供稿人：顧震宇 供稿時間：2018-5-31 關鍵字：
氫燃料電池 產業(yè)鏈 下游應用 燃料電池早在20世紀60年代就因其體積小、容量大的特點而成功應用于航天領域。進入70年代后，隨著技術的不斷進步，氫燃料電池也逐步被運用于發(fā)電和汽車?，F(xiàn)如今，伴隨各類電子智能設備的崛起以及新能源汽車的風靡，氫燃料電池主要應用于三大領域：固定領域、運輸領域、便攜式領域。從市場的觀點來看，燃料電池因其效率高、持久性好、無污染、環(huán)境適應性強的特質，既適宜用于集中發(fā)電，建造大、中型電站和區(qū)域性分散電站，也可用作各種規(guī)格的分散電源、電動車、不依賴空氣推進的潛艇動力源和各種可移動電源，同時也可作為手機、筆記本電腦等供電的優(yōu)選小型便攜式電源。
1 固定式領域--下游應用最大的一塊，產業(yè)相對成熟
固定式燃料電池系統(tǒng)的主要應用領域為通訊基站、大型熱電聯(lián)產、居民住宅熱電聯(lián)產及備用能源等。2014年初統(tǒng)計結果表明，固定式燃料電池市場占有率達70%，并將繼續(xù)引領未來全球燃料電池市場的發(fā)展。根據Navigant的一份報告顯示，2014年固定式燃料電池系統(tǒng)的年出貨量大約為4萬套，預計在2022年的年出貨量將達到125萬套，其復合年平均增長率達51.7%。
固定式燃料電池行業(yè)正處于一個非?；钴S的階段，許多公司計劃開發(fā)或安裝固定式燃料電池系統(tǒng)，由于現(xiàn)代社會對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性及在自然災害情況下電力的持續(xù)供應要求的增加，固定式燃料電池系統(tǒng)作為小型發(fā)電及備用電源系統(tǒng)得以迅速的發(fā)展。固定式燃料電池系統(tǒng)主要供應商主要分布在美國、日本、澳大利亞和歐洲。
表1 固定式燃料電池全球主要制造商
制造商
國別
類型
主動力及微型熱電聯(lián)產
Ballard Power Systems
美國
質子交換膜燃料電池
Bloom Energy
美國
固體氧化物燃料電池
ClearEdge Power
美國
質子交換膜燃料電池、磷酸燃料電池
FuelCell Energy
美國
熔融碳酸鹽燃料電池
松下（Panasonic）
日本
質子交換膜燃料電池
東芝（Toshiba）
日本
質子交換膜燃料電池
ENEOS CellTech
日本
質子交換膜燃料電池
Heliocentris Fuel Cells AG
德國
質子交換膜燃料電池
Horizon Fuel Cell Technologies
新加坡
質子交換膜燃料電池
Hydrogenics
加拿大
質子交換膜燃料電池
Ceramic Fuel Cells
澳大利亞
固體氧化物燃料電池
備用和遠程電源
Altergy Systems
美國
質子交換膜燃料電池
Relion
美國
質子交換膜燃料電池
IdaTech
美國
質子交換膜燃料電池
Plug Power
美國
質子交換膜燃料電池
Intelligent Energy
英國
質子交換膜燃料電池
Dantherm Power
丹麥
質子交換膜燃料電池
Horizon Fuel Cell Technologies
新加坡
質子交換膜燃料電池
Hydrogenics
加拿大
質子交換膜燃料電池
Ballard Power Systems
加拿大
質子交換膜燃料電池
1）日本家用熱電聯(lián)供分布式燃料電池系統(tǒng)已商業(yè)化應用
日本是全球燃料電池產業(yè)發(fā)展最快的國家之一，主要受益于日本自2005年以來在家庭用分布式氫燃料電池領域推廣的成功。
日本2005年開始實施Ene-Farm項目，2005-2009年驗證和試點期間，累計銷售分布式燃料電池系統(tǒng)近5000套，將系統(tǒng)購置成本從2005年的800萬日元降低到2009年的350萬日元，降幅高達56.25%。
2010-2020年為產品的推廣與普及期，日本政府從2010年開始對于安裝燃料電池系統(tǒng)的家庭提供140萬日元或制造成本一半的補貼。2015年由松下、東芝等企業(yè)推出的新一代家用燃料電池系統(tǒng)售價已經低至約150萬日元，較2005年和2009年價格分別下降了81.25%和57.14%，其熱電系統(tǒng)效率更是由最初的70%，提升至95%。同時，政府補貼額度也降低至50-60萬日元。截止2015年底，日本國內家用燃料電池系統(tǒng)累計裝機量已經達到12萬臺套，同時，開始在歐洲市場銷售。
2020-2030年，為大范圍普及期，根據政府規(guī)劃，最終日本家用燃料電池系統(tǒng)價格有望低至50萬日元，累計銷售量有望達到500萬臺套以上。
2）燃料電池通訊基站備用電源得到驗證
近年來，燃料電池作為備用電源用在通信設備和遠程電源領域中的可行性也得到了驗證，尤其是在多個發(fā)展中國家的電信基站的應用在迅速增加，將燃料電池作為備用電源將會建立可靠的電網支撐和完善的離網發(fā)電解決方案。在英國、美國將燃料電池作為備用電源用于發(fā)展電信網絡已經納入新一期的能源政策。在此之前，絕大多數的電信基站都是采用鉛酸電池和柴油發(fā)電機作為備用電源，相比于燃料電池，鉛酸電池能量密度低且造價昂貴，而柴油發(fā)電機會造成環(huán)境污染，越來越多的電信基站開始采用燃料電池系統(tǒng)。
印度在此領域的應用幾年來處于領先地位。至2015年初，Essential公司已經為超過一萬個基站提供服務，總計裝機功率為100MW，年均收入達7500萬美金。英國Intelligent Energy公司為印度電信通訊塔部署燃料電池技術作為備用電源項目，其總價值高達12億英鎊，總共覆蓋了印度27400座通訊塔。目前，由于印度電力系統(tǒng)的不穩(wěn)定，70%的通訊塔每天斷電時間達到了8小時，這意味著9億多手機用戶中的一半用戶經常與外界失去聯(lián)系。因此，燃料電池的安裝不僅對通訊行業(yè)大有裨益，也將對印度能源市場的轉型有著積極的作用，意味著能源利用效率的提升以及成本的降低。
2 交通運輸領域--各國大力布局，市場起飛在即
交通運輸領域包括為乘用車、巴士/客車、叉車以及其他以燃料電池作為動力的車輛提供的燃料電池，例如特種車輛、物料搬運設備和越野車輛的輔助供電裝置等。燃料電池車相比傳統(tǒng)汽車，具有無污染、零排放、無噪聲的優(yōu)勢，相比電動車具有續(xù)航里程長，充氫時間段的有點，是目前關注度最高的應用領域。
1）燃料電池叉車率先得到發(fā)展
運輸領域率先發(fā)展起來的是叉車搬運市場，目前主要集中在美國。據美國能源部2016年5月統(tǒng)計顯示，2008年美國叉車數量在500輛左右，2016年美國26州叉車數量超過11000輛，年復合增速高達56%。燃料電池叉車主要客戶為大的消費品公司和超市，比如沃爾瑪、寶潔和可口可樂等，供應商主要是美國的PlugPower、Nuvera Fuel Cells和Oorja Protonics，加拿大的Hydrogenics，丹麥的H2Logic。
表2 燃料電池叉車市場主要供應商
供應商
國家
燃料電池類型
Plug Power
美國
質子交換膜燃料電池
Nuvera
美國
質子交換膜燃料電池
OorjaProtonics
美國
直接甲醇燃料電池
Hydrogenics
加拿大
質子交換膜燃料電池
H2Logic
丹麥
質子交換膜燃料電池
2）燃料電池乘用車將觸發(fā)爆發(fā)式發(fā)展
小型燃料電池車現(xiàn)在正處于商業(yè)化轉化中。從1994年戴姆勒公司就成功研制了首款燃料電池車NECAR1，豐田、本田、通用和現(xiàn)代也相繼加入燃料電池車行列，其中日本豐田成為領跑者，在2015年向歐美發(fā)售其新款Marai燃料電池車。
圖1 國際主要燃料汽車產商相關產品
資料來源：ISI EMIS Intelligence
Marai與普通電動車相比在性能上有很大的優(yōu)勢。續(xù)航距離約700km，足夠普通家庭日常使用一周以上，是普通電動車的四到五倍，并且隨著行駛里程的加長，在系統(tǒng)成本上相對于普通電動車也將占優(yōu)勢。此外，加氫時間僅需3分鐘，最低啟動溫度可在零下30度，行駛過程中不排放二氧化碳。
豐田原計劃2015年在日本國內銷售400輛、向海外出口300輛燃料電池汽車，主要銷往美國和歐洲。Marai發(fā)售后，在日本訂單超過3000輛，在美國約2000輛的訂單，遠超公司預期。為此豐田采取措施分階段提供Marai的產能，到2016年產能增至2000輛，2017年增至3000輛，并計劃2020年前全球范圍內銷售總量達到3萬輛。
目前，儲氫問題及加氫站數量不足成為燃料電池乘用車發(fā)展的阻礙。目前加氫站在北美、歐洲、日本、中國、韓國和澳大利亞雖有分布，但全球在運總數不足300座，加之加氫站建設的投資和周期較長，很難實現(xiàn)快速布局。目前各國政府大力支持積極推進加氫站建設，其中美洲增速最快，歐洲數量最多，亞洲也在積極布局中。
3）我國燃料電池車輛產業(yè)化應用或將首先聚焦燃料電池大客車
據2016年羅蘭貝格《Fuel Cell Electric Buses–Potential for Sustainable Public Transport in Europe》顯示，在歐洲一共有84輛燃料電池大中客車已經在用和近期將投放市場示范使用，分布在8個國家的17個城市和地區(qū)，計劃到2020年，歐洲將投放300-400輛燃料電池大中客車。美國能源署國家可再生能源實驗室2016年《Hydrogen Fuel Cell Bus Evaluations》顯示，在美國正在示范運營的燃料電池客車共24輛，分布在9個城市。美國最初規(guī)劃了65輛示范燃料電池大中客車，現(xiàn)在僅24輛在進行示范使用。
我國早在2008年北京奧運會期間，福田歐輝與清華大學共同研發(fā)的3輛燃料電池客車參與示范運行；2010年，3輛同濟大學研發(fā)和3輛清華大學研發(fā)，共6輛燃料電池客車亮相上海世博會；2010年新加坡青奧會期間，海格和清華大學合作研發(fā)的2輛燃料電池客車參與示范；2016年4月，宇通客車與億華通簽訂100輛氫燃料電池客車合作意向書，預計2017年一季度末將會有100多臺配備億華通燃料電池動力系統(tǒng)的車上路運行；2016年5月，福田歐輝簽訂100輛8.5米氫燃料電動客車銷售合同，開啟氫燃料電動客車的商業(yè)化運作。
產品方面，宇通第3代氫燃料電池客車采用了350MPa鋁內膽碳纖維全纏繞儲氫系統(tǒng)，實現(xiàn)了氫燃料加注時間僅需10分鐘，單次加氫續(xù)駛里程達600公里；還結合了宇通?？?.0技術，將電池艙體溫度控制在15~35℃，滿足氫燃料電池26℃左右的適宜工作狀態(tài)，使其壽命也達到了5000小時。
而福田歐輝從2006年攜手億華通開發(fā)氫燃料電池客車，2014年在順利解決了生產成本高、燃料電池壽命短等難題后，推出了第2代氫燃料電池客車。當時，那批車的續(xù)駛里程已經達到240公里，最高車速80公里/小時，并且采用串聯(lián)式制動能量回饋技術，進一步提高了整車經濟性。如今，通過對氫燃料電池技術的繼續(xù)研發(fā)，福田歐輝氫燃料電池客車的續(xù)駛里程已經達到600~700公里，幾乎趕上傳統(tǒng)柴油車的水平。
海格也是一家較早進軍氫燃料領域的客車企業(yè)，雖然近期并未發(fā)布新一代的氫燃料電池客車，但攜手清華大學推出的上一代產品已經具備了續(xù)駛里程400公里，最高車速85公里/小時的能力。
參考文獻：
[1] Prof David Hart. The Fuel Cell Industry Review 2016[R/OL]. E4tech[2016-11-19]. http://www.fuelcellindustryreview.com/
[2] Prof Research. Global and Chinese Hydrogen Fuel Cells Industry. MarketResearch [2017-3]. [R/OL]. https://www.marketresearch.com
[3] 華泰證券. 技術逐步成熟，產業(yè)鏈爆發(fā)在即[R/OL]. ISI Emerging Market Information Service [2016-7-20]. https://www.emis.com
[4] 國金證券. 成本下降路徑：國產化、規(guī)模經濟和技術進步—燃料電池系列研究之PEMFC[R/OL]. ISI Emerging Market Information Service [2016-11-10]. https://www.emis.com
[5] 海通證券. 海外燃料電池公司梳理[R/OL]. ISI Emerging Market Information Service [2016-8-3]. https://www.emis.com
