全球氫燃料電池市場深度解析

  • 2019-10-15
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全球主要國家均對氫燃料電池的發展投入大量資源,以期在未來新時代的能源競爭中占據領先位置。從目前的情況看,日本、韓國和中國對燃料電池的整體投入最高,以豐田、現代為代表的燃料電池乘用車和固定式熱電聯供系統以及氫能大巴、物流車的生產均處于全球領先;美國近兩年在制造方面增速不如東亞國家,但加州作為燃料電池乘用車的最大單一市場仍然是整個產業里舉足輕重的市場;歐洲的燃料電池研發起步很早,近年來奔馳等傳統車廠以及博世等一級供應商均已經開始進入燃料電池領域。本文將簡單分析全球六個主要市場的情況:中國、日本、韓國、美國、德國、歐洲其他地區。

隨著燃料電池產業的推進和以氫為核心的儲能的發展,氫氣作為溝通交通、發電和儲能三大領域的關鍵能源氣體,重要性不斷上升,未來地位有望與石化資源比肩,我們預計2030年市場價值超萬億。

全球主要國家均對氫燃料電池的發展投入大量資源,以期在未來新時代的能源競爭中占據領先位置。從目前的情況看,日本、韓國和中國對燃料電池的整體投入最高,以豐田、現代為代表的燃料電池乘用車和固定式熱電聯供系統以及氫能大巴、物流車的生產均處于全球領先;美國近兩年在制造方面增速不如東亞國家,但加州作為燃料電池乘用車的最大單一市場仍然是整個產業里舉足輕重的市場;歐洲的燃料電池研發起步很早,近年來奔馳等傳統車廠以及博世等一級供應商均已經開始進入燃料電池領域。本文將簡單分析全球六個主要市場的情況:中國、日本、韓國、美國、德國、歐洲其他地區。

中國:政府對氫能產業高度重視,政府工作報告提出推動加氫設施建設。中國燃料電池產業鏈技術快速提升,到2019年中國電堆產業鏈國產化程度達50%,系統關鍵零部件國產化程度達70%。中國燃料電池發展初期以商用車為主,目前燃料電池車保有量超4500輛,加氫站超20座。規劃2030年燃料電池車100萬輛,加氫站1000座。

日本:政府將氫能上升為國家戰略。產業鏈成熟,技術、商業化領先,豐田Mirai產量超萬臺,Ene-farm熱電聯產系統數量超過30萬套,加氫站超過100座。規劃2030年燃料電池車81萬輛,加氫站900座,熱電聯產系統530萬臺。

韓國:政府支持力度大、補貼高,產業鏈較為完善。2018年韓國運營燃料電池汽車達到889輛,加氫站14座,發電站裝機量達到307MW。規劃2040年燃料電池車290萬輛,加氫站1200座,發電站裝機量達15GW。

美國:研發較早,小布什時期政府投入較高,此后支持力度有所下降,燃料電池車生產較少。應用集中在加州,加州也是全球燃料電池車推廣最為成熟的地區,加氫站建設40座,乘用車保有量超6500輛。規劃2030年燃料電池車100萬輛,加氫站1000座。

德國:商業化應用處于探索期,乘用車約有500輛、列車和熱電聯產均有推廣;重視基礎設施建設,在運營加氫站數量達71座。產業鏈生態完備,車企巨頭奔馳、寶馬持續發力燃料電池汽車研發及產業化。

歐洲其他地區:成立燃料電池聯盟共同推進燃料電池,遠期規劃宏大,計劃2050年實現4500萬輛燃料電池車,2040年加氫站達15000座。

一、綜述:氫成為溝通交通、發電、儲能三大領域的核心

隨著燃料電池產業的推進和以氫為核心的儲能的發展,氫氣作為溝通交通、發電和儲能三大領域的關鍵能源氣體,重要性不斷上升,未來地位有望與石化資源比肩,我們預計2030年市場價值超萬億。

氫燃料電池汽車無污染、高效率、載重高、加氫快和續航長優點,未來將全面替代內燃機汽車。燃料電池汽車與傳統內燃機車在加注燃料、續航、駕駛性能和耐久性方面已經相差無幾,并且實現真正意義上的零排放、零污染的車;相對于鋰電池汽車,燃料電池汽車在載重、加氫時間和續航方面優勢明顯;燃料電池汽車在產業前期將率先在商用車領域起量,中后期伴隨燃料電池研發、制造和氫制儲運技術不斷發展以及加氫站基礎設施的快速完善,氫燃料電池交通應用將拓展至輪船和有軌列車等領域。2018年全球燃料電池車保有量達1.29萬輛,車企巨頭豐田、本田、現代、奔馳、寶馬和上汽紛紛發力燃料電池汽車,推出量產或者實驗車型;發動機企業濰柴動力和康明斯也通過投資并購切入燃料電池領域。

燃料電池發電具備清潔環保、效率高和無間斷發電等優點,在固定式發電領域和家用熱電聯產增長迅速。世界各地已陸續安裝了數十萬臺燃料電池發電裝置,根據E4tech的統計,燃料電池固定式發電應用已從2011年的81.4MW增加到2018年的240MW,平均年復合增長率近20%。截止2019年4月初,ENE-FARM部署量達30.5萬套,成為全球最成功的燃料電池商業化項目之一。

氫作為儲能介質,未來結合光伏、風電將重塑能源格局。我國可再生能源發電比例在快速增大,但同時也存在發電和負荷中心在地理上的布局不均和季節性不均難題,氫儲能是儲能等領域重要發展路線之一,具有規模適應性強、環境友好、終端應用靈活多樣、可跨季度儲存等優點,并可與天然氣管網結合,是大規模消納棄風、棄光、棄水等新能源,實現電網和氣網互聯互通的重要手段。

二、各國氫能加速發展,遠期規模超十萬億

1.能源安全+環保+技術進步促進氫能加速發展

從能源儲量來看:目前一次能源需求以石油、天然氣、煤炭為主,占比超85%,2017年全球已探明石油儲量可供50.2年產量,天然氣儲量可供52.6年產量,煤炭儲量可供134年產量,全球能源需求逐年增長的背景下,傳統不可再生資源的短缺性日益凸顯,各國積極發展可再生能源。

從各國能源依存度的角度來看:1)日本、韓國能源自給率低,2016年日本能源自給率僅8%,韓國能源自給率僅18%,能源安全問題備受關注,也是其大力發展氫能源的根本原因。2)中國能源自給率維持在80%以上,但中國能源結構屬于“多煤少油缺氣”,近年來,原油依存度逐年攀升,2018年中國原油凈進口量4.6億噸,原油對外依存度達70.83%。考慮石油消費以交通為主,因此現階段中國發展燃料電池車的需求更為緊迫。

從碳排放來看,2017年中國碳排放達92億噸CO2,占全球碳排放的28%,溫室效應的背景下,2016年175個國家簽署《巴黎協定》,主要目標是將本世紀平均氣溫上升幅度控制在2攝氏度,考慮全球二氧化碳排放以能源系統為主,碳排放高的國家發展燃料電池的動力更足。

燃料電池產業鏈技術進步,交通應用達到產業化條件。目前燃料電池汽車在速度、加速時間和續航均滿足日常使用,商業化瓶頸主要是在耐久性、低溫啟動和鉑金需求方面,目前電堆性能達到商業化需求。

耐久性,乘用車領域,豐田轎車用電堆壽命超5000h;商用車領域,美國和倫敦均有使用石墨板的燃料電池巴士運營時間超過3萬小時,電堆沒有大的維修或者更換。

低溫性能,可以應對全球絕大部分地區和氣候,實現-30℃啟動。

燃料電池汽車駕駛性能媲美傳統汽油車。以乘用車為例,續航在500km以上,氫氣加滿時間為3分鐘,百公里加速在10秒左右。

2.燃料電池出貨量穩步增長,燃料電池車發展迅猛

2018年全球燃料電池出貨量(按件計)達7.4萬套,同比增長5%;出貨量(以功率計)達803MW,同比增長22%。

從用途來看,以固定式燃料電池(主要應用于家用燃料電池、發電用燃料電池)、交通用燃料電池(主要應用于燃料電池汽車)為主。交通用燃料電池快速增長,2018年出貨量(以功率計)達563MW,同增29%。

從類型來看,以PEMFC為主,占比達73%,且維持快速增長,2018年出貨量(以功率計)達589MW,同增73%。PEMFC主要應用于燃料電池汽車,2018年PEMFC出貨量(以功率計)中475MW來自于燃料電池汽車,占比超80%。

從區域來看,以北美、亞洲為主,2018年北美出貨量(以功率計)達415MW,占比達50%,同增25%;亞洲出貨量(以功率計)達343MW,占比達43%,同增20%。

根據IEA統計,2018年全球燃料電池車保有量達1.29萬輛,2018年增速達80%,其中46%在美國,23%在日本,14%在中國,大多數國家以乘用車為主,中國以商用車為主。根據H2station,目前日本運營中的加氫站數量最多、達110座,德國加氫站達74座,美國達69座。

3.各國積極推廣氫能源,遠期市場規模超2.5萬億美元

氫能對各國意義重大,多國從頂層設計推動氫能源。其中中國將氫能寫入政府工作報告,日本將發展氫能視為國策,韓國將氫能源定位為三大戰略投資領域之一。

各國均積極發展氫能源并制定了相應的路線圖,其中韓國、歐洲規劃亮眼,韓國計劃2040年國內累計燃料電池車銷量達290萬輛,加氫站達1200座;歐洲計劃2050年燃料電池車保有量超5300萬輛,2040年加氫站達15000座。除燃料電池車外,日本、韓國、歐洲等國在路線圖中還制定了家用燃料電池、燃料電池發電的規劃。

根據國際氫能委員會的預測,到2050年全球氫能源消費占總能源需求的18%,氫能源及應用年均市場規模超2.5萬億美元(考慮相關產品如燃料電池車市場規模超4萬億美元)。

從下游應用來看,發電、交通、工業能源、工業原料、建筑CHP領域將是未來的重點,其中交通、建筑CHP率先爆發,2025年后發電、工業能源等領域逐步發力。

預計2030年全球運營中的燃料電池車約1000~1500萬輛,2050年燃料電池車達4億輛(約占25%),燃料電池卡車達500萬輛(約占30%),燃料電池公交車達1500萬輛(約占25%),約占各自領域的20%~25%。

預計2030年全球10%的用戶使用CHP設備(混合氣),2050年全球8%的用戶使用CHP設備(純氫氣)。

三、中國擁抱氫能產業,當前階段如同2011-2012年鋰電池

中國燃料電池產業目前與2012年鋰電池極為相似,政策自上而下支持,技術達到產業化條件,產業鏈國產化進程開啟,企業加快布局速度,資本市場投融資熱度持續上升。中國燃料電池產業處于上行通道起點,燃料電池萬億級產業拉開序幕。

1.國家政策循序漸進,地方政府積極推動

中國對于燃料電池發展支持處于循序漸進狀態,我國從2001年就確立了“863計劃電動汽車重大專項”項目,確定三縱三橫戰略,以純電動、混合電動和燃料電池汽車為三縱,以多能源動力總成控制、驅動電機和動力蓄電池為三橫。近期隨著燃料電池產業發展逐漸成熟,中國在燃料電池領域的規劃綱要和戰略定調已經出現苗頭,支持力度逐漸加大,政策從產業規劃、發展路線和補貼扶持全方位支持燃料電池產業發展。

產業規劃:2016年11月29日,《“十三五”國家戰略性新興產業發展規劃》提出系統推進燃料電池汽車研發和產業化。加強燃料電池基礎材料與過程機理研究,推動高性能低成本燃料電池材料和系統關鍵部件研發。加快提升燃料電池堆系統可靠性和工程化水平,完善相關技術標準。推動車載儲氫系統以及氫制備、儲運和加注技術發展,推進加氫站建設。到2020年,實現燃料電池汽車批量生產和規模化示范應用。2019年7月16日,發改委發言人表示發改委將統籌規劃氫能開發布局。

發展路線:2016年10月,汽車工程年會發布的《節能與新能源汽車技術路線圖》中指出,到2020年燃料電池汽車在公共服務領域的示范應用要達到5000輛的規模;到2025年,實現氫燃料電池汽車的推廣應用,規模達到5萬輛;到2030年,實現氫燃料電池汽車的大規模推廣應用,氫燃料電池汽車規模超過1百萬輛。2019政府工作報告提出推動加氫設施發展。

補貼扶持:2016年12月30日財政部、科技部、工業和信息化部和發改委發布的《新能源汽車推廣補貼方案及產品技術要求》中規定除燃料電池汽車外,各類車型2019-2020年中央及地方補貼標準和上限,在現行標準基礎上退坡20%,對燃料電池汽車補貼延續至2020年不退坡,對于燃料電池乘用車,給予20萬元/輛補貼;對于燃料電池小型貨車、客車,給予30萬/輛補貼;對于燃料電池大中型客車,中重型貨車,給予50萬/輛補貼。2018年發布《關于調整完善新能源汽車推廣應用財政補貼政策的通知》,燃料電池汽車補貼基本保持不變,并明確加氫站建設和運營補貼支持。2019年過渡期燃料電池汽車補貼退坡20%,正式期補貼政策將另行公布。

地方政府中,富氫優勢、棄電較多或者產業領先為代表的地區重視燃料電池發展。

多地市興建氫能產業園區,氫能小鎮和產業集群等,推動燃料電池公交、物流車示范運營,截至目前超過20地市明確推動氫燃料電池產業發展。目前僅上海、武漢、山東、蘇州、張家口、佛山、鹽城和大同等地規劃顯示,到2020年燃料電池汽車數量將超過2萬輛,加氫站超過130座。

2.發展路徑明確,示范運營打通商業模式

中國燃料電池汽車發展路徑明確:前期通過商用車發展,規模化降低燃料電池和氫氣成本,同時帶動加氫站配套設施建設,后續拓展到私人用車領域。優先發展商用車的原因在于:一方面公共交通的平均成本低,而且能夠起到良好的社會推廣效果,形成規模后帶動燃料電池成本和氫氣成本下降;另一方面商用車行駛在固定的線路上且車輛集中,建設配套的加氫站比較容易。當加氫站數量增加、氫氣和燃料電池成本降低時,又會支撐更多燃料電池汽車。

2017年,國內燃料電池汽車產量首度破千,達到1272輛,2018年再上新高,產銷均達到1527輛,同比增長20%。2019年,燃料電池產業步入規模發展的快車道。7月10日下午,中汽協公布今年6月整車產銷數據,燃料電池汽車產銷分別完成508輛和484輛,比上年同期分別增長9.8倍和14.6倍。1-6月,燃料電池汽車產銷分別完成1170輛和1102輛,比上年同期分別增長7.2倍和7.8倍。

截止目前投入運營車輛約1130輛,其中公交560輛左右,物流車約430輛,輕客140輛。其中,燃料電池物流車在上海已經商業化運營超過1年時間,目前在運營數量達到300輛左右(加氫站限制),運營里程超過1000萬km,用戶包括京東、申通快遞、盒馬鮮生、宜家等物流用戶。

3.產業鏈雛形初顯,傳統巨頭紛紛加入氫能領域

中國燃料電池產業國產化程度快速提升,電堆產業鏈國產化程度達到50%,系統關鍵零部件國產化程度達到70%左右,其他核心零部件也處于快速追趕進程。

電堆產業鏈國產環節:

(1)電堆,商用車電堆,廣東國鴻和濰柴動力分別引進巴拉德9ssl電堆和LCS電堆技術,商用車電堆通過技術引進方式,短期與國際領先水平持平;乘用車電堆,新源動力在東京燃料電池展上展出的電堆體積功率密度突破3.3kW/L,低溫-30℃啟動,性能上可以媲美豐田Mirai電堆。

(2)膜電極,蘇州擎動自主研發的“卷對卷直接涂布法”膜電極生產線于2月23日正式投產,廣州鴻基核心技術成員擁有多年知名燃料電池公司工作經歷,在膜電極研發和產業化生產上具備豐富成功經驗。

(3)雙極板,石墨雙極板方面,中國一直有較多企業可以提供,金屬板方面,上海治臻已經開發了多款量產金屬雙極板。

系統國產環節:

(1)系統集成,國內系統集成獨角獸上海重塑裝車量近千臺,系統企業數量逐年增多;

(2)空壓機,雪人股份并購基金收購瑞典SRM,擁有了全球領先的空壓機技術;其他企業漢鐘精機和廣順新能源等也自主研發出燃料電池空壓機;

(3)DCDC,國內自主提供,性能快速提升;

(4)電堆,國內企業自主提供電堆,技術或是自主或是引進吸收。

儲氫瓶環節:

目前國內儲氫瓶重點發展III型瓶,國內儲氫瓶企業可以量產銷售35MPa儲氫瓶,技術和產品均成熟;70MPa儲氫瓶具備研發能力,目前處于推廣初期。代表企業有富瑞氫能、北京科泰克、北京天海、沈陽斯林達和中材科技等。

傳統巨頭企業也紛紛加入氫能領域。超過41家OEM廠參與燃料電池汽車研發推廣,2018年共有86款車型進入推廣目錄,產品主要是商用車。發展燃料電池的乘用車企業,包括上汽、長城、一汽、廣汽和吉利等;商用車企,包括宇通、中通、蘇州金龍、亞星客車、一汽解放、北汽福田、東風特專、佛山飛馳、大運等。發動機企業中,濰柴、玉柴發力燃料電池發動機;能源巨頭中,中石化中石油、國家能源集團布局加氫站領域。

四、日本:技術領先、政府支持、乘用車為主的商業模式或待商榷

日本政府將氫能作為新一代能源戰略的主體,持續多年推廣氫燃料電池。在政策上,日本將氫能上升為國家戰略,規劃路線清晰,補貼扶持力度大;在推動路徑上,日本從汽車和熱電聯產等領域推動氫能發展,豐田Mirai和本田Clarity是全世界最先進的燃料電池乘用車,ENE-Farm熱電聯產效率高達97%;此外,日本重視加氫站基礎設施建設,目前加氫站達110座。

1.氫能上升為國家戰略,推廣路線清晰

日本氫能發展初期主要集中于項目研發和示范研究,技術成熟后著重于產業推廣,并且在產業發展、補貼扶持和長期戰略方面均有清晰規劃。

長期戰略:2013年5月,安倍政府發布《日本再復興戰略》,將發展氫能提升為國策,并啟動加氫站建設前期工作。2014年6月,日本內閣修訂了該戰略,提出建設氫能社會。2017年,能源部發布《氫能基本戰略》。2018年7月,日本發布《第五期能源基本計劃》,包括2050年長期能源供需展望,明確提出“從根本上落實氫能社會”。

產業推廣:1)大力發展分布式家用燃料電池CHP系統(ENEFARM);2)大力發展燃料電池車;3)建立全球氫氣供應鏈,引進氫能發電;4)促進可再生能源制氫技術發展;5)2020年東京奧運會展示“氫能源社會”;6)加強國際合作,2019年借助G20峰會展示先進的燃料電池技術。

補貼扶持:日本政府為每輛燃料電池車提供至少200萬日元的補貼,購買Ene-Farm的企業或個人提供大約10%~20%的費用減免,加氫站最高可以獲得相當于投資成本50%的政府資金補貼

2.乘用車與CHP商用化全球領先

日本燃料電池商業化應用處于全世界領先地位,加氫站基礎設施全世界相對來說最完善。豐田燃料電池汽車性能與推廣數量上居世界前列,日本家用燃料電池熱電聯產系統數量超過30萬套,日本加氫站超過110座。

(1)汽車領域

乘用車:截止2018年,日本燃料電池車保有量達2926臺,燃料電池車與電動車價差約300萬日元;日本計劃2020年燃料電池車保有量達4萬臺,價差降至180萬日元;2025年燃料電池乘用車保有量達20萬輛,價差降至70萬日元;2030年燃料電池乘用車保有量達80萬輛。

商用車:1)2018年日本燃料電池公交車保有量為18臺,售價為10500萬日元,日本計劃2020年燃料電池公交車為100臺,售價降至5250萬日元,2030年燃料電池公交車達1200輛左右。2)2018年日本燃料電池叉車保有量為150臺,計劃2020/2030年燃料電池叉車達500/10000臺。

(2)熱電聯產領域

家庭用分布式熱電聯產系統(CHP),通過利用一次能源發電,并利用發電過程產生的余熱供應暖氣和熱水,整體能源效率可達90%以上。

日本自2005年以來,部署家庭用分布式氫燃料電池ENE-FARM項目,截止2019年4月初,ENE-FARM部署量達305,000套。ENE-FARM主要的產品可分為PEMFC型(質子交換膜燃料電池)和SOFC型(固體氧化物燃料電池),目前銷售以價格更低的PEMFC為主。2009年,ENEFARM系統售價303萬日元,,2018年PEMFC售價為94萬日元/臺,SOFC售價為119萬日元/臺,售價大幅下降。

日本計劃2020年部署140萬臺家用燃料電池熱電聯產,屆時全面取消補貼,預期PEMFC-CHP售價為80萬日元/臺,SOFC-CHP售價為100萬日元/臺,投資回收期為7-8年;2030年530萬臺家用燃料電池投入使用,投資回收期為5年。

(3)加氫站

加氫站:日本是全球加氫站最多的國家,截止2018年12月,日本已建成100個加氫站。計劃2020年建立160個加氫站,2025年建立320個加氫站,2030年建成900個加氫站。加氫站建設運營成本快速下降,2013年加氫站建設成本達4.6億日元,運營成本為0.45億日元;2016年加氫站建設成本達3.5億日元,運營成本為0.34億日元,計劃到2025年建設成本、運營成本大幅下降,建設成本為2億日元,運營成本為0.15億日元,其中壓縮機、儲壓機伴隨規模效應成本快速下行。

(4)發電遠期實現商業化

日本預計2030年氫能發電達到商業化,確立氫能、電力、熱力三足鼎立的二次能源結構,燃料電池發電成本為17日元/kWh,預計2030年將形成30萬噸氫燃料供給能力,全部用于發電相當于1GW裝機容量。長期目標發電成本將降至液化天然氣發電成本(12日元/kWh),預計日本將形成500-1000萬噸氫燃料供給能力,全部用于發電相當于15-30GW裝機容量。

3.日本燃料電池產業鏈成熟,車企形成自給供應鏈體系

日本燃料電池產業鏈成熟,電堆、系統、整車和氫氣制儲運所有環節基本都有本土供應商,豐田和本田等企業持續投入多年,形成閉環供應鏈體系。

五、韓國:激進的燃料電池新玩家

韓國政府大力支持燃料電池技術,保持長期研發,早在2003年就將氫能定位于韓國政府“21世紀前沿科學計劃”的主攻技術領域之一,并且重視燃料電池汽車與發電系統的推廣。2019年1月韓國總統文在寅在蔚山市政府大樓發布“氫能經濟發展路線圖”,宣布韓國將大力發展氫能產業,引領全球氫能市場發展。

1.政府支持力度大、補貼高

韓國政府在發展氫能方面著重于應用推廣,并且給予豐厚補貼,遠期規劃汽車產量、加氫站數量均位于全球前列。

應用推廣:韓國政府出臺《首都首爾計劃推廣氫燃料電池的使用》、《百萬綠色家庭項目》、《綠色氫城市示范項目》等應用項目,推廣氫能產業發展。

補貼支持:韓國燃料電池汽車補貼比例超過售價的60%,加氫站補貼達建設費用的的50%(上限15億韓元,折合880萬人民幣)。

氫能規劃:《氫能經濟發展路線圖》規劃到2025年打造年產量達10萬輛燃料電池汽車的生產體系,氫燃料電池汽車售價有望降至目前的一半,為3000萬韓元(約合人民幣18.9萬元)左右;到2040年氫燃料電池汽車累計產量增至620萬輛,加氫站從現有的14個增至1200個。

2.大力發展汽車與發電,規劃雄心勃勃

韓國燃料電池商業化應用快速發展,發電站裝機量全球領先,燃料電池運營車輛達到千臺級規模,加氫站數量目前較少,但是遠期規劃巨大。

(1)汽車領域

根據IEA,韓國燃料電池汽車達到900輛;韓國計劃2022年燃料電池車累計產量達8.1萬輛,其中6.7萬輛供國內需求;2040年燃料電池車累計產量達620萬輛,其中290萬輛供國內需求,330萬輛出口其他國家。

乘用車:計劃2022年累計產量達7.9萬輛,6.5萬輛供國內需求;2040年乘用車累計產量達590萬輛,275萬輛供國內需求;預計年產3.5萬輛時燃料成本降至5000萬韓元(折合31萬人民幣),年產10萬輛成本降至傳統汽車水平(3000萬韓元,折合18.9萬人民幣)。

(2)加氫站

加氫站:韓國目前加氫站26座,韓國計劃2022年建成加氫站310座,2040年建成加氫站1200座。建設初期加氫站補貼達建設費用的的50%(上限15億韓元,折合880萬人民幣)。

(3)發電領域

截止2018年韓國發電用燃料電池達41個(307MW),計劃2022年累計生產發電用燃料電池1.5GW,其中1GW供國內需求,安裝費用降至380萬韓元/kW(折合2.2萬人民幣/kW),發電成本降至224韓元/kWh(折合1.3人民幣/kWh);2040年生產發電用燃料電池15GW,其中國內裝機量達8GW,安裝費用降至157萬韓元/kW(折合9千人民幣/kW),發電成本降至131韓元/kWh(折合0.76人民幣/kWh)。

截止2018年韓國普及家用燃料電池7167個(7MW),計劃2022年家用燃料電池累計產量50MW,2040年家用燃料電池累計產量達2.1GW、普及家庭數達94萬戶。

3.韓國燃料電池產業鏈完善,巨頭紛紛入局

韓國燃料電池產業鏈發展完善,絕大部分環節均有國內供應商,并且以現代為首的。韓國巨頭企業紛紛入局燃料電池。現代布局整車、系統、電堆和雙極板,形成自給供應鏈,三星在膜電極領域積累深厚,專利數量位居世界前列;浦項制鐵切入金屬雙極板;ILJINComposite開發了超輕復合氫氣罐,采用碳纖維復合材料以及增強納米復合材料內襯。

六、美國:研發早、生產少、應用集中在加州

美國曾是領導世界燃料電池發展的主要國家,自70年代開始研發氫能,并在小布什政府時期掀起了一輪燃料電池的投資高峰期,此后奧巴政府時期,支持力度有所下降,近期特朗普政府對氫能發展持中立態度。當下加州是全球燃料電池車推廣最為成熟的地區,加氫站建設63座,乘用車保有量超6500輛。

1.長期保持研發,政黨體制增添不確定性

美國氫能產業在2002-2007年期間受到舉國重視,目前力度趨于平穩。小布什政府時期,美國引領全球氫能發展。國家戰略上,美國先后發布《2030年及以后美國向氫經濟轉型的國家愿景》、《國家氫能路線圖》;通過《氫燃料電池開發計劃》《能源政策法》、《國情咨文》等政策項目投入大量資金開展氫能技術研發和示范活動;南加州和俄亥俄州給予燃料電池企業相關稅收優惠,購買燃料電池汽車和建設加氫站均可以得到一定額補貼。奧巴馬政府時期對燃料電池支持力度有所下降。近期特朗普政府對氫能發展持中立態度,除支持在美國增加煤炭使用量外,沒有明確就任何其他替代能源發表任何聲明。美國政黨體制的特點,實際上為氫能產業的發展增添了不確定性。

政府長期支持研發:美國能源部(DOE)是領導氫能和燃料電池研發的官方機構,1970年由于能源自給項目失敗,DOE開始贊助氫能源研究項目。從能源部對氫能和燃料電池項目的投資金額來看,2003年在布什總統發表燃料電池開發計劃以來,氫能和燃料電池投資在2004-2010年間經歷了一輪高峰,此后逐步回落趨于平穩,目前投入金額開始回升。

2.加州燃料電池汽車全球保有量最高,運營車輛遠期規劃達到100萬輛

加州是美國燃料電池車推廣最成熟地區。截止2019年2月,美國燃料電池乘用車保有量超6500輛,是全球保有量最高的國家,從品牌來看,以Mirai為主,Mirai銷量超5000輛。美國燃料電池乘用車主要在加州運營,加州運營的燃料電池公交車達31輛,規劃中的燃料電池公交車21輛。

全美在運營中的加氫站為63座。目前加州運營的加氫站達40座,規劃中的加氫站24座。

加州堅定推動燃料電池發展,單車補貼5000美金,遠期規劃巨大:2013年加州州長通過加州第8號議案,計劃每年投入2000萬美元,支持100個加氫站建設。根據CaFCP的規劃,加州2030年將建設1000座加氫站,運營100萬輛燃料電池車。

補貼方面,美國已于2017年底終止了對燃料電池汽車的補貼,但是加州政府提供燃料電池汽車5000美元的補助。

3.美國燃料電池產業鏈齊全

美國燃料電池產業鏈齊全,各環節參與企業包括整車企業、化工巨頭、機械設備領軍企業和第三方燃料電池企業。質子交換膜領域,美國企業全球領先,戈爾憑借出色性能,壟斷全球絕大部分質子交換膜供應。

七、德國:穩步推進,商業應用與基礎設施齊發展

德國燃料電池發展穩扎穩打,政府與產業界共同推動產業發展。政府重視加氫站建設和燃料電池研發,鼓勵燃料電池CHP應用發展;企業如奔馳、寶馬發力燃料電池乘用車等交通應用。

1.政府與產業資本合力推動,產業進入商業化探索期

德國專門成立了國家氫能與燃料電池技術組織(NOW-Gmbh)統籌氫能產業發展。2006年,NOW啟動了“國家氫和氫燃料電池技術創新計劃(NIP)”。通過NIP計劃,共募集14億歐元的專項資金,用于2007-2016年的氫能項目開發。募集資金中的7億歐元由德國政府出資,扶持750個相關項目,剩余資金則按項目合作制度由產業成員提供。2017年,氫和燃料電池技術的第二階段計劃(NIP2)開始實行。前期主要注重于解決市場開拓的問題,建立相應的基礎設施,為未來在氫氣生產、運輸、住宅能源供應、工業應用、燃料電池特殊應用等各個領域中的基礎持續提供政策經濟上的支持。從2016年到2019年,該計劃提供近2.5億歐元來支持該領域的創新,預計2016-2026年共提供14億歐元左右公共扶持資金的資助。

2.熱電聯產、汽車與列車應用全面開花,加氫站遠期建設1000座

德國燃料電池應用目前處于商業探索期,乘用車、列車和熱電聯產均有推廣。

推行燃料電池CHP,單套裝置最高補貼可達2.8萬歐元,截止2018年CHP裝機量達2600套。1)2008年德國啟動callux項目,計劃在2008-2015年投入500套燃料電池CHP裝置,預算達7500萬歐元。2)2016年德國通過kfW433補助法案,用于補貼燃料電池CHP,對滿足性能要求的0.25kW~5kW的燃料電池CHP裝置補貼6825~28200歐元,其中固定補貼為5700歐元,浮動補貼每0.1KW達450歐元,補貼最高可達成本的40%。要求包括:燃料電池系統總效率高于82%,發電效率高于32%,使用壽命達10年。

巨頭車企開發燃料電池車型,開啟小規模租賃運營。德國境內約有500輛氫能源家用汽車。2017年在德國漢堡和慕尼黑等地,已經有燃料電池轎車在共享出租車的公司旗下提供租賃服務。

寶馬,奔馳,奧迪等汽車制造商和供應商在氫能和燃料電池乘用車的開發也投入了大量的支持,紛紛推出了自己的FCV概念車:1)德國奔馳公司推出了B級燃料電池車(B-ClassF-cell),并于2018年推出了新款FCV版GLC;2)寶馬公司于2010年推出概念車1系燃料電池混合動力車,2012年展出概念車i8燃料電池車,2015年推出概念車5系燃料電池車;3)2016年底特律車展上,奧迪推出H-TronQuattro氫燃料電池汽車。

示范運營燃料電池列車。2018年9月16日,全球首列氫燃料電池驅動的火車在德國北部的下薩克森州投入運營。由阿爾斯通制造的這款零排放短途列車,德國計劃2021年運營14輛燃料電池列車。

當前德國加氫站建設進入高速發展階段,目前德國加氫站數量超過美國,成為全球擁有加氫基礎設施第二多的國家。德國在運營加氫站數量達74座,規劃建設加氫站26座,計劃于2020年建成100座,到2025年400座,到2030年1000座。

3.德國燃料電池產業鏈完備,企業積累深厚

德國燃料電池產業鏈生態完備,基本可以自給自足,車企巨頭奔馳、寶馬持續發力燃料電池汽車研發及產業化;Inhouse專注于燃料電池熱電聯產;巴斯夫在膜電極及上游材料質子膜、催化劑領域積累深厚,西格里是全球三大氣體擴散層企業之一,普旭氫循環泵全球領先。

八、歐洲(不含德國):遠期規劃宏大,推廣效果顯著

1.聯盟合作發展氫能,啟動多個示范運營項目

歐洲于上世紀末開始關注燃料電池領域,2008年成立氫能源和燃料電池聯盟(FCH-JU),通過聯盟運作形式推動產業。FCH-JU現階段啟動一系列項目推動燃料電池公交車和燃料電池CHP發展,遠期規劃宏大,預計到2050年氫能市場規模達到8200億歐元。

資金投入:在歐盟第七框架計劃(FP7)的支持下,第一階段計劃于2008-2013年至少投資9億歐元用于氫能和燃料電池發展,在EUHorizon2020的支持下,第二階段計劃2014-2024年為FCH-JU項目投入7億歐元。

項目推廣:1)2015、2016年FCH-JU啟動H2ME1、H2ME2項目,計劃向歐洲投入1400輛燃料電池車、49座加氫站,2017、2018年FCH-JU啟動JIVE、JIVE2項目,擬于2020年前在歐洲20個城市部署300輛燃料電池公交車。2)2012年歐洲啟動Ene-field示范項目推廣燃料電池CHP,2016年歐洲啟動PACE示范項目推廣燃料電池CHP,計劃2016-2012年間部署2650套燃料電池CHP裝置,項目預算達9千萬歐元。

產業規劃:2019年FCH-JU發布《歐洲氫能路線圖》,預計到2030年氫能可占最終能源需求的6%,創造1300億歐元的市場,2050年可占最終能源需求的24%,創造8200億歐元(折合6.4萬億人民幣)的市場。預計2050年實現4500萬輛燃料電池乘用車、650萬輛輕型商用車、25萬輛燃料電池公交車、170萬輛燃料電池卡車、5500燃料電池列車的保有量。2040年加氫站達15000座。

2.現狀注重基礎設施,規劃大規模部署氫能與燃料電池

目前歐洲燃料電池產業注重基礎設施建設,交通應用開啟示范運營,燃料電池發電初具規模,歐洲氫能遠期規劃宏大,視氫能為能源體系重要組成。

乘用車:歐洲現擁有燃料電池乘用車1000輛左右,《歐洲氫能路線圖》預計到2030年,歐洲實現370萬輛燃料電池乘用車保有量,對應燃料電池車在乘用車中滲透率達1/22;計劃到2050年,歐洲實現4500萬輛燃料電池乘用車保有量,對應燃料電池車在小型乘用車滲透率為15%,在大型乘用車滲透率為30%。

商用車:《歐洲氫能路線圖》預計到2030年,歐洲實現50萬輛輕型商用車、4.5萬輛燃料電池卡車/公交車、570輛燃料電池列車的保有量,對應燃料電池在輕型商用車中滲透率達1/12。計劃到2050年,歐洲實現650萬輛輕型商用車、25萬輛燃料電池公交車、170萬輛燃料電池卡車、5500燃料電池列車的保有量,對應燃料電池車在貨車滲透率為30%,出租車滲透率達55%。

加氫站:目前歐洲運營加氫站達163座,《氫能路線圖》規劃2025年加氫站達750座,2030年加氫站達3700座,2035年建成8500座,2040年達15000座。

燃料電池發電分為大型固定式發電站和家用燃料電池熱電聯產,歐洲家用燃料電池熱電聯產系統開啟小批量運營,大型固定式發電站數量非常少。

歐洲已經部署了大約10,000個燃料電池微型熱電聯產系統。《氫能路線圖》預計到2040年將部署超過250萬套燃料電池熱電聯產系統。2012年,歐洲啟動Ene-field示范項目推廣燃料電池CHP,2016年歐洲啟動PACE示范項目推廣燃料電池CHP。歐洲四大燃料電池熱電聯產企業Bosch、SOLIDpower、Vaillant和Viessmann產能超1000套/年。

歐洲大型固定項目數量非常少,中等范圍(5-400kWe)的產品開發還不完善,并且依賴于大規模固定應用(尤其是來自美國)的全球專有技術。

3.歐洲燃料電池產業鏈一應俱全,細分領域實力不俗

歐洲多國企業切入燃料電池領域,其中電堆和系統環節企業較多,代表企業有瑞典的PowerCell、英國的IntelligentEnergy、荷蘭的Nedstack等;基礎材料方面,英國的JohnsonMathey在催化劑領域全球領先;空壓機領域,瑞典OPCON積累深厚。

來源:《氫能觀察》


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