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2019年中国燃料电池现状、政策支持及燃料电池发展前景分析[图]

2020年02月26日 14:13:22字号:T|T

    燃料电池是将燃料具有的化学能直接变为电能的发电装置。根据电解质种类不同,燃料电池基本分为五种:碱性燃料电池(AFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、磷酸燃 料电池(PAFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)以及质子交换膜燃料电池(PEMFC)。 燃料电池具有以下优点:能量转换效率高;无污染零排放;模块化结构,维护保养成本低; 燃料来源广泛,通过多种方式制备。

    质子交换膜燃料电池凭借其特性主要应用于新能源汽车。对比其他几种燃料电池, 质子交换膜电池输出功率密度高,质量功率高,可在室温条件下工作,同时起动迅速,主要应用于新能源汽车。

燃料电池种类

数据来源:公开资料整理

    质子交换膜电池主要由质子交换膜、催化剂,双极板等构成。当它工作时,氢气进入阳极扩散层,并在催化剂的作用 下转化为质子和电子;氧气进入阴极扩散层,并在催化剂的作用下得到电子转变为 O2- 离子;质子通过质子交换膜到达阴极与 O2-作用形成水,电子则通过外电路回到阴极,在这个过程中产生并提供电能。

    一、电池系统

    电池系统是燃料电池汽车产业链的核心环节,而电池堆是其重要组成部分。燃料电 池汽车产业链包括上游矿产等相关资源,中游的电池系统、电机电控以及下游的整车厂、 加氢站及服务等。燃料电池电池系统分为两大部分:一是电池堆,包括质子交换膜、催化剂、扩散层和双极板;二是其他部件,包括空压机、储氢瓶。

    电池堆包括质子交换膜、催化剂、扩散层和双极板。其中质子交换膜直接影响燃料 电池的使用寿命;催化剂决定电极反应的效率;扩散层起到支撑催化层,收集电流,传导 气体和排出水作用;双极板则负责把燃料和空气分配到两个电极表面以及电池堆散热。

电池堆组成部分情况

数据来源:公开资料整理

    二、政策

    国内外基本上从发展规划、行业技术、财税政策等维度对燃料电池及燃料电池汽车给 予政策支持,推动燃料电池汽车商业化进程。

国外燃料电池相关支持政策

数据来源:公开资料整理

国内燃料电池相关支持政策

数据来源:公开资料整理

    智研咨询发布的《2020-2026年中国燃料电池行业市场行情监测及发展前景展望报告》数据显示:2019 年国内燃料电池汽车产量为 2,833 辆,同比增长 86%;:根据各城市燃料电池推广目标规划,到 2020 年我国燃料电池商用车将 达到 1.16 万辆,乘用车将达到 0.3 万辆。

2016-2019 年燃料电池车产量及增速(辆)

数据来源:公开资料整理

地方燃料电池汽车相关规划推广量

数据来源:公开资料整理

    三、发展趋势

    1、成本逐步降低

    燃料电池系统占燃料电池汽车全部成本的一半以上。燃料电池汽车成本构成中,燃料电池系统占65%左右,电池电机系统占9%左右,车载储氢系统占 8%,剩余其他零部件占18%左右。燃料电池系统成本高阻碍了燃料电池车的市场化进程,究其原因主要是组成燃料电池系统的质子交换膜技术壁垒高成本高、催化剂使用贵金属铂以及双极板加工工艺严格下成本高。

燃料电池汽车主要部件成本拆分

数据来源:公开资料整理

    构成电堆的主要部件,如质子交换膜、双极版、催化剂所使用的原材料持续的研究、开发以及技术的提高是电堆整体成本降低的主要原因。目前,催化剂一方面研究降低铂的用量,另一方面国际上包括二硫化钼、液相催化剂等新型催化剂不断取得突破;质子交换膜技术的突破也带来成本的降低,双极版则通过提升制造工业和寻找替代材料实现成本的降低。

    在年产 50 万套燃料电池假设下,2020 年燃料电池系统成本将从 53 美元/千瓦降至 40 美元/千瓦,更远期的目标是 30 美元/千瓦,接近传统燃油车成本。

燃料电池系统成本规划(美元/千瓦)

数据来源:公开资料整理

    2、加氢站建设提速 氢燃料综合成本降低

    目前加氢站由于前期投资大,运营成本高, 整体运营的数量少,截止到 2019 年,全国累积运营的加氢站为 52 座;政策支持下加氢站 建设有望在未来几年提速:一方面财政给予加氢站建设补贴;另一方面规划加氢站建设数量,规划到 2020 年,加氢站达 100 座;到 2030 年,加氢站达到 1,000 座。

    加氢站是燃料电池汽车产业链的一个环节,加氢站储备的氢气来源向上延伸涉及制氢、运氢,目前各个环节都有不同的实现形式;未来有望通过在不同环节降低成本的基础上的有机组合,实现制氢-运氢-储氢综合成本的最小化,推动商业化进程的加速。通过对比以下制氢-运氢-储氢的不同方案,显示方案 1 综合成本最低,即集中式天然气蒸汽重整制氢——管束车压缩氢气运输——加氢站压缩氢气。未来有望在不同环节减低成本的同时,通过相互的有效组合,实现综合成本的最低。

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