燃料电池产业发展前景分析.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除燃料电池产业发展前景分析 2009年09月09日 作者：尤如瑾 来源：中国电源博览 编辑：樊晓琳 产业发展背景现阶段世界能源利用多偏重于化石燃料，但化石燃料的蕴藏量开采终有耗竭的一天；根据IEA估计，全球蕴藏的原油平均开采年限仅约41年、天然气约62年。因此在后石油时代，全球经济发展势必将面临高油价的威胁，事实上，2005年国际原油价格已突破历史新高达到每桶60美元以上，而高油价会导致发电成本上升；基此，世界主要国家多积极研发新能源科技，寻找替代能源。此外，世界化石燃料矿藏多集中于中东、俄罗斯等少数地区。其能源供应稳定性堪虑，使得进口能源依赖度高的国家和地区，在能源安全的考量下，发展替代能源产业已成当务之急。尤有甚者，抑制全球温室气体（Green House Gas,GHG）排放的京都议定书已于2005年2月16日正式和效，截至2005年底，全球已有包括欧盟、日本等157个国家和区域经济体正式批准：预计在2008年2012年期间，先进国家的二氧化碳等温室气体排放量要在1990年的基础上平均削减5.2%，因此未来全球化石燃料能源价格将因课征碳税或付出排放权交易成本而大幅上扬，势必使得传统石油、燃煤、火力等高污染发电方式受到限制；反观氢能等乾净能源发电技术则将在各国政府奖励与技术不断进步下，愈来愈具成本竞争力。氢能的使用具有零排放特性，且能源密极度高，因此取代化石燃料成为未来世界主流能源载体（Energy Carrier）的潜力相当看好。而现阶段世界氢能的利用，多以透过燃料电池来体现。燃料电池系利用氢和氧进行化学反应来产生电力，应用市场广泛：由于氢燃料可大量取得，且具有可储存特性，就连太阳能、风力、生质能等均可转化为氢能加以储存，再供应给燃料电池系统使用，参考图1：由于燃料电池发电过程中也会产生热能，可供应住宅用热水，致使系统整体（热电总和）能源效率可高达60-80%。因此，氢燃料电池系统所具备的稳定性、实用性、高能源效率，可说优于再生能源等间歇性发电装置与内燃引擎发电机等其他分散式电源系统。图1 利用风力电解制氢并与燃料电池系统整合的概念另外，氢燃料电池车辆的燃油经济性（每加仑汽油跑的英哩数）约为传统汽油车的3倍，并超过汽油复合动力车的1.5倍，参考图2；且车辆运转时副产品只有水，不会造成任何污染，因此被美国等先进国家视为深具市场潜力的乾净能源车辆，认为长期终将取代汽/柴油车辆。图2 各种先进车辆技术的相对燃油经济性比较另一方面，近年来便携式电子产品在具备多媒体及强大运算能力的要求下，对电力需求将不断上升：Boston Consulting Group预期至2010年，便携式电子产品的电力需求约将增为2001年时的8倍，不过以既有小型二次电池的技术能力，同期间所能供应的电池能源密集度也只能成长1倍，届时电力供需之间存在着很大的run time gap，因此市场及需像燃料电池这种可支应4C产品长效运转的电力供应系统。例如，直接甲醇燃料电池（Direct Methanol Fuel Cell,DMFC）的能量密度可达1,200Wh/kg，约为目前锂离子电池10倍，使手机待机时间可长达3050天；且未来若可藉由便利商店补充燃料盒，使用便利性高，并可大幅缩短充电时间，由目前约2小时降为补充燃料数分钟即可。因此，非常有机会取代现有的锂二次电池系统。基于上述各项有利因素，有些专家大胆预测氢燃料电池将引发第三次工业革命，创造新的产业经济结构，其将衍生的庞大经济利益不容世人忽视，因此成为当前先进国家极力发展的明星科技产业之一。产业发展现况燃料电池应用范围涵盖分散式发电系统、运输工具、机器人、产业用搬运工具、便携式电子产品等，主要技术类型可分为：600以上高温操作的熔融碳酸盐燃料电池（Molten Carbon Fuel Cell，MCFC）、固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）及200以下较低温操作的碱性燃料电池（Alkaline Fuel Cell，AFC）、磷酸型燃料电池（Phosphoric Acid Fuel Cell，PAFC）、质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC）、直接甲醇燃料电池等。各种燃料电池的发电效率与主要应用市场，参考图3。图3 主要燃料电池特性与核心应用市场世界主要国家看好这一绿色能源的发展前景，每年投入巨额研发经费于氢能与燃料电池技术的开发，2004年全球政府/民间氢能与燃料电池研发支出大约40亿美元，其中民间投资（主要为国际汽车大厂）约占72%，显示企业界对此新能源技术发展相当重视。仅管如此，燃料电池距离商业化普及阶段仍有一段路要走：从最早商业化的磷酸型燃料电池开始，截至目前仅有少量商品上市，参考表1。累计至2005年，全球约有115个加氢站，350辆燃料电池汽车试验运转中：并有将近4千台定置型燃料电池系统，发电容量大于156MW及约9，000个便携式燃料电池系统。截至2005年，总计世界燃料电池系统产量已达14,500台，较前一年大幅增加32%，参考图4。表1图4 世界燃料电池系统累计产量市场发展趋势自2003年美国布什政府推动氢燃料计划（Hydrogen Fuel Initiative）以来，氢燃料电池成本已下降50%以上。2006年，布什政府又宣示将在2025年前发展先进替代能源以取代75%自中东进口石油的国家目标，预计FY2007年将投入289百万美元，较前一年度增加53百万美元，以加速开发氢燃料电池与氢能动力车辆。在美国领衔持续致力技术研发与示范推广下，预期2010年后燃料电池商业化市场将会急剧成长。有关各种燃料电池应用产品的市场需求特性与导入时期推测，参考表2。表2根据Freedonia Group 公司预测，世界燃料电池的市场需求将由2004年3.75亿美元，成长为2009年约25.8亿美元，预计至2014年，世界燃料电池系统需求值可成长为135.5亿美元，复合平均年增率43%；其中以发电系统市占率51.7%最高，其次为便携式电子产品占25.9%，并以便携式电子产品的需求值平均年增率64.6%成长速度最快。至于燃料电池技术类型，目前以质子交换膜燃料电池（Proton Excha