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1、 燃料电池，是一种主要通过氧或其他氧化剂进行氧化还原反应，把燃料中的化学能转 化成电能的电池。丰田燃料电池车上市脚步渐近，把燃料电池技术的应用再次带进人们的 视野。燃料电池有多种类型，但是它们都有相同的工作模式。它们主要由三个相邻区段组成： 阳极、电解质和阴极。两个化学反应发生在三个不同区段的接口之间。两种反应的净结果 是燃料的消耗、水或二氧化碳的产生，和电流的产生，可以直接用于电力设备。燃料电池按燃料类型可分为直接型、间接型和再生型；按电解质种类又可分为碱性燃 料电池(AFC)、磷酸盐型燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC)、固体氧化物型 燃料电池(SOFC)和质子交换膜燃料
2、电池(PEMFC)。燃料电池按电解质种类分类燃料电池按电解质种类分类20 多年来，燃料电池经历了碱性、磷酸、熔融碳酸盐和固体氧化物等几种类型的发展 阶段，燃料电池的研究和应用正以极快的速度在发展。在所有燃料电池中，碱性燃料电池 (AFC)发展速度最快，主要为空间任务，包括航天飞机提供动力和饮用水；质子交换膜燃 料电池(PEMFC)已广泛作为交通动力和小型电源装置来应用；磷酸燃料电池(PAFC)作为中 型电源应用进入了商业化阶段，是民用燃料电池的首选；熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC)也 已完成工业试验阶段；起步较晚的固态氧化物燃料电池(SOFC)作为发电领域最有应用前景 的燃料电池，是未来大规模
3、清洁发电站的优选对象，100kW 管式 SOFC 电站已经在荷兰运 行，Siemens 和三菱重工都进行了 SOFC 发电系统的试验研究。相比之下，SOFC、MCFC 和 PEMFC 会是最有前景的技术路线。氢燃料电池优势及产业链分析氢燃料电池，即使用氢气作为燃料，利用电解水的逆反应产电的一种燃料电池，是目 前发展最好的燃料电池。其工作原理即：将氢气送到电池的阳极板，通过催化剂的作用，氢原子变成一个正电 荷的氢离子和一个负电荷的电子，其中氢离子通过电解质到达阴极板，而电子不能通过电 解质，而只能通过外部电路形成电流。电子到达阴极板后，与氧原子和氢离子重新结合为 水。氢燃料电池阴极板供给的氧可直
4、接从空气中获得，因此仅需不断给阳极板供应氢气并 及时把水带走，氢燃料电池就可以不断提供电能。相对于其他能源，氢燃料电池的发电过 程无污染，能量转换效率更高，且其燃料氢气来源广泛，可再生。1、零污染燃料电池属于清洁能源的一部分，由于其反应过程就是无污染的水反应，反应过程不 会产生污染物，其主要污染物来自于燃料，可能存在氮氧化物等污染。相对于普通火力发 电的空气污染以及传统电池的重金属污染而言，燃料电池对环境的污染程度远远降低。而 氢燃料电池，其燃料为纯净无污染的氢气，相对其他燃料而言，废气中也不存在污染物。 可以说，氢燃料电池就是一个能真正实现零污染的环保能源。燃料电池与火力发电的大气污染比较燃
5、料电池与火力发电的大气污染比较2、高效的能量转换效率燃料电池的发电效率也处于较高水平。在各种发电方式中，传统火力发电效率在 30% 左右，远低于燃料电池平均的 40%-60%效率。而在汽车领域的应用中，燃料电池的效率可 达 60%，也高于目前汽车普遍使用的内燃机效率。总体而言，燃料电池的能量转换效率在 其类似替代能源中都处于较高水平。3、易于获得燃料氢是宇宙中最常见的元素，氢及其同位素占到了太阳总质量的 84%，宇宙质量的 75% 都是氢。氢分子在地球上不是以天然的气体存在，大部分氢结合氧存在水中，可以说水资 源在一定程度上代表了氢能的储存量。制氢的能源和燃料可以来自多种来源例如天然气、核能、
6、太阳能、风力、生物燃料、 煤矿、其他化石燃油、地热。目前氢气主要是作为一种中间产品而生产的。主要是由化石 能源天然气(CH4)、原油(烃)或煤等原料，与水蒸汽在高下经蒸汽转化法、部分氧化法、煤 气化法等工艺生成。氢燃料电池主要包括电池组件和燃料两个部分。因此其上游主要是氢气供应以及电池 零组件。氢气供应部分主要是为燃料氢气而准备的，主要流程包括氢气生产、输送和充气 机。而电池零组件部分则主要生产燃料电池组、氢气存储设备和配件。中游则是将上述组 装，形成一个完整的可投入使用的燃料电池系统，每种系统构成都依据其不同的应用领域 而有所不同。下游的应用板块则主要包括了固定、交通运输和便携式三个主要领域
7、。产业链的核心在于中游的燃料电池系统，系统的组成必定要对应下游的应用，而在燃 料电池系统中，燃料电池模块是最为重要的。一般燃料电池由电解质、催化剂和双极板构 成，在这三者中，催化剂的有无对燃料电池成本的影响最为巨大。对于 PEMFC 来说，由 于其使用昂贵的铂族金属作为催化剂，其价格一直居高不下，可以说，催化剂是燃料电池 价格的决定性因素之一。另一个重要的决定因素这是电解质，不同技术类型的燃料电池堆 电解质的要求不同，不同的电解质的价格也会有所不同，并最终对燃料电池价格产生影响。固定领域引领氢燃料电池市场氢燃料电池早在 20 世纪 60 年代就因其体积小、容量大的特点而成功应用于航天领域。 进
8、入 70 年代后，随着技术的不断进步，氢燃料电池也逐步被运用于发电和汽车。现如今， 伴随各类电子智能设备的崛起以及新能源汽车的风靡，氢燃料电池主要应用于三大领域： 固定领域、运输领域、便携式领域。2012 年，全球燃料电池系统的出货量近 3 万台，同比增长约 34%，相对 2008 年增长 超过 321%。而在其中，固定式燃料电池的增长最为显著，从 2008 年的 2000 台迅速上升 至 2012 年的 2.5 万台。交运用燃料电池的发展则相对平稳，在未来其发展的主要看点集中在轻型燃料电池电动汽车数量的增加和物料搬运设备市场的大幅增长。在三个主要领域中，便携式领域的发展几乎处于停滞状态，即使
9、目前已有许多公司陆 续推出手机用氢燃料电池，但就整体而言，该类产品的商业化尚未得到实现，未来发展还 需很长时间。日本富士经济公司针对产业和商业、家用、燃料电池车、叉车等驱动、便携 和应急以及便携终端 6 个领域进行了调查，预测称到 2025 年，全球市场总计将达到 51843 亿日元，相当于 2011 年的 74.2 倍。单就氢燃料电池产业来讲，根据工研院 IEK 的统计，2011 年全球氢能与燃料电池市场 规模为 10.3 亿美元，较 2010 年 6.7 亿美元成长 54%。日本日经 bp 清洁技术研究所日前发 布的世界氢能源基础设施项目总览显示，到 2015 年预计包括液化氢基地、管道、
10、固定 式燃料电池以及燃料电池车在内的全球氢能源基础设施市场规模只有 7 万亿日元左右，但 在 2015 年以后，氢能源基础设施市场开始缓慢增长；而在 2020 年以后该市场会呈现加速 增长态势，到 2025 年，氢能源基础设施家用市场的规模将超过商用。也正因为如此，在到 2025 年的 5 年内，该市场规模将实现倍增，预计达到约 20 万亿日元；到 2050 年将达到约 160 万亿日元(约合 1.56 万亿美元)。固定式燃料电池市场包括多种尺寸和类型，主要用于各种固定位置的电力供应，包括 主要应用于发电站、楼宇、工程等领域的大型首要电源、备用电源或热电联产(CHP)，用 于家庭住宅和商业的微
11、型热电联产(CHP)，以及远程或基本应用例如电讯塔的首要或备用 电源。固定式燃料电池主要包括 MCPC、SOFC、PAFC 和 PEMFC。在美国市场，美国本土的 Bloom Energy,Fuel Cell Energy，UTC Power 和加拿大的 Ballard PowerSystems 是该领域的主要生产公司。随着各国政府对清洁能源的关注，固定式 燃料电池近几年的出货量不断攀升，根据 Pike Research 的预测，到 2022 年固定式燃料电 池的出货量将达到 35 万台，相对于目前的 2.1 万台有一个巨幅的提升。目前更多的行业在考虑使用燃料电池，希望在发生自然灾害时，燃料电
12、池可以独立于 电网发电。随着对电的复原力需求的增强，以及全球越来越快地采用分布式发电技术，和 家庭式热电联产的逐步普及，未来 10 年，固定式燃料电池产业将处于有利的引领地位。在固定式燃料电池的应用中，各地区略有差别。对亚太地区而言，辅助电源(Aux Power)是目前占比最大的应用，其他主要应用则是备用电源(Backup Power)和热电联产 (CHP)。在北美地区，备用电源(Backup)、热电联产(CHP)和分布式发电(DG)是三类主要的 应用领域。无论是在亚太地区还是在北美地区，随着家庭式热电联产的逐步普及，CHP 的 应用占比都将会逐步增大，并成为固定领域中的主要应用。分布式发电和
13、备用电源则作为 辅助应用，共同支撑固定领域发展。运输领域寻求突破交通运输领域的燃料电池细分有广泛的应用，主要包括车辆，公交车，小型飞机，船 只以及物料搬运设备等，使用的燃料电池类型仅仅是质子交换膜(PEMFC)。目前，交运领 域实现商业化的主要是物料搬运设备领域，而全球几家大型汽车制造商仍在继续追求燃料 电池轻型汽车的应用，并计划与 2015-2017 年实现商业化。北美的 Plugpower 和加拿大Ballard PowerSystems 是该领域的主要厂商。高效环保低成本的氢燃料电池叉车为运输领域的核心应用。叉车是工业搬运车辆，是 指对成件托盘货物进行装卸、堆垛和短距离运输作业的各种轮式
14、搬运车辆，是物料搬运设 备的一种。目前，叉车是交通运输领域中实现商业化较为活跃的主要品种。其主要生产商 为 Plug power 公司。叉车上的动力来源主要是电池。较常用的为铅酸电池，而目前燃料电池正取代铅酸电 池成为电动叉车的主要能量。在高流通量的配送中心和仓库环境中，与传统充电电池系统 相比，零排放燃料电池叉车体现了经济、实用、环保。燃料电池叉车的优势在于：通过恒功率输出和充氢气时间短显著提高叉车的生产率。 铅酸电池的性能有限，过长的充电时间导致其效率低下。与之相比，燃料电池由于燃料补 给迅速，且具有更长的使用寿命而备受关注。提高生产效率的同时，燃料电池叉车还可以 降低运营成本。例如，沃尔
15、玛超市在加拿大阿尔伯塔省的冷藏配送中心部署了 95 辆燃料电池叉车。与 传统的充电电池动力叉车相比，该项目在 7 年内将减少运行成本 110 万美元。沃尔玛现在 已有超过 500 辆燃料电池叉车运行在包括冷冻设施在内的三个仓库中运行。其余使用 Plug power 公司的 Gen Drive 系统的客户包括：宝洁公司部署在四个站点的 340 个燃料电池叉车 系统；思科部署在 7 个站点的超过 600 个系统；可口可乐公司部署在 2 个站点的 96 个系统。 2008 年时全美燃料电池叉车的总数才几百辆，而到 2012 年时在 19 个州近 40 个城市共拥 有 4000 多辆，燃料电池叉车在美
16、国开始迅猛发展。燃料电池叉车市场的供应商主要有 H2Logic,Hydrogenics,NuveraFuelCells,OorjaProtonics 和 Plug power。其中 Plug power 是最大的供应商，其市场份额约为 80%。使用燃料电池叉车的企业目前来看多为大公司，这部分是因为燃料电池叉车的售价高 于普通叉车。就 2012 年的主要订购商来看，主要集中在世界 500 强企业，其中又以零售业 为主。作为燃料电池叉车大厂商的 Plug power 公司在 2013 年第四季度接受了来自沃尔玛、 宝洁、宝马等公司的订单，订单量较以往有较大增幅，截止目前，Plug power 公司已累计 提供 4500 多套叉车系统，且随着 2013 年第四季度订单的爆发，燃料电池在叉车领域的应 用还将进一步扩展。Plug 订单 Plug 订单燃料电池车离产业化仍有不小距离成本：发展的首要阻碍燃料电池车目前普及度非常低，国外的燃料电池大巴目前售价在 100 万美元上下，而 特斯拉的“贵族”电动车 ModelS 售价也才为 73 万人民币，两厢对比下，燃料电池车的价格实在高出许
