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2012中国燃料电池和氢能报告

时间:2012-03-29 09:50:38来源:中国氢能源网
 
概述
       对中国而言,燃料电池并不再是一种新的技术了。中国大学已经对其进行了数十年的科学研究,同时中国境内也建立了许多商业化燃料电池公司。
燃料电池是实现中国低碳经济体的重要机会。中国十分依赖于煤火电厂提供电力,也是世界最大的汽车制造工业基地和移动电信发展扩张最快的国家,是温室气体排放大国。为逐渐向可再生能源结构过渡,中国已经开始实行了一些项目。但项目的实施过程必须要保证电网的稳定性,燃料电池是一种很好的选择。富余电力可先制氢,然后用于燃料电池汽车,是一种推进中国低碳发展的优质方案。
        为实现燃料电池商业化而进行的项目“由点向面”的正在不同地区逐渐发展长大,燃料电池示范项目主要应用于轿车、公交车或观光车等交通工具。同时,配套的氢能基础设施(固定加氢站和移动加氢站)也在发展之中。
       目前,电信行业中后备电源比较热门的是使用蓄电池,但随着燃料电池成本的下降和运行时间的增加,燃料电池的使用量将不断上升。中国政府对燃料电池的经济支持力度很大,很多催化剂、膜和系统等供应链公司和众多终端公司正在引领中国成为世界燃料电池行业的主角。
 
      中国人口总数居世界第一,目前有13亿,其中城市居民占47%。自1993年以来中国成为原油净进口国,2009年之后成为世界第二大的原油进口国。中国电力有80%来自煤,19%来自水力发电,这种结构使中国自2007年以来成为世界CO2排放第一大国。而且其他制造和家庭领域也有不少的碳排放量。中国的汽车制造量自2008位居世界第一,达1800万量。手机使用量也位于世界第一,达到9510万。这些因素都使中国在能源供应、人口管理和能源安全方面面临很多挑战。中国政府也开始正视这些问题,过去几年积极实施可再生能源战略,并投资开发碳捕集和储存(CCS)技术。但这并不是那么容易的,电力输送是中国面临的另一个难题。
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中国CO2 排放量来源示意图
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中国原油净出口/进口示意图
 
中国燃料电池历史
      中国的燃料电池研究始于1958年,原电子工业部天津电源研究所最早开展了MCFC的研究。70年代在航天事业的推动下,中国燃料电池的研究曾呈现出第一次高潮。其间中国科学院大连化学物理研究所研制成功的两种类型的碱性石棉膜型氢氧燃料电池系统(千瓦级AFC)均通过了例行的航天环境模拟试验。1990年中国科学院长春应用化学研究所承担了中科院PEMFC的研究任务,1993年开始进行直接甲醇质子交换膜燃料电池(DMFC)的研究。电力工业部哈尔滨电站成套设备研究所于1991年研制出由7个单电池组成的MCFC原理性电池。“八五”期间,中科院大连化学物理研究所、上海硅酸盐研究所、化工冶金研究所、清华大学等国内十几个单位进行了与SOFC的有关研究。到90年代中期,由于国家科技部与中科院将燃料电池技术列入"九五"科技攻关计划的推动,中国进入了燃料电池研究的第二个高潮。 燃料电池在中国科学工作者在燃料电池基础研究和单项技术方面取得了不少进展,积累了一定经验。但是,由于多年来在燃料电池研究方面投入资金数量很少,就燃料电池技术的总体水平来看,与发达国家尚有较大差距。我国有关部门和专家对燃料电池十分重视,1996年和1998年两次在香山科学会议上对中国燃料电池技术的发展进行了专题讨论,强调了自主研究与开发燃料电池系统的重要性和必要性。近几年中国加强了在PEMFC方面的研究力度。 2000年大连化学物理研究所与中科院电工研究所已完成30kW车用用燃料电池的全部试验工作。北京富原公司也宣布,2001年将提供40kW的中巴燃料电池,并接受订货。科技部副部长徐冠华一年前在EVS16届大会上宣布,中国将在2000年装出首台燃料电池电动车。而目前燃料电池在中国已经开始全面发展,在便携式燃料电池、固定式燃料电池和燃料电池汽车领域都有较大规模的发展和示范。
 
政府政策
    中国燃料电池和氢能研究相关的政府资金支持主要来自863国家高新技术研发项目和973国家基础研究项目,项目目标由科技部确定,主要目标是提高寿命和降低成本。中国发展策略以5年为一个周期,所以被称为“5年计划”。在过去的四个5年计划”中,燃料电池和氢能在不同程度上得到了政策支持:第九五期间(1996-2000)约有3000万人民币;第十五期间(2001-2005)的总计划投资接近1亿人民币;在十一五期间(2006-2010)有3300万人民币。十二五期间(2011-2015)的投资包括主要用于863项目的1亿人民币和973项目中另有7000万的投资,资金将被五五分,分别用于SOFC和非铂催化剂的研发,多与中国大学(如清华大学、同济大学)联合进行项目研究。
       此外,2006年中国颁布可再能源法案,为生物质发电输入电网提供RMB 0.25 /kWh的津贴扶持。2010年,将津贴力度上调为RMB 0.75/kWh。
20116月,40位中国科学家在北京召开氢能与燃料电池圆桌会议,会议主要是确定燃料电池技术在中国的发展状况,并建议政府在2015FCEV商业化之前加大对燃料电池的支持力度,并在上海和北京之间建立一条氢能高速公路,但目前计划尚未达成。
       中国申请的国际燃料电池专利速度相对其他国家来说比较慢,但近年来呈现出较好的增长趋势:从10年前的没有,到2005年申请21项但未获授权,再到2010年申请14项授权8项。
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中国国际专利申请示意图
      有很多中国公司拥有燃料电池专利:大连新源动力有限公司专利数最多,专利总数超过200项;江苏中靖有限公司拥有6项专利;Horizon 燃料电池技术公司也拥有其MEA专利。
 
示范项目
       过去6年中进行了很多燃料电池和氢能示范项目,通常与备受瞩目的活动一起进行。项目大多是交通工具,如小型的高尔夫车、大型的燃料电池轿车和燃料电池公交车等。
燃料电池公交车项目
      此项目由中国政府、联合国开发计划署与世界环境基金于20033月启动,第一阶段为20066月到200710月,3辆戴姆勒克莱斯勒燃料电池公交在北京运行。运行期间共载客57000人,总行驶里程92000公里,可用性达90%。第二阶段在上海,启动于200711月,结束于2010年世博会截止,主要是6辆上海汽车公司的燃料电池公交的示范运营,其中3个车辆的电堆来自巴拉德,3辆来自于中国国内供应商。
2008年奥运会
       此次示范项目共投入车辆600辆,运行里程超过235万公里以上,在保证安全运行的前提下,顺利完成了奥运期间承担的运行任务。参与奥运示范的新能源车主要包括:混合动力客车:一汽10辆、东风15辆,主要在围绕奥运村的公交专线上运行。混合动力轿车:一汽5辆、奇瑞50辆、长安20辆,主要作为奥运出租车。纯电动客车50辆,在媒体村和奥运村作为摆渡的大客车,运送中外媒体工作人员和运动员。东风提供的纯电动场地车415辆,主要在场馆内服务。北汽福田/清华燃料电池大客车3辆作为公交车使用。上海大众/同济的燃料电池轿车20辆,主要作为科技部和北京运输局的公共用车。同时,燃料电池轿车和客车都参与了奥运马拉松比赛,轿车作为先导车,大客车作为收容车。此外,中通的5辆纯电动客车担任交通的摆渡任务,由奥组委交通部负责。
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北京燃料电池汽车
 
十城千辆项目
       20092月,中国政府启动十城千辆,即在13个试点城市中率先推出1000辆新能源汽车,项目的计划是到2012年在这些城市中拥有60000辆清洁能源汽车。
世博会
       世博会期间总计投入示范运行的各种类型新能源汽车达到1017辆,是目前世界最大规模的新能源汽车商业运营的舞台,其中:纯电动汽车321辆,包括纯电动客车120辆,超级电容客车61辆,纯电动场馆车140辆;混合动力汽车500辆,包括混合动力客车150辆,混合动力轿车350辆;燃料电池汽车196辆,包括燃料电池客车6辆,燃料电池轿车90辆,燃料电池观光车100辆。这是继2008年北京奥运会后,我国新能源汽车技术和成果的又一次集中展示,是目前世界最大规模的新能源汽车商业运营。
  据了解,为配套世博新能源汽车的示范运行,世博园区内新建了1座充电站,用于采用快速更换电池方式的120辆纯电动公交客车;在世博大道建设1条充电线路,在每个站点为超级电容公交客车提供快速充电;在靠近世博园区济阳路附近新建1座世博加氢站和2辆移动加氢车,为50辆燃料电池轿车和6辆燃料电池公交客车、100辆燃料电池观光车提供燃料加注服务。有关部门还对安亭加氢站进行了适应性改造,为另外40辆燃料电池轿车提供燃料加注服务。
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购车补充津贴
       世博之后,安亭加氢站依然继续使用,主要为UNDP燃料电池客车示范运行二期、上汽集团、上海捷行电动汽车有限公的燃料电池汽车加注氢气(注:中国氢能源网进行修正)。
 
中国燃料电池目前的机会
固定式系统
       固定式电站在中国的市场潜力很大,电信电力的备用电源将越来越多使用燃料电池。中国是世界上移动通信扩张最快的国家,但同时中国没有自已的完整的国家电网系统。一些偏远的地区并入电网付出的代价过高,特别适合于使用电池作为备用电源。每年中国电信行业的电池销售额为300500亿RMB,而且呈现不断增长的趋势。燃料电池公司也因此进入这个庞大的市场,与传统电池行业竞争。但问题还在价格上,电信部门希望政府能提供可观的购买津贴作为支持。
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中国移动电话用户增长示意图
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中国电网系统
       目前政府对此领域的支持主要来自863项目,但大多数还处于研发阶段。自2009年以来,国际(ReliO)、国内(武汉理工大学新能源有限公司)公司都已经对产品进行过示范运行,结果安全可靠。攀业氢能技术有限公司也进入这一技术领域,其目标是其系统每年工作100小时,并拥有10年的使用寿命,目前公司已经有少量初级产品在示范运行。
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武汉理工大学新能源有限公司燃料电池系统
       上海Everpower技术有限公司有6kW的后备电源单位正在测试中,大连新源动力有限公司也正和三大运营商讨论燃料电池的部署计划。在操作时间较长(8h)的情况下燃料电池后备系统如今的成本已经可与传统电池相近,但操作时间短的话成本还是很高,但传统电池污染环境的成本代价太高,政府宁愿发展燃料电池这类的清洁能源技术,大半的锂铅电池厂已经被政府关闭。
燃料电池交通工具
       中国汽车的生产量以每年10%在增长,而最令中国政府担心就是随之而来的尾气排放问题。中国发展清洁能源汽车的需求不言而喻。燃料电池汽车(轿车和公交车)早已成为政府资金支持示范运行的重点领域,说明该领域拥有令人深信不疑的巨大应用潜力。燃料电池汽车示范运行在国内(2008年奥运会,2010年世博会)和国际(加州16辆中国FCEV测试)都在如火如荼的进行。这些项目主要由大连新源动力股份有限公司、上海神力科技有限公司、上海大众和上汽等联合进行的。上汽计划最早于2013年就开始试批量生产FCEV2030辆),到2015年刚开始商业化生产FCEV,每年生产1000辆左右。此外,随着电动自行车在中国越来越流行,中国电动自行车的燃料电池应用潜力也不小。燃料电池相对来说更轻、行程更远,主要问题还是成本和寿命的进一步提高。
便携式燃料电池
       中国有一些公司对便携式燃料电池拥有较大的兴趣。江苏中靖公司开发出2W的燃料电池充电器,并计划开发中国军队使用这款产品的市场。该产品使用公司的固体氢专利技术,每12克产品可以生产纯度为99.999%的氢气121克,能满足产品5h的运行需求。
       新加坡Horizon 燃料电池公司也对中国市场有兴趣,主要目标是MiniPak 电子充电器的应用,公司已经与主要的电信供应商达成最终共识,很快将进入实施阶段。这种产品可以在家用加氢站中加氢,每个加满需要半小时,充满后可满足iPhone 4两次充电需求,大概一周脱离电网的电量。随着近期2012消费电子展上Powertrekk燃料电池充电器的推出,说明燃料电池电子充电器的市场就要来临了。
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中靖公司 4 W便携式燃料电池充电器
燃料和基础设施
       中国主导的燃料电池技术是PEMFC,使用的燃料通常为氢气。2007年,中国第一座加氢站建成于上海安亭,由上海舜华新能源系统有限公司研发并建设的,该加氢站已于2007715日正式开业。
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安亭加氢站
       上海舜华新能源系统有限公司与同济大学合作,自2004年以来,为满足不同用途需要,已先后开发3代移动加氢站:2004年开发的第一代移动加氢站,采用了非电驱动的氢气增压方式,填补了国内外在该领域的空白。具有机动性好、取气率高、加注能力强等特点,特别适合少量燃料电池汽车野外路试的氢燃料加注。公司为世博会建立了一座加氢站和两辆移动加氢站,世博加氢站将被移至上海嘉定汽车城,分成两座新站,可提供700bar350bar的加氢需求。目前,中国有四座固定加氢站和五辆移动加氢车,使用的氢气主要来自工业副产氢。在上海,副产氢气足够10000FCEV的使用需求量。而北京的氢气来源比较广泛:管道氢气、现场天然气湿重整和电解水制氢。
 
更多信息可登录www.china-hydrogen.org
 
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