第一情报 ---能源与环境

美国能源部《燃料电池技术市场报告》(五):燃料电池的应用领域和市场评估(之二)

供稿人:董瑞青  供稿时间:2013-12-31   关键字:美国能源部  燃料电池技术  
四、燃料电池的应用领域和市场评估
(四)便携式/微型化(Portable/Micro)领域
燃料电池应用的便携/微型细分市场主要包括燃料电池盒(Kits),燃料电池玩具(Toys)(如玩具汽车等),以及小型燃料电池充电器(Chargers)等。燃料电池盒和燃料电池玩具市场仍然是非常成功的,并占燃料电池年度出货量(单位:台)的比重最大。然而,燃料电池盒和燃料电池玩具的功率相对较小,意味着它们在燃料电池系统年度兆瓦出货量所占比重很小。此外,目前销售的燃料电池充电器和其他类似的便携式应用市场尚未起飞(Take Off),部分原因是这些产品相对于电池的商业案例仍不清晰。表15提供了2012年全球商用便携式/微型燃料电池领域的部分制造商及其产品。
 
表15 2012年全球商用便携式/微型燃料电池制造商
 
 
制造商
国别
产品名称
类别
输出功率
1
Horizon燃料电池技术公司
新加坡
MINIPAK
PEM
2W
HYDROPAK
PEM
50W
HYMERA
PEM
150-200W
HYDROMAX
PEM
180W
2
Lillputian系统公司
美国
NectarTM
SOFC
2.5W
3
myFC公司
瑞典
Power Trekk
PEM
2.5-5W
4
SFC能源公司
德国
EFOY COMFORT系列80,140,210
DMFC
40W、72W和105W
注:SOFC指固体氧化物型燃料电池,DMFC指直接甲醇燃料电池,PEM指质子交换膜燃料电池。
资料来源:美国能源部能源效率与可再生能源办公室《2012 Fuel Cell Technologies Market Report》。
(五)交通运输
交通运输(Transportation)用燃料电池细分市场包括了广泛的应用,如轻型和重型车辆,公交车,小型飞机,以及船只等。它也可能包括物料搬运设备,这在前面章节中我们已经有所讨论。目前,全球几家大型汽车制造商仍在继续追求燃料电池轻型汽车的应用,并预计在2015-2017年实现商业化。伴随着在越来越多国家中的部署,燃料电池公共汽车的数量在不断增加。此外,军方也有特别成功的、使用燃料电池作为动力系统的无人飞行器(UAV)案例。
 
目前,交通运输用燃料电池的类型仅仅是质子交换膜(PEM)燃料电池。在大多数应用中,燃料电池与电池或其他能量存储装置耦合。在这种配置下,燃料电池可以作为主要的动力源,提供最为充足的动力或给电池充电。表16给出了2012年全球商用交通运输用燃料电池,但不包括物料搬运设备用燃料电池或汽车制造商正在开发的专有燃料电池。
 
表16 2012年全球商用交通运输用燃料电池制造商
 
 
制造商
国别
产品名称
类别
输出功率
1
Ballard Power Systems
加拿大
FCvelocity-HD6
PEM
75kW和150kW
2
Hydrogenics公司
加拿大
HyPM HD Modules
PEM
198kW
3
Nuveral Fuel Cells公司
美国
Orion
PEM
30kW和110kW
注:PEM指质子交换膜燃料电池。
资料来源:美国能源部能源效率与可再生能源办公室《2012 Fuel Cell Technologies Market Report》。
1.轻型车辆(Light Duty Vehicles)
燃料电池电动汽车具有许多传统汽车所不具备的优点。如,它们没有尾气排放,并且如果氢气是由可再生能源产生的,它们就可以提供真正的零排放。不同于现有的其他类型的电动汽车,燃料电池电动汽车的行驶里程可以与现有汽油车相媲美,并且可以在几分钟内加满燃料。全球的几个主要汽车制造商,包括日本丰田、本田,韩国现代等,都致力于在2015-2017年生产商业化的燃料电池电动汽车,并在2012年重申了这些承诺。其他的几个汽车制造商也宣称,他们也会紧跟步伐。燃料电池电动汽车数量的增加,以及持续的技术改进,预计将导致燃料电池电动汽车的大幅降价。
2012年1月18日,英国政府发布新的政府和跨行业发展计划“氢气流动路线图”(H2 Mobility Roadmap)。该路线图引入氢燃料电池电动汽车的一些解决方案,旨在推动英国氢燃料电池电动汽车产业发展走在世界前沿。英国“氢气流动路线图”汇集了三个政府部门(商业、创新与技术部DBIS,能源与气候变化部DECC,交通运输部DfT)以及众多行业领导者(如全球最大的工业气体公司Air Liquide集团,英国氧气公司BOC,全球合成气、炼油和气体处理领域知名企业Johnson Matthey,英国氢气生产企业ITM Power,英国电力巨头SSE能源公司,英国著名的Morrisons超市集团,英国燃料电池系统开发商Intelligent Energy公司,全球知名汽车制造商戴姆勒、现代、尼桑、丰田公司,英国氢和燃料电池产业联盟新能源世界New IG)等。在2012年完成的第一阶段,英国“氢气流动路线图”研究了氢气作为一种低碳燃料在英国的发展潜力。同时,也进行了焦点群体和消费者调查。除此之外,该研究还确定,影响英国消费者对燃料电池电动汽车(FCEVs)接受程度的主要因素是行驶里程和加注燃料时间,同时车辆的初始购置成本和氢燃料基础设施的缺乏也是消费者普遍关注的问题。英国“氢气流动路线图”预计,2015-2030年,伴随着燃料电池电动汽车相对柴油车总成本的不断降低,到2020年,英国FCEVs年度销售量将接近1万辆,全英国运营加氢站(Hydrogen Refueling Stations,简称HRS)数量约为100个;到2030年,英国FCEVs年度销售量将超过30万辆,约为32.5万辆,运营加氢站数量约为1150个(见图10)。在2013年的第二阶段,英国“氢气流动路线图”将开发一个有关氢基础设施的商业案例和策略,以支持在2014-2015年预期推出燃料电池电动汽车。
 
图10 英国燃料电池电动汽车年度销售量、运营加氢站数量及相对总成本变化趋势图
注:HRS numbers指运营加氢站数量;Annual FCEV sales指燃料电池电动汽车年度销售量;Relative total costs of FCEV v.diesel指燃料电池电动汽车与柴油车(Diesel)相对总成本。
资料来源:UK《 H2 Mobility Synopsis of Phase 1 Results》。
 
2012年,美国加利福尼亚州燃料电池伙伴组织(CaFCP)也采取了一系列行动,规划建设了一批氢燃料加注站,为在2015-2017年时间框架内商业可用的燃料电池电动汽车产业发展做好准备。2012年7月,CaFCP发布“加州路线图:普及氢燃料电池电动汽车”。该路线图指出,到2016年,加利福尼亚州燃料电池电动汽车保有量近2万辆,加氢站数量约为68个;到2017年,加利福尼亚州燃料电池电动汽车保有量将超过5万辆(见图11)。目前,加利福尼亚州共有9个可用的加氢站,有14个新的或正在改建的加氢站。
 
图11 2011-2017年加利福尼亚州燃料电池电动汽车数量(单位:辆)
资料来源:California Fuel Cell Partnership。
 
在轻型车辆部门其他一些主要进展还包括如下几个方面:戴姆勒、福特和日产宣布将共同开发一个燃料电池电动汽车生产平台。该平台在2017年初开始生产,生产规模将达到5万辆;日本丰田和宝马汽车公司签署了一项谅解备忘录,其中包括在燃料电池系统、动力总成电气化以及轻量化技术发展等方面协同努力;丰田、日产、本田、现代以及一些氢基础设施公司,签署了一项谅解备忘录,计划在2014-2017年之间,在挪威、瑞典、冰岛、丹麦等国家部署燃料电池电动汽车并发展氢基础设施;6家加拿大公司和20位燃料电池领域的科学家和工程师携手努力以减少质子交换膜燃料电池电动汽车中金属铂(Pt)的使用。该项目称为“CAD”计划,主要由加拿大汽车合作伙伴(APC)组织给予815万美元的资助;日本丰田公司推出其专有的燃料电池堆,输出功率密度达到3千瓦/升,是目前燃料电池混合动力汽车中使用的燃料电池堆输出功率密度的两倍以上,同时体积和重量减少一半;在2012年巴黎车展上,日产推出了其新的“TeRRa”燃料电池概念车。“TeRRa”采用了全新的日产开发的燃料电池堆,其成本是“TeRRa”2005年版本的1/6;日本本田公司FCX Clarity燃料电池电动汽车配备有输出功率为9kW的燃料电池系统;梅赛德斯——奔驰加拿大分公司开发出了世界上第一个自动化汽车专用设备以用于燃料电池堆的生产和生产技术的开发;Intelligent Energy公司和铃木汽车公司合资创建了“SMILE FC”系统公司,以开发和制造一系列工业行业广泛应用的风冷式(Air-Cooled)燃料电池系统。“SMILE FC”系统公司的总部将设在日本静冈县的滨松市;在2012年伦敦夏季奥运会上,Intelligent Energy公司为与会的贵宾和政要开发了5辆氢燃料电池黑色出租车。这就开始了一项为期两年的、名为“欧洲城市氢运输”(HyTEC)试验项目支持;Air Products公司受到英国技术战略委员会(TSB)的资助,以支持其在伦敦希斯罗机场建设加氢站,并在伦敦市中心为燃料电池出租车提供规划选址;Intelligent Energy公司与印度石油有限公司签署了意向书,启动示范项目和协同工作,以在印度市场上开发和推广氢燃料电池动力系统。根据该协议,印度石油有限公司和Intelligent Energy公司将准备一个多阶段计划,来演示并最终部署氢燃料电池在物料搬运设备、电信塔及动力等方面的应用;2012年7月底,丹麦三家汽车生产商联合组建的电动车概念开发商和制造商ECOmove公司推出了创新型微型电动车QBEAK。该车燃料电池将生物甲醇/水混合液转变成电能,为车载电池充电,单次充电即可行驶500英里(约合804.672公里),远远超过世界电动汽车领域的领军品牌雪佛兰沃蓝达(Volt)增程式电动汽车(一次充满电后行驶里程能达到375英里,约合600公里)。
2.燃料电池公共汽车
2012年4月,美国联邦运输管理局(FTA)在其“国家燃料电池公共汽车”计划下,对11个研究和示范项目给予1310万美元的专项资金支持。表17列出了上述项目和奖励资金。11个项目将致力于开发各种燃料电池组件,测试在真实环境条件下美国制造的燃料电池公交车的性能表现,并对燃料电池公共汽车进行教育推广。
 
在美国,燃料电池公共汽车主要部署在德克萨斯州的奥斯汀市和密歇根州的弗林特市。德克萨斯州的燃料电池公交车是由Proterra公司专门制造的,并曾经在南卡罗来纳州的哥伦比亚运行过。Proterra公司是美国著名汽车制造商,专门从事零排放公共汽车的研发和生产。Proterra公司的氢燃料电池混合动力公交车运用先进的技术,将可插电式电池(主要是锂电池,来自于Altairnano公司)、燃料电池系统(来自于Hydrogenics公司)和动力传输装置整合为动力集成,拥有极高的工作效率。密歇根州的燃料电池公交车是由美国联合技术公司制造的,租赁价格为1美元(因为是示范运营,故价格极其低廉),Air Products公司提供加氢站。
 
在国际市场,加拿大巴拉德动力系统(Ballard Power Systems)公司是公交车用燃料电池的领先供应商。2012年,巴拉德动力系统公司与Van Hool NV签订了21台FCvelocityTMHD6系列燃料电池动力模块设备供应协议,以用于欧洲几个城市的公交车;巴拉德动力系统公司与巴西圣保罗市签订了25台FCvelocityTMHD6系列燃料电池动力模块设备供应意向书;在苏格兰,苏格兰政府和苏格兰企业联合提供了330万英镑(约合520万美元)的资金以支持阿伯丁市议会订购10辆氢燃料电池客车和1个加氢站。该氢燃料电池客车将使用巴拉德动力系统公司的燃料电池;巴拉德动力系统公司与印度塔塔汽车公司签署了12台FCvelocityTM-1000燃料电池堆供应协议,旨在印度各城市推行燃料电池公共汽车示范计划。在2012年汽车博览会上,塔塔汽车公司展示了印度第一台燃料电池公共汽车。该汽车配有巴拉德动力系统公司燃料电池堆。
 
表17 2012年美国联邦运输管理局(FTA)“国家燃料电池公共汽车”计划资助项目
 
项目名称
资助金额
领导机构及合作伙伴
项目描述
1
先进新一代燃料电池公共汽车
330.5万美元
CALSTART机构[1],联合技术动力公司,CTTRANSIT公司,BAE系统公司,New Flyer公司。
在New Flyer公司大型公交客车上集成更小、更轻和更强大的联合技术动力公司燃料电池。
2
BUS 2010 NextGen 化合物混合燃料电池公共汽车
150.676万美元
CALSTART机构,BAE系统公司,Hydrogenics公司,SFMTA公司。
在现有项目基础上,在现有混合动力燃料电池公交车上整合增强型Hydrogenics公司燃料电池。
3
奥斯丁市燃料电池公共汽车示范项目
155.5978万美元
美国交通和环境中心(CTE),Proterra公司,Hydrogenics公司,Embedded Power and Controls公司,Capital Metro公司。
扩大现有的燃料电池公共汽车示范项目,并投入运营新的燃料电池电动公交车,使之成为转化为收入的服务。
4
ECOSaver IV 混合动力燃料电池公共汽车示范
101.548万美元
美国交通和环境中心(CTE),DesignLine公司,巴拉德动力系统美国分公司,俄亥俄州立大学。
为客车制造商DesignLine公司建造新的国内燃料电池公共汽车提供资金支持。项目还包括在美国俄亥俄州立大学的校园区提供燃料电池公交车服务示范。
5
美国燃料电池公共汽车增强
140万美元
CALSTART机构,SunLine公司,巴拉德动力系统美国分公司,BAE系统公司。
将为美国运输公司SunLine现有的两辆燃料电池公共汽车的示范运营提供支持。
6
马萨诸塞州的氢燃料电池公共汽车
281.46万美元
美国东北部先进汽车联盟(NAVC),Nuvera公司,BAE系统公司,马萨诸塞州运输局。
把现有的燃料电池公共汽车系统升级到最新一代的Nuvera燃料电池系统。
7
高电压空调转换器
20.793万美元
CALSTART机构,伯班克市,US Hybrid公司。
混合燃料电池公共汽车高效率空调系统的开发和测试。
8
ECOSaver IV 混合动力燃料电池公共汽车的测试和建模
72.7075万美元
美国交通和环境中心(CTE),DesignLine公司,巴拉德动力系统美国分公司,俄亥俄州立大学。
测试和建模,以帮助设计新型燃料电池公共汽车。
9
DC/DC(直流转直流电源)转换器的改进
1.5万美元
美国交通和环境中心(CTE),Embedded Power and Controls公司,Proterra公司。
项目将致力于优化DC/DC转换器。该转换器是燃料电池电动公交车的关键组件。
10
国家燃料电池公共汽车技术开发计划(NFCBP)传达及推广
34.5万美元
美国交通和环境中心(CTE)。
该项目将继续推广宣传NFCBP,以协助产业界协调和传播有关燃料电池电动公交车的技术。
11
燃料电池公共汽车美国市场分析与研究
20.6536万美元
CALSTART机构。
从美国公交车运营商入手,分析燃料电池客车市场。分析燃料电池客车的需求,对价格的敏感度,消费者的接受程度,环境法规和政策,能源效率方面的益处,服务和维护要求。
资料来源:美国能源部能源效率与可再生能源办公室《2012 Fuel Cell Technologies Market Report》。
 
日本丰田汽车公司在其燃料电池公共汽车上安装了新的供电系统。该供电系统有两个电源插座,可以持续提供3kW的电力,足以为一户居民家庭连续供电100小时以上,或者可以在紧急情况下作为移动电源。在“丰田城市低碳示范”计划下,丰田公司还正在开发一个燃料电池公共汽车供电系统,并计划在2016年推出一个新的燃料电池公共汽车模型。
3.其他交通运输应用
燃料电池系统在特种车辆和其他独特的交通工具应用方面继续取得重大进展。2012年,上述进展主要集中在卡车方面。Vision工业公司与Balqon公司签订联合开发协议,制造氢燃料电池混合动力码头牵引车“Zero-TT”,为其配送中心、铁路站场和海洋终端市场提供服务。Vision汽车公司也与Total Transportation Services签署了100台Tyranco Class 8型卡车订单。Hydrogenics公司收到了位于美国加州托伦斯市的US Hybrid公司5台HyPMTMHD系列燃料电池功率模块订单,以用于翻斗车、面包车和几辆公共汽车。
 
在欧洲,成立了一个财团,以开发制造欧洲SOFC(固体氧化物燃料电池)APU(燃料电池辅助动力装置)重型卡车,其目的是在2014年建立100%的APU欧洲价值链,并加以示范。这个项目称之为“DESTA”(第一辆欧洲固体氧化物燃料电池卡车辅助动力装置示范),旨在通过消除发动机怠速运转,把二氧化碳的排放量减少75%,并实现降低噪声、振动及其他污染物的目的。该项目的合作伙伴包括德国的J.Eberspächer公司,奥地利的AVL List公司,瑞典的沃尔沃汽车公司,丹麦的Topsøe燃料电池公司,以及德国的Forschungszentrum Jülich研究中心。
 
同样在欧洲,EcoMotion公司为奥尔堡动物园推出了EcoMotion卡车。该卡车使用甲醇燃料电池为电池充电,并包括一个电源插座,从而使动物园工作人员可以在卡车上运行便携式电子设备。Proton动力系统公司宣布其成功地将燃料电池动力和行驶里程扩展系统整合到史密斯(Smith)公司电动卡车上。经过道路测试后,史密斯(Smith)公司和Proton动力系统公司计划向其德国客户出售20辆燃料电池动力卡车。SFC能源公司接到来自大众商用汽车的订单,用SFC能源公司的EFOY Pro燃料电池发电机装配其242辆大众T5多用途MPV。这些车辆被德国联邦货物运输办公室(BAG)用于收费检查。
 
在航空领域,波音公司与美国航空公司及联邦航空管理局(FAA)合作,推出了“ecoDemonstrator”计划。该计划包含一个波音737-800飞机的飞行测试平台。该测试平台将使用日本IHI公司的可再生燃料电池作为辅助电源。2012年,德国宇航公司(DLR)为其升级版的AntaresH2飞机配备了高度集成的燃料电池和储氢系统。
 
2012年,其他重要的进展还包括:加拿大联邦政府发出招标公告,建造三艘新的配备氢燃料电池技术的海岸警卫船。上述海岸警卫船的建造预计在2013年开始;土耳其的伊斯坦布尔技术大学(ITU)推出了其名为“Marti”的氢燃料电池船。在伊斯坦布尔大都会市及联合国工业发展组织等资助下,伊斯坦布尔技术大学经过四年的努力,终于成功研制出氢燃料电池船;Hydrogenics公司收到NRC-CSTT(国家研究委员会——地面交通运输技术中心)开发项目的资助,为混合动力轻轨车辆提供其HYPMTMHD90燃料电池辅助动力装置;Vehicle Projects公司与Anglo American Platinum公司携手合作以研制5辆燃料电池地下矿山机车。上述矿山机车采用巴拉德动力系统公司的FCvelocity-9SSL V4燃料电池堆和美国K2能源解决公司的锂离子电池;巴拉德动力系统公司与巴西WEG公司(世界上最大的电机制造商之一,约占整个拉美市场的60%)签署了一份不具约束力的谅解备忘录,以评估燃料电池产品和服务在公交、铁路和采矿等领域应用的市场机会;Hydrogenics公司被授予了后续的、为期三年的合同,以提供推进系统设备,包括集成的燃料电池发电系统、电力电子转换器、相关的硬件和推进系统软件。
(六)氢基础设施和能源存储
2012年,全球范围内有超过200座氢燃料站在运行。大部分加氢站支持研究和示范活动或公共汽车运行,但不向公众开放。预计公用加氢站的数量将随着燃料电池电动汽车的部署而显著增加。表18列举了2012年全球商业化的制氢设备,以及氢基础设施的进展情况。
 
表18 2012年全球商业化制氢系统制造商
 
制造商
国别
产品名称
产品类型(制氢方式)
产出
1
Avālence
美国
Hydrofiller 15
碱性电解(Alkaline Electrolysis)
3/4公斤/天
Hydrofiller 50
碱性电解(Alkaline Electrolysis)
3公斤/天
Hydrofiller 85
碱性电解(Alkaline Electrolysis)
5公斤/天
Hydrofiller 175
碱性电解(Alkaline Electrolysis)
10公斤/天
2
Element 1
美国
H-35制氢设备
甲醇重整(Reformer)
4.5公斤/天
H-75制氢设备
甲醇重整(Reformer)
9.7公斤/天
H-110制氢设备
甲醇重整(Reformer)
14.3公斤/天
3
Hydrogenics
加拿大
HySTAT
碱性电解(Alkaline Electrolysis)
8.6-128公斤/天
HyLYZER
质子交换膜(PEM)电解
1-2标准立方米/天
4
ITM Power
英国
HPac 10
质子交换膜(PEM)电解
1.3-5.0公斤/天
HPac 40
质子交换膜(PEM)电解
1.3-5.0公斤/天
HFuel Hydrogen Station
质子交换膜(PEM)电解
5-100公斤/天
5
Nuvera燃料电池公司
美国
HGas
质子交换膜(PEM)电解
25-400公斤/天
Power Tap
甲醇重整(Reformer)
50公斤/天
6
Proton OnSite
美国
HOGEN S系列
质子交换膜(PEM)电解
0.56-2.27公斤/天
HOGEN H系列
质子交换膜(PEM)电解
4.31-12.94公斤/天
HOGEN C系列
质子交换膜(PEM)电解
21.6-65公斤/天
资料来源:美国能源部能源效率与可再生能源办公室《2012 Fuel Cell Technologies Market Report》。
参考资料:
“2012 Fuel Cell Technologies Market Report”,Fuel Cell Technologies Office, Office of Energy Efficiency and Renewable Energy, U.S. Department of Energy,October, 2013.
 
 


[1] CALSTART创立于1992年,是北美先进交通技术联盟的领导者,是一个拥有140多家企业及代理处的非盈利性机构,主要使命是通过推动清洁交通行业先进技术的发展,以减少大气污染,创造市场机会,降低石油进口及温室气体排放,因其公正性、独立性在美国享有较高声誉。

注册成为正式用户,登陆后,获得更多阅读功能与服务!
转载本文需经本平台书面授权,并注明出处:上海情报服务平台www.istis.sh.cn
了解更多信息,请联系我们

§ 请为这篇文章打分(5分为最好)