2021年中國(guó)氫燃料動(dòng)力電池行業(yè)發(fā)展概況、技術(shù)重點(diǎn)發(fā)展方向及發(fā)展對(duì)策分析

2021年中國(guó)氫燃料動(dòng)力電池行業(yè)發(fā)展概況、技術(shù)重點(diǎn)發(fā)展方向及發(fā)展對(duì)策分析一、氫氣的需求量

氫在地球上主要以化合態(tài)的形式出現(xiàn)，是宇宙中分布最廣泛的物質(zhì)，它構(gòu)成了宇宙質(zhì)量的75%，是二次能源。氫能在21世紀(jì)有可能在世界能源舞臺(tái)上成為一種舉足輕重的能源，氫的制取、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、應(yīng)用技術(shù)也將成為21世紀(jì)備受關(guān)注的焦點(diǎn)。氫具有燃燒熱值高的特點(diǎn)，是汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍。氫燃燒的產(chǎn)物是水，是世界上最干凈的能源。氫能來(lái)源廣泛、清潔無(wú)碳、靈活高效、應(yīng)用場(chǎng)景豐富的二次能源，是推動(dòng)傳統(tǒng)化石能源清潔高效利用和支撐可再生能源大規(guī)模發(fā)展發(fā)展的理想互聯(lián)媒介,是實(shí)現(xiàn)交通運(yùn)輸、工業(yè)和建筑等領(lǐng)域大規(guī)模深度脫碳的最佳選擇其產(chǎn)業(yè)鏈較長(zhǎng)，能夠帶動(dòng)上下游產(chǎn)業(yè)共同發(fā)展，為經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)提供強(qiáng)勁動(dòng)力，被視為21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉础?/p>

2019年全球氫氣的需求量是71百萬(wàn)噸，預(yù)計(jì)在可持續(xù)發(fā)展情景下，2030年全球氫氣的需求量88百萬(wàn)噸；2040年全球氫氣的需求量137百萬(wàn)噸；2050年全球氫氣的需求量287百萬(wàn)噸；2060年全球氫氣的需求量415百萬(wàn)噸；2070年全球氫氣的需求量519百萬(wàn)噸。

二、中國(guó)氫能及燃料電池發(fā)展現(xiàn)狀

1、研究歷程及政策

氫能燃料電池技術(shù)是中國(guó)未來(lái)能源技術(shù)的戰(zhàn)略性選擇，也是新能源汽車科技創(chuàng)新的重要方向?？萍疾扛叨戎匾暁淠芗叭剂想姵丶夹g(shù)研發(fā)?！笆濉逼陂g，啟動(dòng)實(shí)施“電動(dòng)汽車”重大科技專項(xiàng)，確立了以純電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車、燃料電池汽車為“三縱”和電池、電機(jī)、電控為“三橫”的“三縱三橫”研發(fā)布局，燃料電池汽車技術(shù)作為“三縱”之一得到重點(diǎn)研發(fā)部署，并在“十一五”“十二五”“十三五”持續(xù)進(jìn)行科技攻關(guān)，對(duì)燃料電池汽車用電堆、雙極板、炭紙、催化劑、膜電極、空氣壓縮機(jī)、儲(chǔ)氫瓶等關(guān)鍵技術(shù)均進(jìn)行了研發(fā)部署。

2021年以來(lái),國(guó)家及相關(guān)部門為推進(jìn)氫能及燃料電池的推廣和應(yīng)用，不斷出臺(tái)有關(guān)氫能和燃料電池相關(guān)的政策。與此同時(shí)，全國(guó)各地方政府也陸續(xù)發(fā)布政策支持氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

2、產(chǎn)業(yè)鏈

氫燃料動(dòng)力電池系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)上游由電控系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、膜電極組件、催化劑、質(zhì)子交換膜、碳布/碳網(wǎng)等等；下游應(yīng)用于交通運(yùn)輸領(lǐng)域，還包括便攜式電池、發(fā)電、建筑儲(chǔ)能以及工業(yè)、軍事等領(lǐng)域。

3、裝機(jī)量及企業(yè)分布

2020年，氫燃料裝機(jī)量受疫情和補(bǔ)貼退坡影響而下降，中國(guó)氫燃料電池裝機(jī)量下降至79.2MW，同比下降38.17%；2021年中國(guó)燃料電池系統(tǒng)累計(jì)裝機(jī)量實(shí)現(xiàn)翻番，2021年1-12月中國(guó)燃料電池系統(tǒng)累計(jì)裝機(jī)量173MW，同比去年增長(zhǎng)119%，累計(jì)值同樣創(chuàng)歷年新高。

2021年1-12月，中國(guó)氫燃料電池裝機(jī)量排名前三的是億華通、海卓動(dòng)力、上海杰寧。億華通累計(jì)裝機(jī)量54.5MW，占32%，排名第一；海卓動(dòng)力累計(jì)裝機(jī)量26.1MW，占15%，排名第二；上海杰寧累計(jì)裝機(jī)量16.2MW，占9%，排名第三。

4、氫燃料動(dòng)力電池系統(tǒng)專利申請(qǐng)分布

隨著日益緊張的能源供給,氫燃料電池的發(fā)展越來(lái)越受到各國(guó)的關(guān)注。氫燃料動(dòng)力電池系統(tǒng)又分為電堆系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩部分。其中，電堆系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)的專利申請(qǐng)量42231件，占?xì)淙剂蟿?dòng)力電池系統(tǒng)專利申請(qǐng)量的66%；控制系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)的專利甲請(qǐng)重21825件；占?xì)淙剂蟿?dòng)力電池系統(tǒng)專利申請(qǐng)量34%。

從中國(guó)氫燃料動(dòng)力電池電堆系統(tǒng)細(xì)分專利申請(qǐng)分布來(lái)看，催化劑領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)量占28.29%，可以看出，在催化劑技術(shù)分支存在大量的專利布局,因?yàn)榇呋瘎┑某杀咀罡?，?duì)燃料電池性能的影響最大；雙極板領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)量占13.4%；密封等其他零部件領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)量占13.38%；膜電極組件領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)量占12.06%；制造工藝領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)量占10.76%；質(zhì)子交換膜領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)量占9.2%；擴(kuò)散層領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)量占6.7%；電堆設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)量占6.22%。

5、技術(shù)專利申請(qǐng)人排名

電解水制氫由于設(shè)備簡(jiǎn)單，工藝流程穩(wěn)定且不產(chǎn)生任何污染，是當(dāng)前制氫領(lǐng)域的熱點(diǎn)技術(shù)，并且專利申請(qǐng)總量和增長(zhǎng)速度均高于其他制氫技術(shù)。

從中國(guó)國(guó)內(nèi)電解水制氫技術(shù)專利申請(qǐng)人排名來(lái)看，中國(guó)華能集團(tuán)清潔能源技術(shù)研究有限公司電解水制氫技術(shù)專利申請(qǐng)總量117件，排名一位；中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所電解水制氫技術(shù)專利申請(qǐng)總量74件，排名二位；華能集團(tuán)技術(shù)創(chuàng)新中心有限公司電解水制氫技術(shù)專利申請(qǐng)總量72件，排名三位；四川華能氫能科技有限公司電解水制氫技術(shù)專利申請(qǐng)總量58件，排名四位；深圳氫愛(ài)天下健康科技控股有限公司、清華大學(xué)電解水制氫技術(shù)專利申請(qǐng)總量各48件，排名五位；四川華能嘉陵江水電有限責(zé)任公司、華能明臺(tái)電力有限責(zé)任公司、四川華能涪江水電有限責(zé)任公司、四川華能太平驛水電有限責(zé)任公司電解水制氫技術(shù)專利申請(qǐng)總量各42件，排名第六位。（注，專利數(shù)據(jù)截止2022年2月18日）

從中國(guó)國(guó)內(nèi)化工原料制氫技術(shù)專利申請(qǐng)人排名來(lái)看，上海合既得動(dòng)氫機(jī)器有限公司、中國(guó)石油化工股份有限公司化工原料制氫技術(shù)專利申請(qǐng)量各103件，位居首位；其次是中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所，化工原料制氫技術(shù)專利申請(qǐng)總量88件；第三是浙江大學(xué)，化工原料制氫技術(shù)專利申請(qǐng)總量84件。（注，專利數(shù)據(jù)截止2022年2月18日）

高壓氣態(tài)和高壓液態(tài)儲(chǔ)運(yùn)方式由于適用場(chǎng)景廣,成本低，是現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣泛的儲(chǔ)運(yùn)方式。專利申請(qǐng)總量和增長(zhǎng)速度均高于其他儲(chǔ)運(yùn)方式。中國(guó)國(guó)內(nèi)化工原料制氫技術(shù)專利申請(qǐng)人排名前三的分別是豐田自動(dòng)車株式會(huì)社、浙江大學(xué)、本田技研工業(yè)株式會(huì)社，化工原料制氫技術(shù)專利申請(qǐng)總量分別為202件、98件、70件，上海華篷防爆科技有限公司、江蘇國(guó)富氫能技術(shù)裝備股份有限公司、張家港氫云新能源研究院有限公司、通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司、現(xiàn)代自動(dòng)車株式會(huì)社、有研工程技術(shù)研究院有限公司、中科液態(tài)陽(yáng)光〔蘇州)氫能科技發(fā)展有限公司化工原料制氫技術(shù)專利申請(qǐng)總量依次擠進(jìn)前十。（注，專利數(shù)據(jù)截止2022年2月18日）

在中國(guó)國(guó)內(nèi)站外加氫技術(shù)專利申請(qǐng)人排名中，豐田自動(dòng)車株式會(huì)社以站外加氫技術(shù)專利申請(qǐng)總量117件位居第一；上海氫楓能源技術(shù)有限公司以站外加氫技術(shù)專利申請(qǐng)總量77件位居第二；張家港氫云新能源研究院有限公司司以站外加氫技術(shù)專利申請(qǐng)總量64件位居第三。（注，專利數(shù)據(jù)截止2022年2月18日）

由于中游燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)所涉及的零部件眾多，通常均有整車廠集中進(jìn)行開(kāi)發(fā)。從主要專利申請(qǐng)人的類別來(lái)看，國(guó)內(nèi)在燃料電池動(dòng)力技術(shù)領(lǐng)域的主要機(jī)構(gòu)多為整車廠和能源科技公司。中國(guó)國(guó)內(nèi)氫燃料動(dòng)力電池系統(tǒng)專利申請(qǐng)排名前10的申請(qǐng)人中，國(guó)外企業(yè)占據(jù)7席，分別為豐田自動(dòng)車株式會(huì)社、中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所、通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司、現(xiàn)代自動(dòng)車株式會(huì)社、日產(chǎn)自動(dòng)車株式會(huì)社、松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社、豐田技研工業(yè)株式會(huì)社、新源動(dòng)力股份有限公司、三星SDI株式會(huì)社，專利申請(qǐng)總理量分別為1559件、836件、569件、436件、427件、420件、349件，國(guó)內(nèi)企業(yè)占據(jù)3席，分別為中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所、新源動(dòng)力股份有限公司、上海神力科技有限公司，專利申請(qǐng)總理量分別為922件、382件、380件。（注，專利數(shù)據(jù)截止2022年2月18日）

交通領(lǐng)域是氫能消費(fèi)的重要突破口。氫燃料電池汽車是“終極的親環(huán)境汽車”，市場(chǎng)正在逐漸成長(zhǎng)，未來(lái)發(fā)展前景較為廣闊。從氫能在交通運(yùn)輸領(lǐng)域的專利申請(qǐng)總量和增長(zhǎng)速度來(lái)看均高于其他領(lǐng)域。從氫能在交通運(yùn)輸領(lǐng)域的專利申請(qǐng)人排名情況來(lái)看，豐田自動(dòng)車株式會(huì)社、通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司、現(xiàn)代自動(dòng)車株式會(huì)社依次排名前三，專利申請(qǐng)總量分別為759件、531件、354件。（注，專利數(shù)據(jù)截止2022年2月18日）

三、中國(guó)氫燃料電池技術(shù)重點(diǎn)發(fā)展方向及發(fā)展對(duì)策

氫燃料電池是以氫氣為燃料，通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)將燃料中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電裝置，具有能量轉(zhuǎn)換效率高、零排放、無(wú)噪聲等優(yōu)點(diǎn)，相應(yīng)技術(shù)進(jìn)步可推動(dòng)氫氣制備、儲(chǔ)藏、運(yùn)輸?shù)燃夹g(shù)體系的發(fā)展升級(jí)。在新一輪能源革命驅(qū)動(dòng)下，世界各國(guó)高度重視氫燃料電池技術(shù)，以支撐實(shí)現(xiàn)低碳、清潔發(fā)展模式。

中國(guó)也積極跟進(jìn)氫能相關(guān)發(fā)展戰(zhàn)略，2001年確立了863計(jì)劃中包括燃料電池在內(nèi)的“三縱三橫”戰(zhàn)略；《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃（2016—2030）》《汽車產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》（2017年）等國(guó)家政策文件均明確提出支持燃料電池汽車發(fā)展。2020年，科技部啟動(dòng)了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“可再生能源與氫能技術(shù)”重點(diǎn)專項(xiàng)，將重點(diǎn)突破質(zhì)子交換膜、氣體擴(kuò)散層碳紙、車用燃料電池催化劑批量制備技術(shù)、空壓機(jī)耐久性、高可靠性電堆等共性關(guān)鍵技術(shù)。國(guó)家能源局將氫能及燃料電池技術(shù)列為“十四五”時(shí)期能源技術(shù)裝備重點(diǎn)任務(wù)。

經(jīng)過(guò)四個(gè)五年國(guó)家科技計(jì)劃的組織實(shí)施，中國(guó)燃料電池從電堆、系統(tǒng)到關(guān)鍵部件技術(shù)研發(fā)均取得一系列關(guān)鍵突破，形成了涵蓋制氫、儲(chǔ)氫、氫安全及燃料電池及整車應(yīng)用等技術(shù)的產(chǎn)學(xué)研用研發(fā)體系，培育了一批從事燃料電池及關(guān)鍵零部件研發(fā)生產(chǎn)的企業(yè)。

未來(lái)氫燃料電池系統(tǒng)技術(shù)將降低氫燃料