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1、中国氢能与燃料电池行业前景如何_中国氢能与燃料电池行业分析报告_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。燃料电池其原理是一种电化学装置，其组成与一般电池相同。其单体电池是由正负两个电极(负极即燃料电极和正极即氧化剂电极)以及电解质组成。不同的是一般电池的活性物质贮存在电池内部，因此，限制了电池容量。而燃料电池的正、负极本身不包含活性物质，只是个催化转换元件。因此燃料电池是名符其实的把化学能转化为电能的能量转换机器。电池工作时，燃料和氧化剂由外部供给，进行反应。原则上只要反应物不断输入，反应产物不断排除，燃料电池就能连续地发电。氢能与燃料电池的概念与技术氢能与燃料电池的概念氢能和燃料
2、电池技术。氢燃料电池可高效清洁地把化学能直接转化为电能，是比常规热机更为先进的转化技术。燃料电池技术的快速发展，为能源动力的变革带来重大契机，而燃料电池汽车被认为是后化石能源时代主要的车用动力能源。与电能一样，氢气作为能源载体，可以通过各种一次能源的转化获取，成为化石能源向非化石能源转换、从碳的低排放向碳的零排放的桥梁。氢能与燃料电池的技术以氢气为能源、真正实现零排放的燃料电池汽车，一直被公认为是解决当今交通能源和环境问题的最佳方案之一，代表着汽车未来的发展方向。近年来，各国政府及国际汽车巨头都不断加大对燃料电池汽车的投入，大力推动这一新能源汽车尽快走向市场。由科技部、氢经济国际合作伙伴(IP
3、HE)联合主办，同济大学新能源汽车工程中心、美国能源部阿贡实验室共同承办，为期两天的国际氢能燃料电池技术及汽车发展论坛，一批国内外燃料电池汽车行业顶尖机构、企业代表出席论坛，共同探讨如何应对燃料电池技术和基础设施建设在国际国内层面所面临的挑战这一重要议题，并商讨今后如何进一步加强在氢燃料电池汽车领域的国际合作。这些机构、企业包括欧盟燃料电池与氢联合行动计划、美国能源部燃料电池技术项目部、美国国家再生能源实验室、日本本田公司、美国通用集团等。会上，国内外代表分别介绍了各国为研发燃料电池汽车而开展的项目和采取的战略，交流分享了燃料电池技术研发的最新进展，以及氢能的生产技术及氢能基础设施建设经验。此
4、外，会上还将介绍最新的氢能与燃料电池汽车的能源和环境效益评估情况，并围绕全球燃料电池汽车近期及远期发展所需的氢源及路径问题展开讨论。会议结束后，代表们还将前往上海世博会园区，参观燃料电池示范运行基地。上海燃料电池汽车动力系统有限公司总经理、我校新能源汽车工程中心副主任章桐教授在主题报告中介绍了我国燃料电池汽车动力平台的研发情况，以及我国自主研制的燃料电池汽车分别在2008北京奥运会、美国加州及2010上海世博会上的示范运行情况。据介绍，由同济大学与国内五大整车厂合作生产、正在上海世博园区进行示范运营的173辆燃料电池汽车(含70辆燃料电池轿车、3辆燃料电池客车和100辆燃料电池观光车)，自上海
5、世博会开园以来已连续运行5个月，整体运营情况良好。其中，仅在园区内高架步道及北环路运行的燃料电池观光车一种车型，截止今年8月31日止，已累计载客137万人次，总行驶里程达44万余公里。专家认为，燃料电池汽车在产业化道路上仍面临严峻挑战，一方面需要进一步提高关键零部件的稳定性、耐久性，降低成本，另一方面要为燃料电池汽车大规模运营配套建设氢气加注站等基础设施，此外还要增强公众对燃料电池汽车的了解。余卓平说，从论坛上的主题发言来看，全球对燃料电池汽车普遍持积极、乐观态度，都在加快促进其早日向市场渗透。他表示，此次论坛召开，对于增强全球氢能及燃料电池技术及实践的沟通与交流，进一步推动我国氢能燃料电池汽
6、车技术的快速发展和产业化步伐，具有重要意义。氢能与燃料电池产业的发展1、国内氢能产业链的结构分析氢能产业链主要包括：氢的制取、储存、运输和应用等环节。氢既可广泛应用于传统领域，又可应用于新兴的氢能车辆（包括乘用车、商用车、物流车、叉车、轨道车等）以及氢能发电（包括热电联供分布式发电、发电储能、备用电源等）。为加快发展中国的氢能产业，依据目前的资源条件和能源产业状况，应在加强氢安全的基础上，积极推行氢源多元化及氢能多元化和规模化应用。我国近年来每年纯度99以上氢气的使用量约700亿立方米（约600万吨），年产值1200亿元人民币以上。目前国内发展氢能的生产方式，主要有煤制氢、天然气制氢和工业副产
7、氢，其中工业副产氢追溯其上游一次能源主要还是煤和天然气。因此，目前国内氢能生产主要还是依靠化石能源，而电解水制氢仅占比24，占比较为有限。对于氢能的消费，国内大约90或更多纯度99左右的氢气都用于炼化产品生产过程中的加氢，以及合成氨、合成甲醇、石油炼化等化工领域，仅有24的氢气作为工业气体用于冶金、钢铁、电子、建材、精细化工等行业的还原气、保护气、反应气等，而在燃料电池汽车领域氢能的利用更少。总体看，目前我国具备一定的氢工业基础，但是仍然还是以工业原料为主。氢作为能源消费的市场规模依然较小。在氢能和燃料电池发展方面，我国也一直不落后。2016年10月，中国标准化研究院资源与环境分院和中国电器工
8、业协会发布的中国氢能产业基础设施发展蓝皮书（2016）首次提出了我国氢能产业的发展路线图，对我国中长期加氢站和燃料电池车辆发展目标进行了规划。中国制造2025明确提出燃料电池汽车发展规划，更是将发展氢燃料电池提升到了战略高度。目前不论是国内的氢能技术，还是氢能产业基础，虽然都具有一定的战略规模，但是与国际最先进水平还有一定的差距。2、我国燃料电池产业和技术发展现状国内燃料电池产业化现状及问题在我国中东部沿海经济、技术实力较强的珠三角、长三角和北京等地区，聚集了我国燃料电池发展的主要企业。并且，近2年燃料电池投资热度升温，由几年前的数家发展到现在的近千家燃料电池企业。与国外丰田、现代等燃料电池生
9、产企业发展路线不同，中国氢燃料电池汽车企业主要分布在商用车领域氢燃料电池商用车已实现量产。氢燃料电池乘用车还处于示范运行阶段，其中上汽集团对燃料电池乘用车投入力度最大，2017年发布国内第一款商业化燃料电池轻型客车大通V80。燃料电池叉车方面，我国已有东莞氢宇等企业布局，随着氢能市场不断成熟，我国叉车市场会是燃料电池另一个巨大的应用场景。加氢站方面，目前我国已形成了一批从加氢站设计到运营的企业，这些企业主要集中在北上广地区。目前我国制氢、储氢、加氢等环节的关键核心设备，还不能全部“国产化”，成本难降。我国建成可运行加氢站12个，在建19个，典型代表北京永丰加氢站和上海安亭加氢站均从国外引进核心
10、设备和技术咨询服务。我国示范性加氢站及燃料电池客车车载供氢系统尚处于35兆帕压力技术水平。为与客车配套，现有加氢站采用45兆帕隔膜式压缩机、45兆帕储氢罐和35兆帕氢气加注机等设备，压力标准提升还有待未来70兆帕燃料电池汽车普及。国内燃料电池技术现状及问题在系统方面，国内燃料电池开发以车用质子交换膜燃料电池为主，已经具有系统自主开发能力且生产能力较强。以新源动力、亿华通、氟尔赛、重塑科技和国鸿重塑为代表的企业，具备年产万台燃料电池系统的批量生产能力。然而在燃料电池系统关键零部件方面，中国与国际先进水平差距较大，基本没有成熟产品。在电堆方面，国内燃料电池电堆正在逐渐起步，电堆及产业链企业数量逐渐
11、增长，产能量级提升，到2018年国内电堆产能超过40万千瓦。目前，国内电堆厂商主要有两类：自主研发，以新源动力、神力科技和明天氢能为代表；引进国外成熟电堆技术，以广东国鸿为代表，其余企业有潍柴动力、南通百应等。在双极板方面，由于机加工石墨板成本高，复合材料双极板近年来开始走向应用，如石墨树脂复合材料、膨胀石墨树脂复合材料、不锈钢石墨复合材料等。国内新源动力开发的不锈钢石墨复合双极板电堆已经应用于上汽大通V80轻型客车上。广东国鸿引进加拿大Ballard公司膨胀石墨树脂复合双极板生产技术，生产电堆已经装备数百辆燃料电池车。乘用车燃料电池具有高能量密度需求，金属双极板相较于石墨及复合双极板具有明显
12、优势。金属双极板的设计及加工技术主要掌握在国外企业，国内企业尚处于小规模开发阶段，但是明天氢能科技公司正在建设年产万台级自动化生产线。在膜电极方面，以新源动力、武汉理工新能源为代表，初步具备了不同程度的生产线，年产能在数千平方米到万平方米，但还需要开发以狭缝涂布为代表的大批量生产技术。市场上主要生产全氟磺酸膜的企业主要来自于美国、日本、加拿大及中国。我国已具备质子交换膜国产化能力，山东东岳集团质子交换膜性能出色，具备规模化生产能力。目前，东岳DF260膜厚度可做到15m，在OCV情况下耐久性大于600小时。在催化剂方面，海外企业领先，国内正起步。国内尚处于研究阶段的单位有两类：国内企业，如贵研
13、铂业。贵研铂业主营汽车尾气铂催化剂，和上汽共同研发燃料电池催化剂。研究机构，如中国科学院大连化学物理研究所、上海交通大学、清华大学等。例如，中国科学院大连化学物理研究所制备的Pt3PdC合金催化剂，已应用于新源动力生产的燃料电池发动机。在碳纸产品方面，主要由日本Toray公司等几个国际大生产商垄断，国内碳纸产品尚处于研发及小规模生产阶段。在系统部件方面，氢气循环泵主要依赖进口，空压机还没有能够大批量生产，缺少低功耗高速无油空压机产品。总而言之，我国在整车、系统和电堆方面均已有所布局，但零部件方面的相关企业仍较少，特别是最基本的关键材料和部件，如质子交换膜、碳纸、催化剂、空压机、氢气循环泵等；国
14、内虽有相关企业开始介入，但与国际先进产品相比，可靠性和耐久性仍存在较大差距，大部分关键零部件及关键材料仍依赖进口。3、国内氢能燃料电池存在的问题及对策关键材料与核心部件缺少批量生产技术近年来，我国氢能燃料电池技术整体上取得了长足的发展，但关键材料、核心部件的批量生产技术尚未形成，催化剂、隔膜、碳纸、空压机、氢气循环泵等仍主要依靠进口，这严重制约了我国氢能燃料电池产业的自主可控发展。应当看到，我国在高活性催化剂、高强度高质子电导率复合膜、碳纸、低铂电极、高功率密度双极板等方面的技术水平目前已经达到甚至超过了国外的商业化产品，但多停留于实验室和样品阶段，还没有形成大批量生产技术。因此，亟待加强上述
15、关键材料核心部件的技术转化，加快形成具有完全自主知识产权的批量制备技术和建立产品生产线，全面实现关键材料核心部件的国产化与批量生产。同时，进一步提高电堆比功率，降低电堆铂用量，才能大幅降低燃料电池产品的成本。电堆和系统可靠性与耐久性有待提高目前，我国燃料电池堆和系统可靠性与耐久性等与国际先进水平仍存在差距，在全工况下的可靠性与耐久性有待提高。燃料电池系统可靠性与寿命不完全由电堆决定，还依赖于系统配套，包括燃料供给、氧化剂供给、水热管理和电控等。因此，需加强燃料电池系统整体的过程机理及控制策略研究。这方面我国已取得一定的成果，如中国科学院大连化学物理研究所采用“电电”混合的基础上，还采用限电位控
16、制、膜电极在线水监测、氢侧循环等控制策略和技术方法，有效提升了燃料电池系统的寿命和耐久性。因此，应在已有基础上，进一步加强车载工况、低温、杂质等实际运行环境下的衰减机理与环境适应性研究，大幅提升燃料电池产品的可靠性与耐久性。加氢站建设成本高、加氢费用高目前，加氢站建设成本高，氢气运输成本较高，造成加氢费用高，同时加氢站等基础设施不完善，直接制约了氢燃料电池汽车的发展、商业化示范运行和大规模应用。加快加氢站建设，建立其建设审批程序和运营监管标准成为当务之急。通过加强加氢站关键材料、核心部件及技术国产化，进一步降低加氢站建设成本。通过发展氢储运技术，如液氢储运、氢的管道运输以及新型储氢材料如有机液
17、体储氢等，降低氢气储运成本。在此基础上，通过选择有廉价氢源的地区先行开展氢燃料电池汽车的商业化运营，将有效地促进加氢站技术的提升和逐步降低氢气使用成本，进而通过技术提升、市场辐射，带动我国氢能燃料电池产业的整体技术进步和产业发展。此外，对于暂时无加氢站或边远地区不宜建加氢站的情况，车载甲醇制氢的燃料电池车具有一定优势，可以进行示范。同时，也应布点发展汽柴油车载制氢技术，为发展特种应用的燃料电池车奠定基础。技术标准、检测体系不健全、不完善目前氢能燃料电池方面的标准远不能满足产业快速发展的需求，表现在支撑行业发展的氢制备、储运、加注及实际工况下氢燃料电池从部件到系统的评价检测体系等仍不健全，使得产
18、业全链条下的产品推广受到严重的制约和限制。亟待完善氢能燃料电池技术标准体系，建立完整的材料、部件、系统的有效检测体系，为氢能燃料电池的技术发展、产品应用提供基础保障。我国氢能与燃料电池发展展望1、国内氢能与燃料电池发展趋势商用车带动加氢站建设，降低氢气与燃料电池成本。我国燃料电池汽车发展路径明确：通过商用车发展，规模化降低燃料电池和氢气成本，同时带动加氢站配套设施建设，后续拓展到乘用车领域。优先发展商用车的原因在于：一方面，公共交通平均成本低，而且能够起到良好社会推广效果，待形成规模后带动燃料电池成本和氢气成本下降；另一方面，商用车行驶在固定线路上且车辆集中，建设配套加氢站比较容易。当加氢站数
19、量增加、氢气和燃料电池成本降低时，又会支撑更多燃料电池汽车。发展氢燃料电池汽车产业集群，促进全产业链发展。燃料电池关键零部件、电堆、系统、制氢储氢、检测及整车开发企业，以“产业集群”的形式，目前已在上海、广州、江苏等地快速发展。通过氢燃料电池汽车产业集群，可以促进氢能燃料电池全产业链的快速发展，有效降低成本。2、保障措施与政策需求建议加强顶层设计，全面规划氢能燃料电池发展途径。包括围绕产业发展重点、产业布局优化、加氢站总体布局、政策措施制定等，从国家层面研究制定氢能燃料电池总体规划和发展路线图，从而引导我国氢能燃料电池技术创新和产业的快速与健康发展。加强研发投入，确保核心技术自主可控。聚焦氢能
20、燃料电池全产业链的关键核心技术，通过设立氢能燃料电池专项等促进从基础研究、关键技术攻关、应用示范到产业化转化的创新能力提升，保障我国氢能燃料电池核心技术全面、自主的持续发展。统筹产业布局，引导产业链协调发展。瞄准氢能燃料电池产业链缺失环节和关键环节，鼓励有产业基础的重点地区建设氢能燃料电池产业园区，加快产业集群建设。在氢能基础设施方面，可通过加大加氢站的国家和地方补贴力度、鼓励国有和社会资本共同参与建设、支持加油（气）站与加氢站合建等措施加速加氢站的建设。在此基础上，通过重点地区的商业化示范运营，带动全产业链的成熟和完善，从而促进我国氢能燃料电池产业的全面均衡发展。加强标准制定，支撑技术进步与产业发展。建设若干氢能燃料电池国家技术标准创新基地，完善氢能燃料电池全产业链的技术和检测标准。例如，目前相关法规标准仍将氢气按照危险化学品管理，导致加氢站的审批、建设、运营受到制约。如果明确车用氢气的能源性质，细化车用氢气的制备、储运、加注相关技术标准，将对加速氢能基础设施建设起到极为重要的保障作用。