燃料电池行业研究分析报告全球商业化进程加速.docx
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燃料电池行业研究分析报告全球商业化进程加速
2018燃料电池行业研究分析报告——全球商业化进程加速
▌燃料电池清洁高效,应用广泛
燃料电池:
高效的“发电”装置
燃料电池(FuelCell)是一种非燃烧过程的电化学能转换装置,将氢气(等燃料)和氧气的化学能连续不断地转换为电能。
工作原理:
H2在阳极催化剂作用下被氧化成H+和e-,H+通过质子交换膜达到正极,与O2在阴极反应生成水,e-通过外电路达到阴极,连续不断的反应就产生了电流。
与传统电池最大不同之处:
燃料电池是发电设备而不是储能设备。
燃料电池:
性能优异,内燃机的“替代者
燃料安全性:
氢气>天然气、石油
氢气无毒无害,反应物为水,绿色清洁
热值:
氢气≈3倍汽油≈100倍锂电池
密度小,高压氢气泄露燃烧时形成向上火炬,不向周围扩散
氢气燃烧限范围广,爆炸限较高,在空气中会发生燃烧或爆炸
性能媲美内燃机:
能量转化效率50%-70%、功率密度3.1Kw/L,是内燃机的替代者。
性能优于锂电池:
能量密度可达500Wh/kg;
只需3-5分钟便可完成加氢,5kg氢气行驶500km;
循环寿命4000次以上。
燃料电池分类
▌燃料电池加速发展,开启商业化进程
全球市场:
燃料电池进入快速增长期
2017年全球燃料电池出货7.3万套(+15%),对应规模670MW(+30%)。
2012-17年累计出货37.3万套,CAGR=10%;累计规模2511MW,CAGR=32%。
单套燃料电池平均容量持续提升:
1)结构变化,2)技术提升。
全球市场:
PEMFC市场空间最大
PEMFC在所有技术路线中出货规模占比最高,SOFC增长较快。
按台套:
2017年PEMFC销量4.55万套(+2.2%),占比63%。
按功率:
2017年PEMFC出货487MW(+43%),占比73%。
燃料电池汽车:
成为燃料电池增长主力
预计交通运输设备燃料电池将成为增长主力。
交通运输领域数量增长67%,容量占比68%。
PEMFC80%下游应用来自交通运输领域,其中乘用车占比约70%
燃料电池汽车:
开启商业化进程
领先车企积极抢占燃料电池汽车先机,加速推进燃料电池汽车大规模商业化进程。
日本富士经济:
2025年全球燃料电池市场3281亿元。
便携式燃料电池:
20亿元;
固定式燃料电池:
1419亿元;
交通运输设备燃料电池:
1842亿元。
InformationTrends:
燃料电池汽车将在2020年后进入高速增长期。
各国市场:
燃料电池支持政策陆续出台
中国、日本、美国、欧洲政策支持力度最大,持续加大研发投入。
各国市场:
亚美欧引领全球燃料电池发展
2017年,亚洲、北美、欧洲和其他地区燃料电池系统销量分别为5.7万、1万、0.5万和0.1万台,对应规模分别为303、326、39和2MW。
日本、德国、美国引领全球燃料电池研发与应用;日本累计占比达60%。
日本市场:
家用燃料电池规模快速放量
日本2014年发布《氢燃料电池战略发展路线图》:
第一阶段(2025年前):
扩大氢能使用范围,20年和30年分别达140万套和530万套;
第二阶段(2020-30年):
全面推广氢能,将购氢价格降至30日元/m3;
第三阶段(2040年起):
全面实现零排放的制氢、运氢、储氢。
日本燃料电池规模占全球60%,主要应用于家用分布式、汽车领域。
家用分布式:
家用燃料电池热电联供计划(ENE-FARM),以SOFC和PEMFC为主。
2005-09年安装3300套,2009年开始商业化推广;2017年底累计安装25万套。
日本市场:
燃料电池汽车技术优势明显
汽车领域:
2017年底累计销量约2500辆,预计2020年将达4万辆,2025年将达20万辆。
丰田燃料电池汽车Mirai性能优异,能量密度350Wh/Kg、功率密度3.1Kw/L,售价约26万元,补贴前约39万元,与纯电动汽车差不多,运营成本稍高于纯电动汽车。
2017年Mirai全球销量2682辆(同比+32%),对应PEMFC约305MW;美国1838辆(210MW),日本766辆(87MW),欧洲78辆(9MW)。
Mirai于2018年开始量产,预计2020年总产量达3万辆。
日本市场:
前瞻布局燃料电池汽车加氢站
美国市场:
加州大力支持燃料电池汽车发展
美国政府对于燃料电池和氢能基础设施实施30%-50%的税收抵免;
2014年7月,8州签署“零排放车辆合作协议”,目标20年域内330万辆机动车尾气零排放。
2018年5月累计销售燃料电池乘用车4819辆,多个客车运营项目规模加大推广。
欧洲市场:
稳步推进燃料电池汽车整体规划
欧盟2008年出台燃料电池与氢联合行动计划项目(FCH-JU),2011年启动“H2movesScandinavi”和欧洲城市清洁氢能项目(CHIC)。
2017年建成百余个加氢站,15国加氢站互通互联。
预计2020年实现燃料电池商业化应用。
奔驰燃料电池汽车:
2014年推出B级F-Cell,2017年又推出GLC级F-CELL,氢燃料储量4.4kg,最大续航里程达到437km。
▌国内燃料电池尚处起步阶段
市场逐步启动,国内外差距较大
国内出货量:
2017年出货16MW(+19%),全球占比2.4%,5年CAGR=24%。
下游应用分布:
交通运输设备占74%,便携式电源占16%,固定式发电系统占10%。
政策集中出台,提供催化动力
纯电动汽车复盘:
前期行情主要受政策催化,市场销量增强上升动力。
2012-2015.7:
补贴政策始出台,开启三年繁荣期。
2015.9-2016.6:
补贴退坡引起抢装,骗补调查终结行情,行情经历“过山车”。
2017.1-2017.4:
新政调整补贴车型,影响产销,市场持续下行。
2017.6-2017.9:
“双积分”政策超预期,产销数据推动,开启反弹行情。
2018.2-2018.4:
补贴下调符合预期,缓冲期产销大增,随创业板“V”型反转。
燃料电池汽车:
处于政策集中出台前期,国内市场有望随海外销售逐步放量。
国内燃料电池汽车:
106款入选新能源车推荐目录
2017年第1批至2018年第12批,共21家车企106款燃料电池汽车入选。
客车占75%,专用车占25%;东风(专用车)、宇通(客车)等入选车型数量居前。
国内燃料电池汽车:
商用车成为率先突破口
商用运营端:
线路固定+加气简便+集中采购→国内燃料电池汽车从商用车切入。
《节能与新能源汽车技术路线图》对国内燃料电池汽车发展做出详细规划。
国内燃料电池发展规划
预计国内氢能产业市场规模2030年将达1万亿,2050年将达4万亿。
▌产业链日趋完善,市场空间巨大
燃料电池产业链
上游材料:
氢气供应和电池组件生产环节,包括氢气生产及运输、电池双极板、催化剂、质子交换膜、气体扩散层、密封件等领域;
中游组装:
主要是燃料电池系统的组装环节;
下游应用:
包括固定式发电装置、交通运输设备和便携式燃料电池三大应用领域厂商。
上游:
我国燃料电池核心原材料仍处于实验室向产业化过渡初期,技术水平相对落后,缺少自产能力,严重依靠进口国外Ballard、Hydrogenics等公司电堆再进行组装;
中游:
国内企业多布局于中游系统集成领域,部分企业也向上游材料有所延伸;
下游:
国内主要是主流车企进行储备和布局。
规模效应提升,技术瓶颈突破,成本持续下降
燃料电池系统约占汽车成本50%,电堆成本约占系统成本60%。
按PEMFC产能50万台/年测算,2017年成本45美元/kW(-15%),较2006年下降64%,距离DOE的2020年40美元/kW、最终30美元/kW的目标仅有5美元和15美元的距离。
降本关键:
降低铂等贵金属催化剂用量、提升质子交换膜性价比。
降本关键:
降低铂等贵金属催化剂用量、提升质子交换膜性价比。
铂用量有望持续下降。
2017年燃料电池汽车用铂量降至0.2g/kW,10年下降75%-80%,接近传统燃油车。
DOE规划2020年左右,铂用量降至0.1g/kW,远期目标降至0.05g/kW,低于传统燃油车,直接带动成本下降20%左右。
燃料电池铂催化剂可实现99%的回收利用,进一步控制铂成本、促进产业持续发展。
质子交换膜成本居高不下,降本道路仍待探索。
将全氟磺酸膜与聚四氟乙烯复合,改善强度和稳定性,降低用量;开发廉价的低氟或无氟膜,但仍需解决易氧化、易降解等问题。
氢能配套设施日趋完善,加氢成本有望大幅下降
产氢方法:
该环节较为成熟。
目前以蒸汽重整为主,低价高效;电解制氢将成为氢气生产的主流技术。
储氢:
提升储存密度是储氢关键。
高压储氢:
主流35/70MPa,日本89MPa,国内35MPa。
液化储氢:
用于大规模储氢。
氢气运输:
与储存方法有关。
氢能配套设施日趋完善,加氢成本有望大幅下降
2017年全球加氢站共328座,新增约64座;国内外氢气站建设水平与速度相差较大。
单个燃料电池加氢站的投资额在1000万-1500万元,属于合理范围,且随着规模起量未来5年建设成本有望下降一半。
在加氢环节,目前加氢价格约9美元/kg,是管道氢气价格的4倍左右。
压缩、储存和冷却环节成本正快速下降,未来加氢价格目标有望下降到4美元/kg以下。
燃料电池市场空间巨大
当80kW质子交换膜燃料电池汽车年产量达50万辆,电池系统成本45美元/kW,对应的燃料电池系统市场空间约为18亿美元。
电堆、空气供给系统、冷却系统、控制系统、加湿及水分回收、氢气系统和其他系统市场空间分别为10.8亿美元、2.9亿美元、1.3亿美元、0.7亿美元、0.7亿美元、0.9亿美元和0.7亿美元;
电堆的核心材料催化剂、双机版、膜、气体扩散层、MEA垫片和其他市场空间分别为4.1亿美元、2.9亿美元、1.4亿美元、0.9亿美元、0.5亿美元和0.9亿美元。
随着国内燃料电池行业政策支持及试点项目持续落地,技术进展和产业化推广有望提速。
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