氫能與氫燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈概述

1、氫能及氫燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈概述3月20日1/39目錄一、氫能產(chǎn)業(yè)鏈二、氫燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈（一）制氫（二）儲運氫（三）加氫站（四）氫燃料電池（五）氫燃料電池汽車三、總結(jié)2/39一、氫能產(chǎn)業(yè)鏈氫能，H2，資源豐富，起源多樣，可儲存，可再生，熱值高，清潔無污染，是唯一同時滿足資源、環(huán)境、可連續(xù)發(fā)展要求新能源，很可能成為二十一世紀終極能源（氫同位素：氕、1H，氘、2H，氚、3H）。氫能產(chǎn)業(yè)鏈包含：制氫、儲運、加氫、氫氣應用。制氫是基礎，儲運和加氫是氫氣應用關鍵保障。3/39氫能產(chǎn)業(yè)鏈組成制氫儲運應用化石燃料制氫 氣體存放運輸合成氨含氫尾氣、副產(chǎn)氫回收制氫 液氫存放運輸精煉油電解水制氫固態(tài)存放運輸精甲醇化學熱

2、分解制氫有機物存放運輸其它工業(yè)光解水制氫交通運輸生物質(zhì)制氫熱電聯(lián)供儲能-發(fā)電工業(yè)燃料傳統(tǒng)用途氫能源4/39二、氫燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈氫能利用關鍵媒介是氫燃料電池。氫+氧 燃料電池 水+電流+熱量化學總反應式 ：2H2 +O2 =2H2O + 電 + 熱氫燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈包含：制氫、儲運氫、加氫站、氫燃料電池系統(tǒng)、各項應用。5/39氫燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈組成氫能源（制氫、儲運）加氫站燃料電池系統(tǒng) 電堆系統(tǒng)輔件膜電極端板雙極板密封圈氣體擴散層應用空壓機增濕器氫循環(huán)系統(tǒng)DC/DC碳布/碳網(wǎng)催化劑質(zhì)子交換膜客車轎車機車叉車便攜式電源固定式電源6/39（一）制氫氫是二次能源，都是經(jīng)過一次能源轉(zhuǎn)化而來。當前慣用制氫方法

3、：化石燃料制氫、工業(yè)尾氣副產(chǎn)氫回收、熱分解制氫、電解水制氫。7/39制氫方式化石燃料制氫含氫尾氣副產(chǎn)氫回收高溫分解制氫電解水制氫其它制氫方式石油制氫天然氣制氫煤氣化制氫氯堿副產(chǎn)氫焦爐氣氨分解甲醇裂解合成氨馳放氣生物質(zhì)氣化風能光解水水能核能地熱海洋能太陽能純化氫氣8/39各種制氫方式優(yōu)缺點制氫方式優(yōu)點缺點備注化石燃料制氫技術成熟、成本低、適合大規(guī)模制氫排放量高、氣體雜質(zhì)多需提純我國現(xiàn)階段氫氣主要起源含尾氣、副產(chǎn)氫回收成本低、起源廣泛、提純技術成熟、回收過程碳排放量低、環(huán)境友好、適合大規(guī)模制氫提純工藝相對復雜我國氯堿工業(yè)、焦爐煤氣副產(chǎn)氫資源豐富化學熱分解制氫轉(zhuǎn)化率高、原料易得、工藝簡單成本高需要經(jīng)

4、過高溫裂解水電解制氫技術成熟、產(chǎn)氫雜質(zhì)少、電力資源豐富、制氫過程碳排放量低、環(huán)境友好能耗高，有能量損失、成本較高、減排效果受電力起源結(jié)構(gòu)影響利用核能、風能、水能、太陽能等可再生能源，水電解制氫將清潔無排放生物質(zhì)氣化制氫、光解水制氫環(huán)境友好、原料豐富還未實用化、轉(zhuǎn)化率低、成本高還處于科研階段9/39電解水制氫相關企業(yè)及性能企業(yè)工藝設備制氫能力（Nm3/hH2）電耗（kwh/Nm3 H2）氫氣純度(%)中船718所堿性水電解制氫16004.6099.99天津市大陸制氫堿性水電解制氫0.110004.499.99蘇州競立堿性水電解制氫21000599.9淳華氫能固體聚合物水電解制氫10504.85.

5、099.999蘇州國能圣源堿性水電解制氫55004.499.9揚州中電堿性水電解制氫2010004.599.99910/39（二）儲運氫氫氣是世界上已知密度最小氣體，在常溫常壓下，氫氣密度只有空氣1/14，即在0 時，一個標準大氣壓下，氫氣密度為0.0899 g/L。儲運氫技術主要包含：氣態(tài)儲運、低溫液態(tài)儲運、固體儲運、有機液態(tài)儲運。11/39各種儲運技術質(zhì)量儲氫密度和優(yōu)缺點儲存方法單位質(zhì)量儲氫密度（%）優(yōu)點缺點技術突破備注高壓氣態(tài)儲氫1.05.7技術成熟、充放氫速度快、成本低體積儲氫密度低提升體積儲氫密度當前車用儲氫主要采取方法低溫液態(tài)儲氫5.7體積儲氫密度高、液態(tài)氫純度高液化過程耗能大、易

6、揮發(fā)、成本高降低能耗、成本、揮發(fā)液氫主要用于航空航天領域，民用極少固體儲氫1.04.5體積儲氫密度高、安全、操作條件以實現(xiàn)不需要高壓容器、具備純化功效，可得到高純度氫質(zhì)量儲氫密度低，成本高、吸放氫有溫度要求提升質(zhì)量儲氫密度、降低成本和吸放氫溫度未來主要發(fā)展方向有機液體儲氫5.07.2儲氫密度高、儲存、運輸、維護保養(yǎng)安全方便、可屢次循環(huán)使用成本高、操作條件苛刻、有發(fā)生副反應可能降低成本、操作條件能夠利用傳統(tǒng)石油基礎設施進行運輸和加注，很有前景12/39儲運氫相關企業(yè) 儲運氫方法 企業(yè) 主營業(yè)務 氣態(tài)儲氫 液態(tài)儲氫固態(tài)儲氫有機液態(tài)體儲氫北京科泰克 車用儲氫京城股份/天海 車用儲氫沈陽斯林達 車用儲

7、氫中材 車用儲氫中國中氫 車用儲氫中集氫能 車用儲氫安瑞科 運輸及站用儲氫罐博源（湖北）實業(yè) 氣罐、氣罐車浙江巨化 儲氫罐張家港福瑞氫能 液氫生產(chǎn)、低溫槽車中國航天科技集團101所 液氫生產(chǎn)北京浩運金能 儲氫合金廈門鎢業(yè) 儲氫合金寧波申江 儲氫合金粉湖南科力遠 儲氫材料安泰科技 儲氫材料江蘇申建氫能 儲氫材料武漢氫陽 有機物儲氫杭州聚力氫能 有機物儲氫 13/39（三）加氫站氫燃料電池應用和商業(yè)化離不開加氫站基礎設施建設。氫氣加注是經(jīng)過將不一樣起源氫氣經(jīng)過壓縮機增壓儲存在站內(nèi)高壓罐中，再經(jīng)過加氣機為氫燃料電池汽車加注氫氣。14/39加氫站流程圖氣源干燥系統(tǒng)調(diào)壓（計量）裝置氫氣壓縮系統(tǒng)加氣系統(tǒng)低

8、壓區(qū)中壓區(qū)高壓區(qū)儲氣系統(tǒng)氫燃料電池汽車15/39加氫設備加氫站主要設備：泄氣柱、壓縮機、儲氫罐、加氣機、管道、控制系統(tǒng)、氮氣吹掃裝置及安全監(jiān)控裝置。關鍵設備：壓縮機、儲氫罐、加氣機。當前我國從事關鍵設備研發(fā)企業(yè)較少，加氫關鍵設備主要依賴進口，自主產(chǎn)品發(fā)展不成熟，造成了我國加氫站建設成本很高。當前我國加氫站建設技術已經(jīng)很成熟，最大問題是建設成本很高，關鍵是土地成本和關鍵零部件成本較高。16/39加氫相關企業(yè)省份主要企業(yè)主營業(yè)務上海上海渦卷壓縮機上海舜華加氣機、增壓加氫系統(tǒng)、移動加氫站上海氫楓加氫站設計、運行上海驛藍加氫站建設北京中國神華加氫站建設北京久安通加氫站方案設計北京海珀爾加氫站方案設計及

9、運行北京海德利森移動加氫站石家莊安科瑞站用儲氫罐北京天高隔膜壓縮機廣東深圳氫楓加氫站運行中石油加氫站建設、運行中石化加氫站建設、運行江蘇蘇州綠萌氫能加氫站設計江蘇氫聯(lián)合移動加氫站17/39加氫相關企業(yè)省份主要企業(yè)主營業(yè)務江西普度氫能加氫站設計、建設陜西國達新能源加氫站建設四川成都華氣厚普壓縮機安徽安徽明天氫能加氫站建設山東青島青楓加氫站設計、建設18/39加氫站建設加氫站是氫燃料電池產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化主要基礎設施，年我國加氫站建設提速，從3座增加到8座。中國制造2025節(jié)能與新能源汽車技術路線圖中國氫能產(chǎn)業(yè)基礎設施發(fā)展藍皮書（2016）明確提出了-2030年加氫站建設規(guī)劃。節(jié)能與新能源汽車技術路線

10、圖到2020年建設100座加氫站到2025年建設350座加氫站到2030年建設1000座加氫站中國氫能產(chǎn)業(yè)基礎設施發(fā)展藍皮書（2016）到2020年建設100座加氫站到2030年建設1000座加氫站到2050年加氫站服務區(qū)域覆蓋全國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)達地區(qū)中國制造2025到2020年生產(chǎn)1000輛燃料電池汽車并進行示范運營到2025年實現(xiàn)加氫站等配套基礎設施完善國內(nèi)加氫站建設規(guī)劃19/39我國加氫站建設現(xiàn)實狀況序號（規(guī)劃）建成年份城市名稱進展1北京北京永豐加氫站已運行2上海上海安亭加氫站已運行3鄭州鄭州宇通加氫站已運行4大連同濟-新源大連加氫站已運行5云浮思勞加氫站已運行6佛山瑞暉佛山加氫站已運行7常

11、熟豐田加氫站已運行8如皋南通百應加氫站已運行9上海嘉定加氫站規(guī)劃10安徽六安加氫站規(guī)劃11如皋神華加氫站在建12云浮新區(qū)規(guī)劃20/39我國加氫站建設現(xiàn)實狀況序號（規(guī)劃）建成年份城市名稱進展13云浮羅定加氫站在建14云浮云安區(qū)加氫站規(guī)劃15云浮新興縣加氫站規(guī)劃16云浮郁南縣加氫站規(guī)劃17山東濱州濱化加氫站在建18湖北十堰東風特汽加氫站在建19廣東中山古鎮(zhèn)加氫站在建21/39當前加氫站建設難點1、審批難。加氫站屬于新生事物，國家還沒有建立健全相關法規(guī)，土地規(guī)劃、建設選址等審批程序、流程、標準以及審批層級、權責沒明確，審批過程長，協(xié)調(diào)部門多；2、無統(tǒng)一規(guī)范建設標準。國家還沒有統(tǒng)一制訂加氫站技術標準、

12、安全標準、運行標準，安全監(jiān)管較難，嚴重制約加氫站商業(yè)化。3、建設成本高。加氫站建設條件要求高，關鍵零部件如壓縮機、加氣機等主要依賴進口，制氫、儲運氫成本也比較高；另外氫燃料電池商業(yè)化還處于起步階段，成本回收也比較漫長，當前加氫站還處于試點階段。比如神華集團在我們?nèi)绺藿ㄔO一座加氫站投資額就高達5300萬。22/39（四）氫燃料電池氫燃料電池（ Hydrogen Fuel Cell），是將氫氣和氧氣化合產(chǎn)生電、水、熱電化學裝置。只要確保燃料供給，氫燃料電池將會連續(xù)發(fā)電。整個化學反應過程平靜、無污染，電池效率比化石燃料燃燒高23倍，能量轉(zhuǎn)換效率可達8090%。氫+氧 燃料電池 水+電流+熱量化學總反

13、應式 ：2H2 +O2 =2H2O + 電 + 熱氫燃料電池是一個真正零排放電源。23/39氫燃料電池系統(tǒng)氫燃料電池系統(tǒng)是由電堆（關鍵）、氫氣供給循環(huán)系統(tǒng)、空氣供給循環(huán)系統(tǒng)、水熱管理系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、智能監(jiān)控系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)組成。當前我國氫燃料電池系統(tǒng)集成技術比較成熟，但冷開啟溫度普通為-20 ，與豐田-30 還有差距。24/39氫燃料電池系統(tǒng)組成圖催化劑質(zhì)子交換膜碳布/碳網(wǎng)氣體擴散層雙極板膜電極密封圈端板電堆氫燃料電池系統(tǒng)電控系統(tǒng)（DC/DC）水熱管理系統(tǒng)（增濕器）空氣供給循環(huán)系統(tǒng)（空壓機）氫氣供給循環(huán)系統(tǒng)25/39氫燃料電池系統(tǒng)主要企業(yè)及產(chǎn)品參數(shù)企業(yè)功率（KW ）運行/儲存溫度（）應用北京藝華通

14、30、60-2045/-3045商用車、乘用車新源動力45-2045/-2045商用車、乘用車上海重塑30、60-2045/-3045商用車、乘用車北京藍吉16、30、45商用車、乘用車上海攀業(yè)0.03 、5-540無人機、通信基站大連光陽機電31-1042/042商用車上燃動力06-1042商用車蘇州弗爾賽510-1042觀光車、叉車、備用電源江蘇索爾30商用車北京氫能10、30-1045/-4060商用車北京碧空175-2040發(fā)電系統(tǒng)、備用電源武漢眾宇1.2、2、4、6、10、100-1045無人機、備用電源南通澤禾50、175-2040發(fā)電系統(tǒng)、備用電源浙江南都5050/-1050通信

15、基站26/39氫燃料電池系統(tǒng)關鍵零部件1、電堆（ Galvanic pile），分為水冷電堆和空冷電堆。普通空冷電堆用于小型化設備中，如上海攀業(yè)、江蘇清能生產(chǎn)空冷電堆，功率、體積較小。2、膜電極（ Membrane Electrode Assemblies ），通常由氣體擴散層、質(zhì)子交換膜、催化劑經(jīng)過熱壓工藝制成，是氫燃料電池技術關鍵。當前我國膜電極功率密度最高到達1.0W/cm2 ,與國際水平1.8W/cm2 ，仍有差距。3、催化劑（ Fuel-cell catalyzer），含有加速電極交換界面電荷轉(zhuǎn)移反應催化作用，含有導電性好、耐腐蝕性、催化活性高特點。鉑（Pt）是氫燃料電池電堆中應用最

16、多催化劑，但鉑很稀缺，價格高（193元/克），低鉑和非鉑催化劑成為下一步催化劑研究開發(fā)重點。27/394、質(zhì)子交換膜質(zhì)子交換膜（Proton Exchange Membrane ），是氫燃料電池心臟，含有為電解質(zhì)提供氫離子通道和隔離兩極反應氣體，預防它們直接產(chǎn)生作用雙重作用。其類型包含：全氟磺酸膜、非全氟化膜、無氟化膜和復合膜，其中全氟磺酸膜是主流，主要供給商是美國杜邦企業(yè)。為降低成本，加拿大Ballard 企業(yè)也開發(fā)了部分氟化膜。山東東岳集團自主研發(fā)了全氟磺酸膜，實現(xiàn)國產(chǎn)化，打破了美國、日本長久壟斷。各類質(zhì)子交換膜優(yōu)缺點類型優(yōu)點缺點全氟磺酸膜（主流）機械強度高，化學穩(wěn)定性好，在濕度大條件下導

17、電率高；低溫時電流密度大，質(zhì)子傳導電阻小高溫時膜易發(fā)生化學降解，質(zhì)子傳導性變差；單體合成困難，成本高；用于甲醇氫燃料電池時已發(fā)生甲醇滲透非全氟效率高；單電池壽命提升；成本低氧溶解度低無氟化膜電化學性能與Nafion相同；環(huán)境污染??；成本低化學穩(wěn)定性較差；極難同時滿足高質(zhì)子傳導性和良好機械性能復合膜可改進全氟磺酸膜導電率低及阻醇性差等缺點，賦予特殊功效；成本較低制備工藝復雜，有待改進28/395、雙極板雙極板（ Bipolar Plate ），是質(zhì)子交換膜氫燃料電池關鍵零部件，影響電池性能和成本，是制約氫燃料電池產(chǎn)業(yè)化瓶頸之一。其類型分為：金屬雙極板、石墨雙極板、復合雙極板。迄今使用最廣發(fā)是石墨

18、雙極板，不過他制備加工工藝復雜，成本較高，不適合批量生產(chǎn)。石墨雙極板金屬雙極板復合雙極板優(yōu)點導熱性強，耐腐蝕導電和導熱性能強，易加工，質(zhì)量輕、體積小、易密封組裝，成本低易加工、成本低、結(jié)構(gòu)靈活缺點加工周期長，組裝較困難，成本較高易腐蝕導電、導熱性能略低代表企業(yè)上海神力、上海弘楓、杭州鑫能、淄博聯(lián)強碳素、江陰滬江大連新源動力大連新源動力、北京氫璞創(chuàng)能三類雙極板對比29/396、氫燃料電池系統(tǒng)輔件氫燃料電池系統(tǒng)輔件，包含空壓機、增濕器、氫循環(huán)系統(tǒng)、DC/DC （直流-直流電轉(zhuǎn)換器）。當前空壓機和DC/DC有國內(nèi)產(chǎn)品，北京億華通能生產(chǎn)DC/DC，佛山廣順能生產(chǎn)空壓機。但加濕器、氫循環(huán)系統(tǒng)我國處于空白

19、狀態(tài)，全部依賴進口。30/39我國氫燃料電池系統(tǒng)總體評述我國氫燃料電池功率密度、低溫冷開啟、壽命等關鍵性能指標；生產(chǎn)成本還與國外先進水平仍有差距。我國氫燃料電池關鍵零部件主要依賴進口，價格高昂，是我國氫燃料電池短板。尤其是：質(zhì)子交換膜，國外巨頭形成壟斷，如美國Dupont、WL Core；3M;比利時Solvay等，國內(nèi)已經(jīng)開發(fā)出復合膜，山東東岳、新源動力、武漢理工；碳紙，Ballard、Toray、SGL 等已形成流水線生產(chǎn)，國內(nèi)大規(guī)模無批量生產(chǎn)和應用；密封膠，德國漢高、日本三健形成壟斷；加濕器，主要由美國、加拿大、德國廠商提供，國內(nèi)空白；氫循環(huán)系統(tǒng)，美國Park企業(yè)開發(fā)氫循環(huán)泵可用于不一樣

20、車型，國內(nèi)空白。31/39（五）氫燃料電池汽車國際上日本、韓國在氫燃料電池乘用車應用領域走在世界前列，豐田（Mirai，12月）、當代（NEXO，年）氫燃料電池乘用車，已經(jīng)問世32/39我國當前已經(jīng)研發(fā)出氫燃料電池汽車有乘用車、客車、物流車、觀光車、場地車等不一樣類型。上汽集團、北汽新能源、長安汽車、長城汽車、奇瑞新能源、陸地方舟、青年汽車等大小車企都主動布局氫燃料電池汽車，不一樣車型已經(jīng)問世。33/39各地氫燃料電池汽車示范利用情況示范項目時間運行車輛上海世博會70輛轎車、3輛客車、100輛微型車廣州亞運會60輛觀光車深圳大運會60輛乘用車25個城市新能源汽車萬里行60輛乘用車北京10輛客車北京-張家口2輛客車佛山-云浮5輛客車佛山-云浮300輛客車北京10輛客車、5輛物流車鄭州3輛客車鹽城5輛客車上海16輛客車、41輛乘用車、30輛物流車佛山2輛客車34/39我國氫能與氫燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈主要企業(yè)統(tǒng)計表 制氫 儲運 加氫 燃料電池系統(tǒng) 應用 制氫神華集團首鋼氧氣香河華瑞華能集團中節(jié)能風電華昌化工制氫設備林德集團七一八研究所大陸制氫北京氫璞派瑞華淳華氫能蘇州競立 氣態(tài)儲氫科泰克天海中氫EKC安瑞科新興重工 液態(tài)儲氫富瑞氫能航天101所固態(tài)儲氫浩運金能廈門