能源消费占总能源需求的18%,氢能源及应用年均市场规模超2.5万亿美元(考虑相关产品如燃料电池车市场规模超4万亿美元)。

从下游应用来看,发电、交通、工业能源、工业原料、建筑CHP领域将是未来的重点,其中交通、建筑CHP率先爆发,2025年后发电、工业能源等领域逐步发力。

预计2030年全球运营中的燃料电池车约1000~1500万辆,2050年燃料电池车达4亿辆(约占25%),燃料电池卡车达500万辆(约占30%),燃料电池公交车达1500万辆(约占25%),约占各自领域的20%~25%。

预计2030年全球10%的用户使用CHP设备(混合气),2050年全球8%的用户使用CHP设备(纯氢气)。

三、中国拥抱氢能产业,当前阶段如同2011-2012年锂电池

中国燃料电池产业目前与2012年锂电池极为相似,政策自上而下支持,技术达到产业化条件,产业链国产化进程开启,企业加快布局速度,资本市场投融资热度持续上升。中国燃料电池产业处于上行通道起点,燃料电池万亿级产业拉开序幕。

1.国家政策循序渐进,地方政府积极推动

中国对于燃料电池发展支持处于循序渐进状态,我国从2001年就确立了“863计划电动汽车重大专项”项目,确定三纵三横战略,以纯电动、混合电动和燃料电池汽车为三纵,以多能源动力总成控制、驱动电机和动力蓄电池为三横。近期随着燃料电池产业发展逐渐成熟,中国在燃料电池领域的规划纲要和战略定调已经出现苗头,支持力度逐渐加大,政策从产业规划、发展路线和补贴扶持全方位支持燃料电池产业发展。

产业规划:2016年11月29日,《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》提出系统推进燃料电池汽车研发和产业化。加强燃料电池基础材料与过程机理研究,推动高性能低成本燃料电池材料和系统关键部件研发。加快提升燃料电池堆系统可靠性和工程化水平,完善相关技术标准。推动车载储氢系统以及氢制备、储运和加注技术发展,推进加氢站建设。到2020年,实现燃料电池汽车批量生产和规模化示范应用。2019年7月16日,发改委发言人表示发改委将统筹规划氢能开发布局。

发展路线:2016年10月,汽车工程年会发布的《节能与新能源汽车技术路线图》中指出,到2020年燃料电池汽车在公共服务领域的示范应用要达到5000辆的规模;到2025年,实现氢燃料电池汽车的推广应用,规模达到5万辆;到2030年,实现氢燃料电池汽车的大规模推广应用,氢燃料电池汽车规模超过1百万辆。2019政府工作报告提出推动加氢设施发展。

补贴扶持:2016年12月30日财政部、科技部、工业和信息化部和发改委发布的《新能源汽车推广补贴方案及产品技术要求》中规定除燃料电池汽车外,各类车型2019-2020年中央及地方补贴标准和上限,在现行标准基础上退坡20%,对燃料电池汽车补贴延续至2020年不退坡,对于燃料电池乘用车,给予20万元/辆补贴;对于燃料电池小型货车、客车,给予30万/辆补贴;对于燃料电池大中型客车,中重型货车,给予50万/辆补贴。2018年发布《关于调整完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》,燃料电池汽车补贴基本保持不变,并明确加氢站建设和运营补贴支持。2019年过渡期燃料电池汽车补贴退坡20%,正式期补贴政策将另行公布。

地方政府中,富氢优势、弃电较多或者产业领先为代表的地区重视燃料电池发展。

多地市兴建氢能产业园区,氢能小镇和产业集群等,推动燃料电池公交、物流车示范运营,截至目前超过20地市明确推动氢燃料电池产业发展。目前仅上海、武汉、山东、苏州、张家口、佛山、盐城和大同等地规划显示,到2020年燃料电池汽车数量将超过2万辆,加氢站超过130座。

2.发展路径明确,示范运营打通商业模式

中国燃料电池汽车发展路径明确:前期通过商用车发展,规模化降低燃料电池和氢气成本,同时带动加氢站配套设施建设,后续拓展到私人用车领域。优先发展商用车的原因在于:一方面公共交通的平均成本低,而且能够起到良好的社会推广效果,形成规模后带动燃料电池成本和氢气成本下降;另一方面商用车行驶在固定的线路上且车辆集中,建设配套的加氢站比较容易。当加氢站数量增加、氢气和燃料电池成本降低时,又会支撑更多燃料电池汽车。

2017年,国内燃料电池汽车产量首度破千,达到1272辆,2018年再上新高,产销均达到1527辆,同比增长20%。2019年,燃料电池产业步入规模发展的快车道。7月10日下午,中汽协公布今年6月整车产销数据,燃料电池汽车产销分别完成508辆和484辆,比上年同期分别增长9.8倍和14.6倍。1-6月,燃料电池汽车产销分别完成1170辆和1102辆,比上年同期分别增长7.2倍和7.8倍。

截止目前投入运营车辆约1130辆,其中公交560辆左右,物流车约430辆,轻客140辆。其中,燃料电池物流车在上海已经商业化运营超过1年时间,目前在运营数量达到300辆左右(加氢站限制),运营里程超过1000万km,用户包括京东、申通快递、盒马鲜生、宜家等物流用户。

3.产业链雏形初显,传统巨头纷纷加入氢能领域

中国燃料电池产业国产化程度快速提升,电堆产业链国产化程度达到50%,系统关键零部件国产化程度达到70%左右,其他核心零部件也处于快速追赶进程。

电堆产业链国产环节:

(1)电堆,商用车电堆,广东国鸿和潍柴动力分别引进巴拉德9ssl电堆和LCS电堆技术,商用车电堆通过技术引进方式,短期与国际领先水平持平;乘用车电堆,新源动力在东京燃料电池展上展出的电堆体积功率密度突破3.3kW/L,低温-30℃启动,性能上可以媲美丰田Mirai电堆。

(2)膜电极,苏州擎动自主研发的“卷对卷直接涂布法”膜电极生产线于2月23日正式投产,广州鸿基核心技术成员拥有多年知名燃料电池公司工作经历,在膜电极研发和产业化生产上具备丰富成功经验。

(3)双极板,石墨双极板方面,中国一直有较多企业可以提供,金属板方面,上海治臻已经开发了多款量产金属双极板。

系统国产环节:

(1)系统集成,国内系统集成独角兽上海重塑装车量近千台,系统企业数量逐年增多;

(2)空压机,雪人股份并购基金收购瑞典SRM,拥有了全球领先的空压机技术;其他企业汉钟精机和广顺新能源等也自主研发出燃料电池空压机;

(3)DCDC,国内自主提供,性能快速提升;

(4)电堆,国内企业自主提供电堆,技术或是自主或是引进吸收。

储氢瓶环节:

目前国内储氢瓶重点发展III型瓶,国内储氢瓶企业可以量产销售35MPa储氢瓶,技术和产品均成熟;70MPa储氢瓶具备研发能力,目前处于推广初期。代表企业有富瑞氢能、北京科泰克、北京天海、沈阳斯林达和中材科技等。

传统巨头企业也纷纷加入氢能领域。超过41家OEM厂参与燃料电池汽车研发推广,2018年共有86款车型进入推广目录,产品主要是商用车。发展燃料电池的乘用车企业,包括上汽、长城、一汽、广汽和吉利等;商用车企,包括宇通、中通、苏州金龙、亚星客车、一汽解放、北汽福田、东风特专、佛山飞驰、大运等。发动机企业中,潍柴、玉柴发力燃料电池发动机;能源巨头中,中石化中石油、国家能源集团布局加氢站领域。

四、日本:技术领先、政府支持、乘用车为主的商业模式或待商榷

日本政府将氢能作为新一代能源战略的主体,持续多年推广氢燃料电池。在政策上,日本将氢能上升为国家战略,规划路线清晰,补贴扶持力度大;在推动路径上,日本从汽车和热电联产等领域推动氢能发展,丰田Mirai和本田Clarity是全世界最先进的燃料电池乘用车,ENE-Farm热电联产效率高达97%;此外,日本重视加氢站基础设施建设,目前加氢站达110座。

1.氢能上升为国家战略,推广路线清晰

日本氢能发展初期主要集中于项目研发和示范研究,技术成熟后着重于产业推广,并且在产业发展、补贴扶持和长期战略方面均有清晰规划。

长期战略:2013年5月,安倍政府发布《日本再复兴战略》,将发展氢能提升为国策,并启动加氢站建设前期工作。2014年6月,日本内阁修订了该战略,提出建设氢能社会。2017年,能源部发布《氢能基本战略》。2018年7月,日本发布《第五期能源基本计划》,包括2050年长期能源供需展望,明确提出“从根本上落实氢能社会”。

产业推广:1)大力发展分布式家用燃料电池CHP系统(ENEFARM);2)大力发展燃料电池车;3)建立全球氢气供应链,引进氢能发电;4)促进可再生能源制氢技术发展;5)2020年东京奥运会展示“氢能源社会”;6)加强国际合作,2019年借助G20峰会展示先进的燃料电池技术。

补贴扶持:日本政府为每辆燃料电池车提供至少200万日元的补贴,购买Ene-Farm的企业或个人提供大约10%~20%的费用减免,加氢站最高可以获得相当于投资成本50%的政府资金补贴

2.乘用车与CHP商用化全球领先

日本燃料电池商业化应用处于全世界领先地位,加氢站基础设施全世界相对来说最完善。丰田燃料电池汽车性能与推广数量上居世界前列,日本家用燃料电池热电联产系统数量超过30万套,日本加氢站超过110座。

(1)汽车领域

乘用车:截止2018年,日本燃料电池车保有量达2926台,燃料电池车与电动车价差约300万日元;日本计划2020年燃料电池车保有量达4万台,价差降至180万日元;2025年燃料电池乘用车保有量达20万辆,价差降至70万日元;2030年燃料电池乘用车保有量达80万辆。

商用车:1)2018年日本燃料电池公交车保有量为18台,售价为10500万日元,日本计划2020年燃料电池公交车为100台,售价降至5250万日元,2030年燃料电池公交车达1200辆左右。2)2018年日本燃料电池叉车保有量为150台,计划2020/2030年燃料电池叉车达500/10000台。

(2)热电联产领域

家庭用分布式热电联产系统(CHP),通过利用一次能源发电,并利用发电过程产生的余热供应暖气和热水,整体能源效率可达90%以上。

日本自2005年以来,部署家庭用分布式氢燃料电池ENE-FARM项目,截止2019年4月初,ENE-FARM部署量达305,000套。ENE-FARM主要的产品可分为PEMFC型(质子交换膜燃料电池)和SOFC型(固体氧化物燃料电池),目前销售以价格更低的PEMFC为主。2009年,ENEFARM系统售价303万日元,,2018年PEMFC售价为94万日元/台,SOFC售价为119万日元/台,售价大幅下降。

日本计划2020年部署140万台家用燃料电池热电联产,届时全面取消补贴,预期PEMFC-CHP售价为80万日元/台,SOFC-CHP售价为100万日元/台,投资回收期为7-8年;2030年530万台家用燃料电池投入使用,投资回收期为5年。

(3)加氢站

加氢站:日本是全球加氢站最多的国家,截止2018年12月,日本已建成100个加氢站。计划2020年建立160个加氢站,2025年建立320个加氢站,2030年建成900个加氢站。加氢站建设运营成本快速下降,2013年加氢站建设成本达4.6亿日元,运营成本为0.45亿日元;2016年加氢站建设成本达3.5亿日元,运营成本为0.34亿日元,计划到2025年建设成本、运营成本大幅下降,建设成本为2亿日元,运营成本为0.15亿日元,其中压缩机、储压机伴随规模效应成本快速下行。

(4)发电远期实现商业化

日本预计2030年氢能发电达到商业化,确立氢能、电力、热力三足鼎立的二次能源结构,燃料电池发电成本为17日元/kWh,预计2030年将形成30万吨氢燃料供给能力,全部用于发电相当于1GW装机容量。长期目标发电成本将降至液化天然气发电成本(12日元/kWh),预计日本将形成500-1000万吨氢燃料供给能力,全部用于发电相当于15-30GW装机容量。

3.日本燃料电池产业链成熟,车企形成自给供应链体系

日本燃料电池产业链成熟,电堆、系统、整车和氢气制储运所有环节基本都有本土供应商,丰田和本田等企业持续投入多年,形成闭环供应链体系。

五、韩国:激进的燃料电池新玩家

韩国政府大力支持燃料电池技术,保持长期研发,早在2003年就将氢能定位于韩国政府“21世纪前沿科学计划”的主攻技术领域之一,并且重视燃料电池汽车与发电系统的推广。2019年1月韩国总统文在寅在蔚山市政府大楼发布“氢能经济发展路线图”,宣布韩国将大力发展氢能产业,引领全球氢能市场发展。

1.政府支持力度大、补贴高

韩国政府在发展氢能方面着重于应用推广,并且给予丰厚补贴,远期规划汽车产量、加氢站数量均位于全球前列。

应用推广:韩国政府出台《首都首尔计划推广氢燃料电池的使用》、《百万绿色家庭项目》、《绿色氢城市示范项目》等应用项目,推广氢能产业发展。

补贴支持:韩国燃料电池汽车补贴比例超过售价的60%,加氢站补贴达建设费用的的50%(上限15亿韩元,折合880万人民币)。

氢能规划:《氢能经济发展路线图》规划到2025年打造年产量达10万辆燃料电池汽车的生产体系,氢燃料电池汽车售价有望降至目前的一半,为3000万韩元(约合人民币18.9万元)左右;到2040年氢燃料电池汽车累计产量增至620万辆,加氢站从现有的14个增至1200个。

2.大力发展汽车与发电,规划雄心勃勃

韩国燃料电池商业化应用快速发展,发电站装机量全球领先,燃料电池运营车辆达到千台级规模,加氢站数量目前较少,但是远期规划巨大。

(1)汽车领域

根据IEA,韩国燃料电池汽车达到900辆;韩国计划2022年燃料电池车累计产量达8.1万辆,其中6.7万辆供国内需求;2040年燃料电池车累计产量达620万辆,其中290万辆供国内需求,330万辆出口其他国家。

乘用车:计划2022年累计产量达7.9万辆,6.5万辆供国内需求;2040年乘用车累计产量达590万辆,275万辆供国内需求;预计年产3.5万辆时燃料成本降至5000万韩元(折合31万人民币),年产10万辆成本降至传统汽车水平(3000万韩元,折合18.9万人民币)。

(2)加氢站

加氢站:韩国目前加氢站26座,韩国计划2022年建成加氢站310座,2040年建成加氢站1200座。建设初期加氢站补贴达建设费用的的50%(上限15亿韩元,折合880万人民币)。

(3)发电领域

截止2018年韩国发电用燃料电池达41个(307MW),计划2022年累计生产发电用燃料电池1.5GW,其中1GW供国内需求,安装费用降至380万韩元/kW(折合2.2万人民币/kW),发电成本降至224韩元/kWh(折合1.3人民币/kWh);2040年生产发电用燃料电池15GW,其中国内装机量达8GW,安装费用降至157万韩元/kW(折合9千人民币/kW),发电成本降至131韩元/kWh(折合0.76人民币/kWh)。

截止2018年韩国普及家用燃料电池7167个(7MW),计划2022年家用燃料电池累计产量50MW,2040年家用燃料电池累计产量达2.1GW、普及家庭数达94万户。

3.韩国燃料电池产业链完善,巨头纷纷入局

韩国燃料电池产业链发展完善,绝大部分环节均有国内供应商,并且以现代为首的。韩国巨头企业纷纷入局燃料电池。现代布局整车、系统、电堆和双极板,形成自给供应链,三星在膜电极领域积累深厚,专利数量位居世界前列;浦项制铁切入金属双极板;ILJINComposite开发了超轻复合氢气罐,采用碳纤维复合材料以及增强纳米复合材料内衬。

六、美国:研发早、生产少、应用集中在加州

美国曾是领导世界燃料电池发展的主要国家,自70年代开始研发氢能,并在小布什政府时期掀起了一轮燃料电池的投资高峰期,此后奥巴政府时期,支持力度有所下降,近期特朗普政府对氢能发展持中立态度。当下加州是全球燃料电池车推广最为成熟的地区,加氢站建设63座,乘用车保有量超6500辆。

1.长期保持研发,政党体制增添不确定性

美国氢能产业在2002-2007年期间受到举国重视,目前力度趋于平稳。小布什政府时期,美国引领全球氢能发展。国家战略上,美国先后发布《2030年及以后美国向氢经济转型的国家愿景》、《国家氢能路线图》;通过《氢燃料电池开发计划》《能源政策法》、《国情咨文》等政策项目投入大量资金开展氢能技术研发和示范活动;南加州和俄亥俄州给予燃料电池企业相关税收优惠,购买燃料电池汽车和建设加氢站均可以得到一定额补贴。奥巴马政府时期对燃料电池支持力度有所下降。近期特朗普政府对氢能发展持中立态度,除支持在美国增加煤炭使用量外,没有明确就任何其他替代能源发表任何声明。美国政党体制的特点,实际上为氢能产业的发展增添了不确定性。

政府长期支持研发:美国能源部(DOE)是领导氢能和燃料电池研发的官方机构,1970年由于能源自给项目失败,DOE开始赞助氢能源研究项目。从能源部对氢能和燃料电池项目的投资金额来看,2003年在布什总统发表燃料电池开发计划以来,氢能和燃料电池投资在2004-2010年间经历了一轮高峰,此后逐步回落趋于平稳,目前投入金额开始回升。

2.加州燃料电池汽车全球保有量最高,运营车辆远期规划达到100万辆

加州是美国燃料电池车推广最成熟地区。截止2019年2月,美国燃料电池乘用车保有量超6500辆,是全球保有量最高的国家,从品牌来看,以Mirai为主,Mirai销量超5000辆。美国燃料电池乘用车主要在加州运营,加州运营的燃料电池公交车达31辆,规划中的燃料电池公交车21辆。

全美在运营中的加氢站为63座。目前加州运营的加氢站达40座,规划中的加氢站24座。

加州坚定推动燃料电池发展,单车补贴5000美金,远期规划巨大:2013年加州州长通过加州第8号议案,计划每年投入2000万美元,支持100个加氢站建设。根据CaFCP的规划,加州2030年将建设1000座加氢站,运营100万辆燃料电池车。

补贴方面,美国已于2017年底终止了对燃料电池汽车的补贴,但是加州政府提供燃料电池汽车5000美元的补助。

3.美国燃料电池产业链齐全

美国燃料电池产业链齐全,各环节参与企业包括整车企业、化工巨头、机械设备领军企业和第三方燃料电池企业。质子交换膜领域,美国企业全球领先,戈尔凭借出色性能,垄断全球绝大部分质子交换膜供应。

七、德国:稳步推进,商业应用与基础设施齐发展

德国燃料电池发展稳扎稳打,政府与产业界共同推动产业发展。政府重视加氢站建设和燃料电池研发,鼓励燃料电池CHP应用发展;企业如奔驰、宝马发力燃料电池乘用车等交通应用。

1.政府与产业资本合力推动,产业进入商业化探索期

德国专门成立了国家氢能与燃料电池技术组织(NOW-Gmbh)统筹氢能产业发展。2006年,NOW启动了“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,扶持750个相关项目,剩余资金则按项目合作制度由产业成员提供。2017年,氢和燃料电池技术的第二阶段计划(NIP2)开始实行。前期主要注重于解决市场开拓的问题,建立相应的基础设施,为未来在氢气生产、运输、住宅能源供应、工业应用、燃料电池特殊应用等各个领域中的基础持续提供政策经济上的支持。从2016年到2019年,该计划提供近2.5亿欧元来支持该领域的创新,预计2016-2026年共提供14亿欧元左右公共扶持资金的资助。

2.热电联产、汽车与列车应用全面开花,加氢站远期建设1000座

德国燃料电池应用目前处于商业探索期,乘用车、列车和热电联产均有推广。

推行燃料电池CHP,单套装置最高补贴可达2.8万欧元,截止2018年CHP装机量达2600套。1)2008年德国启动callux项目,计划在2008-2015年投入500套燃料电池CHP装置,预算达7500万欧元。2)2016年德国通过kfW433补助法案,用于补贴燃料电池CHP,对满足性能要求的0.25kW~5kW的燃料电池CHP装置补贴6825~28200欧元,其中固定补贴为5700欧元,浮动补贴每0.1KW达450欧元,补贴最高可达成本的40%。要求包括:燃料电池系统总效率高于82%,发电效率高于32%,使用寿命达10年。

巨头车企开发燃料电池车型,开启小规模租赁运营。德国境内约有500辆氢能源家用汽车。2017年在德国汉堡和慕尼黑等地,已经有燃料电池轿车在共享出租车的公司旗下提供租赁服务。

宝马,奔驰,奥迪等汽车制造商和供应商在氢能和燃料电池乘用车的开发也投入了大量的支持,纷纷推出了自己的FCV概念车:1)德国奔驰公司推出了B级燃料电池车(B-ClassF-cell),并于2018年推出了新款FCV版GLC;2)宝马公司于2010年推出概念车1系燃料电池混合动力车,2012年展出概念车i8燃料电池车,2015年推出概念车5系燃料电池车;3)2016年底特律车展上,奥迪推出H-TronQuattro氢燃料电池汽车。

示范运营燃料电池列车。2018年9月16日,全球首列氢燃料电池驱动的火车在德国北部的下萨克森州投入运营。由阿尔斯通制造的这款零排放短途列车,德国计划2021年运营14辆燃料电池列车。

当前德国加氢站建设进入高速发展阶段,目前德国加氢站数量超过美国,成为全球拥有加氢基础设施第二多的国家。德国在运营加氢站数量达74座,规划建设加氢站26座,计划于2020年建成100座,到2025年400座,到2030年1000座。

3.德国燃料电池产业链完备,企业积累深厚

德国燃料电池产业链生态完备,基本可以自给自足,车企巨头奔驰、宝马持续发力燃料电池汽车研发及产业化;Inhouse专注于燃料电池热电联产;巴斯夫在膜电极及上游材料质子膜、催化剂领域积累深厚,西格里是全球三大气体扩散层企业之一,普旭氢循环泵全球领先。

八、欧洲(不含德国):远期规划宏大,推广效果显著

1.联盟合作发展氢能,启动多个示范运营项目

欧洲于上世纪末开始关注燃料电池领域,2008年成立氢能源和燃料电池联盟(FCH-JU),通过联盟运作形式推动产业。FCH-JU现阶段启动一系列项目推动燃料电池公交车和燃料电池CHP发展,远期规划宏大,预计到2050年氢能市场规模达到8200亿欧元。

资金投入:在欧盟第七框架计划(FP7)的支持下,第一阶段计划于2008-2013年至少投资9亿欧元用于氢能和燃料电池发展,在EUHorizon2020的支持下,第二阶段计划2014-2024年为FCH-JU项目投入7亿欧元。

项目推广:1)2015、2016年FCH-JU启动H2ME1、H2ME2项目,计划向欧洲投入1400辆燃料电池车、49座加氢站,2017、2018年FCH-JU启动JIVE、JIVE2项目,拟于2020年前在欧洲20个城市部署300辆燃料电池公交车。2)2012年欧洲启动Ene-field示范项目推广燃料电池CHP,2016年欧洲启动PACE示范项目推广燃料电池CHP,计划2016-2012年间部署2650套燃料电池CHP装置,项目预算达9千万欧元。

产业规划:2019年FCH-JU发布《欧洲氢能路线图》,预计到2030年氢能可占最终能源需求的6%,创造1300亿欧元的市场,2050年可占最终能源需求的24%,创造8200亿欧元(折合6.4万亿人民币)的市场。预计2050年实现4500万辆燃料电池乘用车、650万辆轻型商用车、25万辆燃料电池公交车、170万辆燃料电池卡车、5500燃料电池列车的保有量。2040年加氢站达15000座。

2.现状注重基础设施,规划大规模部署氢能与燃料电池

目前欧洲燃料电池产业注重基础设施建设,交通应用开启示范运营,燃料电池发电初具规模,欧洲氢能远期规划宏大,视氢能为能源体系重要组成。

乘用车:欧洲现拥有燃料电池乘用车1000辆左右,《欧洲氢能路线图》预计到2030年,欧洲实现370万辆燃料电池乘用车保有量,对应燃料电池车在乘用车中渗透率达1/22;计划到2050年,欧洲实现4500万辆燃料电池乘用车保有量,对应燃料电池车在小型乘用车渗透率为15%,在大型乘用车渗透率为30%。

商用车:《欧洲氢能路线图》预计到2030年,欧洲实现50万辆轻型商用车、4.5万辆燃料电池卡车/公交车、570辆燃料电池列车的保有量,对应燃料电池在轻型商用车中渗透率达1/12。计划到2050年,欧洲实现650万辆轻型商用车、25万辆燃料电池公交车、170万辆燃料电池卡车、5500燃料电池列车的保有量,对应燃料电池车在货车渗透率为30%,出租车渗透率达55%。

加氢站:目前欧洲运营加氢站达163座,《氢能路线图》规划2025年加氢站达750座,2030年加氢站达3700座,2035年建成8500座,2040年达15000座。

燃料电池发电分为大型固定式发电站和家用燃料电池热电联产,欧洲家用燃料电池热电联产系统开启小批量运营,大型固定式发电站数量非常少。

欧洲已经部署了大约10,000个燃料电池微型热电联产系统。《氢能路线图》预计到2040年将部署超过250万套燃料电池热电联产系统。2012年,欧洲启动Ene-field示范项目推广燃料电池CHP,2016年欧洲启动PACE示范项目推广燃料电池CHP。欧洲四大燃料电池热电联产企业Bosch、SOLIDpower、Vaillant和Viessmann产能超1000套/年。

欧洲大型固定项目数量非常少,中等范围(5-400kWe)的产品开发还不完善,并且依赖于大规模固定应用(尤其是来自美国)的全球专有技术。

3.欧洲燃料电池产业链一应俱全,细分领域实力不俗

欧洲多国企业切入燃料电池领域,其中电堆和系统环节企业较多,代表企业有瑞典的PowerCell、英国的IntelligentEnergy、荷兰的Nedstack等;基础材料方面,英国的JohnsonMathey在催化剂领域全球领先;空压机领域,瑞典OPCON积累深厚。

来源:《氢能观察》


科技最前沿

剖析产业发展现状

为技术转化提供精准对接

本文为本网转载,出于传递更多信息之目的,并不意味着赞同其观点或证实其内容的真实性,如涉及侵权,请权利人与本站联系,本站经核实后予以修改或删除。

评论