氫能和燃料動力鋰電池市場空間廣闊

氫燃料動力鋰電池早在20世紀60年代就因其體積小、容量大的特點而成功應用于航天領域。進入70年代后，隨著技術的不斷進步，氫燃料動力鋰電池也逐步被運用于發(fā)電和汽車?，F如今，伴隨各類電子智能設備的崛起以及新能源(1233.22,4.980,0.41%)汽車的風靡，氫燃料動力鋰電池重要應用于三大領域：固定領域、運輸領域、便攜式領域。

2012年，全球燃料動力鋰電池系統的出貨量近3萬臺，同比上升約34%，相對2008年上升超過321%。而在其中，固定式燃料動力鋰電池的上升最為顯著，從2008年的2000臺迅速上升至2012年的2.5萬臺。交運用燃料動力鋰電池的發(fā)展則相對平穩(wěn)，在未來其發(fā)展的重要看點集中在輕型燃料動力鋰電池電動汽車數量的新增和物料搬運設備市場的大幅上升。在三個重要領域中，便攜式領域的發(fā)展幾乎處于停滯狀態(tài)，即使目前已有許多公司陸續(xù)推出手機用氫燃料動力鋰電池，但就整體而言，該類產品的商業(yè)化尚未得到實現，未來發(fā)展還需很長時間。日本富士經濟公司針對產業(yè)和商業(yè)、家用、燃料動力鋰電池車、叉車等驅動、便攜和應急以及便攜終端6個領域進行了調查，預測稱到2025年，全球市場總計將達到51843億日元，相當于2011年的74.2倍。

單就氫燃料動力鋰電池產業(yè)來講，根據工研院IEK的統計，2011年全球氫能與燃料動力鋰電池市場規(guī)模為10.3億美元，較2010年6.7億美元成長54%。日本日經bp清潔技術研究所日前公布的《世界氫能源基礎設施項目總覽》顯示，到2015年預計包括液化氫基地、管道、固定式燃料動力鋰電池以及燃料動力鋰電池車在內的全球氫能源基礎設施市場規(guī)模只有7萬億日元左右，但在2015年以后，氫能源基礎設施市場開始緩慢上升；而在2020年以后該市場會呈現加速上升態(tài)勢，到2025年，氫能源基礎設施家用市場的規(guī)模將超過商用。也正因為如此，在到2025年的5年內，該市場規(guī)模將實現倍增，預計達到約20萬億日元；到2050年將達到約160萬億日元(約合1.56萬億美元).

固定領域持續(xù)上升

固定式燃料動力鋰電池市場包括多種尺寸和類型，重要用于各種固定位置的電力供應，包括重要應用于發(fā)電站、樓宇、工程等領域的大型首要電源、備用電源或熱電聯產(CHP)，用于家庭住宅和商業(yè)的微型熱電聯產(CHP)，以及遠程或基本應用例如電訊塔的首要或備用電源。

固定式燃料動力鋰電池重要包括MCPC、SOFC、PAFC和PEMFC。在美國市場，美國本土的BloomEnergy，FuelCellEnergy，UTCPower和加拿大的BallardPowerSystems是該領域的重要生產公司。

隨著各國政府對清潔能源的關注，固定式燃料動力鋰電池近幾年的出貨量不斷攀升，根據PikeResearch的預測，到2022年固定式燃料動力鋰電池的出貨量將達到35萬臺，相有關目前的2.1萬臺有一個巨幅的提升。

目前更多的行業(yè)在考慮使用燃料動力鋰電池，希望在發(fā)生自然災害時，燃料動力鋰電池可以獨立于電網發(fā)電。隨著對電的復原力需求的增強，以及全球越來越快地采用分布式發(fā)電技術，和家庭式熱電聯產的逐步普及，未來10年，固定式燃料動力鋰電池產業(yè)將處于有利的引領地位。

在固定式燃料動力鋰電池的應用中，各地區(qū)略有差別。對亞太地區(qū)而言，輔助電源(AuxPower)是目前占比最大的應用，其他重要應用則是備用電源(BackupPower)和熱電聯產(CHP)。在北美地區(qū)，備用電源(Backup)、熱電聯產(CHP)和分布式發(fā)電(DG)是三類重要的應用領域。

無論是在亞太地區(qū)還是在北美地區(qū)，隨著家庭式熱電聯產的逐步普及，CHP的應用占比都將會逐步增大，并成為固定領域中的重要應用。分布式發(fā)電和備用電源則作為輔助應用，共同支撐固定領域發(fā)展。

1、發(fā)電成本逐漸降低

日常生活中使用的電能，重要來自其他形式能量的轉換，包括水能(水力發(fā)電)、熱能(火力發(fā)電)、原子能(核電)、風能(風力發(fā)電)、化學能(電池)及光能(光電池、太陽能電池等)等。

目前，燃料動力鋰電池發(fā)電成本約在2.5~3元/度電左右，而我國各類傳統發(fā)電方式的上網電價都在1元/度電以下，即使是最昂貴的太陽能發(fā)電，目前價格也是0.9元/度電左右，氫燃料動力鋰電池的發(fā)電成本離此還有很遠的距離。另外就發(fā)電站建造而言，傳統發(fā)電方式如火力發(fā)電廠，其建造成本約在1300美元/千瓦發(fā)電能力。燃料動力鋰電池發(fā)電站以北美固定式燃料動力鋰電池價格為例，從2008年到2012年，三類電池的價格都有明顯的下降，都處于1500~2000美元/千瓦之間，相對傳統發(fā)電方式而言已不存在太大差異。隨著氫燃料動力鋰電池價格的迅速下降，氫燃料動力鋰電池發(fā)電的成本也將逐漸降低，其在發(fā)電領域的競爭力也將逐漸增強。

2、氫燃料動力鋰電池在我國仍是空白，在美國已有一席之地

氫能發(fā)電也是利用氫氣和氧燃燒來出現電力，燃料動力鋰電池就是氫能發(fā)電的一種重要方式，70年代以來，日美等國加緊研究各種燃料動力鋰電池，現已進入商業(yè)性開發(fā)，日本已建立萬千瓦級燃料動力鋰電池發(fā)電站，美國有30多家廠商在開發(fā)燃料動力鋰電池。德、英、法、荷、丹、意和奧地利等國也有20多家公司投入了燃料動力鋰電池的研究，這種新型的發(fā)電方式已引起世界的關注。2012年，美國氫能發(fā)電占比為7.9%，比例次于火力發(fā)電、水力發(fā)電和核電，但高于風能發(fā)電。而我國的電力市場目前火力發(fā)電仍為絕對主力，氫能發(fā)電還沒有占據一席之地。我國的氫燃料動力鋰電池發(fā)電還處于技術研發(fā)和儲備階段，實驗性的產品也在緩慢推出，但目前還沒有應用于商業(yè)上的成功案例，我國的氫燃料動力鋰電池發(fā)電領域還是一塊未曾開拓的土壤。

3、三高優(yōu)點促進氫燃料動力鋰電池在固定式領域的應用

氫燃料動力鋰電池的優(yōu)點除了零排放、高效率和燃料易獲得外，其在外部環(huán)境劇烈變化的條件下，可以長時間持續(xù)工作且具有更高的可靠性。與柴汽油發(fā)電機相比，氫燃料動力鋰電池的噪聲很小且不排放有害氣體。此外，氫燃料動力鋰電池還有運動部件少、維修工作量小，更加有利于遠程控制、減少實際的維修時間。具備高效率/高可靠性/高環(huán)保性的燃料動力鋰電池在具有成本競爭力的情況下，已經在固定領域中進入了商業(yè)化應用，目前重要應用在熱電聯產、備用電源和分布式電源三個區(qū)域。

(1)CHP

熱電聯產，是指在同一電廠中將供熱和發(fā)電聯合在一起，簡稱CHP。熱電聯產將普通電廠本來廢棄的熱量加以利用，為工業(yè)和家庭供應廉價的取暖用熱，這樣可大大提高熱效率。通常的火力發(fā)電，其效率約為30~35%。這意味著每產出1兆焦的電能，就有2兆焦的熱量白白浪費掉。將這部分熱量重新用來加熱水，完全可以滿足廠附近區(qū)域的廠和住宅區(qū)的取暖要。

熱電聯產的實現有很多種方式，常見的有蒸汽輪機、燃氣輪機、燃料動力鋰電池等等。而將燃料動力鋰電池技術集成在熱電聯產中能夠將多余熱能回收用于住宅或者廠，出現的熱量可用于集中供暖或供應熱水。相比其他方式的熱電聯產，燃料動力鋰電池熱電聯產擁有更高的能量利用效率，且對環(huán)境沒有污染，運作也更為安靜。

(2)電信應用領先備用電源領域

燃料動力鋰電池備用電源(Backup)系統重要由儲氫單元、燃料動力鋰電池系統、DC/DC變換器、蓄能單元、控制單元及人機接口構成。外部市電供應正常時，通信設備使用外部整流裝置供應的直流電，同時為備用電源系統的蓄能單元進行浮充，系統處于待機狀態(tài)；一旦外部市電斷電或整流裝置出現故障，燃料動力鋰電池備用電源系統進入運行狀態(tài)，蓄能單元將不間斷地為通信設備供電，并由控制單元啟動氫氣供應和燃料動力鋰電池系統。

將燃料動力鋰電池作為備用電源，在電信行業(yè)的應用是為普遍，而其他例如遙感和管道陰級保護系統充電也正在逐步發(fā)展。作為燃料動力鋰電池的大生產商，BallardPowerSystems在2012年就生產了近400個ElectraGen備用電源系統。

(3)分布式發(fā)電

分布式發(fā)電，通常是指發(fā)電功率在幾千瓦至數百兆瓦的小型模塊化、分散式、布置在用戶附近的高效、可靠的發(fā)電單元。日益上升的電力需求已使現有的中心電站和輸配電系統出現了過載現象。更為嚴重的是，近年來世界范圍內的大電網故障以及戰(zhàn)爭造成的大面積停電事故使各國都開始認識到電力體制改革的重要性。而分布式發(fā)電技術能夠幫助緩解電力供應的緊張局面，提高供電質量和可靠性，因此成為傳統發(fā)電技術的重要補充。雖然分布式發(fā)電很難取代大型發(fā)電廠，但對偏遠地區(qū)而言，其不失為一種發(fā)電的好方法。

分布式發(fā)電技術包括許多類型，這些技術以其各自的特點和發(fā)展狀況分別占優(yōu)不同的市場。燃料動力鋰電池出現的廢熱方便實現熱電聯供，可以進一步提高系統的效率，而且它可以利用多種燃料，如天然氣、汽油、甲醇、丙烷、垃圾填埋氣以及生物能等，因此在一定程度上有助于緩解全球能源短缺的局面。另外，燃料動力鋰電池可以方便地與電網連接，或者與現有的蓄電池、可再生發(fā)電技術相結合實現混合發(fā)電和儲能系統。因此，燃料動力鋰電池是一種具有巨大競爭力的分布式發(fā)電技術，假如可以實現成本目標，那么燃料動力鋰電池技術必將在未來的分布式發(fā)電市場占有相當大的份額。

3、運輸領域尋求突破

交通運輸領域的燃料動力鋰電池細分有廣泛的應用，重要包括車輛，公交車，小型飛機，船只以及物料搬運設備等，使用的燃料動力鋰電池類型僅僅是質子交換膜(PEMFC)。目前，交運領域實現商業(yè)化的重要是物料搬運設備領域，而全球幾家大型汽車制造商仍在繼續(xù)追求燃料動力鋰電池輕型汽車的應用，并計劃與2015-2017年實現商業(yè)化。北美的Plugpower和加拿大Ballardpowersystems是該領域的重要廠商。

1、高效環(huán)保低成本的氫燃料動力鋰電池叉車為運輸領域的核心應用

叉車是工業(yè)搬運車輛，是指對成件托盤貨物進行裝卸、堆垛和短距離運輸作業(yè)的各種輪式搬運車輛，是物料搬運設備的一種。目前，叉車是交通運輸領域中實現商業(yè)化較為活躍的重要品種。其重要生產商為Plugpower公司。

叉車上的動力來源重要是電池。較常用的為鉛酸電池，而目前燃料動力鋰電池正取代鉛酸電池成為電動叉車的重要能量。在高流通量的配送中心和倉庫環(huán)境中，與傳統充電電池系統相比，零排放燃料動力鋰電池叉車體現了經濟、實用、環(huán)保。燃料動力鋰電池叉車的優(yōu)勢在于：通過恒功率輸出和充氫氣時間短顯著提高叉車的生產率。鉛酸電池的性能有限，過長的充電時間導致其效率低下。與之相比，燃料動力鋰電池由于燃料補給迅速，且具有更長的使用壽命而備受關注。

提高生產效率的同時，燃料動力鋰電池叉車還可以降低運營成本。例如，沃爾瑪超市在加拿大阿爾伯塔省的冷藏配送中心部署了95輛燃料動力鋰電池叉車。與傳統的充電電池動力叉車相比，該項目在7年內將減少運行成本110萬美元。沃爾瑪現在已有超過500輛燃料動力鋰電池叉車運行在包括冷凍設施在內的三個倉庫中運行。其余使用PlugPower公司的GenDrive系統的客戶包括：寶潔公司部署在四個站點的340個燃料動力鋰電池叉車系統；思科部署在7個站點的超過600個系統；可口可樂公司部署在2個站點的96個系統。2008年時全美燃料動力鋰電池叉車的總數才幾百輛，而到2012年時在19個州近40個城市共擁有4000多輛，燃料動力鋰電池叉車在美國開始迅猛發(fā)展。

燃料動力鋰電池叉車市場的供應商重要有H2Logic，Hydrogenics，NuveraFuelCells，OorjaProtonics和PlugPower。其中PlugPower是最大的供應商，其市場份額約為80%.

使用燃料動力鋰電池叉車的公司目前來看多為大公司，這部分是因為燃料動力鋰電池叉車的售價高于普通叉車。就2012年的重要訂購商來看，重要集中在世界500強公司，其中又以零售業(yè)為主。

作為燃料動力鋰電池叉車大廠商的Plugpower公司在2013年第四季度接受了來自沃爾瑪、寶潔、寶馬等公司的訂單，訂單量較以往有較大增幅，截止目前，Plugpower公司已累計供應4500多套叉車系統，且隨著2013年第四季度訂單的爆發(fā)，燃料動力鋰電池在叉車領域的應用還將進一步擴展。

2、燃料動力鋰電池車離產業(yè)化仍有不小距離

(1)成本：發(fā)展的首要阻礙

燃料動力鋰電池車目前普及度非常低，國外的燃料動力鋰電池大巴目前售價在100萬美元上下，而特斯拉的“貴族”電動汽車ModelS售價也才為73萬人民幣，兩廂比較下，燃料動力鋰電池車的價格實在高出許多。但目前豐田、上汽等集團都公布了燃料動力鋰電池車生產宣告，預計將于2015年上市，豐田的目標定價在5萬美元，而上汽的成本預計在50萬人民幣，若屆時能達到目標價位，則燃料動力鋰電池車發(fā)展可待。

燃料動力鋰電池車成本中2/3是燃料動力鋰電池系統的花費，目前燃料動力鋰電池系統的成本下降速度很快，也還存在下降空間。全球領先的燃料動力鋰電池技術公司~巴拉德動力系統也已開發(fā)出第7代燃料動力鋰電池電堆HD7，該電堆的成本比上一代的HD6要減少75%.

燃料動力鋰電池車使用的是質子交換膜電池。在PEMFC中，貴重金屬催化劑鉑的使用劑量在逐步降低，再加上電解槽等成本的降低，使得PEMFC的成本不斷降低。根據美國能源部數據，2012年交通運輸用燃料動力鋰電池的成本為47美元/千瓦，相比2002年的估計成本下降了82.9%，且在逐年的下降中，成本價已接近美國能源部設定的2017年的目標價30美元/千瓦。

根據英國碳信托咨詢公司的報告，若燃料動力鋰電池汽車要規(guī)?；a，其成本需達到36美元/千瓦才能與內燃機汽車競爭。而根據目前PEMFC成本的下降趨勢以及目前的技術進步，該目標價位即有可能在2017年之前達成，屆時燃料動力鋰電池汽車就可以批量化生產。

(2)加氫站：要時間積累的必備配套任務

加氫站建設難也是制約燃料動力鋰電池汽車發(fā)展的另一大因素。和建設鋰離子電池電動汽車所需的充電樁不相同，建設加氫站的可操作性難度非常高，除了要較大的空間外，還要做環(huán)評、安評等一系列工作。

全球加氫設施的發(fā)展重要集中在三大區(qū)域：北美、歐洲和日本，整個加氫站建設的密度將與燃料動力鋰電池汽車的市場導入量相匹配。目前而言，我國僅有一個加氫站，加氫站不僅遠遠低于美國數量，也遠遠低于臨近的韓國和日本，可以說國內在加氫站建設上還有很長的路要走。

預計到2014年，美國西海岸和東海岸的加氫站將分別達到37個，到2015年西海岸計劃新建68個，東海岸到2020年則要建成100個。歐洲地區(qū)以德國、法國為核心，德國的目標是到2020年要實現加氫站境內全覆蓋。日本則要在2015年將加氫站數目擴大到100個，東京、大阪等四個人口比較集中的城市里加氫站要實現全覆蓋。發(fā)達地區(qū)加氫站的建設與其燃料動力鋰電池車的發(fā)展相匹配，在這些地區(qū)，燃料動力鋰電池車在2015年左右實現將不再是幻想。

(3)氫燃料動力鋰電池VS鋰離子電池：誰是贏家？

鋰離子電池是一類由鋰金屬或鋰合金為負極材料、使用非水電解質溶液的電池，使用以下反應：Li+MnO2=LiMnO2，該反應為氧化還原反應，放電。由于鋰金屬的化學特性非常活潑，使得鋰金屬的加工、保存、使用，對環(huán)境要求非常高。鋰離子電池的歷史可以追溯到70年代，是目前應用最廣泛的電池，特斯拉電動汽車使用的就是鋰離子電池。

鋰離子電池和燃料動力鋰電池相比較，鋰離子電池的優(yōu)勢在于更安全、成本更低；而燃料動力鋰電池的優(yōu)勢則在于充電時間更短、能量密度更高。

從目前的技術看，氫燃料動力鋰電池要新建一個產業(yè)鏈來支撐，這要很長的時間和大量的投資。而鋰離子電池從發(fā)明以來，隨著技術的進步和產業(yè)化的擴充，每年都有小幅度的降價和容量提升。日本在2005年就開發(fā)出來了性能比特斯拉ModelS更優(yōu)異的Eliica，但是當時鋰離子電池的高昂價格注定這個產品只是試驗品。而目前特斯拉電動汽車火爆全球，比亞迪(47.90,0.200,0.42%)正在開發(fā)性能不遜色于特斯拉ModelS的E9，寶馬混合動力的i3、i8都要上市，保時捷918也已經預訂。這都說明2013年鋰離子電池的價格已經降低到一個可以接受的范圍。未來幾年，隨著鋰離子電池價格的進一步下降和容量的進一步提升，電動汽車的普及度有望進一步提升?？偠灾虝r間來看鋰離子電池主導的電動汽車會是重要方向，氫燃料動力鋰電池則要長期的發(fā)展，但有望后來居上。

(4)燃料動力鋰電池車突破只是時間問題

目前多家汽車供應商已將氫燃料動力鋰電池列入計劃，預計最早于2015年將會有氫燃料動力鋰電池車投放市場。通用汽車和豐田等多家車企巨頭各自同合作伙伴簽訂合作開發(fā)燃料動力鋰電池協議，計劃未來數年內推出燃料動力鋰電池車投入實用。

豐田于2011年在東京車展上就亮相了FCV-R氫燃料動力鋰電池概念車，今年東京車展則將展出量產型號，另外豐田公司同寶馬簽署協議在四個領域進行合作，其中就包括于2020年爭取推廣及普及燃料動力鋰電池車。除了豐田，通用汽車和本田汽車宣布將聯合開發(fā)下一代燃料動力鋰電池技術，以便2020年投放到市場。韓國現代汽車已經率先投產燃料動力鋰電池車；2013年一月份戴勒姆、福特與雷諾簽訂協議共同開發(fā)燃料動力鋰電池系統，預計于2017年推出第一款燃料動力鋰電池新車；三月份大眾與Ballard也簽訂合作協議，并于今年八月開始對奧迪A7燃料動力鋰電池汽車進行測試。

各大汽車公司除了紛紛宣告新汽車的推出外，在燃料動力鋰電池車研制領域也在快馬加鞭。根據美國近年來燃料動力鋰電池專利持有情況來看，各大汽車公司在近幾年都加大了對燃料動力鋰電池的研發(fā)投入，專利數目節(jié)節(jié)攀升，2012年豐田公司更是以144項專利位居榜首。激烈的專利競爭為燃料動力鋰電池車的順利推出也奠定了技術基礎，現在要的只是時間，來講技術推向市場。

目前燃料動力鋰電池車仍在開發(fā)及測試階段，距離量產仍有兩三年時間。燃料動力鋰電池車初期售價可能會偏高，不過隨著技術逐步成熟，加上有政府補貼或免稅等優(yōu)惠，價格將會慢慢進入大眾可接受范圍之內?？紤]到燃料動力鋰電池高效、環(huán)保及安全等諸多優(yōu)點，氫燃料動力鋰電池車仍然值得我們期待。

4、便攜領域尚未起飛

燃料動力鋰電池在便攜式領域的應用重要包括燃料動力鋰電池盒、燃料動力鋰電池玩具，以及小型燃料動力鋰電池充電器等。目前銷售的燃料動力鋰電池充電器和其他類似的便攜式應用市場尚未起飛，仍未出現成功商業(yè)化的案例。

5、氫市場不斷擴大

隨著氫能源汽車、固定式燃料動力鋰電池等新技術的應用推動，全球掀起了利用氫能源的浪潮，根據日經BP清潔技術研究所的預測，全球氫基礎設施的市場規(guī)模將從2015年的7萬億日元左右逐步上升至2015年的約160萬億日元。其中規(guī)模最大的是固定式燃料動力鋰電池和燃料動力鋰電池車，兩者都將于2030年左右達到全面普及水平。

隨著全球氫社會建設的加快，氫消費量也將快速新增，從2015年的小于1萬億上升到2050年的6.5萬億左右。在此期間，氫的價格也會逐漸下降。根據日本新能源產業(yè)技術綜合開發(fā)機構的測算，刨除加氫站的利潤，現在的供氫成本為1立方米1二十日元左右，而這個價格在2015年降低到90日元，到2020年僅為60日元。