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下一个能源风口:中国氢燃料电池行业分析

来源: 时间:2020-10-25

世界范围内氢燃料电池行业发展正在紧锣密鼓地进行之中,中国的氢燃料电池行业发展如何呢?


01

新型能源:从“巴黎协定”到氢燃料电池


“这是人类应对全球气候变化挑战过程中的关键一步”,这是国际货币基金总裁对《巴黎协定》的评价。2016年,全球195个国家联合签订了《巴黎协定》,这是一个为应对全球变暖危机而做出的控制全球气温上升的协定。


根据这一协定,要将21世纪全球平均气温上升幅度控制在2℃以内,为此,在全世界范围内到2050年之前要将与能源相关的二氧化碳(CO2)排放量减少60%。


而要达成这一目标,氢燃料电池是其中的重要一步。就在《巴黎协定》签署两年后,在波恩举行的COP23会议上,由汽车、石油和天然气、工业用气和设备行业的18家公司组成的氢能理事会提出了其对氢如何促进实现气候目标的设想。该理事会认为:如果认真努力将全球变暖控制在2℃,估计到2050年,氢将占到总减排需求的五分之一左右。


那我们有必要来解释一下,什么是氢燃料电池,以及它的工作原理与优势所在。


简单来说,氢燃料电池是将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置

氢燃料电池其基本原理是电解水的逆反应,把氢和氧分别供给阳极和阴极,氢通过阳极向外扩散和电解质发生反应后,放出电子通过外部的负载到达阴极。


究其本质来说,氢燃料电池是一种发电装置,并不是储能装置,这是它与我们生活中常见的干电池、蓄电池是的本质区别。我们生活中所用的干电池、蓄电池,都是把电能贮存起来,等到运用的时候再释放出来。而氢燃料电池更像是一个发电厂,直接把化学能直接转化为电能。


相比于传统能源,氢电池有这个几个优点


环境友好丨无污染

我们传统上采用燃烧汽、煤、柴油等进行发电的过程,本身是一个巨大的污染源,这一燃烧过程中会释放像COx、NOx、SOx气体和粉尘等污染物。如果是燃料电池的话,它只会产生水和热。当然,很多人会有疑问,那么制氢的过程本身也需要消耗能源,也会产生污染。对此,我们也有了新的解决思路,那就是通过可再生能源——风能、太阳能等来制氢。这样一来,整个过程就不会产生任何污染。

氢燃料电池丨效率高

传统的发电机是将机械能转化为电能,这一过程会有大量损耗,而氢燃料电池直接将化学能转化为电能,这一过程不需要任何能量转化,因此其发电效率能够达到百分之五十以上。

安静丨少噪音

目前所使用的氢燃料电池,其噪声大约为55分贝。这甚至比我们咀嚼食物的声音安静的多,而传统的发电机中最安静的一种,其噪声最低也超过了100分贝,即使加了静音箱降噪,其噪声也能达到了80分贝。


航天业是氢燃料电池的重要领域,也是较早使用氢燃料电池的领域。早在二十世纪六十年代在“阿波罗”飞船所使用的,就是氢燃料电池。2018年4月,波音公司于2008年4月3日成功试飞氢燃料电池为动力源的一架小型飞机。相关人士称,“这一技术对波音公司意义重大,也让航空工业的未来‘充满绿色希望’。


氢在能源系统中有着广泛的应用,其中最突出的是它在交通运输上的作用。根据氢能理事会的设想中,要将全球变暖控制在2°c,全球氢需求增长的三分之一将是在交通运输上。到2050年,氢动力燃料电池汽车将占总车队的20%,约4亿辆汽车,1500万至2000万辆卡车,约500万辆公共汽车。而氢在交通运输部门的总减排目标中所占份额高出约30%。


目前,氢燃料汽车在市场上的发展正在如火如荼地发展。2017年日本的本田Clarity、现代ix35/Tucson和丰田Mirai三款氢燃料汽车分别在在日本、韩国和德国上市,到2020年已经有十多款车型发布。2019年中国氢燃料电池汽车产量为3018辆,相比2018年,增幅为86.53%,2020年有望达到一万辆。韩国到2020年结束时将有2.6万辆公交车改装成氢气。长途运输重型货物的卡车是另一个优先发展氢燃料电池的领域,丰田(Toyota-Motors)和尼科拉(Nikola)等新兴货运制造商正在计划发展氢燃烧电池用于卡车。氢燃料电池列车可以取代许多柴油机车在非电气化轨道上。2017年第一辆氢燃料电池电车在中国广东佛山开始运营,阿尔斯通的第一辆“液压”列车于2018年初开始在德国载客。


02

大国布局:从国家层面到各地政府

近年来,从国家到各地政府,都在积极进行氢燃料行业的布局和发展。


在2020年10月9日的国务院常务会议上,通过《新能源汽车产业发展规划》。总理说,近年来,我国新能源汽车基础设施建设发展较快,但与旺盛的市场需求相比仍有差距。当前要加强充换电、加氢等基础设施建设,加快形成快充为主的高速公路和城乡公共充电网络。


2019年“两会”上的政府工作报告里,氢燃料电池产业首次被纳入其中。2019年12月工信部发布的《新能源汽车产业发展规划(2021-2035)》(征求意见稿)中,着重强调了要大力发展氢燃料的制作、储存、运输技术,提高其经济性,并要求进一步推动氢燃料基础设施建设。


2020年10月15日,中国氢能产业发展创新峰会发布了《中国氢能产业发展报告2020》。据报告称,到2050年,预计氢能占终端能源消费比例将达10%,氢燃料电池汽车保有量3000万辆,氢气需求量6000万吨。氢能产业现在迎来了最好的发展时期,氢能作为一种二次能源,是推动传统化石能源清洁高效利用和支撑可再生能源大规模发展的理想能源媒体,现在传统能源结构亟待调整。下面是前瞻经济学人统计的部分国内氢气及燃料电池相关政策。



对此,各地政府纷纷响应,依据各地方发展现状,提出了自己的发展目标。根据《2020年中国城市与区域氢能燃烧电池产业发展报告》,目前我国的氢燃料电池产业在“长三角”和“珠三角”两大主要产业布局。


在“长三角”地区,以上海、苏州、嘉兴、宁波、南京、南通、无锡等地区为主,形成了国内最大的氢燃料电池汽车产业系统。上海作为该地区的中心,已经打造了两座产业园:上海临港自贸区氢产业园和上海嘉定氢能与燃料电池产业园。早在2017年,上海就发布了《上海燃料电池汽车发展规划》,计划从2021年到2025年,建成加氢站50座,乘用车使用氢燃料电池不少于2万辆,其他车辆不少于1万辆。苏州建成了张家港氢能产业示范区,现有3座加氢站,另有4座加氢站正在建设中。从2021年到2025年,苏州计划建成40座加氢站,运营氢燃料电池车辆不少于1万辆。


在“珠三角”地区,以佛山、广州、茂名、深圳、云浮为主要氢燃料电池产业发展基地。佛山是我国最早发展氢燃料电池产业的地区之一。早在2016年,佛山在三水开通了首条氢燃料电池城市公交车示范线路。截止2020年6月,上海建成并投入运营的有10座加氢站,建成了南海区氢能产业基地和高明氢能产业基地。“珠三角”另一处于前列的城市是广州。目前国内最大的氢燃料电池膜电极生产线在广州建成。


各地政府支持氢燃料电池产业发展的一大举措就是财政补贴,主要在初始投资补贴和加氢站补贴两个方面。这是发展氢燃料电池的两大难点,从这两个方面入手,可以极大地刺激和推动氢燃料电池产业的建设。下面是由前瞻经济学人统计的我国部分地区的补贴政策介绍。


03

行业现状:技术、运用和不足

就技术本身而言,氢燃料电池已经发展多年,有很多成熟的技术,但这不代表着它的未来发展顺畅。


首先是技术。目前,在氢燃料电池专利技术数量的全球排名上,我国排在第五,但不代表我国的技术水平处在全球领先水平。下面是国金证券所调研报告发布的国内外燃料电池整体性能对比数据。



据析,中国在电池所需的催化剂、质极膜、密封材料和双极板等方面都落后于国际水平。国内最早从事氢燃料电池研究的学者、同济大学新能源汽车工程中心副主任马天才教授说,“发展燃料电池需要解决三个层面的问题:材料-工程-产品。我们国家最落后的是材料问题,比如电堆里的膜和催化剂等。”为此,全国人大代表、长城汽车总裁王凤英在今年的两会上建议:“政府要引导加大氢燃料电池基础科研投入,突破核心材料和关键部件的技术瓶颈,促进产品国产化。”


其次是成本影响运用。氢燃料电池技术,以往都是运用在航天和军事领域,而这些领域大多是不计成本的,所以说,就像前文中提到的《新能源汽车产业发展规划(2021-2035)》(征求意见稿)所强调的,控制成本,才是发展氢燃料电池广泛运用于交通运输等行业的核心所在。


据汽车商业周刊文章称,氢气出厂价可能只有几块钱,但是经过一系列的加工,到达加氢站,可能要翻好几倍。在安亭的某加氢站,每公斤氢气需要70元人民币。但是业内人士认为,可能要达到单位价格20-25元才能进行氢燃料电池的市场化推广。


此外,氢燃料的安全性,也是制约氢燃料电池发展的重要因素。氢燃料电池对密封性的要求非常之高,因为氢气分子非常小,很容易发生泄漏和危险。在日本丰田公司的氢燃料电池汽车发展历史上,就有个这样的阻碍,即没有权威的第三方机构可以证明丰田所产的氢燃料电池汽车在密闭空间中不存在安全隐患。


04

小结


尽管存在着这样那样的问题,但是前景依然是可观的。面对着氢燃料电池发展的蓬勃前景,其在替代化石燃料、环境友好、满足日益增长的能源需求方面等方面无可比拟的优越性是其发展的原动力。我国从国家到各地政府,正在大力促进氢燃料电池产业集群的全面发展。总的来说,是挑战,也是机遇,谁能迎难而上,谁将拥有未来。

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