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氢能与燃料电池发展现状调研报告(一)

时间:2011-07-14 17:10:16来源:中国氢能源网
引言 
氢能被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源,在21世纪的第一个十年结束之际,以燃料电池技术为代表的氢能的开发和利用已在全球各国取得巨大进展,并开始部分实现商业化。2010年5月14日至15日,第十三次国际氢经济和燃料电池伙伴计划会议(IPHE)在德国埃森召开;随后,5月16日至21日,第十八届世界氢能会议(WHEC)也在埃森举行。从会议透出的信息显示,即便在全球遭遇金融危机的情况下,各国持续开展氢能与燃料电池技术研究、开发和商业化部署的脚步也没有放缓。
我国科技部以及同济大学、清华大学等单位派代表出席了这两个会议。本文是在收集整理这两次会议信息,并扩展调研近两年多以来全球范围内氢能和燃料电池发展现状的基础上所做的调研报告。希望能为我国制定氢能与燃料电池技术发展战略提供参考。
 
一、商业应用与示范进展现状
1. 燃料电池商业应用
由于各国政府的鼓励措施力度不断加大、燃料电池使用记录越来越多和燃料电池成本的不断降低,全球范围内,用于发电和电网支持应用的兆瓦级燃料电池系统的需求不断增加,零售业和制造业公司开始看到燃料电池系统热电联产(CHP)、叉车、备用电源和远程发电应用的价值,各国,尤其是在亚洲和北美地区的商业应用成功案例正在不断增多。2009年燃料电池单元的全球出货量约24000个,与2008年相比增长了41%。
日本家用燃料电池系统的发展处于世界领先地位,正在成千上万的日本家庭示范推广。2008年底日本家庭拥有超过3000台PEM CHP装置,可以使家庭的主要能源用量减少24%,二氧化碳的排放量减少39%。2009年,日本加速了Ene-Farm社区燃料电池计划的发展,对于Ene Farm系列燃料电池产品具有划时代的意义。从2009年5月,松下东京燃气公司的Ene Farm机组以大约330万日元的价格出售。7月,由日本石油公司与日本三洋电气公司联合组建的合资公司ENEOS Celltech公司、东京燃气公司和东芝公司都表示,由其生产的社区Ene-Farm装置开始面向市场发售。经过1年多的运营,日本的家用燃料电池认可率已经达到71%。截止到2010年5月,日本销售了5269个家用燃料电池装置。一些企业财团现在正寻求海外市场,扩大电池的消费人群。
韩国浦项制铁公司(POSCO)订购了68兆瓦的熔融碳酸盐燃料电池(MCFC),开始在韩国境内大规模的生产MCFC发电系统的辅助设备组件,POSCO制定的新的燃料电池行业清洁发展机制(CDM)已经获得了联合国的批准,用以指导熔融碳酸盐燃料电池(MCFCs)的生产制造。另外,三星公司在汉城外的发电厂安装了4.8兆瓦的燃料电池。
在美国,固定式燃料电池为燃料电池提供了一个重要的早期市场。2008年,美国已安装大约50套新的大型固定式燃料电池装置提供为用户分布式电源,世界上最大的固定式燃料电池装置——4.8兆瓦的站内发电量,就位于美国新的世界贸易中心大楼内;2009年,康涅狄格州公共事业委员会已批准要建立9座熔融碳酸盐燃料电池发电厂,共计27.3兆瓦;俄亥俄州为实现本地二氧化碳的零排放,从加拿大巴拉德动力系统公司购买1兆瓦拖车用聚合物电解质膜燃料电池;美国能源部正与联邦航空管理局、美国国防部(DOD)安装43套紧急备用电源系统。
美国是燃料电池叉车的一个主要早期使用者,建立了明确的商业案例。继2008年示范活动的成功演示,美国国防局在宾夕法尼亚州供应站安置了40辆燃料电池叉车和室内加氢设施,并着手为另两个供应站购买40辆燃料电池叉车。美国5个新的能源部项目,将在联邦快递、Genco、Sysco和东宾夕法尼亚部署300多辆燃料电池叉车。燃料电池叉车的销售迅速扩展到商业设施。
2. 燃料电池汽车示范
燃料电池汽车(FCV)得到了世界各国政府和企业的高度重视,特别是美国、日本和德国及其企业都加大了燃料电池汽车的研发与示范,并且取得了重大进展,预计在未来的5--10年内FCV将正式进人市场。
2008年以来,最新一代的本田和通用氢燃料电池汽车(HFCVs)示范工程冲击着商业化之路。通用在纽约,加利福尼亚州和华盛顿特区投放了100辆雪佛兰氢燃料电池汽车车队。到2009年底,车队已实现了行驶100万英里的一个里程碑。通用还宣布,其下一代燃料电池系统与现在的Equinox燃料电池相比,体积减少一半,重量减轻到220磅,并节省一半贵金属用量。
加利福尼亚州是世界燃料电池车示范的先驱。自2001年以来,汽车、能源公司和地方、州与联邦政府联盟已经在加州投放了298辆燃料电池汽车进行示范,行驶里程接近250万英里。美国能源部燃料电池科技公司与美国产业界共同展示了140辆氢燃料电池车,行程已超过230万英里。
2009年5月26日,为期9天的氢公路旅行计划从美国加利福尼亚州的圣地亚哥到加拿大哥仑比亚省的温哥华市示范了由世界七大汽车制造商制造的12辆各种氢燃料电池轿车和燃料电池SUV,行程共1700英里,沿途停靠28个城市,成为开展氢与燃料电池技术宣传教育和扩大清洁能源交通工具影响的最好方式之一。
在加拿大,世界最大的氢燃料电池汽车车队在2010年不列颠哥伦比亚省惠斯勒冬奥会上成功交付,车队共包括20辆第六代燃料电池公交车,其中包括雪佛兰Equinox燃料电池车,它们与柴油动力车相比,可减少62%的温室气体排放量,成为2010年温哥华冬奥会官方用车,为冬奥会提供了强有力的环保交通保障。另外还有5辆福特福克斯燃料电池车正在温哥华低陆平原进行为期三年的测试。
在日本,日本政府开始租赁氢燃料电池汽车。2008年9月,丰田公司宣布,它已开始以每月7700美元的价格租赁最新的氢燃料电池汽车给日本政府,租赁期超过30个月;丰田的Highlander燃料电池混合动力汽车取得了单个满容量的压缩氢气罐可行驶431英里的续驶里程,和等效于每加仑汽油行驶68.3英里的平均燃油经济性;本田在日本和加利福尼亚州推出了它的Clarity HFCV,共有6辆Clarity燃料电池汽车在加利福尼亚州投入使用,计划到2011年夏天总数达到200辆。
在德国,奔驰发布了最新的燃料电池车200系列产品和Citaro柴油-电力混合动力车和质子动力的三重混合动力客车(由燃料电池、电池和超电容器供电);奔驰所有乘用车和商用车的氢燃料车型,已经经过了 450 万公里的道路测试。从2010年起,汉堡将接收20辆配有燃料电池驱动系统的梅塞德斯—奔驰B级燃料电池车。
在英国,英国交通技术开发公司引入Riversimple小型和市内燃料电池车,计划在2013年开始市场化;英国皇家邮政公司收到三台氢燃料汽车,是除北美地区以外唯一拥有氢能动力邮政车辆的地方,其中伯明翰大学使用燃料电池驱动的Microcab,而皇家邮政公司使用优质的低碳燃料电池车辆。
我国在2008年北京奥运会上成功组织和进行了23辆燃料电池汽车的示范,2010年上海世博会则投入近200辆燃料电池车辆作为观光和服务用车,其示范规模和周期在全球范围内名列前茅。
3. 基础配套设施
世界目前有超过370座加氢站在运营和规划中,主要集中在日本、欧洲和美国等国家或地区。
日本现建有12个加氢站,分布在11个城市中,其中千住、朝日、大黑、霞关等四座站配备了70 MPa级设备,这些站及其制氢设备是由日本JHFC项目实施建设的,现在运营安全。日本8家能源公司(新日本石油、昭和壳牌石油、出光兴产等5家大型石油企业以及东京燃气、大阪燃气和东邦燃气3家大型都市燃气公司)自2009年以来联合进行加氢站及设备的开发与示范,力争到2015年使氢气供给进入商业化阶段。
韩国正努力发展氢能高速公路网络,包括有6座正在运营的和4座计划中的加氢站。其中2座采用现场水电解制氢技术,5座采用管道或公路运输补给,其余3座将采天然气或石脑油重整制氢技术。
美国正在运营的加氢站达到69座,规划中的加氢站38座。运营的69座加氢站中,有9座是在2009年开放的,包括纽约的3座,加利福尼亚州的2座,以及科罗拉多州,南卡罗来纳州,西弗吉尼亚州和密歇根州各1座。加利福尼亚州经营的加氢站总数达到了27座。加州燃料电池联盟计划到2017年要在加州部署46座加氢站,为预计在该日期之前能驶上道路的50,000辆燃料电池汽车服务。美国加州燃料电池合作组织——CaFCP,于2010年5月4日在美国国家氢能会议期间公布了其“氢燃料电池车与加氢站下一步实施计划”,对2009年制定的2010至2011年的工作计划作了修改完善,旨在为在2011年,加利福尼亚的加氢站网络所能服务的氢燃料电池车从目前的数百辆扩大到数千辆,并为2015年燃料电池汽车市场化作准备。计划中要在加州新建七处加氢站,并对原有四座加氢站进行扩建改造,计划于2011年底完成。
在加拿大现建有七座加氢站,分别位于温哥华、萨里、北温哥华、高贵林港、维多利亚、温哥华机场和惠斯靳,是加拿大氢能长期发展计划的一部分。
整个欧洲目前拥有22座加氢站。德国、冰岛、挪威、丹麦在氢基础设施建设方面取得了不错的成绩。北欧国家一直站在氢能利用的前列,而且也引导着燃料电池技术的发展,正稳步地朝向氢经济迈进。
德国在氢能与燃料电池产业化方面一直扮演着领导者的角色。在2007年,德国出台了国家创新项目(NIP),明确支持氢能与燃料电池技术的发展,旨在加速其产业化程。该项目预算资金为1,400万欧元(2007—2016),其中50%以上是用于支持氢交通基础建设。预计在2014年建成由汉堡至柏林之间的八座加氢站。德国政府希望在2030年能够全面建设加氢站服务网络。另一个规模较大的项目是北莱茵河至威斯特伐利亚氢公路项目(NRW),一个由六座加氢站组成的集群,可以很容易地延伸到汉堡。2009年9月10日,德国与欧洲几个主要工业巨头在柏林签署H2 Mobility项目合作备忘录,就从2011年底在德国全面开展氢基础设施网络建设达成一致意见。此举对氢燃料电池车的商业化具有里程碑的意义。项目的成功实施将确保德国乃至欧洲在世界清洁能源领域的领导地位。
冰岛首都Reykjavík目前有两座加氢站,较大一座加氢站采用现场电解水制氢。冰岛由于其独特的地理资源优势,该国的电力均来自可再生能源,因此,所生产的氢属于可再生氢。另一座是位于港口的加氢站,规模较小,主要为观鲸船加氢,氢气从大加氢站运来,经过一年的使用证明,该加氢站达到了安全与效率方面的设计要求。
挪威挪威石油公司在全长580公里的氢公路上建设的四座加氢站相继投入使用。该批加氢站均采用现场制氢,产氢量从20公斤至120公斤不等。
丹麦计划明年建设五座加氢站,与瑞典连成一体,有助于沟通挪威HYDRO氢公路到德国HRW和汉堡的氢公路项目。目前,相关的验证工作已经展开。丹麦在风能发电技术方面一直处于世界领先水平。其HydrogenLink项目中的加氢站不仅可以给氢燃料电池车、燃料电池叉车提供燃料,同时又可用来储存风能所产生的电力,真是“一站多用”。此外,挪威Hynor、瑞典Hyfuture和丹麦Hydrogen link项目联合成立斯堪的纳维亚氢公路合作伙伴,旨在让斯堪的纳维亚在2012年成为欧洲第一个实现氢能应用商业化的地区,并继而向整个欧洲扩展。
与丹麦、德国、挪威不同,英国政府缺少一个长期的氢能路线图来引导低碳交通运输。今年,英国伯明翰大学的一座加氢站投入使用,用来给校园里的几辆氢燃料电池通勤车加注燃料。配备的是Air Products100系列加氢设备,每天可给六辆该型小轿车加注燃料。 在英国氢能协会(UKHA)的帮助下,英国政府已着手进行氢基础设施建设,为2012年伦敦奥运会作准备。最近,英国Riversimple公司推出氢燃料电池城市概念车,引起轰动,预计2013年进行批量生产。这将促进英国加氢站等基础设施的建设进程。
我国目前在北京和上海共有四座加氢站在示范运行,分别是北京加氢站,绿能加氢站,和上海浦东济阳路加氢站与安亭加氢站。上海世博会期间,还有两座移动加氢站投入运行,与济阳路加氢站和安亭加氢站共同组成了国内首个氢基础设施网络,为世博示范运行的196辆燃料电池汽车提供氢气加注服务。

 

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