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1、以质子交换膜燃料电池为动力的电动汽车、直接甲醇燃料电池的便携式移动电源、高温燃料电池电站、用于潜艇和航天器的燃料电池等蓬勃发展。1.2 燃料电池类型燃料电池按燃料类型可分为直接型、间接型和再生型；按电解质种类又可分为碱性燃料电池（AFC）、磷酸盐型燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐型燃料电池（MCFC）、固体氧化物型燃料电池（SOFC）和质子交换膜燃料电池（PEMFC）。20多年来，燃料电池经历了碱性、磷酸、熔融碳酸盐和固体氧化物等几种类型的发展阶段，燃料电池的研究和应用正以极快的速度在发展。在所有燃料电池中，碱性燃料电池（AFC）发展速度最快，主要为空间任务，包括航天飞机提供动力和饮用水；质子

2、交换膜燃料电池（PEMFC）已广泛作为交通动力和小型电源装置来应用；磷酸燃料电池（PAFC）作为中型电源应用进入了商业化阶段，是民用燃料电池的首选；熔融碳酸盐型燃料电池（MCFC）也已完成工业试验阶段；起步较晚的固态氧化物燃料电池（SOFC）作为发电领域最有应用前景的燃料电池，是未来大规模清洁发电站的优选对象，100kW管式SOFC电站已经在荷兰运行，Siemens和三菱重工都进行了SOFC发电系统的试验研究。相比之下，SOFC、MCFC和PEMFC会是最有前景的技术路线。1.3 氢燃料电池优势氢燃料电池，即使用氢气作为燃料，利用电解水的逆反应产电的一种燃料电池，是目前发展最好的燃料电池。其工

3、作原理即：将氢气送到电池的阳极板，通过催化剂的作用，氢原子变成一个正电荷的氢离子和一个负电荷的电子，其中氢离子通过电解质到达阴极板，而电子不能通过电解质，而只能通过外部电路形成电流。电子到达阴极板后，与氧原子和氢离子重新结合为水。氢燃料电池阴极板供给的氧可直接从空气中获得，因此仅需不断给阳极板供应氢气并及时把水带走，氢燃料电池就可以不断提供电能。相对于其他能源，氢燃料电池的发电过程无污染，能量转换效率更高，且其燃料氢气来源广泛，可再生。1.4 氢燃料电池产业链分析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

4、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。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

5、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。1.4.1 固定领域引领氢燃料电池市场氢燃料电池早在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。而在其中，固定式燃料电池的增长最为显著，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

6、，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。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

7、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 PowerSystems是该领域的主要生产公司。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

8、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。1.4.2 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

9、划与2015-2017年实现商业化。北美的Plugpower和加拿大Ballard PowerSystems是该领域的主要厂商。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

10、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Gen Drive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60

11、0个系统；可口可乐公司部署在2个站点的96个系统。燃料电池叉车市场的供应商主要有H2Logic,Hydrogenics,NuveraFuelCells,OorjaProtonics和Plug power。其中Plug power是最大的供应商，其市场份额约为80%。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。1.4.3 燃料电池车离产业化仍有不小距离成本：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ModelS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。加氢站：需

12、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另一大因素。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。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，

13、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Model S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

14、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。2国外燃料电池汽车产业2.1 北美地区美国和加拿大是燃料电池研发和示范的主要区域。在美国能源部（DOE）、交通部（DOT）和环保局（EPA）等部门的支持下，燃料电池技术近年来取得了很大的进步，通用、福特、丰田、戴姆勒奔驰、日产、现代等整车企业都在美国加州

15、参加了燃料电池电动汽车的技术示范运行，并培育了联合技术公司（UTC，美国）、巴拉德（Ballad，加拿大）等国际知名的燃料电池研发和制造企业。美国在2006年专门启动了国家燃料电池公共汽车计划（National FuelcellCity Bus Program，NFCBP），进行了广泛的车辆研发和示范工作。2011年美国燃料电池公共汽车实际道路示范运行单车寿命最长超过11000小时1；到2015年，运行的公交车平均累计运行时间已经达到9000小时（仍然在运行），最长的车辆寿命超过了18000小时。预计到2016年底，美国燃料电池公共汽车的使用寿命将达到2万3万小时，车辆的性能达到传统柴油客车的

16、水平，实现每天19小时的运行和出勤率，故障间隔里程大于4000英里。通用曾经于2007年投放了100辆雪佛兰Equinox燃料电池电动汽车直接给消费者使用，2009年达到了100多万英里的行驶里程。在降低成本和提升燃料电池的性能上，通用新一代燃料电池体积比雪佛兰Equinox缩小了一半，重量减轻了220磅，使用的铂金仅为原来的1/3。预计到2017年，100kW燃料电池发动机的铂金用量将下降到1015g，达到传统内燃机三效催化剂的铂金用量水平，将为量产做好准备。下表为美国通用公司的两代燃料电池系统性能对比。美国通用公司两代燃料电池发动机系统的性能对比下表为美国能源部对轿车燃料电池成本的估计，预

17、计到2020年，在年生产量20万辆的条件下，随着燃料电池技术的进步（100kW电堆铂用量下降到10g），燃料电池轿车成果将低于3万美元。美国能源部橡树岭国家实验室对燃料电池轿车成本的预测2.2 欧洲地区欧洲的燃料电池客车示范计划（HYFLEET-CUTE）从2003年至2010年在10个城市示范运行了30辆第一代戴姆勒燃料电池客车，累计运行130万英里。这些车辆采用“电池+12kW的氢燃料电池”的动力形式。在此基础上，欧洲燃料电池客车示范项目（CHIC：Clean Hydrogen in European Cities）在5个城市开展了26辆第二代燃料电池公共汽车示范运行，期限从2011年至2

18、017年，目标是实现燃料电池电动汽车性能达到目前燃油汽车的标准。该项目由联合技术倡议（JTI：Joint Technology Initiatives）燃料电池及氢能合作计划（FCH-JU）和相关企业资助。在德国，主要的汽车和能源公司与政府一起承诺：到2015年建立广泛的全国氢燃料加注网络。2013年初，宝马公司决定与丰田汽车公司合作，由丰田公司向宝马公司提供燃料电池技术。戴姆勒奔驰的两代燃料电池客车的性能对比2.3 日本和韩国从全球范围看，日本和韩国的燃料电池研发水平目前处于全球领先的水平，尤其是丰田、日产和现代汽车公司，在燃料电池电动汽车的耐久性、寿命和成本等方面逐步超越了美国和欧洲。20

19、14年12月，丰田发布当今最具成本优势、性能最先进的Mirai燃料电池电动汽车。新车售价723.6万日元（约37.8万人民币）；日本政府补贴后，实际价格520万日元（约27.1万人民币）。根据丰田的官方数据，在参照日本JC08燃油模式测试的情况下，Mirai的巡航里程达到650公里，完成单次氢燃料补给仅需约3分钟，10秒内可以完成百公里加速，完全能够应付平常的行车需求。日产汽车也投入巨资开展燃料电池电堆和轿车的研发。2012年，日产汽车公司研发的电堆功率密度就达到了2.5kW/L的国际先进水平。本田新开发的FCX Clarity燃料电池电动汽车，能够在-30顺利启动，续驶里程达到620公里。2

20、014年，本田宣布其燃料电池堆功率密度也达到3kW/L。为推进燃料电池汽车的产业化，丰田公司2015年1月在拉斯维加斯消费电子展上宣布公开与燃料电池汽车相关的5680件专利，包括燃料电池组1970项、高压储氢290项，燃料电池控制系统3350项，加氢站70项。其中与氢基础设施相关的专利会无限期无偿提供；和车辆相关的专利，针对汽车公司设置了截止到2020年使用期限。韩国从2002开始研发燃料电池电动汽车，2005年采用巴拉德的电堆组装了32辆SUV，2006年推出了自己研发的第一代电堆，组装了30台SUV和4辆大客车，并进行了示范运行；2009-2012年间，开发了第2代电堆，装配了100台SU

21、V，开始在国内进行示范和测试，并对电堆性能进行改进；2012-2015年，推出了第3代燃料电池SUV和客车，开始全球示范。2013年，韩国宣布提前2年开展千辆级别的燃料电池SUV（现代的ix35）生产，在全球率先进入燃料电池电动汽车千辆级别的小规模生产阶段。该SUV采用了100kW燃料电池、24kW锂离子电池和100kW电机，70MPa的氢瓶可以储5.6kg氢气，NEDC循环工况续驶里程588km，最高车速160km/h。2015年，美国华德公司（Ward）将该燃料电池发动机评为北美年度十佳量产的发动机之一，这是燃料电池首次入选。2015年北美十佳发动机清单2.4 全球发展趋势总结从美洲、欧洲

22、和日韩等发达国家的燃料电池电动汽车发展现状看，全球主要汽车公司大都已经完成了燃料电池电动汽车的基本性能研发阶段，解决了若干关键技术问题，其整车性能、可靠性、寿命和环境适应性等各方面均已基本达到了和传统汽车相媲美的水平。随着这些发达国家的燃料电池电动汽车技术趋于成熟，其研究重点也逐渐集中到提高燃料电池功率密度、延长燃料电池寿命、提升燃料电池系统低温启动性能、降低燃料电池系统成本、大规模建设加氢基础设施、推广商业化的示范等方面。据美国能源部预测，2017年燃料电池系统的成本将下降到30美元/kW，达到和内燃机成本同样的水平。为了实现该目标，世界各国纷纷制定了各自的加氢站建设规划以配合燃料电池电动汽

23、车的推广应用。日本目前在名古屋、东京、大阪和福冈四个城市之间拟建造100座加氢站，在2025年前扩大到1000个加氢站；到2030年计划建成覆盖全国的加氢站，数量达到5000个，燃料电池电动汽车的比例超过10%。韩国到2015年已经建设了13座加氢站，预计到2020年建设168座加氢站，沿韩国高速公路建设成氢高速公路。美国计划于2017年建成至少84座加氢站，达到单站日产500公斤以上的氢气产量。虽然计划十分恢宏，但是各国加氢站的实际建设进度并没有预计的那么快。加氢站的建设成本是加油站的5倍，且加氢站在城市中建设还面临一系列诸如土地和安全法规的限制。日本经产省通过发布氢燃料电池车普及策略、修正

24、高压气体保安法等措施为日本的燃料电池电动汽车及加氢站的规划打下政策基础，也为其他国家促进燃料电池电动汽车发展的提供了相关法律法规及政策支持的参考。2.5 政策推动燃料电池需求增长从宏观角度看，燃料电池除了具备性能优势，使产业界可能受惠之外，最大的好处还是来源于清洁环保。燃料电池持续得到各国政府的大力推动，尤其是2009年的联合国气候变化大会对温室气体排放制定目标后，燃料电池用于清洁能源变革的呼声开始走高。其中美国承诺2020年温室气体排放量在2005年的基础上减少17%，欧盟承诺在2020年温室气体排放量比1990年的水平上减少20%。温室气体主要由化石燃料燃烧产生，包括发电厂发电，以化石燃料

25、的工厂以及车辆排放的尾气，减少化石燃料燃烧成为减排的重要途径，而燃料电池恰恰可以将燃烧变为电化学反应，提升能效转换率，减少二氧化碳或其他废弃气体的排放。2.5.1 欧美政府在燃料电池领域是先行推手燃料电池作为新型清洁能源，一直以来受到美国政府和各州政府的大力支持。（1）持续资金投入cnBeta数据显示，2015年，美国能源部宣布将在燃料电池和氢技术行业投资超过2000万美元，其中，共有10个项目将得到资助，旨在推进燃料电池和氢技术，并实现早期燃料电池的应用，如轻型燃料电池汽车（FCEV）；同时，美国能源部表示其支持的项目自2006年以来，已经帮助将燃料电池成本下降50%，同时耐用性翻翻，并且减

26、少所需的铂量。其最终的目标是，加速美国创新清洁能源技术，减少国家对外国石油的依赖、减少碳排放量。（2）政策及政府力量扶持，补贴和税收优惠政策不断出台美国和加拿大是燃料电池研发和示范的主要区域，在美国能源部（DOE）、交通部（DOT）和环保局（EPA）等部门的支持下，燃料电池产业发展较快，通用、福特、丰田、戴姆勒奔驰、日产、现代等车厂都在美国加州参加了燃料电池汽车的技术示范运行，并培育了联合技术公司UTC、巴拉德Ballad等国际知名的燃料电池厂商。（3）对汽车排放制定ZEV计划2008年起，美国加州政府制定了ZEV计划，对车厂出台了减排的积分规定目标，如果车厂的零排放车辆数目低于目标，将有两种

27、选择：要么支付高额罚金，要么从其他车厂那里购买积分。2013年，加州PaloAlto公司仅仅靠向其他车厂出售ZEV积分就获得了约1.3亿美元的利润，2013年上半年，特斯拉获得了1.4亿美元的利润。截止2014年7月底，美国东西部共有八个州的州长在“零排放车辆”（ZEV）合作协议上签字，这意味着到2025年，美国上述8个州公路上行驶的330万辆汽车的尾气排放为0。欧盟作为最早涉及燃料电池的地区之一，一直致力于发展燃料电池产业。其中最重要的政策莫过于成立欧盟燃料电池与氢联合行动计划项目（FCHJU）。欧盟2008年出台了燃料电池与氢联合行动计划项目（FCH-JU），在2008年至2013年至少斥

28、资9.4亿欧元用于燃料电池和氢能的研究和发展，其中欧盟计划从第七框架计划中拿出4.7亿欧元，涉及的项目包括氢气车队项目、ZERO-REGIO项目和小型车辆氢气链项目的公开实验，为2015年商业化进行技术储备。2011年底欧盟又正式启动大规模车辆示范项目“H2movesScandinavi”和欧洲城市清洁氢能项目（CHIC）。2013年出台CPT项目，计划投入1.23亿够远建设77个加氢站，针对15个已建有加氢站的成员国实现国与国之间的互联互通。2.5.2 日韩厂商对燃料电池的重视度不断提升，日本扶持力度大日本是全球发展燃料电池尤其是燃料电池汽车最积极的国家，除了对环保的重视之外，我们认为还有其

29、本身石化燃料等资源储备不丰富等原因，因此，日本非常重视可再生能源的应用。燃料电池也是目前可再生能源中唯一能够产业化地作为汽车动力源的技术路线，这是日本大力扶持的重要原因。以日本经产省为代表的日本政府高度重视并持续开展燃料电池汽车和氢能开发，在过去30年时间内先后投入上千亿日元用于燃料电池汽车和氢能的基础科学研究、技术攻关和示范推广。隶属于经产省的燃料电池商业化组织（FCCJ）先后于2009年7月、2010年7月发布了燃料电池汽车和加氢站2015年商业化路线图，明确指出2011年-2015年开展燃料电池汽车技术验证和市场示范，随后进入商业化示范推广前期。近几年来看，日本政府从2009年对购买燃料

30、电池家用热电联供系统企业或个人提供了大约50%的费用减免，极大的促进了燃料电池技术在日本的发展。此外，汽车燃料电池补贴丰厚，随着丰田等车厂的交通运输用燃料电池技术逐渐成熟，日本政府开始对加氢站投资建设进行大规模补贴，最高补贴可达投资成本的50%。丰田燃料电池汽车Mirial上市销售时，为了加大燃料电池车的吸引力，日本政府对每辆燃料电池车提供约19,70美元的补贴。2015年初，日本45座加氢站建成投入使用，标志着日本目前这一代燃料电池汽车相关技术已经进入商业化实用阶段。与此同时，2015年以来，日本对燃料电池启动了新一轮的示范推广措施。6月17日，日本产经新闻数据显示，日本东京都交通局宣布将于7月下旬开始对丰田汽车与日野汽车开发的计划于2016年度上市销售的“丰田燃料电池巴士”进行试运行考核，考核其在东京市中心区域拥堵及频繁变更车道行驶工况下的行驶性能等。东京都为了在