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燃料电池行业重现曙光

2014-03-18 08:21 性质:转载 作者:张帅、宋佳 来源:国金证券
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  车辆成本主要通过燃料电池组、氢燃料罐和配件三种主要部件降低,其中燃料电池系统一半成本是燃料电池组。燃料电池组方面,鼓励提高发电电源的输出功率以及消减Pt催化剂中的Pt用量。

  DOE规定每年量产50万辆车时的燃料电池组目标成本为45美元/kw,日产预计每年量产20万辆时的成本已经基本相同。

  Pt催化剂方面,与2000年初的FCV相比,Pt用量减少到了1/5~1/10,估计一辆FCV的Pt用量为20~40g左右。

  氢燃料罐的成本消减

  氢燃料罐的成本消减非常困难,从填充一次的续航距离最大化和容积最小化的观点出发,各厂商计划2015年上市时使用70MPa的高压氢燃料罐,外壳使用的碳纤维强化树脂的材料成本就需要50万日元以上。

  配件方面,通过与EV和HEV共用燃料电池系统及氢燃料罐以外的部件、消除专用品,从而彻底消减成本。

  加氢站制约燃料电池汽车推广

  燃料电池汽车的推广,加氢站的覆盖率是制约因素之一,根据H2stations.org的数据,2012年全球范围内新增27个加氢站,加氢站总数达到208个,其中欧洲80个、亚洲49个、北美76个、南美3个。汽车制造商和燃料供应商目前正联手制定适应FCEV引入和推广的可行体系;

  2009年戴姆勒、福特、通用、丰田、本田、现代、日产等7家主要的汽车公司签署了备忘录,持续开展燃料电池汽车研发,计划2015年开始商业化推广10万辆燃料电池汽车;

  2011年包括丰田、本田、尼桑三大汽车厂商在内的日本13家汽车和能源企业共同签订备忘录,决定到2015年在东京、大阪、名古屋和福冈四大都市圈的市区和高速公路上建立100座加氢站,并通过完善设计、改善生产技术等方法大幅降低燃料电池汽车生产成本,培育燃料电池汽车市场。

  2012年6月德国联邦交通部和戴姆勒、林德气体、空气产品公司、道达尔签订协议,2015年前提供2000万欧元用于建设50个加氢站,以满足燃料电池汽车的初步需求;

2012年8月美国加州发布燃料汽车商业化路线图,为了在2015-2017年实现燃料汽车的商业化,在2015年之前建设68个加氢站以满足10000~30000辆燃料电池汽车需求;

  家用Micro-CHP燃料电池市场商业化起步

  微型热电联产系统主要有4种技术:内燃机、斯特林发动机、蒸汽机和燃料电池系统,其中燃料电池系统主要是SOFC和PEMFC;Micro-CHP燃料电池将千瓦级天然气制氢、燃料电池发电及余热利用有机结合在一起,将一部分天然气的高品质化学能通过氢气转化为电能,其余低品位的能量用于采暖及生活热水供应,可有效提高系统的能量利用程度,发电效率达到40%-50%,综合热效率达到90%;Micro-CHP燃料电池系统主要包括天然气制氢和PEM燃料电池发电系统两个子系统。天然气经过脱硫处理进入重整反应器,和水蒸气混合经过水气变化单元使得合成气中的CO含量降低到1%以下,再经过CO优先氧化或膜分离单元生成高纯度的氢气,最后进入燃料电池发电,产生的电流经过DC-AC转后外供。系统尾气进入尾气燃烧器,燃烧产生的热量用于向重整反应器供热及生产热水;

目前家用Micro-CHP(微型热电联产)燃料电池市场主要集中在亚洲市场,特别是日本,1台额定发电功率1kW的ENE-FARM大体可以满足普通日本家庭60%的电力需求及80%的热水需求;日本在2002年开始启动家用燃料电池示范计划,2005年开始补助系统装置费用,在累计了多年示范应用经验后,2009年初以ENE-Farm名称正式宣布家用燃料电池进入商业化阶段。

  2009年日本东京燃气、大阪燃气、东邦燃气、西部燃气、新日本石油及Astomos能源6家公司发表联合宣言,宣称在全球率先普及2009年度开始销售的家用燃料电池“ENE-FARM”,目标到2015年ENE-FARM年销售量达到50000台。

  2012年9月,欧盟设立Ene field项目,计划投资5300万欧元,在欧盟12个国家安装1000台Micro-CHP 燃料电池热电联产系统;经济性是普及的关键,目前售价200万日元:过去几年燃料电池系统价格虽然经历了较大幅度的下滑,但是包含补贴在内的价格基本维持在200万元日用元左右,加上施工费用的价格约为250万日元。而使燃气机的热电联产系统ECOWILL的售价仅为80万左右,2013年4月松下推出新型燃料电池Micro-CHP,售价降至199.5万日元,各大厂商计划到2015年燃料电池Micro-CHP系统的价格能够降低到70-80万日元;

  固定式燃料电池电站——数据中心成为主要试验场

  根据Fuel Cell Today的统计数据,2012年大型固定式燃料电池电站的安装量约为128MW,大型的燃料电池电站应用主要集中在美国和韩国,IT数据中心由于高能耗成为媒体炮轰的对象,因此IT企业数据中心成为主要的应用场所;北美燃料电池电站主要的供应商包括Bloom Energy(SOFC),UTC Power(PAFC)和FuelCellEnergy(MCFC),目前Bloom Energy推出的200KW SOFC燃料电池系统售价约80万美元,按照北美的电价和燃气价格计算,投资的成本回收期约为8.6年;2012年Apple提交计划将位于北卡州的数据中心燃料电池厂规模扩大一倍至10MW;Ebay犹他州Quicksilver数据中心建设6MW燃料电池电站,计划于2013年2季度投入运行;AT&T在加州和科涅狄克州28个通讯设施中安装了17.1MW燃料电池;韩国开始接受燃料电池作为大型电站,2011年当时全球最大的燃料电池电站在大邱运行,装有4个2.8MW DFC3000燃料电池发电机组,装机容量11.2W;POSCO计划在2013年建设一个60MW的MCFC燃料电池电站,同时首尔市政府表示将在2014年前新建29个燃料电池电站,总装机量达到230MW;

  燃料电池产业链

  燃料电池系统组成

  单独的燃料电池堆并不能发电,必须和燃料供给与循环系统(包括碳氢化合物转化的重整器)、氧化剂供给系统、水/热管理系统和使上述系统协调工作的控制系统组成燃料电池发电系统;数据显示,SOFC燃料电池系统的成本主要包含电站辅机、燃料电池组、热交换系统、重整器、电力电子和组装等,其中电站辅机占比成本的46%、燃料电池组占比成本的17%、热交换系统和重整器约各占系统成本的12%;天然气重整器:电站和家用燃料电池一般采用天然气作为燃料,需要将天然气重整制氢后参与反应。天然气主要成分是CH4,并含有硫化物,重整反应一般包含脱硫处理、催化燃烧、蒸汽重整、CO选择性催化氧化等;热交换器:质子交换膜燃料电池的工作温度为80-100℃,而用于SOFC和MCFC燃料电池的工作温度高达500-1000℃,因此需要配置热交换器实现散热或热电联产;储氢罐:对于车用燃料电池系统,除了燃料电池组件以外还必须配备储氢系统,交通工具要求储氢能力必须达到6.5wt%(重量百分比),为了减小储氢罐体积,方法是高压气态存储,70MPa高压储氢是国内外氢能储存的发展目标和研究重点,主要为由碳纤维复合材料组成的新型轻质耐压储氢容器,为了达到500公里的一次续航里程,采用70Mpa的储氢压力,其储氢系统要有125kg,体积要达到260L,目前的价格高达3万元;

  国内燃料电池相关企业

  新源动力成立于2001年,由中科院大连化学物理研究所等单位发起设立,主要从事质子交换膜燃料电池及组件的研制生产,被国家相关部委授予“燃料电池及氢源技术国家工程研究中心”,是目前国内燃料电池领域规模最大的企业,2007 年由新源动力提供燃料电池发动机的首辆 “PASSAT-领驭燃料电池轿车”研制成功,2010年公司为世博燃料电池车提供燃料电池堆,A股相关标的包括上汽集团、长城电工、南都电源、新大洲;

上海神力科技有限公司成立于1998年,主要从事质子交换膜燃料电池和钒电池的研发和生产,2010年公司作为世博会燃料电池汽车中的燃料电池发动机的主要供应商之一,共为30辆轿车,1辆客车提供了燃料电池发动机动力系统,A股相关标的为江苏阳光、复新医药、东岳集团2007年在香港上市,是中国氟硅行业龙头企业,公司坚持科技创新,在新环保、新材料、新能源等领域掌控了大量自主知识产权,在新型环保制冷剂、氟硅材料、氯碱离子膜等方面打破了多项国外技术垄断,实现了国产化替代。2008年东岳集团公司承担863项目“燃料电池高温质子交换膜制备”课题,根据同济大学的测试数据,东岳集团的中温质子交换膜品质已经接近杜邦的Nafion112膜。

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