氢燃料电池主要包括电池组件和燃料两个部分。因此其上游主要是氢气供应以及电池零组件。氢气供应部分主要是为燃料氢气而准备的，主要流程包括氢气生产、输送和充气机。而电池零组件部分则主要生产燃料电池组、氢气存储设备和配件。中游则是将上述组装，形成一个完整的可投入使用的燃料电池系统，每种系统构成都依据其不同的应用领域而有所不同。下游的应用板块则主要包括了固定、交通运输和便携式三个主要领域。
氢燃料电池产业链
产业链的核心在于中游的燃料电池系统，系统的组成必定要对应下游的应用，而在燃料电池系统中，燃料电池模块是最为重要的。一般燃料电池由电解质、催化剂和双极板构成，在这三者中，催化剂的有无对燃料电池成本的影响最为巨大。
对于PEMFC 来说，由于其使用昂贵的铂族金属作为催化剂，其价格一直居高不下，可以说，催化剂是燃料电池价格的决定性因素之一。另一个重要的决定因素这是电解质，不同技术类型的燃料电池堆电解质的要求不同，不同的电解质的价格也会有所不同，并最终对燃料电池价格产生影响。
氢燃料电池应用领域及需求市场前景分析
氢燃料电池早在20 世纪60 年代就因其体积小、容量大的特点而成功应用于航天领域。进入70 年代后，随着技术的不断进步，氢燃料电池也逐步被运用于发电和汽车。现如今，伴随各类电子智能设备的崛起以及新能源汽车的风靡，氢燃料电池主要应用于三大领域：固定领域、运输领域、便携式领域。
氢燃料电池主要应用领域
2012 年，全球燃料电池系统的出货量近3 万台，同比增长约34%，相对2008年增长超过321%。而在其中，固定式燃料电池的增长最为显著，从2008 年的2000台迅速上升至2012 年的2.5 万台。交运用燃料电池的发展则相对平稳，在未来其发展的主要看点集中在轻型燃料电池电动汽车数量的增加和物料搬运设备市场的大幅增长。
在三个主要领域中，便携式领域的发展几乎处于停滞状态，即使目前已有许多公司陆续推出手机用氢燃料电池，但就整体而言，该类产品的商业化尚未得到实现，未来发展还需很长时间。日本富士经济公司针对产业和商业、家用、燃料电池车、叉车等驱动、便携和应急以及便携终端6 个领域进行了调查，预测称到2025 年，全球市场总计将达到51843 亿日元，相当于2011 年的74.2 倍。
中国产业信息网发布的《2012-2016年中国氢燃料电池市场全景评估与未来前景研究报告》指出：单就氢燃料电池产业来讲，2011 年全球氢能与燃料电池市场规模为10.3 亿美元，较2010 年6.7 亿美元成长54%。日本日经bp 清洁技术研究所日前发布的《世界氢能源基础设施项目总览》显示，到2015 年预计包括液化氢基地、管道、固定式燃料电池以及燃料电池车在内的全球氢能源基础设施市场规模只有7 万亿日元左右，但在2015 年以后，氢能源基础设施市场开始缓慢增长；而在2020 年以后该市场会呈现加速增长态势，到2025 年，氢能源基础设施家用市场的规模将超过商用。也正因为如此，在到2025 年的5 年内，该市场规模将实现倍增，预计达到约20 万亿日元；到2050 年将达到约160 万亿日元（约合1.56 万亿美元）。
一、运输领域寻求突破
交通运输领域的燃料电池细分有广泛的应用，主要包括车辆，公交车，小型飞机，船只以及物料搬运设备等，使用的燃料电池类型仅仅是质子交换膜（PEMFC）。目前，交运领域实现商业化的主要是物料搬运设备领域，而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，并计划与2015-2017年实现商业化。北美的Plug power 和加拿大Ballard power systems 是该领域的主要厂商。
1、高效环保低成本的氢燃料电池叉车为运输领域的核心应用
叉车是工业搬运车辆，是指对成件托盘货物进行装卸、堆垛和短距离运输作业的各种轮式搬运车辆，是物料搬运设备的一种。目前，叉车是交通运输领域中实现商业化较为活跃的主要品种。其主要生产商为Plug power 公司。
叉车上的动力来源主要是电池。较常用的为铅酸电池，而目前燃料电池正取代铅酸电池成为电动叉车的主要能量。在高流通量的配送中心和仓库环境中，与传统充电电池系统相比，零排放燃料电池叉车体现了经济、实用、环保。燃料电池叉车的优势在于：通过恒功率输出和充氢气时间短显著提高叉车的生产率。铅酸电池的性能有限，过长的充电时间导致其效率低下。与之相比，燃料电池由于燃料补给迅速，且具有更长的使用寿命而备受关注。
提高生产效率的同时，燃料电池叉车还可以降低运营成本。例如，沃尔玛超市在加拿大阿尔伯塔省的冷藏配送中心部署了95 辆燃料电池叉车。与传统的充电电池动力叉车相比，该项目在7 年内将减少运行成本110 万美元。沃尔玛现在已有超过500 辆燃料电池叉车运行在包括冷冻设施在内的三个仓库中运行。其余使用Plug Power 公司的GenDrive 系统的客户包括：宝洁公司部署在四个站点的340个燃料电池叉车系统；思科部署在7 个站点的超过600 个系统；可口可乐公司部署在2 个站点的96 个系统。2008 年时全美燃料电池叉车的总数才几百辆，而到2012 年时在19 个州近40 个城市共拥有4000 多辆，燃料电池叉车在美国开始迅猛发展。
燃料电池叉车市场的供应商主要有H2Logic,Hydrogenics,Nuvera Fuel Cells,OorjaProtonics 和Plug Power。其中Plug Power 是最大的供应商，其市场份额约为80%。
燃料电池叉车市场主要供应商
供应商 | 产品名称 | 燃料电池类型 | 输出 |
H2Logic | H2Drive | PEM | ~10kW |
Hydrogenics | HyPX | Power | Packs |
Nuvera | Fuel | Cells | Orion |
OorjaProtonics | OorjaPac Model3 | DMFC | 20kWh/天 |
Plug Power | GenDrive 系列 | PEM | 1.8-3.2kW/8-10kW |
资料来源：中国产业信息网整理
使用燃料电池叉车的企业目前来看多为大公司，这部分是因为燃料电池叉车的售价高于普通叉车。就2012 年的主要订购商来看，主要集中在世界500 强企业，其中又以零售业为主。
燃料电池叉车市场前十位客户
客户 | 叉车数量 | 使用点数量 |
Sysco | 700+ | 7 |
Walmart | 509 | 3 |
P&G | 340 | 4 |
Central Grocers | 234 | 1 |
BMW | 230+ | 1 |
WinCo Foods | 200+ | 1 |
Kroger | 161 | 1 |
Lowe’s | 161 | 1 |
Wegmans | 140+ | 1 |
Coco Cola | 96 | 2 |
资料来源：中国产业信息网整理
作为燃料电池叉车大厂商的Plug power公司在2013年第四季度接受了来自沃尔玛、宝洁、宝马等公司的订单，订单量较以往有较大增幅，截止目前，Plug power公司已累计提供4500 多套叉车系统，且随着2013 年第四季度订单的爆发，燃料电池在叉车领域的应用还将进一步扩展。
2、燃料电池车离产业化仍有不小距离
1）加氢站：需要时间积累的必备配套任务
加氢站建设难也是制约燃料电池汽车发展的一大因素。和建设锂电池电动车所需的充电桩不一样，建设加氢站的可操作性难度非常高，除了需要较大的空间外，还要做环评、安评等一系列工作。
全球加氢设施的发展主要集中在三大区域：北美、欧洲和日本，整个加氢站建设的密度将与燃料电池汽车的市场导入量相匹配。目前而言，中国仅有一个加氢站，加氢站不仅远远低于美国数量，也远远低于临近的韩国和日本，可以说国内在加氢站建设上还有很长的路要走。
预计到2014 年，美国西海岸和东海岸的加氢站将分别达到37 个，到2015年西海岸计划新建68 个，东海岸到2020 年则要建成100 个。欧洲地区以德国、法国为核心，德国的目标是到2020 年要实现加氢站境内全覆盖。日本则要在2015年将加氢站数目扩大到100 个，东京、大阪等四个人口比较集中的城市里加氢站要实现全覆盖。发达地区加氢站的建设与其燃料电池车的发展相匹配，在这些地区，燃料电池车在2015 年左右实现将不再是幻想。
2）成本：发展的首要阻碍
燃料电池车目前普及度非常低，国外的燃料电池大巴目前售价在100 万美元上下，而特斯拉的“贵族”电动车Model S 售价也才为73 万人民币，两厢对比下，燃料电池车的价格实在高出许多。但目前丰田、上汽等集团都发布了燃料电池车生产宣告，预计将于2015 年上市，丰田的目标定价在5 万美元，而上汽的成本预计在50 万人民币，若届时能达到目标价位，则燃料电池车发展可待。
燃料电池车成本中2/3 是燃料电池系统的花费，目前燃料电池系统的成本下降速度很快，也还存在下降空间。全球领先的燃料电池技术公司~巴拉德动力系统也已开发出第7 代燃料电池电堆HD7，该电堆的成本比上一代的HD6 要减少75%。
燃料电池车使用的是质子交换膜电池。在PEMFC 中，贵重金属催化剂铂的使用剂量在逐步降低，再加上电解槽等成本的降低，使得PEMFC 的成本不断降低。根据美国能源部数据，2012 年交通运输用燃料电池的成本为47 美元/千瓦，相比2002 年的估计成本下降了82.9%，且在逐年的下降中，成本价已接近美国能源部设定的2017 年的目标价30 美元/千瓦。
根据英国碳信托咨询公司的报告，若燃料电池汽车需要规模化生产，其成本需达到36 美元/千瓦才能与内燃机汽车竞争。而根据目前PEMFC 成本的下降趋势以及目前的技术进步，该目标价位即有可能在2017 年之前达成，届时燃料电池汽车就可以批量化生产。
3）氢燃料电池VS 锂电池：谁是赢家？
锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池，使用以下反应：Li+MnO2=LiMnO2,该反应为氧化还原反应，放电。由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高。锂电池的历史可以追溯到70 年代，是目前应用最广泛的电池，特斯拉电动车使用的就是锂电池。
锂电池和燃料电池相比较，锂电池的优势在于更安全、成本更低；而燃料电池的优势则在于充电时间更短、能量密度更高。
从目前的技术看，氢燃料电池需要新建一个产业链来支撑，这需要很长的时间和大量的投资。而锂电池从发明以来，随着技术的进步和产业化的扩充，每年都有小幅度的降价和容量提升。日本在2005 年就开发出来了性能比特斯拉ModelS 更优异的Eliica，但是当时锂电池的高昂价格注定这个产品只是试验品。而目前特斯拉电动车火爆全球，比亚迪正在开发性能不逊色于特斯拉Model S 的E9，宝马混合动力的i3、i8 都要上市，保时捷918 也已经预订。这都说明2013 年锂电池的价格已经降低到一个可以接受的范围。未来几年，随着锂电池价格的进一步下降和容量的进一步提升，电动车的普及度有望进一步提升。总而言之，短期来看锂电池主导的电动车会是主要方向，氢燃料电池则需要长期的发展，但有望后来居上。
4）燃料电池车突破只是时间问题
目前多家汽车供应商已将氢燃料电池列入计划，预计最早于2015 年将会有氢燃料电池车投放市场。通用汽车和丰田等多家车企巨头各自同合作伙伴签订合作开发燃料电池协议，计划未来数年内推出燃料电池车投入实用。
丰田于2011 年在东京车展上就亮相了FCV-R 氢燃料电池概念车，今年东京车展则将展出量产型号，另外丰田公司同宝马签署协议在四个领域进行合作，其中就包括于2020 年争取推广及普及燃料电池车。除了丰田，通用汽车和本田汽车宣布将联合开发下一代燃料电池技术，以便2020 年投放到市场。韩国现代汽车已经率先投产燃料电池车；2013 年1 月份戴勒姆、福特与雷诺签订协议共同开发燃料电池系统，预计于2017 年推出第一款燃料电池新车；3 月份大众与Ballard 也签订合作协议，并于2013年8 月开始对奥迪A7 燃料电池汽车进行测试。各大汽车公司除了纷纷宣告新汽车的推出外，在燃料电池车研制领域也在快马加鞭。根据美国近年来燃料电池专利持有情况来看，各大汽车公司在近几年都加大了对燃料电池的研发投入，专利数目节节攀升，2012 年丰田公司更是以144项专利位居榜首。激烈的专利竞争为燃料电池车的顺利推出也奠定了技术基础，现在需要的只是时间，来讲技术推向市场。
目前燃料电池车仍在开发及测试阶段，距离量产仍有两三年时间。燃料电池车初期售价可能会偏高，不过随着技术逐步成熟，加上有政府补贴或免税等优惠，价格将会慢慢进入大众可接受范围之内。考虑到燃料电池高效、环保及安全等诸多优点，氢燃料电池车仍然值得我们期待。
二、便携领域尚未起飞
燃料电池在便携式领域的应用主要包括燃料电池盒、燃料电池玩具，以及小型燃料电池充电器等。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，仍未出现成功商业化的案例。
2012 年全球便携式燃料电池制造商
制造商 | 国别 | 产品名称 | 类别 |
Horizon 燃料电池技术公司 | 新加坡 | MINPAK | PEM |
Lillputian 系统公司 | 美国 | Nectar | SOFC |
myFC 公司 | 瑞典 | Power Trekk | PEM |
SFC 能源公司 | 德国 | EFOY COMFORT | PEM |
资料来源：中国产业信息网整理
三、固定领域持续增长
固定式燃料电池市场包括多种尺寸和类型，主要用于各种固定位置的电力供应，包括主要应用于发电站、楼宇、工程等领域的大型首要电源、备用电源或热电联产（CHP），用于家庭住宅和商业的微型热电联产（CHP），以及远程或基本应用例如电讯塔的首要或备用电源。
固定式燃料电池主要包括MCPC、SOFC、PAFC 和PEMFC。在美国市场，美国本土的Bloom Energy, Fuel Cell Energy，UTC Power 和加拿大的Ballard Power Systems 是该领域的主要生产公司。
随着各国政府对清洁能源的关注，固定式燃料电池近几年的出货量不断攀升，据预测，到2022 年固定式燃料电池的出货量将达到35 万台，相对于目前的2.1 万台有一个巨幅的提升。
目前更多的行业在考虑使用燃料电池，希望在发生自然灾害时，燃料电池可以独立于电网发电。随着对电的复原力需求的增强，以及全球越来越快地采用分布式发电技术，和家庭式热电联产的逐步普及，未来10 年，固定式燃料电池产业将处于有利的引领地位。
在固定式燃料电池的应用中，各地区略有差别。对亚太地区而言，辅助电源（Aux Power）是目前占比最大的应用，其他主要应用则是备用电源(Backup Power)和热电联产（CHP）。在北美地区，备用电源（Backup）、热电联产（CHP）和分布式发电（DG）是三类主要的应用领域。
无论是在亚太地区还是在北美地区，随着家庭式热电联产的逐步普及，CHP的应用占比都将会逐步增大，并成为固定领域中的主要应用。分布式发电和备用电源则作为辅助应用，共同支撑固定领域发展。
1、发电成本逐渐降低
日常生活中使用的电能，主要来自其他形式能量的转换，包括水能（水力发电）、热能（火力发电）、原子能（核电）、风能（风力发电）、化学能（电池）及光能（光电池、太阳能电池等）等。
目前，燃料电池发电成本约在2.5~3 元/度电左右，而中国各类传统发电方式的上网电价都在1 元/度电以下，即使是最昂贵的太阳能发电，目前价格也是0.9元/度电左右，氢燃料电池的发电成本离此还有很远的距离。另外就发电站建造而言，传统发电方式如火力发电厂，其建造成本约在1300 美元/千瓦发电能力。燃料电池发电站以北美固定式燃料电池价格为例，从2008 年到2012 年，三类电池的价格都有明显的下降，都处于1500~2000 美元/千瓦之间，相对传统发电方式而言已不存在太大差异。随着氢燃料电池价格的迅速下降，氢燃料电池发电的成本也将逐渐降低，其在发电领域的竞争力也将逐渐增强。
2、氢燃料电池在中国仍是空白，在美国已有一席之地
氢能发电也是利用氢气和氧燃烧来产生电力，燃料电池就是氢能发电的一种重要方式，70 年代以来，日美等国加紧研究各种燃料电池，现已进入商业性开发，日本已建立万千瓦级燃料电池发电站，美国有30 多家厂商在开发燃料电池。德、英、法、荷、丹、意和奥地利等国也有20 多家公司投入了燃料电池的研究，这种新型的发电方式已引起世界的关注。2012 年，美国氢能发电占比为7.9%，比例次于火力发电、水力发电和核电，但高于风能发电。而中国的电力市场目前火力发电仍为绝对主力，氢能发电还没有占据一席之地。我国的氢燃料电池发电还处于技术研发和储备阶段，实验性的产品也在缓慢推出，但目前还没有应用于商业上的成功案例，我国的氢燃料电池发电领域还是一块未曾开拓的土壤。
3、三高优点促进氢燃料电池在固定式领域的应用
氢燃料电池的优点除了零排放、高效率和燃料易获得外，其在外部环境剧烈变化的条件下，可以长时间连续工作且具有更高的可靠性。与柴汽油发电机相比，氢燃料电池的噪声很小且不排放有害气体。此外，氢燃料电池还有运动部件少、维修工作量小，更有利于远程控制、减少实际的维修时间。具备高效率/高可靠性/高环保性的燃料电池在具有成本竞争力的情况下，已经在固定领域中进入了商业化应用，目前主要应用在热电联产、备用电源和分布式电源三个区域。
1）CHP
热电联产，是指在同一电厂中将供热和发电联合在一起，简称CHP。热电联产将普通电厂本来废弃的热量加以利用，为工业和家庭提供廉价的取暖用热，这样可大大提高热效率。通常的火力发电，其效率约为30～35％。这意味着每产出1 兆焦的电能，就有2 兆焦的热量白白浪费掉。将这部分热量重新用来加热水，完全可以满足工厂附近区域的工厂和住宅区的取暖需要。
热电联产的实现有很多种方式，常见的有蒸汽轮机、燃气轮机、燃料电池等等。而将燃料电池技术集成在热电联产中能够将多余热能回收用于住宅或者工厂，产生的热量可用于集中供暖或供应热水。相比其他方式的热电联产，燃料电池热电联产拥有更高的能量利用效率，且对环境没有污染，运作也更为安静。
2）电信应用领先备用电源领域
燃料电池备用电源（Backup）系统主要由储氢单元、燃料电池系统、DC/DC变换器、蓄能单元、控制单元及人机接口构成。外部市电供应正常时，通信设备使用外部整流装置提供的直流电，同时为备用电源系统的蓄能单元进行浮充，系统处于待机状态；一旦外部市电断电或整流装置出现故障，燃料电池备用电源系统进入运行状态，蓄能单元将不间断地为通信设备供电，并由控制单元启动氢气供应和燃料电池系统。
将燃料电池作为备用电源，在电信行业的应用是为普遍，而其他例如遥感和管道阴级保护系统充电也正在逐步发展。作为燃料电池的大生产商，Ballard PowerSystems 在2012 年就生产了近400 个ElectraGen 备用电源系统。
3）分布式发电
分布式发电，通常是指发电功率在几千瓦至数百兆瓦的小型模块化、分散式、布置在用户附近的高效、可靠的发电单元。日益增长的电力需求已使现有的中心电站和输配电系统出现了过载现象。更为严重的是,近年来世界范围内的大电网故障以及战争造成的大面积停电事故使各国都开始认识到电力体制改革的重要性。
而分布式发电技术能够帮助缓解电力供应的紧张局面,提高供电质量和可靠性,因此成为传统发电技术的重要补充。虽然分布式发电很难取代大型发电厂，但对偏远地区而言，其不失为一种发电的好方法。
分布式发电特点
分布式发电技术包括许多类型，这些技术以其各自的特点和发展状况分别占优不同的市场。燃料电池产生的废热方便实现热电联供,可以进一步提高系统的效率,而且它可以利用多种燃料,如天然气、汽油、甲醇、丙烷、垃圾填埋气以及生物能等,因此在一定程度上有助于缓解全球能源短缺的局面。另外,燃料电池可以方便地与电网连接,或者与现有的蓄电池、可再生发电技术相结合实现混合发电和储能系统。因此,燃料电池是一种具有巨大竞争力的分布式发电技术,如果可以实现成本目标,那么燃料电池技术必将在未来的分布式发电市场占有相当大的份额。
分布式发电技术的种类及其特点
分布式发电技术 | 类型 | 规模 | 效率 | 适用的市场 |
燃料电池 | PEMFC | 1-500kW | 40% | 轻型和中等负载的交通应用，家用，偏远发电，独立发电，高品质发电 |
PAFC | 0.2-1.2MW | 40% | 中等负载的交通应用，商用，热电联供，高品质发电 | |
MCFC | 1-20MW | 55% | 重型负载的交通应用，高品质发电 | |
SOFC | 3kW-23MW | 45%-65% | 家用，商用，热电联供，高品质发电，偏远第七发电 | |
发动机 | 柴油机 | 50kW-6MW | 33%-36% | 商用和小型工业用户的独立发电，输配电支持 |
史特林发动机 | 1-25kW | 20% | 家用，偏远地区发电 | |
燃气轮机 | 微型涡轮机 | 25-500kW | 26%-30% | 独立发电，偏远地区发电，商用，热电联供 |
可再生发电技术 | 太阳能 | 1-1000kW | 10%-20% | 偏远地区发电，削弱峰值，提高发电质量，绿色电源 |
风能 | - | - | 偏远地区发电，削弱峰值，绿色电源 | |
生物能 | - | - |
资料来源：中国产业信息网整理
联系客服
