nba直播2030年将大规模产业化?燃料电池三部

日期:2020-10-06 06:52

  导言:氢燃料电池车是未来汽车产业技术竞争的制高点。按照相关规划,我国到2030年要实现氢燃料电池汽车的保有量200万辆,这是否意味着氢燃料电池车已经迎来“新风口”?本文从市场、产业、玩家全面分析燃料电池。市场分析涵盖四大优势、三大应用、产业元年等,产业分析涵盖六大分类、制储运加、洋葱模式等,玩家分析涵盖欧美四龙头、日韩三巨头、国内两超争霸等。

  燃料电池(Fuel cell),是一种通过氧化还原反应将燃料(氢气)转换成电力的装置,最早由英国物理学家威廉·格鲁夫爵士发明。

  历史纵向看,能源的进化史事实上是一场脱碳的革命。煤炭相比薪柴更清洁,石油相比煤炭更清洁;到了氢,由于不含碳,燃烧后的产物是水,因此可看作是“零碳排放”的高清洁能源。

  对比三种不同化石能源利用效率(内燃机37%,燃料电池45.7%,锂电池49.2%),锂电池和燃料电池较传统燃油汽车都具有较大优势。

  移动式应用包括笔记本电脑、手机、收音机及其他需要电源的移动设备。燃料电池的能量密度通常是可充电电池的5到 10 倍,已有直接甲醇燃料电池DMFC 和 PEMFC 被应用为军用单兵电源和移动充电装置上。成本、稳定性和寿命将是燃料电池应用于便巧式移动电源的所需要解决的技术问题。

  固定电源包括紧急备用电源、家用燃料电池、通信基站备用电源、不间断电源、偏远地区独立电站等。

  日本导入家用燃料电池(ENE.FARM TYPES)后,家庭购买电力量下降约80%。截至 2016 年底日本已经累计推广 20 万台 ,2016 年底的售价为 127 万日元(约为 7.5 万元人民币),补贴降低到 15 万日元(约为 8800 元)。

  日本富士经济预测,2025 年全球燃料电池市场有望达到 5.2 万亿日元(合约人民币 3400 亿元)。

  其中全球燃料电池汽车市场有望扩大到 2.91 万亿日元(合约人民币 1900 亿元),占整体市场一半以上,增长潜力巨大。

  2018 年 5 月 22 日,中国汽车工业协会联合中国汽车动力电池产业创新联盟正式对外公示汽车动力蓄电池和氢燃料电池行业白名单(第一批)。

  2018 年 4 月开始执行《乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法》。

  大多国家把补贴放在了消费环节,以购置税费抵免或者购置补贴的形式发放,仅德国将补贴放在了开发制造环节。

  从 1968 年第一辆氢燃料电池车问世到 2018 年,累计销量 6475 辆,50 年销量仅 6000 台。

  超过 50% 的氢燃料电池车在加利福尼亚州售出,其余销量中日本占了大部分

  2008 年奥运会示范,2010 年国外新加坡示范,2011—2012 年联合国 UNDP 全球清洁城市示范,2016 开发世界首台燃料电池有轨电车,2017 年开始燃料电池客车商业化。

  2017 年是中国燃料电池产业化元年,燃料电池汽车产量达到 1247 辆。

  2025 年,中国燃料电池的技术性能和成本指标有望分别达到产业化发展的初期阶段,而到 2030 年,中国燃料电池电堆的成本有望降低到 200 元/Kw,从而开始迎来燃料的大规模产业化发展的阶段。

  燃料电池主要由正极、负极、电解质三部分组成,原理是氧化还原反应,反应实质是燃料和氧气发生反应生水或者其他产物。

  受益交通应用拉动,PEMFC 质子交换膜燃料电池出现跨越式发展,详细数据请关注本公众号(史晨星 shichenxing1)参照上篇市场分析。

  PEMFC 质子交换膜燃料电池具有高比功率、可快速启动、无腐蚀性、反应温度低、氧化剂需求低等优势,是当前燃料电池汽车的首选。

  DMFC甲醇燃料电池:运行温度适中(60~130度),主要应用于消费电子

  欧阳老师的《节能与新能源汽车技术路线图》为我国燃料电池汽车的发展指明了方向:电堆的比功率和寿命是主要的技术参数目标,全产业链均有技术创新需求。

  5. 5 种制氢方法:煤气化000968股吧)/焦炉气副产成本最低 10 元/Kg,电解水环保 30 元/Kg

  全球来看,目前主要的制氢原料96%以上来源于传统能源的化学重整,日本盐水电解的产能占所有制氢产能的63%

  常见的运输方式有液化汽车运输、高压气体汽车运输和管道运输(方法一、二、三),目前各国正在研发氢载体方式运输氢(方法四),采用各种基本运输方式的组合运输形式。

  加氢站的技术路线有站内制氢技术(电解水制氢、天然气重整制氢)和外供氢技术,我们看好站内制氢加氢方案发展前景

  9. 燃料电池汽车:燃料电池系统/发动机+辅助电池系统+储氢瓶+电机+电控

  原理:利用质子交换膜技术,使氢气在覆盖有催化剂的质子交换膜作用下,在阳极将氢气催化分解成为质子,这些质子通过质子交换膜到达阴极,在氢气的分解过程中释放出电子,电子通过负载被引出到阴极,这样就产生了电能。

  单体燃料电池由双极板、膜电极组件(MEA)、密封圈等部件组成,其中膜电极组件成本占燃料电池堆的60%,主要是由质子交换膜、催化剂层、气体扩散层组成。

  膜电极(membrane electrode assembly,MEA)是质子交换膜燃料电池发生电化学反应的场所,是传递电子和质子的介质,为反应气体、尾气和液态水的进出提供通道,膜电极是质子交换膜燃料电池的心脏。膜电极通常由5 部分组成,即中间的质子交换膜、两侧的阳极催化层和阴极催化层,最外侧的阳极气体扩散层和阴极气体扩散层。

  催化剂作用于氢气,使电子离开氢原子。目前Pt/C 载体型催化剂是 PEMFC 最常用的催化剂 剂,由纳米级的 Pt 颗粒(3~5nm)和支撑这些 Pt 颗粒的大比表面积活性炭构成。

  质子交换膜的主要作用有两个:一方面为电解质提供氢离子通道,一方面作为隔膜隔离两极反应气体。此外,质子交换膜还需要对催化剂层起到支撑作用。

  质子交换膜类型主要包括全氟磺酸质子交换膜、非全氟化质子交换膜、无氟化质子交换膜、复合膜以及高温膜。

  全氟磺酸膜成型工艺可分为三类:PESIM挤出成型工艺、溶液浇铸成型工艺和复合成型工艺。

  气体扩散层通常由基底层和微孔层组成,基底层通常使用多孔的碳纤维纸、碳纤维织布、 碳纤维非纺材料及碳黑纸,主要起到支撑微孔层的催化层的作用,微孔层主要是改善基底层孔隙结构的一层碳粉,目的是降低催化层和基底层之间的接触电阻,使得流道气体以及产生水均布分配。

  双极板是电堆的核心结构零部件,起到均匀分配气体、排水、导热、导电的作用,占整个燃料电池60%的重量和20%的成本。

  空气循环系统主要由空气压缩机、膨胀机、电机、连接管道等组成,总成本占燃料电池系统的 22%,工作能耗占燃料电池输出功率的 20~30%。

  工作原理:空气通过压缩机增压之后,经过加湿处理送入到燃料电池反应堆,在那里和来自于氢源的氢气发生电化学反应,输出电能用于动力输出。输入气体在消耗了部分氧气之后,排出反应堆,通过分水,去雾之后,通过膨胀器从压力气体中回收部分压力能,将其转化为机械能反馈到空气压缩机,从而节省供气单元所需要的电能。

  车载供氢系统包括压力流量调整元件、氢气泄漏传感器、供氢管路、控制系统、 氢气再循环系统等,核心是储氢瓶。

  1966 年通用制造世界首辆燃料电池汽车Electrovan,为NASA登月项目服务。

  关键零部件(如催化剂、碳纸、金属双极板、空压机、70MPa 储氢瓶和氢循环装置等)技术缺乏是制约国内燃料电池汽车产业发展重要原因。

  美国能源部(Department of Energy,DOE)对燃料电池汽车的成本问题进行了系统分析,对整车、电堆、电池层层分解,得出了各部分成本的具体比例。

  燃料电池系统目前成本约为每千瓦4000 元人民币,随着产量提升会逐渐下降,预计 2020 年下降到 2500 元/kW,2025 年下降到 800 元/kW,2030 年下降到 200 元/kW。

  燃料电池要大规模产业化,还需要氢能产业链基础设施的建设,核心是降低消费者使用成本。

  目前日本的加氢成本在 1000 日元/kg,折合人民币大约在 65 元/kg 左右,折合公里成本大约在0.5 元/公里的燃料成本。

  预计氢气单价可降低到 40 元人民币,每公里燃料成本0.3 元/公里,远远优于内燃机的使用成本。

  综合比较,我们认为纯电动汽车适合短途,混合动力汽车适合中途,燃料电池汽车适合长途。

  日本研究试验结果表明,在汽油车和氢燃料电池汽车分别燃料泄露和着火条件下,3 秒时汽油车下方漏油着火,而氢气则是迅速冲高在汽车上方着火。一分半钟以后燃料电池汽车的明火已经熄灭,而汽油车火势正旺最终烧得只剩车架。

  1979 年成立,1983 年开始研发燃料电池,2017 年成为第一家为公共汽车提供服务超过1000 万公里的燃料电池公司,被公认为全球燃料电池龙头。

  1999 年成立,主打产品是用于叉车的PEMFC燃料电池系统GenDrive,2017 年亚马逊参股 plugpower,双方达成战略合作。

  3)Bloom Energy(布鲁姆能源):固体氧化物 SOFC 燃料电池龙头

  2001 年成立,2018 年 7 月美国新上市燃料电池独角兽企业。2016 年,苹果在其位于北卡罗来纳州的数据中心安装了 24 台“Bloom Energy Server”,总容量达到1000 万瓦特。

  2002 年成立,Steel Cell TM技术,源自英国帝国理工学院,研发 16 年,拥有约50 项专利,具有功率密度高、制造成本低等优势。2018 年 5 月,潍柴动力000338股吧)拟通过认购其部分发行股份的方式,投资4000 余万英镑,持有 Ceres Power20% 股权。

  2014 年底,丰田首款燃料电池乘用车 Mirai 成功上市,售价为 723 万日元(约44 万人民币),补贴后 520 万日元(约31 万人民币),极具吸引力。

  NEXO是现代汽车第二代氢燃料电池车,370 英里的续航里程超越丰田Mirai(312英里)和本田Clarity(365英里),是目前最大里程的燃料电池乘用车。

  上汽荣威 950整车额定功率 55kW,最大输出功率约 110kW,最大续航里程400 km,该车型距国际先进水平仅有约1 代差距。

  2018 年 3 月,中科院大连化物所持股企业新源动力开发HYMOD?-300 型车用燃料电池电堆模块,成为我国首例自主研发的超越5000 小时耐久性的燃料电池电堆。

  依托清华大学技术,亿华通氢燃料电池电堆的功率已达60 kW,旗下神力科技专注国产电堆研发。

  2018 年 8 月 29 日,潍柴动力以1.63 亿美元(11.12 亿人民币)获得巴拉德 19.9% 的股份,成为最大股东。

  商用车带动加氢站建设,降低氢气与燃料电池成本,后续拓展到私人用车领域。商用车(尤其是客车)可以简单地通过增加储氢瓶增加续航能力,对储氢技术的要求不高,同时国家的补贴力度大,对成本敏感性低,首先爆发的是商用车市场,之后在技术进步与降成本的带动下,乘用车市场才会有大范围应用。

  新兴产业的形成、发展和成熟都要经历从「政府主导」到「准市场过渡」再到「市场主导」的轨迹,当前燃料电池汽车处在「政府主导」阶段,nba直播政府必须持续支持补贴。

  综上,我们认为燃料电池产业化路径为2020年商用车,2025 年乘用车,2030年大规模产业化。