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氫燃料電池汽車是氫能源應用前景最為廣闊的領域

鉅大LARGE  |  點擊量:1734次  |  2019年05月15日  

氫能源產業鏈總述


氫能源產業鏈的核心是燃料電池。與鋰電池不同,鋰電池是儲電裝置,而燃料電池是發電裝置,其用到的原料就是氫氣和氧氣。氫燃料電池有多種不同的技術,例如堿性燃料電池、磷酸燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、固體氧化物燃料電池、質子交換膜燃料電池等。其中質子交換膜燃料電池,由于其工作溫度低、體積小、發電單元模塊化、可靠性高,應用前景最為廣闊,適用于汽車等移動交通工具,是目前研發和制造的主要方向。


質子交換膜燃料電池由電堆、空壓機、儲氫瓶、增濕器、控制系統、冷卻系統等組成。其中電堆是核心,成本占到燃料電池的60%,電堆由雙極板、膜電極、密封層等組成。膜電極又是電堆的核心,包括催化劑、質子交換膜、擴散層等。


氫燃料電池的上游包括氫的制備、儲藏、運輸以及加注等,其中的關鍵是提升儲氫罐的儲存密度,今年政府工作報告提到的加氫基礎設施,就屬于這個范疇。


氫燃料電池的下游應用包括交通、特種、太空、發電等領域,其中在交通領域的應用,即氫燃料電池汽車的發展前景最為廣闊。

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氫能源優勢明顯


氫燃料電池汽車是氫能源應用前景最為廣闊的領域,我們就以它為例,說說氫能源的優勢。


首先,氫是一種清潔能源,氫的燃燒只產生水沒有其他任何副產物,對環境沒有任何污染,也不會產生溫室效應。其次,我國每年生產大量的氫,完全可以支持我國氫能源的發展。我國現有工業制氫量已達2500萬噸/年,這些就能養活約1億輛燃料電池乘用車。在氯堿工業中,氯堿廠以食鹽水為原料生產燒堿和氯氣,每年會產生副產物氫約80萬噸,可以供約250萬輛氫燃料電池汽車使用,但是目前這些氫大部分被白白排放掉了。此外,我國還有大量的廢棄的水能、光能、風能,利用這些廢能發電電解水制備氫氣的話,我國的氫產能還能更高,而且沒有額外的能源消耗。


在大家印象里,鋰電池新能源汽車正在如火如荼的發展,為什么還要發展氫燃料電池汽車呢?這是因為氫燃料電池汽車有以下幾個顯著優勢:(1)熱值更高。氫的熱值3倍于汽油,100倍于鋰電池。5kg的氫氣可供汽車行駛500km。換句話說,對鋰電池汽車的“里程焦慮”在氫燃料電池汽車上將會比較妥善的解決。(2)加氫更方便快捷。加氫只需3-5分鐘,和加汽油差不多,鋰電池汽車充電即便快充也需要30分鐘以上。(3)更安全。萬一氫氣泄露燃燒,只會形成向上火炬,不向周圍擴散。鋰電池燃燒會產生有毒氣體、有爆炸危險,電解液也有毒,泄露對人體有害、污染環境。


氫能源發展現狀和前景

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說了這么多好話,為什么感覺氫能源的發展一直不溫不火呢?說起來簡單,成本高、技術不成熟,還難以大規模商用。不過事情都是兩面性的,一旦技術突破、實現規模效應,氫能源的未來前景十分廣闊,將是萬億級別的產業。


從全球看,歐美日走在前列,尤其是日本,不管在技術還是商業化上都遙遙領先。豐田在2015年就推出了Mirai燃料電池汽車,經過升級目前續航里程達650km以上,售價約39萬人民幣,補貼后27萬人民幣,與純電動車的售價已經相近,截至2018年已經累計銷售了超過7500輛。歐美廠商也積極布局,紛紛與日本合作,形成了戴姆勒/福特/雷諾-日產聯盟、寶馬/豐田聯盟、通用/本田聯盟。目前來看,歐美日已經攻克了氫燃料電池汽車的主要技術難關,關鍵在于繼續提升技術、降低成本,實現大規模商業化,包括降低氫燃料電池的成本、制氫的成本以及完善配套基礎設施建設等。


我國目前不在第一梯隊,整體技術水平相對落后,有一些關鍵技術尚未攻克。例如電堆是燃料電池的核心,我國目前主要依賴進口,主要從巴拉德和Hydrogenics兩家采購。但是大部分技術已經掌握,包括儲氫瓶、催化劑、系統集成等。加氫站方面我國的建設水平與速度稍顯落后。2017年,日本有加氫站91座,美國有68座,德國有56座,我國僅有10座。


我國政府直面差距,所以才會在《政府工作報告》提出推動加氫基礎設施建設。”在《中國氫能產業基礎設施發展藍皮書》中指出了中國氫能的發展路線圖:到2020年,中國燃料電池車輛要達到10000輛、加氫站數量達到100座,行業總產值達到3000億元;到2030年,燃料電池車輛保有量要“撞線”200萬,加氫站數量達到1000座,產業產值將突破10000億元。


在我國,具體發展路線上,預計前期政策扶持以商用車為作為切入點,這是因為商用車大多為政府集中采購,路線固定,加氣也更為集中,這些特點使得氫燃料電池商用車更方便統一運營和維護,也有利于集中建設配套加氫站等基礎設施。解決方案上則是“電電混合”,即鋰電池+氫燃料電池混動方案。主要原因還是在當前技術不成熟、沒有大規模產業化應用的情況下,成本太高了。有券商研究所估計,一套30kw的燃料電池系統,售價在60萬人民幣左右,燃料電池系統還只是汽車的一部分。30kw的功率并不高,因此目前流行的方案是還要搭配鋰電共同為汽車提供動力。


相關投資機會


我國目前氫能源產業和2012年時的鋰電池行業極為相似,政策開始大力支持,技術上沒有達到產業化條件,但是國內企業加速布局,已經處于商業化應用的前夕。


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