燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置,又称电化学发电器。它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。
燃料电池的概念、应用
燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置,又称电化学发电器。它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能,不受卡诺循环效应的限制,因此效率高;另外,燃料电池用燃料和氧气作为原料,同时没有机械传动部件,故排放出的有害气体极少,使用寿命长。
碱性燃料电池(AFC)是最早开发的燃料电池技术,在20世纪60年代就成功的应用于航天飞行领域。磷酸型燃料电池(PAFC)也是第一代燃料电池技术,是目前最为成熟的应用技术,已经进入了商业化应用和批量生产,由于其成本太高,目前只能作为区域性电站来现场供电、供热。熔融碳酸型燃料电池(MCFC)是第二代燃料电池技术,主要应用于设备发电。固体氧化物燃料电池(SOFC)以其全固态结构、更高的能量效率和对煤气、天然气、混合气体等多种燃料气体广泛适应性等突出特点,发展最快,应用广泛,成为第三代燃料电池。作为21世纪的高科技产品,燃料电池已应用于汽车工业、能源发电、船舶工业、航空航天、家用电源等行业,受到各国政府的重视。
我国燃料电池行业总体呈现低出发点趋势。由于企业的性质不同,企业之间生产制造技术水平也不一致。随着国内新能源电池制造技术的不断发展,燃料电池行业市场已经经历了多轮变革。目前,中国已经成为世界发展最快、规模最大、最具潜力的市场。
汽车是一种用车载燃料电池装置产生的电力作为动力的汽车。车载燃料电池装置所使用的燃料为高纯度氢气或含氢燃料经重整所得到的高含氢重整气。2021年中国燃料电池汽车产量为1586辆,同比增长34.2%;中国燃料电池汽车销量为1777辆,同比增长47.6%。
我国对于燃料电池的政策扶持和财政补贴起源已久。近几年我国在燃料电池领域出台政策的密度越来越集中,战略高度越来越高,对于燃料电池的发展规划也更加细节化、具体化,财政补贴也由点及面,由原来只限于试点城市扩及到全国范围。在政府大力补贴及扶持下,我国燃料电池产业化进程也正在逐步推进中。近年来已有许多示范性项目,商业化应用也在逐步展开。
燃料电池车是电动车的一种,其电池的能量是通过氢气和氧气的化学作用,而不是经过燃烧,直接变成电能的。燃料电池的化学反应过程不会产生有害产物,因此燃料电池车辆是无污染汽车,燃料电池的能量转换效率比内燃机要高2~3倍,因此从能源的利用和环境保护方面,燃料电池汽车是一种理想的车辆。
根据中研普华产业研究院发布的《2023-2028年中国燃料电池行业发展前景预测与投资战略分析报告》显示:
燃料电池汽车的工作原理是,作为燃料的在汽车搭载的燃料电池中,与大气中的氧气发生氧化还原化学反应,产生出来带动电动机工作,由电动机带动汽车中的机械传动结构,进而带动汽车的前桥(或后桥)等行走机械结构工作,从而驱动电动汽车前进。2021年中国燃料电池系统装机量为210.6MW,同比增长165.9%。2021年中国电堆成本约占燃料电池系统成本 65%。膜电极主要包括催化剂、质子交换膜以及气体扩散层,占电堆成本的 75%左右,其中催化剂占电堆的36%,双极板占电堆的23%, 质子交换膜占电堆的16%。
电堆国产化率及技术指标提升,开发大功率系统难度降低。2021年中国燃料电池电堆所需占比最多为催化剂36%。在双碳大背景下,燃料电池技术是我国未来能源技术的战略选择。燃料电池自“十五”被科技部列为电动汽车“三横三纵”之一以来,“十一五”至“十四五”期间一直被列为重点研发目标。2021年中国相关燃料电池企业注册数量为1440家,同比增长70%。据企查查数据,2021年中国燃料电池注册数量最多地区为广东1924家;其次是江苏地区燃料电池注册数量1358家。
国家发展改革委、国家能源局联合发布《氢能产业发展中长期规划(2021—2035年)》(以下简称《规划》),首次明确氢能是未来国家能源体系的重要组成部分。除了国家层面规划,迄今已有北京、上海、山东、湖北等超30个省市发布涉及氢能的规划和政策,明确氢能产业发展目标、路线图或时间表。政策支持下,氢能产业投资热情高涨。
尽管现在燃料电池的市场需求有限,但发展前景值得看好。随着技术进步与规模经济效益,燃料电池的生产成本与使用成本将下降,竞争力提高,燃料电池潜在的市场将会逐步发展起来。现在对于便携式燃料电池的需求相当少,但便携式燃料电池市场将会是未来增长最快的市场。
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2023-2028年中国燃料电池行业发展前景预测与投资战略分析报告
本研究咨询报告由中研普华咨询公司领衔撰写,在大量周密的市场调研基础上,主要依据了国家统计局、国家商务部、国家发改委、国家经济信息中心、国务院发展研究中心、工信部、中国行业研究网、全...
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