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Fuel Cell Today 2011燃料电池行业回顾(二)

时间:2011-10-28 10:46:10来源:中国氢能源网

简介

2010年全球燃料电池总出货量增加了40%,共230000台,创下了历史新高。在世界范围内售出的所有燃料电池装置中有97%使用的是质子交换膜燃料电池(PEMFC)技术。Fuel Cell Today 在本篇回顾报告中列举了2007-2011年出货量,并且按照应用领域、发货地区以及燃料电池类型将燃料电池出货量分别归纳总结(下图)。在这个图表当中可以清晰的看到燃料电池出货量的逐年增加,2011年出货总量要比2007年高20余倍。

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Fuel Cell Today 2007-2011燃料电池出货量统计

然而,如果将出货量看成一个整体,那么统计后的数据是十分惊人的。如果将燃料电池产业看做是一个处于不同发展阶段的各个部门的集合,那么我们可以得到更多的信息,这些数据也会更具教育意义。因此,“燃料电池行业”这一术语显然是一个误称。

以下部分将Fuel Cell Today的全球燃料电池输出总量分成了更有意义的几个部分,将这两个图表放在一起观察可以深刻理解燃料电池行业发展趋势,找到燃料电池商业成功要点,也可以观察到装置出货量大小变化规律,并且确定哪一类型的燃料电池解决方案是最好的。

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按应用和出货总兆瓦数划分的2007-2011燃料电池出货量变化趋势图

燃料电池应用发展

便携式应用

按照出货量数据显示,便携式燃料电池使用量最多,并且可以获得极大的经济效益。从2007年起。便携式燃料电池的年出货量至少占总量的75%。并且从2009年开始,微型便携式燃料电池的出货量逐年增加,而且便携式燃料电池的总出货量也超过了总量的95%。然而,如果按照出货兆瓦数计算,则仅占2010年全球燃料电池装置总兆瓦数的2.6%,因为绝大多数便携式燃料电池装置的发电量都很小(< 5 ),主要应用于教育装置和玩具之中。

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便携式燃料电池

教育用燃料电池

    在Fuel Cell Today的报告之中始终包含玩具和教育用燃料电池装置的出货量,因为它们与其它一些小型燃料电池(用于为消费电子产品充电)一样有效。这一市场为部分燃料电池公司提供了切入点,能够帮助他们提高技术水平并实现其产品的商业销售,持续为这些公司大型产品的研发提供资金,并最终推动这些产品的市场销售。在教育方面,能够促使儿童尽早熟悉燃料电池和氢能技术的重要性也不能被低估。

辅助电力装置(APU

燃料电池APU可用于为宾馆提供电力,也可以作为独立发电装置使用或者安装于车辆之中,还可以用于便携式装置之中。这一应用领域的工业巨头SFC Energy推出了一系列DMFC能源装置,主要集中于欧洲市场, 2007-2010年间已经有17500装置发售给消费者。在这些产品之中大部分是已经达到商品化阶段的直接甲醇燃料电池。与此同时SFC公司还建立了必要的燃料填充基础设施,确保消费者可以在欧洲境内的燃料供应商处购得甲醇储罐。

    随着其它应用市场的出现、装置成本的不断降低以及燃料配送基础设施的完善,APU装置的市场前景将会十分广阔。

消费电子产品

    便携式燃料电池在消费电子产品上的应用仍然面临挑战。迄今为止,设备尺寸的缩减以及系统的整合问题仍然是阻碍该类产品商业推广的首要问题。东芝公司在2009年底推出了Dynario装置,然而该系列产品的年生产能力仅为3000台,今年来便携式燃料电池发布公告已经十分少见。鉴于系统的集成问题,最接近商业化的便携式燃料电池产品是外部充电器。这些装置主要供消费者在偏远地区户外使用,而且与外用电池组相比这种装置的价格十分低廉,这也是产品的竞争优势之一。Fuel Cell Today相信,一旦燃料电池可以与锂离子电池一样,能够整合到笔记本电脑和手机之中,便携燃料电池装置的年销售量就可以达到数百万台,实现装置市场销售这一终极目标。

    在2011年消费型电子产品展览会上,Fluid Computer Systems FCS)公司展出了一个整合了燃料电池装置的平板电脑模型。FCS公司的这个模型使用的是Horizon公司提供的氢燃料电池,仍然十分沉重,公司目前正积极寻找合作伙伴,力争能在2012年实现该系列产品的商业销售。燃料电池可提高这类移动装置的耐用性、网络独立性,并且还可以延长其运行时间。据相关报道称,自2010年第二季度iPad平板电脑上市以来,已经售出超过1500万台。即使是很小的一部分iPad市场份额对于便携式燃料电池行业来讲也是很大的,因此为了能够使燃料电池广泛应用于消费型电子产品之中获得更大的市场份额,必须加速系统开发以及整合工作进度。

    在过去的几年时间内,包括胜光科技、CMRNomadic燃料电池以及三星电子在内的许多公司也曾试图研发便携式燃料电池,但是最终因为缺少商业可行性产品而不得不改组或退出了燃料电池市场。Fuel Cell Today 发现,近年来围绕便携式装置出现了很多活动和推测,包括预测将会有数百万台燃料电池消费性电子装置的出现。然而不幸的是,迄今为止该项技术还不可能实现这一目标。虽然装置的功率密度得到了提升,装置的尺寸也相应的减小了很多,但是想要为消费型电子产品市场提供完全集成的便携式燃料电池很可能还需要数年时间。

    撇开系统集成问题,目前已经有很多公司推出了外用燃料电池充电器产品,旨在获取消费性电子产品市场的丰厚利润。20106月,Horizon燃料电池技术公司推出了首个名为MiniPak的袖珍电子产品燃料电池充电器。可持续提供高达2 W的运行功率,装置使用标准USB端口,并使用可再填充的燃料筒,这种燃料筒可以储存12千瓦时的电量。

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Horizon公司出品的MiniPak燃料电池充电器及其燃料筒

    在2011年的早些时候,瑞典myFC公司首次推出PowerTrekk燃料电池以及PowerPukk燃料储罐,该装置目标客户指向户外运动爱好者。该装置的燃料储罐使用硅化纳作为存储介质,仅需要注入少量的水燃料罐即可被激活,足以制造4公升氢。该装置USB接口的额定输出功率为5伏特,目前公司正致力于装置分销商网络的建立。

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myFC公司出品的PowerTrekk燃料电池及其储罐

    在2011年日本燃料电池博览会上,Aquafairy公司展示了其研发生产的便携式电子设备充电器。向金属氢化物燃料储罐中注入适量的水即可产生氢气,并以此为装置提供燃料发电,目前一个储罐可以为智能手机提供50%的电量。Aquafairy公司希望能够降低装置的生产成本(从322美元降到123美元)最终实现大批量生产。

固定式应用

与2009年相比,2010年固定式燃料电池装置出货量增加了10%,达到7400台。应用范围从微型热电联产(micro-CHP)装置、不间断电源系统(UPS)直到兆瓦级主动力电源。装置安装地区大都允许装置生产的电力汇入输电网,并且还会提供一定的税费减免或者以其他形式提供津贴或银行信贷。按照发电总兆瓦数来计算,燃料电池的固定式安装应用进程仍然十分稳健,每年安装总兆瓦数大约在30-35兆瓦之间。2007年,固定式应用部门安装燃料电池的兆瓦数占总兆瓦数的83%。之后随着运输部门应用比例的不断增大而逐渐下降到了40%

在小型固定式应用部门(≤10 kW),家用micro-CHP系统一直处于统治地位,2010micro-CHP装置的出货量是UPS装置的7倍。

主电源应用

在大型固定式应用领域,仅有一小部分公司统治着这一市场,它们生产的产品所使用的电解质也各式各样。FuelCell Energy公司已经与韩国浦项钢铁公司(POSCO)结成合作伙伴关系,旨在实现其MCFC技术在亚洲的商业应用,该技术主要用于与电网连接的主电源装置。POSCO公司已经在韩国安装了发电能力超过40兆瓦的燃料电池,并且在首尔城外建设了一个发电能力达到100兆瓦的电站辅助设施(BoP)。这个新建设施带来了新的发电能力,POSCO公司正在积极地部署兆瓦级发电站的建设,并且将其作为最近已经批准生效的可再生能源投资标准(RPS)计划的一部分,Fuel Cell Today 将在区域发展回顾章节中的亚洲地区发展部分进行详细讨论。POSCO公司建设的电站辅助设施的燃料电池堆栈将从FuelCell Energy公司购买,将必要部分整合之后应用于韩国市场。作为RPS计划的一部分,POSCO公司宣布计划在2013年之前分两个阶段建立一个60 兆瓦级燃料电池发电厂,发电厂完工之后将是世界范围内安装的规模最大的完整燃料电池。

    美国联合技术公司(UTC Power)将继续在美国境内销售其研发生产的PureCell 400千瓦PAFC系统,并且公司已经为世界世贸中心的新建筑提供了6台装置。总的来说,12台装置将为该建筑的3号和4号楼提供30 %的能源需求。PureCell 400千瓦燃料电池同时也应用于全美范围内的超市、写字楼以及居民区,这些装置的成功应用都证明了该项技术的多功能性,不但可以发电还可以加热、制冷。

    在日本,富士电机株式会社(Fuji  Electric)将继续研发其PAFC系统,并进一步降低装置的生产成本,从而增加装置在国内和国际范围内的销售量。这种100千瓦燃料电池系统拥有多种实用操作模式,即使在不需要发电和供热时也可运行。例如,当装置以沼气作为燃料运行时,每小时可以生产8标准立方米的氢,因此该系统可以在白天供电、供热在夜间制氢。制造的氢可以作为大巴或小型轻型车辆的燃料使用。该装置的另一个创新应用是应用于灭火系统,可以制造低氧气含量的空气。汽车排放的尾气可以用于创建低氧环境,适合用于计算机数据中心以及类似环境的防火系统。这种低氧空气中氧气的含量约占15%,汽车尾气的氧气含量太低不可能用于助燃,但是却可以用于保障人类工作安全。

    Bloom Energy曾被认为是燃料电池行业中的一批黑马,公司在2010年宣布推出Bloom Box系列燃料电池。这款100千瓦的SOFC系统以天然气或沼气作为燃料,被称之为“Bloom Energy服务器”。产品因为其买家而家喻户晓,沃尔玛、谷歌、易趣网和可口可乐公司都购买了这款燃料电池。

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Bloom Box燃料电池组(左)及超大型“Bloom Box

    在2010年的晚些时候Bloom Energy公司推出了Bloom Electrons项目,这一项目的推出不但对Bloom Energy公司具有重大意义,而且所有当前和潜在的燃料电池用户都深受其影响。客户不必花钱采购装置,可以直接购买“Bloom Energy服务器”所生产的电力。Bloom Energy公司拥有这些装置并利用它们为消费者提供服务。公司声称,在十年的使用时间内“Bloom Energy服务器”生产电力所需花费与购买电网电力相比可以节省高达20%的费用。早期的客户包括凯萨医疗服务机构和加州理工学院。

    “Bloom Energy服务器”的制造成本高达800,000美元,如此高昂的购买费用让大多数公司望而却步,仅有少数大型公司能够支付得起。然而,Bloom  Electrons经营模式却可以打破这一障碍,避免购买装置产生的财政负担。如果这种经营模式成功开展或者装置的生产成本能够降低,Bloom  Energy希望能够在不久的将来打入住宅应用市场。

    如果公司和政府能够以同样的方式证明燃料电池能够提供核电站或者化石燃料电站所不能提供的效益,那么主电源燃料电池的成功应用将会继续下去。

微型热电联产装置(Micro-CHP

    目前家用micro-CHP燃料电池的成功市场销售主要集中在亚洲地区,特别是日本,Ene-Farm系列产品的出货量逐年增加。到2010年底,这种装置的累积出货量已经达到13,500台,所有装置均使用PEMFC技术。自项目启动之日开始,系统性能就一直在提升,碳排放量很小但是效率很高,而这两个特点也是家庭和公寓住宅应用产品设计的重要的因素。Eneos Celltech公司正在研发Ene-Farm的一种固体氧化物衍生装置,按计划将于2011年推出,拥有进一步提高能源利用效率潜在优势。

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Ene-Farm燃料电池装置

    因为在过去的五年时间内这些装置的生产成本逐渐降低,所以对这些系统的补贴也在逐渐降低直至停止。在2005-2008年装置验证阶段,每台装置的生产成本就已经从73,609美元降到26,990美元。自2009年起,补助比例按照不同燃料电池装置的成本和一个常规锅炉附加安装成本计算。自2010年起,补贴金额最高为15,949美元,并且计划一旦装置产量增加达到商业销售规模,政府将逐步取消补贴,通过各个公司之间的成本竞争来实现装置价格的降低。

    韩国启动了一个与Ene-Farm相似的项目,2010年将继续进行第一阶段实地测试。绿色家庭项目包括燃料电池、地热以及太阳能系统,项目最大的希望是到2020年能够安装10万台1千瓦住宅用燃料电池系统。最初韩国燃料电池micro-CHP装置的补贴达到了生产成本的80%,要比日本高的多,但是与日本政府相似,韩国政府打算逐步降低补贴金额,到2013年降到总成本的50%左右并最终逐步取消。

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    欧洲的住宅用micro-CHP装置市场仍处于初期起步阶段,丹麦推出的验证项目主要对PEMFCSOFC技术进行测试。除此之外,德国和英国都热衷于使用燃料电池技术取代传统的锅炉技术。Ceres Power公司计划在2010年开始micro-CHP装置实地测试,但是最终被迫延迟到2011年初。该装置已经获得CE标志认证,并且也符合燃气设备指令(Gas Appliance Directive)的要求。公司还与众多欧洲知名企业展开合作,包括英国煤气公司、Calor Gas以及Daalderop公司。Ceres Power公司的一小部分壁挂式天然气动力燃料电池已经于2011年第一季度安装在客户的住宅之中。产品验证项目的第二个高潮将在6个月后到达,届时装置将结合实地测试经验作出改进。在项目实施的最后阶段,将至少安装150台测试用燃料电池产品,并将于2012年测试公司装置的批量生产能力。

    作为世界范围内最大的固定式micro-CHP装置生产企业之一,松下公司已经在德国建立了研发工厂,旨在推动欧洲燃料电池micro-CHP系统的发展。Fuel Cell Today 预计micro-CHP系统将在欧洲得到迅速发展。

    北美洲燃料电池CHP装置市场与欧洲和亚洲市场不同,特别是在装置需求规格方面。在日本和欧洲,1-2千瓦小型装置足以满足标准住宅需要,然而能源需求在美国要大得多,ClearEdge Power公司已经在美国境内推出了5千瓦燃料电池。ClearEdge Power公司销售的装置并不仅限于家用级别,同样为商业客户提供大型燃料电池装置。其生产的ClearEdge5系列燃料电池已经为个人消费者所接受,可以提供电源和高质量的热。

    在本篇报告的前景展望一章,将对世界范围内燃料电池CHP装置应用增长潜力进行展望,该种装置在未来几年内将成为主要发货产品之一。

不间断电源装置

    在UPS装置生产部门,美国客户的订单仍占据统治地位。IdaTech公司将继续销售其ElectraGen系列产品,除现有氢能备用电源系统之外公司还推出了一款甲醇动力衍生装置。这些装置可以在世界范围内为远程通信系统和紧急通讯系统提供备用电源,此外还拥有多种其它用途。许多燃料电池公司都是私营企业,这些企业通常总是亏损的,因此在不断的追求利润的同时也促进了这些企业的发展。IdaTech公司也不例外,据公司称,2010年售出装置的80%是盈利的,而09年盈利装置数量仅占总量的2%,公司已经向盈利这一目标迈出了重要一步。IdaTech公司的技术在亚洲市场拥有极大发展潜力,2010年与Cascadiant公司签订的合约备受瞩目,在印度尼西亚安装燃料电池备用电源系统。

    ReliOn公司的氢能PEMFC备用电源系统的出货量仍然十分稳定,其燃料电池产品已经得打电信和独立电源目标市场的认可,可以带来传统技术所不能提供的效益。公司在2010年推出了大量燃料填充系统,这种系统的安装是美国能源部资助的市场改造项目的一部分。在必须填充燃料之前,备用能源系统可以提供足以使用72小时的能量。

    Altergy能源系统公司出品的Freedom Power系列UPS燃料电池仍然在美国家庭中广为流行,并且该装置也已经在非洲市场发售,将在稍后进行介绍。这种燃料电池同时也已经作为照明设备供电装置使用,这些项目均备受瞩目,包括 “金球奖”颁奖典礼以及奋进号航天飞机的最后发射都使用了这种燃料电池。

    意大利都灵Electro 电力系统公司在今年有着强劲表现,已经吸收了720万美元的个人投资。公司于2010年12月在印度推出ElectroSelf™系列UPS产品,而且产品在亚洲也有广阔的市场,可以与欧洲日渐增长的安装基础互补。ElectroSelf™是一种自充电备用能源系统,将燃料电池和电解槽整合到一起仅需要最低限度的维护,每年加水一次即可。

    随着全球能源需求量的不断增加,国家电网基础设施的稳定性将成为人们关心的重点。未来核能对国家电力的供应也存在着不确定性,甚至威胁到能源供应平衡。Fuel Cell Today认为燃料电池UPS系统拥有全球安装潜力,可以提供清洁、高效的能源,并且还可以为关键基础设施操作者提供安静的工作环境。

交通运输

    2010年交通运输部门燃料电池安装量增加了20%,出货量达到2,400台创下了历史新高。燃料电池可以为交通运输部门提供两种解决方案,可以作为主要动力系统或增程器使用。甚至在交通运输部门的附属机构,这两种解决方案也已经得到了证实。交通运输部门包含了各种各样的终端使用,从传统车辆和大巴到渡轮、军用无人机(UAV)以及潜水器。

    在物料搬运部门,氢能PEMFC技术已经取代现行电池技术用于为叉车提供主动力。快速燃料填充以及24小时简易模式转换都使得燃料填充基础设施的建造及维护成本保持在可接受范围之内。另一种应用是将液体甲醇动力DMFC装置与现有电池技术相结合,可以作为增程器用于小型车辆。在这个例子里,具有不同优势的燃料电池以非竞争性方式打开了一个更为广阔的叉车市场经济,否则以单一的技术不可能开创如此局面,相同情况也可以在交通运输部门看到,例如燃料电池作为APU装置用于卡车驾驶室卧铺。

物料搬运车辆

2010年交通运输部门引进的燃料电池有一半应用于物料搬运车辆,最近几年时间内这种成功一直在延续。这些燃料电池大部分运送至美国,而这些装置也都获得了美国经济复苏和再投资法案提供的丰厚资金补助。特别是Plug Power公司,售出了大量的氢能GenDrive装置,该装置成功的取代了电动叉车的蓄电池。2010年,可口可乐、宝马以及维格曼斯公司也加入到了Plug Power公司的客户名单。

    在这个行业之中,连续的模式转换导致必要氢能基础设施的利用率大大提高,这也意味着氢能基础设施的安装成本将更具竞争优势。与此同时,电池充电及交换设备移除后所节省的空间可以为仓库提供更多的存储空间。燃料填充大约仅需要花费两到三分钟,远远少于蓄电池充电所耗时间,氢燃料电池在运行时燃料水平的下降不会导致车辆功率的降低,而当电池电量降低时车辆操作性能会明显下降。燃料电池在物料搬运领域的应用是一个成功的商业案例,其商业销售已经不再需要资金补贴,ARRA为运输部门提供的资金在未来几年内会逐渐降低,一些非常重要的新兴产业和关键部门会因此受到很大影响。

    2010年间Plug Power主要关注北美洲当地市场,但是公司在2011年成功打入欧洲市场,为法国提供了10台GenDrive燃料电池装置。这些装置经过改装后将用于欧洲物料搬运设备,这也显示了Plug Power进军世界市场的意图。

    物料搬运设备所使用的DMFC增程器的出货量也在持续增加,作为该系列装置的主要供应企业,Oorja Protonics公司获得了美国食品销售公司Martin-Brower公司的订单,为其增加燃料电池车辆数量。DMFC技术可以与现行电池技术联合使用,以此增加物料搬运车辆的行驶能力以及使用效率。除此之外,通过更加有效的充电-放电循环管理,可以延长蓄电池的使用寿命并且节省额外费用。

轻型车辆

    在2009年的晚些时候,世界主要汽车生产制造商联合签署了一份合作备忘录,旨在到2015年时实现FCEV车辆的商业化生产销售,这一声明在2010年到2011年间每隔一段时间就会被确认一次。新型车辆技术的推出并不是一个可以快速实现的过程,在这些车辆提供给公众之前必须经过多年的研发和测试工作以确保产品适合市场需求。长久以来,FCEV车辆研发人员试图绕过一些过程促进燃料电池车辆提早上市,这些过程有可能会导致燃料电池车辆推广时间的延迟或者导致车辆整合的不完整。目前的测试车队在现实路况条件下的累积行驶里程已经达到了数百万英里,2011年戴姆勒公司拿出3台梅赛德斯B-Class F-CELL车辆用于环游世界。

    在2011年早些时候,现代-起亚汽车公司(HKM)与瑞典、丹麦、冰岛以及挪威签订了一项合作备忘录,旨在支持氢燃料电池车辆以及必要加氢基础设施在这些区域的发展。2006年瑞典、挪威以及丹麦结成了斯堪的纳维亚氢能高速公路合作伙伴关系,以此发展和连接这些地区的氢能项目,作为新型MoU的一部分,HKM将在这些地区推广其燃料电池车辆,目标是成为世界FCEV车辆研发生产领域的领军企业。丹麦哥本哈根承诺到2015年使用绿色车辆取代85%的城市官方车辆,并且希望到2025年时成为全球首个二氧化碳中立城市。政府已经强制禁止市政车队购买内燃机车辆,表现了对燃料电池技术应用的渴望。

    戴姆勒公司向生产设施的建立迈出了重要一步,公司决定租用Ballard公司21,000平方英尺的生产空间,租期从2011年8月开始直至2019年。戴姆勒公司将在这里生产梅赛德斯-奔驰车用燃料电池。

    英国在2010年对其标志性车辆-伦敦黑色出租车进行了改造,包括Intelligent Energy和莲花公司在内的几家企业联合参与了这项改造任务,它们将氢燃料电池整合到出租车之中,到2012年伦敦奥运会举办时,将有20台这样的氢能黑色出租车被制造出来。目前已经有两台出租车出现在伦敦街道之上,其余车辆将在2011年陆续交付。

    另一种燃料电池替代车辆的推广模式也已经开始出现,例如刚刚起步的英国Riversimple公司,该公司不打算将其生产的车辆销售给消费者,只是以租赁的形式送到顾客手中,消费者需要支付每月326美元的租金以及每英里0.24美元的燃料费。Riversimple公司选择莱斯特作为其氢燃料电池车的测试地区。这项为期12个月的测试工作将持续到2012年中期,共有30台车辆参与了这个测试项目。公司还打算建立一个加氢站。如果测试工作顺利进行,公司还打算在莱斯特建立一个年生产能力达到5,000台的燃料电池车生产工厂。

    与物料搬运市场类似,燃料电池增程器也广泛应用于轻型车辆,Proton Power Systems公司和沃尔沃公司目前正致力于这种装置的研发。Proton公司与斯密斯电动车公司结成了合作伙伴关系,联合研发用于现有电动车辆的燃料电池增程器。Proton公司把现有电动车辆生产制造商作为目标客户,并且积极劝说使用内燃机车的消费者转向使用电动技术,并且是安装了可以显著提升行驶能力的增程器的同类型电动车。沃尔沃公司与瑞典PowerCell公司(有瑞典能源机构作为后盾)一道测试一款30千瓦增程器,评估其在PowerCell公司C30 DRIVe电动车辆上的可行性。将燃料电池技术与电池动力技术整合到一起,可以增加电动车辆250千米行驶距离,沃尔沃公司希望在2012年推出测试用装置。

    继续专注于2015FCEV车辆商业化指定日期,目前大量关于FCEV车辆基础设施建造的公告给Fuel Cell Today 带来了极大的信心,如果能够有效降低燃料电池车辆的生产成本并且拥有足够的加氢基础设施,那么FCEV车辆的商业化市场销售则指日可待。

    据Fuel Cell Today估计,在燃料电池车辆商业化销售初期将会有成千上万台车辆送到消费者手中,这些车辆将大量应用于基地车队,在加氢站数量有限的情况下可以在特定区域内行驶。随着规模效益的逐步增加,未来加氢站的数量也会不断增加,在此之后的数年时间内氢能车辆将广为公众所接受,但是初期消费者的需求能力将远远低于生产能力。

大巴

    燃料电池大巴市场是十分引人注目的,可以通过高调的方式向公众介绍这种可行的交通运输解决方案-燃料电池技术。燃料电池大巴的造价十分昂贵,世界范围内仅有少量产品推出,但它们也是为数不多的几种可也在市场上购买到的燃料电池车辆之一。最值得注意的一个缩减燃料电池大巴生产成本的方法之一就是戴姆勒公司采用的模块化组装方法。两台B-Class车辆的F-CELL装置集合应用于Citaro大巴的动力系统之中,从而可以与多个研发项目共同分担研发成本。其他项目试图利用规模效益杠杆协调采购燃料电池汽车的成本,但这些局限于那些可以获得资金补助的地区。欧洲是一个很好的例子,目前CHIC(欧洲城市清洁氢能)项目是建立在先前CUTE(欧洲城市清洁的交通运输)和HyFleet项目的基础之上,CUTE项目计划在欧洲分期引进氢燃料电池大巴车队和相关配套基础设施。CHIC项目实施的第一阶段计划在四个国家(英国伦敦、挪威奥斯陆、意大利米兰和博尔扎诺以及瑞士阿尔高/圣加仑)引进26辆氢能大巴。在伦敦已经有5台氢能大巴投入使用,伦敦交通局从CHIC项目获得了810万美元的资金,未来这些资金将用于引进3台RV1线路大巴。到2011年底,一旦所有8台氢能大巴投入使用,整条RV1线路将全部由零排放燃料电池大巴提供客运服务。伦敦氢能合作伙伴(London Hydrogen Partnership)也发布了一项氢能行动计划,确保伦敦能够引进更多的燃料电池大巴,其目标是到2012年伦敦道路用氢能车辆能够达到150台,包括轿车、厢式货车、出租车、摩托车以及卡车。

    美国SunLine运输公司推出了第六代燃料电池大巴,据公司称这种新型车辆的重量明显降低并且可靠性和操作性均有提高。公司自2002年开始启用燃料电池大巴,同时还面向公众开放加氢站。与公众共享加氢站还可以使公司获益,大巴使用者可以从日益增长的利用率和税收中获益,早期FCEV使用客户还可以有一定数量的加氢站提供燃料。SunLine公司计划进一步发展期燃料电池大巴车队,其燃料电池混合动力大巴项目可以获得联邦运输管理局CALSTART公司、加州空气资源委会(CARB)以及加州南海岸地区空气质量管理委员会联合提供的资金。公司将与Ballard和英国宇航系统公司联合研发这款40英尺大巴,并且计划在2011年底推出商业产品。

    在美国以外的其他地区,也有燃料电池大巴项目推出。AC Transit公司声称其燃料电池大巴车队的运营里程已经超过了250,000英里,与柴油大巴相比节约燃料比例超出65%。这款燃料电池大巴使用UTC 公司的PureMotion120燃料电池堆栈,两辆大巴的运行时间已经超过6000个小时,并且不需要更换电池组。

    加拿大惠斯勒举办的2010冬季奥运会启用20台燃料电池大巴。这些大巴由BC Transit公司提供,车辆所用燃料电池由Ballard公司提供,满载燃料可运行300英里。

    不仅仅只有北美洲和欧洲地区研发燃料电池大巴。2010年新加坡推出了首个燃料电池大巴,并在青年奥林匹克运动会上使用。这款72座大巴由新加坡南洋理工大学和清华大学共同研发。2010年11月,空气化工为广州亚运会和亚洲残奥会的50余台氢燃料电池大巴提供氢燃料,这些大巴主要作为亚运会和残奥会接送运动员和政府官员的班车使用。

    燃料电池大巴订单的增长趋势与备受瞩目的大型活动的举办密切相关,这些订单往往要求分批交货,第一年的交货量最多,在随后的几年内都不会有车辆交付。目前全球燃料电池大巴市场还非常小,因此这种不稳定的订单是否可以促进车辆市场发展还难以确认。据Fuel Cell Today分析,近年来燃料电池的生产成本不断降低并且耐久性持续增强,加之一些主要城市实施的低碳区域发展政策都鼓励公共交通的低碳发展,而燃料电池大巴完全合乎这些标准的要求。

其他运输领域

在用于物料搬运领域的装置中,大巴和轻型车辆需求构成该部门燃料电池出货量的主要部分,大约占总需求量的75%,运输部门还有很多其它项目,从军用无人机和潜水器到燃料电池摩托车、火车、渡轮以及游艇。燃料电池可以为这些应用领域带来现行技术所不能提供的效益。车辆行驶里程以及两次燃料填充间隔时间的增加可以使所有消费者获益,而低噪声、低温运转特性又十分适用于军事客户。内陆水道使用的船舶受到排放法案的严格限制而燃料电池可以满足一切要求。

    Intelligent Energy公司推出的铃木Burgman燃料电池摩托车已经获得了欧盟颁发的整车型式认证证书(WVTA)。如果原型产品能够通过EC WVTA验证体系的测试,那么同等类型的车辆或组件将被批准在欧洲范围内商业化生产销售,而且不需要进一步验证。这一政策可以促进燃料电池摩托车在该地区全面实现商业化销售。目前e-bikes的全球销量迅速成长,有报道称2009e-bikes在中国的销售量超过了2000万台,2010年欧洲和美国的销售量分别为100万和300,000台。如果燃料电池e-bike以更具竞争力的价格进行销售,那么它将为更多的客户提供零排放出行,而且与电池动力车辆相比燃料填充时间短并且行驶能力更强。这是少数拥有发展成为巨大市场(按装置出货量划分)潜力的运输部门之一。

燃料及其基础设施

由于各个燃料电池市场可以使用各种各样的潜在燃料,例如固定式应用市场(甲烷、氢气、沼气)、便携式应用市场(甲醇、氢气、丁烷)和运输市场(氢气、军事燃料、甲醇),因此想要建立一个通用的燃料填充网络是不可能的。与之相反,那些新兴应用部门和地区使用的燃料电池却是最先进的。目前在便携式应用领域,有一系列的燃料供这些装置使用,包括氢、甲醇以及那些正处于发展阶段的未来燃料(包括丁烷)。个别便携式燃料电池生产制造商已经为其生产的装置建立了必须的燃料填充基础设施,并且建立了配送机制,这些导致了行业中各种解决方案混杂不清。SFC Energy公司就是一个很好的例子,公司已经在全世界范围内拥有1,000多家甲醇燃料盒零售商。氢能便携式设备,例如Horizon燃料电池技术公司出售的那些装置,都需要开发定造的燃料系统和基础设施。除此之外,产品认证是至关重要的,尤其是那些没有经过特殊操作培训的用户,装置系统的密封以及安全机制十分重要必须被包括在内。

    固定式燃料电池部门有可能会实现较高的标准化,将燃料电池整合到现有基础设施之中使用市政气体供应管道,氢可以储存于储罐之中也可以通过管道运输,或者制成液体燃料配送。装置的装配以及燃料填充也需要培训专业人员,安全问题仍然是至关重要的,但是可以将这些危险发生的可能降到最小。

    在交通运输部门,标准化将是燃料电池车辆成功实现商业化的必要因素。公共燃料电池汽车辆部署模式应参照现行内燃机车辆的模式,所有车辆和燃料填充站都要使用标准化的配件。氢燃料的高压配送与正常大气压力条件下的液体燃料泵送完全不同,同时这也是一个与众不同的挑战,所以密封接口必须十分牢固,并且还要整合自动防故障装置,符合安全条例要求。

    2010年ITM Power公司在英国高调推出氢能实地测试(HOST)项目。在伦敦的斯坦斯特德机场举行了项目启动发布会,本次活动吸引了300余人参加,包括投资者、分析家、政府代表、工业和媒体工作人员。启动项目包括HFuel燃料填充系统的验证,该装置可使用电网电力全自动运转,自来水可以在装置内部得到净化。HFuel装置将与福特氢内燃机厢式货车共同测试,氢使用压力为35兆帕。

    德国被视为氢能基础设施实施的关键地区之一。到2015年预计将有成千上万台FCEV车辆行驶于德国或其他欧洲地区。这些并不是市场极大发展带来的成果,而是限量提供给特定客户的基地车队。德国计划在全国范围内建立加氢基础设施,以此吸引燃料电池车量进入该地区,并最终连接斯堪的纳维亚计划建立的氢能高速公路。

    日本一直致力于加氢站的建立,一些石油和燃气公司已经声称打算建立100个加氢站。日本JX Nippon石油和能源公司、出光兴产株式会社以及东京燃气公司已经与汽车生产制造商结成合作伙伴关系,并计划在东京、名古屋、大阪以及福冈地区建立加氢站。

    在北美洲,其他一些地区也热衷于引进燃料电池车辆,一些美国州政府正致力于发展壮大其加氢站网络。因为间隔距离很远,所以最初这些加氢站也许不会联系在一起,但是随着燃料电池车辆的投入使用,这些加氢站会连接起来成为一个全国性的系统。在美国东、西海岸一些项目已经进入实施阶段,加州计划到2011年底面向公众开放20个加氢站。夏威夷打算使用现有国内天然气输送管道运送氢燃料,并在选定的战略地点设置加氢站为燃料电池车辆提供燃料。

    目前世界范围内使用的大部分氢是通过天然气重整制得,如果燃料电池车辆使用这种氢燃料,那么它们就不是真正意义上的零排放车辆。虽然所有氢燃料电池车辆没有尾气排放,但是考虑燃料的来源也是十分重要的,也称之为“油井-车轮”排放计算。如果使用重整沼气制得的氢燃料,以“油井-车轮”概念计算,当用于FCEV车辆时与传统汽油车辆相比其碳排放量可以降低50%。想要使燃料电池车辆真正实现零排放,氢燃料必须是利用可再生能源制得,例如使用风能或者太阳能制氢。SunHydro公司的子公司Proton OnSite一直致力于在美国东海岸沿线的8个州中建立太阳能加氢站。目前公司正与国际汽车换油协会(AOCA)洽谈合作事宜,计划在AOCA的部分快速换油中心建立加氢站,并最终在建立遍布全国的加氢站网络。

    目前一些固定式装置都是使用生物沼气作为燃料,以此降低甲醇动力高温燃料电池的整体排放水平。在生物沼气生产制造地点或者临近地区安装燃料电池装置可以简单实现上述想法,这也是FuelCell Energy公司在加州的一些项目所选择的方法之一。其它一不容易获得生物沼气燃料的消费者选择了另一种方法,那就是向气体供应商购买生物沼气,后者可以通过天然气配送管道输送沼气。这样一来不但可以刺激对生物沼气生产的投资同时还可以加速清洁CHP技术的发展。

    上述方法也为燃料电池装置更好的利用现有加氢基础设施作出了典范,以废氢、沼气和天然气为主要例证。决定氢燃料电池普及使用的关键是未来加氢基础设施的引进。所有地区已经开始的项目都需要解决这一问题,使氢燃料供应能够与2015年燃料电池车辆的商业推广同步。

区域发展

    本篇报告的区域发展分析将燃料电池对这些区域的影响看做是一个整体,包括行业协会、合作项目、津贴以及政府资金的改变。Fuel Cell Today通过观察地区应用出货量发现,欧洲自2009年以来一直是燃料电池技术应用的领军地区,并且受到教育用燃料电池装置销售的引导。北美州和亚洲则分列第二、第三位,Fuel Cell Today估计这种趋势计将在2011年得以延续。从装置应用总兆瓦数来看,在过去的五年时间里北美州和亚洲一直处于领先位置,固定式装置在这些地区占有绝对优势,自2007年以来这种装置的安装数数至少占总数的85%

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过去5年时间内所有地区的燃料电池出货量均有所增加

    Fuel Cell Today 希望看到所有地区的燃料电池技术应用持续增长势头仍然会继续下去。例如那些应用于物料搬运和UPS领域的燃料电池技术,到目前为止在美国得到了广泛的应用,也已经引入其它地区,micro-CHP系统在亚洲十分流行目前也已经引入欧洲地区。燃料电池市场可以提供真正意义上的全球服务,它们的潜力可以应用于所有地区。

欧洲

英国氢能和燃料电池协会成立于2007年7月,是英国燃料电池和英国氢能协会合并后组成的组织。这个新型产业机构提出了一个共同的愿望,倡导为英国氢能源和燃料电池的发展提供积极的社会、政治和经济环境。会员包括燃料电池和氢能公司,同时也包括许多利益相关者,从能源公共事业公司到组件开发商和燃料供应商。

    2010年4月英国政府宣布对家庭住宅micro-CHP装置实施电价补贴政策,包括Ceres Power公司目前正处于验证阶段的燃料电池micro-CHP装置。这一政策的目的是鼓励低碳技术的使用。在新型税收政策的指导下,安装了燃料电池micro-CHP产品的家庭会获得为期十年的发电补助,补助金额为0.16美元/千瓦时,除此之外,个人家庭生产的剩余电量如果反馈到国家电网之中这些电量会获得0.05美元/千瓦时的额外补助。

    2011年6月,英国政府宣布向氢能和燃料电池技术研发项目追加1220万美元的投资经费,旨在加强英国在这些技术领域的能力并以此吸引国际投资。资金将用来加速低碳能源和燃料电池技术在交通运输领域的应用,并由英国技术战略委员会(TSB)以示范项目的形式推出。20121TSB的计划(氢和燃料电池:完全系统集成与验证)将举行公开竞争大会,各个参与者将公开竞争计划资金。

    欧盟委员会的燃料电池和氢能共同事业组织也举行了2010年建议书召集活动,项目预算资金高达1.278亿美元,分配给201010月提交的各项目。与此同时在欧洲,H2Mobility计划将继续推进,旨在建立必需的氢能基础设施,以便到2015年时能够满足初期燃料电池车队的燃料需求。项目与麦肯锡公司有着密切的合作,已经在计划参与者处收集了大量的数据,还出版了一份标题为“欧洲动力系统投资组合-以事实为基础的分析”的报告免费提供给公众。报告发现,电池电动车、可充电式混合动力车以及FCEV车辆组合能够实现减排目标,即到2050年减少车辆尾气排放量的80%,从2025年开始这些总成本不同的交通工具所有权将逐渐集中,并且不会出现严重阻碍这些交通工具商业化发展的障碍。

    H2MOVES是众所周知的一个大型FCEV验证项目,在挪威首都奥斯陆启动。项目计划从戴姆勒和菲亚特公司引进17台最为先进的FCEV车辆,并且由H2 Logic公司(丹麦)负责在奥斯陆地区建立加氢站。这是斯堪的纳维亚地区推出的的首个交通运输领域氢能商业化促进项目,并且还可以连接临近德国地区的加氢站。该项目预算资金高达2800万美元,资金主要由公司、欧盟组织以及挪威和丹麦的国家基金提供。2011年,将有10台戴姆勒公司的梅赛德斯-奔驰B-Class F-CELL、2台菲亚特公司(意大利)的阿尔法-罗密欧MiTo燃料电池车以及5台安装了H2 Logic燃料电池增程器的电动车辆供奥斯陆日常使用。

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H2 Logic公司承建的加氢站

    H2 Logic公司将在奥斯陆设计建造一个加氢站,将购买的接口完全整合到供氢系统之中。这个加氢站将遵守最新国际氢燃料添加标准SAE J2601,确保能够在几分钟时间内安全、快速加氢,并且还将氢气现场生产与卡车运输结合起来。Norwegian electricity公司90%的产品都是使用可再生的水能和风能制得,公司将会为这个加氢站提供制氢燃料。

    2010至2012年间,欧盟与韩国签订了自由贸易协定(FTA),该协定降低了两国之间商品贸易往来的关税和进出口税。两国均对燃料电池技术的发展十分感兴趣,这一新协定的签署将为双方带来新的并且明显优于其他国家的商业机遇。这一协议的签订使欧盟企业获益颇多,最主要的收益是削减了进出口关税。欧盟出口商每年需要向韩国政府支付高达23亿美元的税款。在协议生效的第一天就免除了12亿美元的关税,并且随著时间的推移削减力度会逐渐增加。而潜在的收益会更大一些,由于FTA的实施生效欧盟与韩国之间的贸易往来将不断扩张。

    总体来说,欧洲仍然是颇具前景的燃料电池应用地区,燃料电池的应用受到政府政策和激励措施的大力支持。固定式和便携式燃料电池的商业推出可以帮助其占领早期市场,并向公众证实这种技术的多种应用能力。

北美洲

2010年底,美国燃料电池委员会以及国家氢能协会声称将会联合协作加速燃料电池和氢能技术的商业化。燃料电池和氢能协会(FCHEA)自组建以来花费大量精力游说政府为燃料电池和氢能技术提供发展资金。FCHEA的全部成员代表了整个燃料电池和氢能技术供需链,协会总部设在华盛顿特区。

    燃料电池系统在美国境内得到了政府的认证,符合国家安全、操作性能以及排放标准。UTC Power  FuelCell Energy公司的产品均在这一年获得了ANSI/CSA FC-1认证,并且拥有固定的客户和担保公司,这些燃料电池装置可以满足一切设计、结构、质量、安全以及操作要求,并且可以安全的连入现有能源基础设施。这一认证的获得可以帮助两家公司降低燃料电池安装成本、减少安装消耗时间,还可以帮助产品获得地方检察人员的批准,增加清洁能源补助资金。而所有这些都是燃料电池商业扩展的必要因素。

    与此同时这两家公司还获得了加州空气资源委员会(CARB)的认可,该组织制定的排放标准是美国境内最为严格的。CARB还建立了分布式发电(DG)认证计划,允许电气技术制造商在其产品未在加州境内实现商业发售之前免除办理区域许可证,也不要求其技术能够符合加州严格的排放标准。UTC公司的PureCell 400 FuelCell公司的DFC3000装置均获得了DG认证,符合2007化石燃料排放标准,满足下列的排放限制:

1. 制造1兆瓦时电量所产生的氮氧化物排放量不应超过0.07磅。

2. 制造1兆瓦时电量所产生的一氧化碳排放量不应超过0.1磅。

3. 制造1兆瓦时电量所产生挥发性有机化合物排放量不应超过0.02磅。

并且只要装置的技术改造不会影响排放、效率以及工作条件,这些燃料电池在2015年之前就没必要再次进行验证。

    美国其它州对于燃料电池和氢能技术的验证批准政策也有相应放宽,南卡莱罗纳州氢能准许法案(Hydrogen Permitting Act)的氢能和燃料电池州许可证颁发标准使用国际认证规范和标准。这是工业企业和政府机构共同努力的结果,由州消防办公室领导这些组织。参与者想确保商业和工业企业氢能源的定点使用,或作为运输燃料在州内使用,并且对符合标准的装置给予平等对待。南卡罗来纳州氢能和燃料电池批准当局和责任机构受州消防办公室管辖,在产业发展时期可以作为专家供应源使用,不需要额外费用。

    一项新型法案也已经写入加州法律,该法案将可以在高载客量车辆线路(HOV)上行驶的车辆类型进行了扩展。因此,将有40,000多台节能车辆行驶于HOV线路之上,包括燃料电池和电池动力车辆。加州已经推出了燃料电池车辆测试项目,并且计划在2015年之前增建加氢站以满足日益增长的FCEV车辆的燃料需要,这一举动可以促使州内消费者使用氢能技术。

亚洲

    在日本,山梨县政府正计划放宽氢燃料在县内的使用。在世界范围内的许多地区,法律可以禁止氢的使用和存储,例如在高速公路一定距离范围内禁止使用氢燃料。山梨县政府打算解决这一问题。计划允许燃料电池车辆在高速公路服务站内填充燃料,这正是现有法律所不允许的。一些发展障碍通常不是存在于表面之上,如果想要更多的公众使用燃料电池车辆,那么这些障碍必须被克服。山梨县政府计划在Chuo高速公路(连接东京和名古屋的主要道路)沿线建立燃料填充站,并且积极增进与山梨大学的合作,以此鼓励FCEV车辆的使用。

    日本政府还计划引进加氢站,目前正积极与相关企业建立合作伙伴关系,主要研究利用炼油厂氢气为FCEV车辆提供燃料。考虑到2015 FCEV车辆商业化既定目标,日本经济贸易产业部将与其工业合作伙伴一道为首创性高纯氢供应企业提供50%的项目启动经费。

    中国拥有成为世界燃料电池技术领军国家的潜能,已经在8月公布了国家新能源汽车行业十年发展规划蓝图。据该报道称,发展规划蓝图中的一个计划就是增加中国电动车、混合动力车、氢燃料电池车以及太阳能车辆的年生产能力,预计到2020年这些车辆的产量将达到1500万台。这些计划已经得到了政府批准,此外中国拥有世界上最大的轻型车辆销售市场,其未来发展潜力已经十分明显。

    韩国国民大会已经宣布继续推行电价补贴政策,可再生能源投资标准(RPS)将在2011年底到期,新标准将在2012年发布生效。政府强制要求到2016年时可再生能源发电能力要增加到350兆瓦,到2022年时增加到700 兆瓦。受RPS影响的电力生产商的年发电量超过500兆瓦特。从2012年开始,要求这些电厂生产的所有电力之中有2%的电力要使用新能源或者可再生能源资源(NRE)制得,这一数字将以0.5%-1%年增长速度向前发展,直到2022年这一比例将达到10%。并且对不同NRE发电类型进行了排序,排序标准为制造每千瓦时电力所消耗能量。更高的NRE发电比重将会带来更大的效益,因为这也意味着企业将会获得更多的资金补助。在众多可再生能源发电解决方案之中,燃料电池技术的加权值最高,达到了2.0,因为它们的利用率很高并且还可以带来极大的环境效益。支付给电力生产商的资金将会根据这些企业实际发电量计算,这也意味着与其它那些间歇性可再生能源(如太阳能和风能)相比燃料电池技术对电力生产商更为重要。

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预计可再生能源资源在韩国总能源中的贡献率

世界其它地区

    在过去的几年之中南非对燃料电池技术的发展表现出极大的兴趣。据Johnson Matthey出版的“铂金2011”称,南非的铂产量占世界总产量的75%,而铂又是PEMFCDMFC以及 PAFC装置电极的主要元素。在铂金产业中的统治地位也促使南非下决心发展燃料电池行业,而且这也会为其国内主要资源带来更大的附加价值。

    2010年8月,Altergy Systems公司声称,南非英美铂业集团的铂金属增长发展基金PGM)以及南非政府通过科技部(DST)建立了清洁能源投资公司,公司总部设在南非,其首要目的是在南非及其它撒哈拉以南国家制造Altergy燃料电池系统并实现该产品的市场销售。PGM DST清洁能源投资公司的投资金额尚未公布,该公司将由AltergyPGM以及南非政府联合掌管。

    这一合作标志着南非政府的南非氢能(HySA)策略的启动,旨在发展形成氢能经济,扩展应用本国铂资源。南非英美铂业集团是世界上最大的铂金属生产企业,在世界新开采铂金中占有40%的份额。

    Altergy公司的燃料电池可以为世界范围内的所有移动通讯网点提供备用能源,替代原有的蓄电池或柴油发电机备用能源系统。清洁能源投资公司的首要工作是在沙哈拉以南地区为Altergy公司的Freedom Power系列燃料电池产品建立销售网。如果这项工作取得成功,清洁能源投资公司将在Altergy公司允许的条件下在南非建立装置生产和装配工厂。

    这是一项重要的发展:非洲是世界上电信市场发展最快的地区之一,并且其电网基础设施十分陈旧落后,因此燃料电池在这里有很大的发展机会。Ernst  Young撰写的“连通非洲:通讯事业的成长故事”报告称,2002年到2008年年间,非洲电信行业以49.3%的年增长率不断向前发展。尽管全球经济持续低迷,但是在接下来的几年时间内其发展速度仍会高于其他地区。

    南非政府已经介入开发项目,例如继续与Altergy公司联合开展国家氢能和燃料电池技术研究工作,开始于2008年的研发创新策略现在改称为HySA。已经建立了三个责任中心(CoC)确保HySA项目的实施,其目标是到2020年南非燃料电池铂催化剂供应量占全球总需求的25%。2010年9月,在HySA- CoC系统的一个实验室的开幕式上,科技部部长Naledi Pandor一再重申这一目标。HySA中心机构将主要有三个发展方向:CHP、便携式电源系统以及氢能车辆的研发生产,已经与国内外的工业和学术组织展开了合作。

2011年2月印度政府宣布其2011-2012年度财政预算将为燃料电池车辆提供优惠政策。政府提议削减燃料电池技术车辆10%的消费税。

    2010年底出现了一个十分有趣的合作项目,俄罗斯和日本展开合作,探讨在库页岛(日本临近岛屿)上为日本提供制氢用风能这一行动的可行性。随着燃料电池车辆及家用能源设施的不断增多,日本对氢燃料的需求量也在不断增加。如果这一活动的可行性得到证实,项目计划以有机液体形式(甲基环己烷)存储氢,运送到日本后提取有机液体中的氢以供使用,之后运回已经变为甲苯的有机载体供再利用。

按电解质的发展划分

燃料电池随着所用燃料、操作温度、膜性质以及电解质组成的不同其内部化学反应过程也有相应的变化。Fuel Cell Today 将这些燃料电池划分为6个种类:PEMFC (包括高温PEMFC)、DMFCMCFCPAFCSOFC以及 AFC。如果从商业成功角度来看,目前为止PEMFC装置的出货量最大。这一燃料电池技术服务的个人市场最多,已经广泛应用于便携式、固定式以及交通应用部门。DMFC装置的出货量位居第二,除少数产品应用于交通运输部门之外主要应用于便携式应用领域。Fuel Cell Today 的最新出货报告是100台装置,虽然所有种类的燃料电池都已经建立了自己的市场,但是据Fuel Cell Today 制作的图表显示到目前为止一些装置的出货数量仍然很少。

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2010年燃料电池(按装置类型)出货量统计图

    如果按照装置总兆瓦数划分,那么结果却是十分不同的。MCFCSOFC 以及PAFC装置在大型固定式部门的广为应用使它们的贡献作用最为明显。PEMFC装置的电解质类型十分适用于汽车制造业,装置出货量也一直并且将继续占据该应用领域的统治地位,如果其它电解质类型能够更多的应用于主电源、micro-CHP、大型CHPUPS装置,那么它们对于出货量总兆瓦数的贡献也会增长。

质子交换膜燃料电池

    美国能源部的统计数据表明,2005-2010年间PEMFC装置的铂金属使用量降低了80%。下图展现了能源部的统计数据,其中还包括能源部2015年燃料电池用铂催化剂减量目标。这些目标被认为是可行的,并且Fuel Cell Today相信,它们对于燃料电池成本的降低以及促进其在世界范围内的广泛应用(现有及新型应用领域)方面是必不可少的。然而,与其它催化剂材料相比,铂催化剂可以明显提高PEMFCDMFC以及PAFC装置的性能,例如可以平衡装置功率密度、耐久性、操作性能以及生产成本各因素,因此不可能使其在燃料电池产品中完全移除。应该鼓励降低燃料电池铂催化剂使用量相关研究,以此确保燃料电池在未来能够取得极大商业成功。

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PEMFC装置铂金属使用量以及能源部目标使用量

    在固定式应用领域出现了PEMFC装置的衍生装置,它们要在较高的温度下才能正常运转,已经应用于micro-CHP UPS装置。这种高温PEMFC装置要在200°C条件下运行,并且使用多种不同材料,例如在薄膜中使用聚苯并咪唑,这种材料对燃料中的杂质有很高的抗性。当使用沼气或其它烃类燃料时,较高的操作温度意味着薄膜对重整燃料中的一氧化碳杂质的抗性也会随之增强,燃料处理系统也可以相应简化。高温PEMFC装置的副产物热也可以供完整装置使用,从而增加这些装置的整体效率。

直接甲醇燃料电池

    DMFC技术的操作温度与PEMFC装置不相上下,但燃料生产过程中一氧化碳杂质的处理方式却与之不同。一氧化碳会严重影响铂催化剂的活性。但是加入少量钌(铂族金属中的另一种金属)后就可以解决这一问题,铂催化剂活性也能得到保障。与PEMFC装置相似,许多研究也都集中于如何降低系统中贵金属的使用量,研发成本较低的材料,被称之为核-壳技术,该项技术的核心材料活性较低,廉价的活性金属材料环绕在外围。这样的技术进步拥有降低装置生产成本的潜能,但是该项技术还需要进行进一步的发展和优化,确保材料的活性水平和使用寿命。

其它燃料电池

 

    其它类型的燃料电池在各种应用领域中的需求量逐渐增加。已经在“简介”一章中做了详细介绍,大型固定式装置越来越倾向于选择使用MCFCSOFC 以及 PAF技术。SOFC也已经在小型固定式装置市场得到了发展,2011年一些项目还计划将SOFC融入Ene-Farm装置之中。AFC技术仍然只是一项科研技术,没有一个现有大规模项目推出该技术应用计划。

 

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