氫氣是一種的燃料,主要應用途徑是燃料電池。當前燃料電池的主要應用場景包括交通運輸、固定式應用以及便攜式應用。目前世界主要發達國家都十分看重氫能的發展,氫能和燃料電池已在一些細分領域初步實現了商業化。
從數據來看,2017年燃料電池的裝機量增長了30%,達到670MW,移動類裝機量455.7 MW,固定式裝機量213.5 MW,便攜式裝機量0.5 MW。截至2017年12月,燃料電池乘用車銷售累計接近6000輛。豐田Mirai共計銷售5300輛,其中美國2900輛,日本2100輛,歐洲200輛,占燃料電池乘用車總銷量的九成以上;加氫站共有328座加氫站,歐洲擁有139座正在運行的加氫站,亞洲擁有118座,北美擁有68座。
目前國內燃料電池乘用車市場為零,商用車主力為客車生產企業,其中各類物流燃料電池商用車占94%,客車占6%。長期來看商用車市場會首先呈現爆發式增長,究其原因:
補貼力度: 國內對大型商用車補貼力度更大
價格敏感度: 商用車對成本敏感性較低
技術能力:商用車(尤其是客車)車身體積較大,可以簡單地通過增加儲氫瓶增加續航能力,對儲氫技術要求不高。
我國燃料電池及燃料電動汽車主要布局區域
與日韓、美、歐相比,我們的差距在哪里?
技術水平
中國: 整體起步晚、技術暫時落后;現階段正在引進海外加速發展
日本: 日本政府對氫能和燃料電池,包括固定式應用的推廣力度在世界范圍內大;日本 燃料電池出貨量/裝機量占60%以上
美國: 掌握xian進技術,聚集眾多世界領cian公司;尤其在液氫生產規模、價格方面有 絕dui優勢
歐洲: 德國在氫能方面技術及推廣應用走在歐洲、甚至前列;六家氫能產業(Air Liquide、Daimler、Linde、OMV、Shell和Total)結成H2Mobility聯盟,支持 德國氫能產業發展
加氫站建設
中國: 2016年10月,中國標準化研究院資源與環境分院和中國電器工業協會發布的《中國 氫能產業基礎設施發展藍皮書(2016)》提出了我國氫能產業的發展路線:20 20 年計劃達到100 座;2030年1000 座;2050 加氫站網絡構建完成。目前我國已形成了一批從加氫站設計到運營的企業,這些企業主要集中在北上廣地區。
日本: *加氫站建設,在2020年前共完成160個加氫站的建設
韓國: 到2022年重點資助310個新的氫氣加氣站
美國: 目前北美分布的68座加氫站僅一座位于加拿大,其余全部分布在美國,加州地區集 中度gao。豐田聯合殼牌計劃2024 年前在美國加州部署建造 100 座加氫站
歐洲: 2017年歐洲擁有139座正在運行的加氫站,其中德國有24座新公共加氫站投入運營,德國成為公共加氫基礎設施第二大基地,共擁有45座公共加氫站,到2019年德 國加氫站數量預計將增加到 100 座
燃料電池汽車
中國: 氫燃料電池商用車已實現量產;乘用車還處于示范運行階段
日本: 豐田是目前世界上燃料電池汽車商業化成功的公司,2020年Mirai年產量將達到3 萬臺左右
韓國: 韓國現代是首先實現量產的FCV
美國: 美國燃料電池乘用車和叉車保有量
歐洲: 奔馳推出GLG氫燃料電池與插電混動車;奧迪宣布與現代汽車合作發展氫燃料電池 技術。
補貼情況
中國: 補貼力度大:乘用車補貼20 萬元/輛;輕型客車、貨車30 萬元/輛;大中型客車、中重型貨車 高達 50 萬元/輛
日本: 早在2000年,日本政府通過NEDO開始再政府的支持下開展燃料電池實用化研究。2018財年將為Enefarm和小型商業化系統提供89億日元(約合5.3億人民幣)。此外,日本政府對購買燃料電池的買家予以補貼,東京FCEV買家補貼:京都政府 100 萬 日元(約合RMB5.5萬)+中央政府 200 萬日元(約合RMB11萬)
韓國: 韓國政府未來五年內用于氫燃料電池以及加氫站的補貼將達到20億歐元。目標是到2022年為15000輛燃料電池汽車和1000輛氫氣公交車提供資金。FCEV買家可獲得2750萬韓元(約合RMB17萬元)國家補貼,及各種免稅的優惠政策
歐洲: 德國打造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,剩余資金則按項目合作制度由產業提供。德國設立車型開發獎勵;英國燃料電 動汽車購置補貼為4500 英鎊(約合RMB 4.5萬元)
核心技術
氫氣儲存: 氣態儲氫時目前主流的方式,未來,固體合金儲氫有望成為主流儲氫方式。
燃料電池原材料: 質子交換膜燃料電池應用前景目前為廣闊,預計是未來發展快的燃料電池技術。其核心原材料包括膜電極、質子交換膜、催化劑等。
電堆設計及組裝: 電堆成本在燃料電池中的占比gao,達67%,改進電堆技術成為降低成本的關鍵。 催化劑+膜電極成本在電堆中占比gao,并且膜電極是燃料電池的心臟,因此這兩種原材料成為了燃料電池技術發展的關鍵。
電堆與燃料電池集成: 2020年,中國燃料電池原材料需求市場規模預計達到1.6億元,將達到11億人 民幣,前期投資規模約為5-10億人民幣。 隨著關鍵材料國產化和電堆體積功率的提升,電堆成本可以大幅度下降。
燃料電池商用車 商用客車由于政策補貼高、技術要求低,及成本敏感度低等原因,將首先迎來爆發 式增長,到2050年將占據燃料電池汽車行業一半以上*。
中國氫能產業鏈挑戰
制氫環節
現有制氫技術大多依賴煤炭、天然氣等一次能源,經濟、環保性問題依然突出。 利用核能、生物質氣化制氫尚不成熟,利用太陽能或風能等可再生能源則存在效 率低、綜合成本高等問題。
儲氫環節
雖然加壓壓縮儲氫技術、液化儲氫技術、金屬氫化物儲氫技術和有機化合物儲氫技術均取得了較大進步,但儲氫密度、儲氫安全性和儲氫成本之間的平衡關系尚未解決,離大規模商業化應用還有一定差距。
用氫環節
氫氣對密封性要求極為嚴格,維護困難、啟動需要預熱時間等都影響了燃料電池車的生產。氫燃料電池汽車規模不足,導致加氫站建造成本居高不下、難以大規模鋪設,加氫站數量不足反過來又導致用戶難以選用氫燃料電池汽車。總體來看,用氫環節的便利性和成本控制難以兼顧。
基礎研究
從范圍的氫能專li布局看,大量核心專li掌握在美國、日本等國的大型企業手中,我國尚未成為主導氫能發展的技術來源方。國外專li申請者多為實力雄厚的跨國企業,在行業內具有絕dui的技術優勢和資本優勢,而國內專li申請者多為高校和科研院所,應用技術基礎研究能力薄弱,產品轉化速率較低。
此外,以豐田、本田為首的國外跨國企業,具有很強的專li保護意識和清晰的專li布局戰略意圖,在很多國家都申請了相當數量的PCT專li。相比之下,中國研發機構對專li保護意識不足,在國外申請數量較少,不利于未來市場競爭與拓展。
標準化建設
在氫能產業發展的過程中,目前依然面臨著“談氫色變”的問題。學術界和產業界已形成共識,只要按照標準來發展氫能產業,安全程度是可保障的。目前氫能方面的標準已經超過21項,但遠遠不能滿足產業發展的需求,而沒有相應基礎標準的支撐,新產品推廣就會受限。
成本問題
高昂的燃料電池系統和車載氫系統成本,短時間內無法克服。如果成本居高不下,將直接制約氫燃料電池汽車的普及。
國內氫燃料電池相關政策
2009年
出臺《節能與新能源汽車示范推廣財政補助資金管理暫行辦法》,中央財政開始對試點城市給予一次性定額補貼
2010年
《中華人民共和國車船稅法》規定:純電動汽車、燃池汽料電車和插電式混合動力汽車免征車船稅
2014年
出臺《 關于免征新能源汽車車輛購置稅的公告》,2014.09.01-2017.12.31購置新能源汽車免征車輛購置稅;財政部發布《關于新能源汽車充電設施建設獎勵的通知》, 對符合標準的新建燃料電池汽車加氫站每個獎勵 400 萬元,將加氫站納入了補貼范圍
2016年
國家發改委和國家能源局在系統內部發文,提出 15 項重點創新任務,其中包括氫能與燃料電池技術創新
2018年
四部委聯合發布《關于調整完善新能源汽車推廣應用財政補貼政策的通知》,對鋰電池汽車補貼標準有所下降,但燃料電池汽車補貼標準力度不減。
目前未出現在氫能源燃料電池汽車生產制造領域設置補貼政策。
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