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燃料电池技术:朝着碳独立的绿色驱动力

能源和力量

多年来,全球每个地区的能源需求都显着增加。每个国家都采用不同的技术为各种应用提供基本的力量。但是,发电站和最终用户行业的碳排放水平上升是解决气候变化和全球变暖问题的国家的主要问题。此外,燃料电池技术是这种情况的最佳替代品,因为它是一种零碳生成方法,该方法利用氢燃料并以水和热量为代替任何有害液体。

燃料电池分为六种关键类型,即质子交换膜燃料电池(PEMFC),碱性燃料电池(AFC),磷酸燃料燃料电池(PAFC),熔融碳燃料电池(MCFC),固体氧化物燃料燃料电池(SOFC)和直接的甲醇燃料电池(DMFC)。但是,由于其运营特征和应用潜力,只有PEMFC,PAFC和SOFC技术在多年来都观察到了巨大的动力。

PEMFC:以各种方式领导行业

质子交换或聚合物电解质膜技术(PEMFC)由于其紧凑的尺寸,较低的重量,高能密度,增强的耐用性,无裸露的设计以及许多其他功能,因此大部分集成在广泛的垂直范围内。此外,低工作温度范围使技术可以有效地集成到运输中以及能源生成站。

不同燃料电池技术的比较:

技术

常见电解质

工作温度

典型的堆栈尺寸

效率

通常的应用

聚合物电解质膜

全氟磺酸

50-100°C(通常约80°C)

<1kW - 100kW

60%的运输

35%固定

备份功率

便携式功率

分布式生成

运输

专业车辆

氢氧化钾水溶液浸入多孔基质或碱性聚合物膜中

90-100°C

10 - 100 kW

60%

军队

空间

磷酸

磷酸浸泡在多孔基质中或在聚合物膜中吸收

150 - 200°C

5–400 kW,100 kW模块

40%

分布式生成

熔融碳酸盐

熔融锂,钠和/或碳酸钾,浸入多孔基质中

600°–700°C

300 kW – 3兆瓦

50%

电力公司

分布式生成

固体氧化物

Yttria稳定了氧化锆

500°–1,000°C

1 kW – 2兆瓦

60%

辅助力量

电力公司

分布式生成

资料来源:美国能源部(DOE)能源效率和可再生能源办公室(EERE)

行业快照:

全球燃料电池行业的主要参与者是Bloom Energy,Ballard Power Systems,现代汽车公司,插头电源,Nuvera Fuel Cell,LLC,Nedstack Fuel Cell Technology,AVL,Umicore,Horizo​​n Fuel Cell Technologies,Ceres Power,Aisiki Seiki,Aisin Seiki,Bosch,Bosch,Mitsubishi Hitachi Hitachi Hitachi Hitachi Power Systems,Panasonic,Panasonic,Panasonic和其他许多其他。

此外,整个行业的各种参与者都专注于进行研发活动,以引入具有高功率输出的新型和高效的单元,以增强其产品覆盖范围并满足不断增长的需求。例如,在2020年9月,行业巨头Ballard Power Systems推出了一种新的FCGEN®-HPS产品,这是一种PEMFC堆栈,旨在在轻,中和重型车辆中有效安装。制造高级添加剂可在最大95°C下提供多达140 kW的功率,增强的功率密度约为每升4.3千瓦(kW/L)。

燃料电池行业即使在19日危机期间,燃料电池行业也会发挥重要作用

前所未有的Covid-19危机危机恶化了各个部门的情况。几个国家在商业和工业业务中停止了严格的国家封锁,危害其经济。但是,由于全球危机反映了全球低碳发电和运输的必要性,因此燃料电池市场对冠状病毒爆发的影响不大。

全世界的许多国家一直着重于将植物的操作关闭造成的“绿色潮流”降低到新的水平。因此,政府还引入了几种刺激措施和经济利益,以增强绿色技术基础设施并改变公共交通舰队。例如,在2020年6月,德国联邦政府宣布了一个价值356亿美元的电晕刺激套餐,专门用于能源部门。政府还指出,大约30%或107亿美元用于发展该国的氢行行业。该国还旨在​​到2030年构建其容量约为5 gW的工业氢生产工厂,到2040年,额外的电解室容量为5 gW。

不断上升的重点以提高应用程序潜力,为新机遇铺平道路

不同的公共和私人组织不断努力测试和开发新的应用程序视野,并且行业参与者之间的众多协作努力可能会揭示FC系统的新可能性。例如,在2020年9月,H2BUS财团与爱尔兰公共汽车制造商Wrightbus签署了一项协议,以为欧洲市场提供燃料电池电动巴士(FCEB)。该合作将旨在实现H2BUS财团的目标,其中包括1,000个FCEB,零尾管排放量和竞争性和资金的价格约为442,000美元,单甲公共汽车,每千克氢成本5.9 - 8.3美元,每公里0.3 - 0.4千公里的服务成本。

此外,该行业已经观察到政府和非政府机构的大量资金计划,以推动FC系统。目的是在汽车,海洋,铁轨,公共汽车,建筑,固定,采矿和航空航天车等应用中进行燃料电池的使用。例如,在2020年9月,美国能源部(DOE)下的能源效率和可再生能源办公室(EERE)授予康明斯公司开发氢燃料电池以进行救灾救济操作,称为H2Rescue。该项目的联邦资金被评估为100万美元,以开发用于军事和平民市场紧急任务的先进燃油运输替代方案。

不断增长的投资以增强氢基础设施将有助于新参与者进入市场

各个国家都观察到总氢基础设施投资的大幅度上升,以支持从乘用车和商用车等客户车队中从常规燃料到氢燃料的能源过渡。例如,在2020年5月,澳大利亚联邦政府宣布为前进的氢基金分配约2亿美元,以支持该国新的H2项目。货币赠款是根据其国家氢策略推出的,以增强澳大利亚燃料电池运输系统以及氢气的生产和出口。

关键国家 /地区加油站(HRS)的加油站(HRS):

资料来源:国际能源局

此外,根据国际能源局(IEA),到2019年底,有470小时的工作是运营的,其中超过45%位于亚太地区。同样,不同的政府以及非政府企业也观察到了全球氢加油站的建设和运行的峰值。此外,各个政府为部署更多绿色能源运输而引入的巨大燃料电池电动汽车目标可能会进一步推动对汽车燃料电池的需求。

政府部署燃料电池电动汽车(FCEV)的主要目标

国家

目标

中国

  • 到2020年,有5,000辆车和100个车站
  • 到2025年,50,000辆车和300个电台
  • 到2030年,有100万辆汽车和1,000台

日本

  • 到2020年
  • 到2025年,200,000架乘用车和320个电台
  • 到2030年

韩国

  • 到2022年,有81,000辆具有79,000辆乘用车和2,000辆公共汽车以及310个车站的车辆
  • 620万辆汽车,有590万辆客车,120,000辆出租车,60,000辆公共汽车和120,000辆卡车,到2040年

美国

  • 到2022年26,900辆
  • 到2025年48,800辆
  • 到2022年,有81,000辆具有79,000辆乘用车和2,000辆公共汽车以及310个车站的车辆
  • 此外,到2030

法国

  • 到2023年,有5,000辆车以及100个车站
  • 到2028

德国

  • 到2020年100个电台
  • 到2025年400个电视台
  • 14列客车从2021年开始运营
  • 到2023年27列额外的客运火车

因此,多年来,鼓励降低碳降低法规有利于燃料电池的发展。此外,简短的,中和长期的目标,以瞬间改革运输部门,以及用于固定燃料电池发电的固定项目,例如日本的ENE-Farm,可能会以非凡的速度增加市场规模。

关于作者

名称:Divyendu Sharma

Divyendu是《财富商业洞察力》(Fortune Business Insights)的能源与权力团队的成员,这是该行业中最有前途的市场研究公司之一。他是一名石油工程师,在市场研究和咨询领域拥有近两年的经验。 Divyendu对能源和电力行业的多个客户进行了对各个领域的定制分析,以提供有关新产品介绍,地理扩张和市场进入的建议和策略。