氢燃料电池产业链分析（4）下游应用

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。从市场的观点来看，燃料电池因其效率高、持久性好、无污染、环境适应性强的特质，既适宜用于集中发电，建造大、中型电站和区域性分散电站，也可用作各种规格的分散电源、电动车、不依赖空气推进的潜艇动力源和各种可移动电源，同时也可作为手机、笔记本电脑等供电的优选小型便携式电源。1 固定式领域--下游应用最大的一块，产业相对成熟固定式燃料电池系统的主要应用领域为通讯基站、大型热电联产、居民住宅热电联产及备用能源等。2014年初统计结果表明，固定式燃料电池市场占有率达70%，并将继续引领未来全球燃料电池市场的发展。根据Navigant的一份报告显示，2014年固定式燃料电池系统的年出货量大约为4万套，预计在2022年的年出货量将达到125万套，其复合年平均增长率达51.7%。固定式燃料电池行业正处于一个非常活跃的阶段，许多公司计划开发或安装固定式燃料电池系统，由于现代社会对电力系统的稳定性及在自然灾害情况下电力的持续供应要求的增加，固定式燃料电池系统作为小型发电及备用电源系统得以迅速的发展。固定式燃料电池系统主要供应商主要分布在美国、日本、澳大利亚和欧洲。表1 固定式燃料电池全球主要制造商制造商国别类型主动力及微型热电联产Ballard Power Systems美国质子交换膜燃料电池Bloom Energy美国固体氧化物燃料电池ClearEdge Power美国质子交换膜燃料电池、磷酸燃料电池FuelCell Energy美国熔融碳酸盐燃料电池松下（Panasonic）日本质子交换膜燃料电池东芝（Toshiba）日本质子交换膜燃料电池ENEOS CellTech日本质子交换膜燃料电池Heliocentris Fuel Cells AG德国质子交换膜燃料电池Horizon Fuel Cell Technologies新加坡质子交换膜燃料电池Hydrogenics加拿大质子交换膜燃料电池Ceramic Fuel Cells澳大利亚固体氧化物燃料电池备用和远程电源Altergy Systems美国质子交换膜燃料电池Relion美国质子交换膜燃料电池IdaTech美国质子交换膜燃料电池Plug Power美国质子交换膜燃料电池Intelligent Energy英国质子交换膜燃料电池Dantherm Power丹麦质子交换膜燃料电池Horizon Fuel Cell Technologies新加坡质子交换膜燃料电池Hydrogenics加拿大质子交换膜燃料电池Ballard Power Systems加拿大质子交换膜燃料电池1）日本家用热电联供分布式燃料电池系统已商业化应用日本是全球燃料电池产业发展最快的国家之一，主要受益于日本自2005年以来在家庭用分布式氢燃料电池领域推广的成功。日本2005年开始实施Ene-Farm项目，2005-2009年验证和试点期间，累计销售分布式燃料电池系统近5000套，将系统购置成本从2005年的800万日元降低到2009年的350万日元，降幅高达56.25%。2010-2020年为产品的推广与普及期，日本政府从2010年开始对于安装燃料电池系统的家庭提供140万日元或制造成本一半的补贴。2015年由松下、东芝等企业推出的新一代家用燃料电池系统售价已经低至约150万日元，较2005年和2009年价格分别下降了81.25%和57.14%，其热电系统效率更是由最初的70%，提升至95%。同时，政府补贴额度也降低至50-60万日元。截止2015年底，日本国内家用燃料电池系统累计装机量已经达到12万台套，同时，开始在欧洲市场销售。2020-2030年，为大范围普及期，根据政府规划，最终日本家用燃料电池系统价格有望低至50万日元，累计销售量有望达到500万台套以上。2）燃料电池通讯基站备用电源得到验证近年来，燃料电池作为备用电源用在通信设备和远程电源领域中的可行性也得到了验证，尤其是在多个发展中国家的电信基站的应用在迅速增加，将燃料电池作为备用电源将会建立可靠的电网支撑和完善的离网发电解决方案。在英国、美国将燃料电池作为备用电源用于发展电信网络已经纳入新一期的能源政策。在此之前，绝大多数的电信基站都是采用铅酸电池和柴油发电机作为备用电源，相比于燃料电池，铅酸电池能量密度低且造价昂贵，而柴油发电机会造成环境污染，越来越多的电信基站开始采用燃料电池系统。印度在此领域的应用几年来处于领先地位。至2015年初，Essential公司已经为超过一万个基站提供服务，总计装机功率为100MW，年均收入达7500万美金。英国Intelligent Energy公司为印度电信通讯塔部署燃料电池技术作为备用电源项目，其总价值高达12亿英镑，总共覆盖了印度27400座通讯塔。目前，由于印度电力系统的不稳定，70%的通讯塔每天断电时间达到了8小时，这意味着9亿多手机用户中的一半用户经常与外界失去联系。因此，燃料电池的安装不仅对通讯行业大有裨益，也将对印度能源市场的转型有着积极的作用，意味着能源利用效率的提升以及成本的降低。2 交通运输领域--各国大力布局，市场起飞在即交通运输领域包括为乘用车、巴士/客车、叉车以及其他以燃料电池作为动力的车辆提供的燃料电池，例如特种车辆、物料搬运设备和越野车辆的辅助供电装置等。燃料电池车相比传统汽车，具有无污染、零排放、无噪声的优势，相比电动车具有续航里程长，充氢时间段的有点，是目前关注度最高的应用领域。1）燃料电池叉车率先得到发展运输领域率先发展起来的是叉车搬运市场，目前主要集中在美国。据美国能源部2016年5月统计显示，2008年美国叉车数量在500辆左右，2016年美国26州叉车数量超过11000辆，年复合增速高达56%。燃料电池叉车主要客户为大的消费品公司和超市，比如沃尔玛、宝洁和可口可乐等，供应商主要是美国的PlugPower、Nuvera Fuel Cells和Oorja Protonics，加拿大的Hydrogenics，丹麦的H2Logic。表2 燃料电池叉车市场主要供应商供应商国家燃料电池类型Plug Power美国质子交换膜燃料电池Nuvera美国质子交换膜燃料电池OorjaProtonics美国直接甲醇燃料电池Hydrogenics加拿大质子交换膜燃料电池H2Logic丹麦质子交换膜燃料电池2）燃料电池乘用车将触发爆发式发展小型燃料电池车现在正处于商业化转化中。从1994年戴姆勒公司就成功研制了首款燃料电池车NECAR1，丰田、本田、通用和现代也相继加入燃料电池车行列，其中日本丰田成为领跑者，在2015年向欧美发售其新款Marai燃料电池车。

图1 国际主要燃料汽车产商相关产品资料来源：ISI EMIS IntelligenceMarai与普通电动车相比在性能上有很大的优势。续航距离约700km，足够普通家庭日常使用一周以上，是普通电动车的四到五倍，并且随着行驶里程的加长，在系统成本上相对于普通电动车也将占优势。此外，加氢时间仅需3分钟，最低启动温度可在零下30度，行驶过程中不排放二氧化碳。丰田原计划2015年在日本国内销售400辆、向海外出口300辆燃料电池汽车，主要销往美国和欧洲。Marai发售后，在日本订单超过3000辆，在美国约2000辆的订单，远超公司预期。为此丰田采取措施分阶段提供Marai的产能，到2016年产能增至2000辆，2017年增至3000辆，并计划2020年前全球范围内销售总量达到3万辆。目前，储氢问题及加氢站数量不足成为燃料电池乘用车发展的阻碍。目前加氢站在北美、欧洲、日本、中国、韩国和澳大利亚虽有分布，但全球在运总数不足300座，加之加氢站建设的投资和周期较长，很难实现快速布局。目前各国政府大力支持积极推进加氢站建设，其中美洲增速最快，欧洲数量最多，亚洲也在积极布局中。3）我国燃料电池车辆产业化应用或将首先聚焦燃料电池大客车据2016年罗兰贝格《Fuel Cell Electric Buses–Potential for Sustainable Public Transport in Europe》显示，在欧洲一共有84辆燃料电池大中客车已经在用和近期将投放市场示范使用，分布在8个国家的17个城市和地区，计划到2020年，欧洲将投放300-400辆燃料电池大中客车。美国能源署国家可再生能源实验室2016年《Hydrogen Fuel Cell Bus Evaluations》显示，在美国正在示范运营的燃料电池客车共24辆，分布在9个城市。美国最初规划了65辆示范燃料电池大中客车，现在仅24辆在进行示范使用。我国早在2008年北京奥运会期间，福田欧辉与清华大学共同研发的3辆燃料电池客车参与示范运行；2010年，3辆同济大学研发和3辆清华大学研发，共6辆燃料电池客车亮相上海世博会；2010年新加坡青奥会期间，海格和清华大学合作研发的2辆燃料电池客车参与示范；2016年4月，宇通客车与亿华通签订100辆氢燃料电池客车合作意向书，预计2017年一季度末将会有100多台配备亿华通燃料电池动力系统的车上路运行；2016年5月，福田欧辉签订100辆8.5米氢燃料电动客车销售合同，开启氢燃料电动客车的商业化运作。产品方面，宇通第3代氢燃料电池客车采用了350MPa铝内胆碳纤维全缠绕储氢系统，实现了氢燃料加注时间仅需10分钟，单次加氢续驶里程达600公里；还结合了宇通睿控3.0技术，将电池舱体温度控制在15~35℃，满足氢燃料电池26℃左右的适宜工作状态，使其寿命也达到了5000小时。而福田欧辉从2006年携手亿华通开发氢燃料电池客车，2014年在顺利解决了生产成本高、燃料电池寿命短等难题后，推出了第2代氢燃料电池客车。当时，那批车的续驶里程已经达到240公里，最高车速80公里/小时，并且采用串联式制动能量回馈技术，进一步提高了整车经济性。如今，通过对氢燃料电池技术的继续研发，福田欧辉氢燃料电池客车的续驶里程已经达到600~700公里，几乎赶上传统柴油车的水平。海格也是一家较早进军氢燃料领域的客车企业，虽然近期并未发布新一代的氢燃料电池客车，但携手清华大学推出的上一代产品已经具备了续驶里程400公里，最高车速85公里/小时的能力。参考文献：[1] Prof David Hart. The Fuel Cell Industry Review 2016[R/OL]. E4tech[2016-11-19]. http://www.fuelcellindustryreview.com/[2] Prof Research. Global and Chinese Hydrogen Fuel Cells Industry. MarketResearch [2017-3]. [R/OL]. https://www.marketresearch.com[3] 华泰证券. 技术逐步成熟，产业链爆发在即[R/OL]. ISI Emerging Market Information Service [2016-7-20].  https://www.emis.com[4] 国金证券. 成本下降路径：国产化、规模经济和技术进步—燃料电池系列研究之PEMFC[R/OL]. ISI Emerging Market Information Service [2016-11-10].  https://www.emis.com[5] 海通证券. 海外燃料电池公司梳理[R/OL]. ISI Emerging Market Information Service [2016-8-3].  https://www.emis.com