第一情报 ---能源与环境

燃料电池发展的国内外背景分析

供稿人:顾震宇  供稿时间:2009-9-29   关键字:燃料电池  市场  政策  技术  背景分析  
当今全球能源紧张、油价高涨,寻找新能源作为化石燃料的替代品是当务之急。燃料电池是继水力、火力和原子能发电后的第四代发电技术,也是目前唯一同时兼具无污染、高效率、适用广、无噪声和可连续工作的动力装置,被认为是21世纪最有发展前景的高效清洁发电技术。其最大特点是反应过程不涉及燃烧,能量转换不受卡诺循环限制,因此能量转换率高达60%-80%,实际使用效率是内燃机的2-3倍。目前燃料电池已用于航天飞船、汽车、舰船、发电站、移动电话、笔记本电脑等众多领域。燃料电池技术的发展将犹如20世纪初内燃机技术取代人力的工业革命,20世纪60年代计算机取代人脑的信息革命,以及20世纪末改变了人们沟通方式与生活习惯的网络通信革命一样,在21世纪初期将引发新能源与环保的绿色革命。
1  政策背景
正是预见到了燃料电池技术美好的发展前景,许多国家和地区都将其上升为国家战略、城市战略,对产业技术进行重点扶持。政策扶持主要采用国家重点项目、示范项目、制定相关政策法规、退税与补贴、政府采购等方式:
 
1)将燃料电池技术与周边设施产业的开发列为国家重点研发项目。例如美国的“展望21世纪”(Vision 21)、“自由车(FreedomCAR)”、“自由燃料”(Freedom Fuel)、“氢燃料电池开发计划(Hydrogen Fuel Initiative)”,日本的“新日光计划”(New Sunshine Program),以及欧洲的“焦耳计划”(JOULE)、“第六科研框架计划”等。
 
2)扶持区域重点示范项目。如2003年欧盟的CUTE燃料电池客车计划;连接挪威、丹麦、瑞典的北欧氢能高速路计划;连接美国、加拿大的北美氢能高速路计划;中国、巴西、埃及、印度和墨西哥燃料电池客车示范项目等。
 
3)出台国家能源战略及政策法规。如美国于2001年11月发布《2030年及以后美国向氢经济转型的国家愿景》标志其转入制定国家氢能战略阶段。2005年美国出台的《能源政策法》,将发展氢能和燃料电池技术的有关项目及其财政经费授权额度明确写入法中。日本在2001年发布的《燃料电池和氢能使用发展策略》对燃料电池商业化业进行了规划。2004年日本在国家《新产业创新战略》中将燃料电池列为国家重点推进的七大新兴战略产业之首,从国家层面上着力推进。
 
4)退税与补贴。如美国燃料电池理事会是一个行业协会,致力于促进燃料电池商业化推广,2008年给予燃料电池购买者将获得高达30%的退税,其中工业买家将获得最高3000美元/kW的退税,家用燃料电池购买者将获得最高1000美元/kW的退税。美国佛罗里达州2008年7月通过一系列氢及燃料电池相关法案,对于固定式燃料电池发电装置,每台燃料电池产品享受最高达12,000美元的退税补贴。
2  技术背景
燃料电池是一种将持续供给的燃料和氧化剂中的化学能连续不断地转化成电能的电化学装置。按电解质性质,燃料电池可细分为有碱性燃料电池(AFC)、质子交换膜燃料电池(PEMFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固态氧化物燃料电池(SOFC)。从工作方式来看,燃料电池较接近于汽油或柴油发电机。但燃料电池发电是直接将燃料的化学能转变为电能,步骤少、效率高,发电过程中没有燃烧,所以不会产生污染,没有转动组件,所以噪声低。
 
1 燃料电池分类及其特征
 
从燃料电池性能和特征上看,碱性燃料电池发展较早,具有启动快、效率高的特点,但由于其寿命短、成本高、对氧化剂要求较高等因素限制了其应用,仅在宇航飞船和潜艇等领域使用;质子交换膜燃料电池是目前研发热门技术,具有功率密度高、启动快、可用空气作为氧化剂,广泛应用在交通、便携式电源、电站、军事之中,目前生产成本还较高,急需扩大规模降低成本;磷酸燃料电池技术发展最为成熟,主要用于电站应用,由于发电效率较低,目前逐渐被取代;熔融碳酸盐燃料电池、固态氧化物燃料电池具有发电效率高、燃料广、内建重整能力在电站方面具有独特的优势。由于属于高温燃料电池技术,限制了其在交通运输车辆中的使用。
3  市场背景
据Clean Edge预计,目前大多处于示范性试运行阶段的燃料电池和分散式氢能发电市场规模将由2007年的15亿美元增加到2017年的160亿美元。总体而言,生物燃料、风力发电、太阳能、燃料电池四种新能源市场预计到2017年将猛增到2,545亿美元(图),约为当前市场规模的3.3倍。从增长率上看,燃料电池产业虽然是四种新能源中市场规模最小的一个产业,但却以惊人的速度增长,2017年的市场投资规模将是2007年的10倍以上,远远超越新能源市场平均增长速度。
新能源2007年市场规模及2017年预测(单位:10亿美元)
 
据New Energy Finance统计,在新能源领域,包括风险投资、财政项目、公共市场和研发资金在内的国际资本投资活跃,2007年在新能源的投资总额为1,484亿美元,超过2006年926亿美元的60%,全球新能源市场呈现持续繁荣景象。其对未来的预测更为乐观,认为全球燃料电池市场规模2011年将达到350亿美元,2013年将达380亿美元。其中,汽车燃料电池市场将从2008年6亿美元增大到2013年100亿美元,至2020年燃料电池汽车将占世界汽车市场的25%;固定式燃料电池市场将从2008年的20亿美元增大到2013年100亿美元;而便携式燃料电池市场2013年将达250亿美元。

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