行業(yè)觀點(diǎn)

　　2014年1月PEMFC燃料電池系統(tǒng)集成商Plug Power獲得沃爾瑪、寶馬等客戶3200萬美元訂單，使得相關(guān)企業(yè)股價(jià)快速上漲，同時(shí)兩家主要燃料電池堆廠商：Ballard Power的毛利率已提升至27%，F(xiàn)uelCell Energy的毛利率也已轉(zhuǎn)正，經(jīng)歷了近15年的沉寂后燃料電池行業(yè)又重現(xiàn)曙光；燃料電池是真正的清潔能源：只要能保證燃料和氧化劑的供給，燃料電池就可以連續(xù)不斷的產(chǎn)生電能，理想轉(zhuǎn)化效率為83%，目前實(shí)際轉(zhuǎn)換效率在45%-60%，內(nèi)燃機(jī)的效率大約在30%-40%，且生成物主要是水，基本上不排放有害氣體。

　　PEMFC、SOFC和MCFC是主流技術(shù)路線：目前商業(yè)化應(yīng)用的燃料電池技術(shù)為質(zhì)子交換膜、固體氧化物和熔融碳酸鹽燃料電池，根據(jù)性能的不同，前者主要應(yīng)用于汽車，后者主要應(yīng)用于熱電聯(lián)產(chǎn)和固定式發(fā)電。
　　商業(yè)化逐步推進(jìn)：燃料電池興起于2000，但是受制于成本遲遲沒有商業(yè)化，隨著近幾年成本的下降，燃料電池在各個(gè)領(lǐng)域的商業(yè)化逐步推進(jìn)，包括：家用熱電聯(lián)產(chǎn)、固定式發(fā)電、燃料電池汽車；
　　家用燃料電池產(chǎn)品在2009年初以ENE-Farm名稱在日本正式進(jìn)入商業(yè)化階段，目標(biāo)到2015年ENE-FARM年銷售量達(dá)到50000臺(tái)，2012年日本ENE-FARM的銷售量就達(dá)到了20000臺(tái)，價(jià)格相比于2009年下降了50%，市場(chǎng)規(guī)模超過5億美元；
　　2012年全球燃料電池電站安裝量為120MW，同比增長50%，IT企業(yè)的數(shù)據(jù)中心是燃料電池的主要應(yīng)用場(chǎng)所，目前Bloom Energy的燃料電池系統(tǒng)發(fā)電成本已經(jīng)和光伏發(fā)電相當(dāng)，2013年燃料電池出貨量有望繼續(xù)增長50%至187MW；
　　2013年以來，特別是隨著Tesla鋰電池汽車的推出，汽車大廠開始加速合作開發(fā)燃料電池汽車，2015年現(xiàn)代和豐田將率先量產(chǎn)1000臺(tái)燃料電池汽車，預(yù)計(jì)屆時(shí)量產(chǎn)的成本有望從目前的10萬美元降至5萬美元，上汽集團(tuán)也計(jì)劃從2015年開始逐步推出商業(yè)化的燃料電池汽車。
　　行業(yè)催化劑：燃料電池行業(yè)仍然處于大規(guī)模商業(yè)化的前夜，但是我們預(yù)計(jì)2014年行業(yè)可能會(huì)出現(xiàn)事件性的催化因素：燃料電池成本下降，BallardPower System 2014年運(yùn)營利潤有望扭虧為盈；KPCB領(lǐng)投的SOFC燃料電池廠商Bloom Energy有望在2014年上市；日本商業(yè)化超預(yù)期，2014年ENE-FARM的售價(jià)下降了25%，東京燃?xì)庥?jì)劃銷售同比增長57%。
　　國內(nèi)燃料電池的研發(fā)相對(duì)落后，目前從事燃料電池的相關(guān)企業(yè)包括參股新源動(dòng)力的南都電源、上汽集團(tuán)；參股上海神力的江蘇陽光，生產(chǎn)質(zhì)子交換膜的東岳集團(tuán)。
　　燃料電池簡介
　　燃料電池是一種不經(jīng)過燃燒過程直接以電化學(xué)反應(yīng)方式將燃料和氧化劑的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿母咝Оl(fā)電裝置，不同于一般電池，只要能保障燃料的供給，燃料電池將會(huì)持續(xù)發(fā)電；燃料電池技術(shù)主要應(yīng)用領(lǐng)域包括三方面：固定式電站發(fā)電（主要電源、備用電源、熱電聯(lián)產(chǎn)）、交通運(yùn)輸動(dòng)力（燃料電池汽車）、便攜式電源。
　　燃料電池原理
　　燃料電池是一種不經(jīng)過燃燒過程直接以電化學(xué)反應(yīng)方式將燃料和氧化劑的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿母咝Оl(fā)電裝置。

　　燃料電池通過氧與氫結(jié)合成水的電化學(xué)反應(yīng)而發(fā)電，燃料電池的基本組成有電極、電解質(zhì)、燃料和催化劑；
　　以質(zhì)子交換膜燃料電池為例，反應(yīng)機(jī)理很簡單，H2在陽極催化劑的存在下被氧化成H+和e-，H+通過質(zhì)子交換膜達(dá)到陰極，e-通過外電路達(dá)到陰極，和O2在陰極催化劑的作用下生成水；
　　燃料電池具備發(fā)電站的功能，且效率高，無污染：發(fā)電時(shí)，燃料和氧化劑由電池外部分別供給電池的陽極和陰極，陽極發(fā)生燃料的氧化反應(yīng)，陰極發(fā)生氧化劑的還原反應(yīng)，電解質(zhì)將兩個(gè)電極隔開，導(dǎo)電離子在電解質(zhì)內(nèi)移動(dòng)。不同于普通的電池，只要能保證燃料和氧化劑的供給，燃料電池就可以連續(xù)不斷的產(chǎn)生電能。燃料電池的理想轉(zhuǎn)化效率為83%，目前實(shí)際轉(zhuǎn)換效率在45%-60%，而火力發(fā)電和核電的效率大約在30%-40%。燃料電池生成物主要是水，基本上不排放有害氣體，是一種非常清潔的能源。
　　按電解質(zhì)材料，現(xiàn)在推出的燃料電池可以分為堿性燃料電池、磷酸型燃料電池、熔融碳酸鹽型燃料電池、固體氧化物燃料電池和質(zhì)子交換膜型燃料電池。
　　堿性燃料電池用堿性液體作為電解質(zhì)，工作溫度是室溫，是早期開發(fā)的產(chǎn)品，20世紀(jì)60-70年代用于阿波羅登月飛船、航天飛機(jī)、空間軌道站的動(dòng)力電源，但是因?yàn)橐砸簯B(tài)氫為燃料的堿溶液型燃料電池造價(jià)昂貴，關(guān)注逐漸減少；
　　磷酸型燃料電池以磷酸水溶液作為電解質(zhì)，工作溫度100-200℃，是研究最多的燃料電池之一，20世紀(jì)60-70年代UTC等公司制造了64臺(tái)磷酸型燃料電池發(fā)電裝置，先后在美國、加拿大、日本進(jìn)行了試運(yùn)行，但是磷酸星燃料電池在能量綜合利用方面不如熔融碳酸鹽和固體氧化物燃料電池；熔融碳酸鹽型燃料電池以高溫下處于熔融狀態(tài)的碳酸鹽（碳酸鋰、碳酸鉀）作為電解質(zhì)，工作溫度600-700℃，發(fā)電效率45%-55%，不僅可以直接利用余熱進(jìn)行供熱，而且排除的高溫氣體可以帶動(dòng)汽輪機(jī)二次發(fā)電，1991年后日本把該型電池作為研究重點(diǎn)；固體氧化物燃料電池以固體氧化物燒結(jié)體（如氧化鋯）作為電解質(zhì)，工作溫度900-1000℃，發(fā)電效率50%-60%，可以直接利用進(jìn)行供熱或二次發(fā)電，因此可以用于熱電聯(lián)供系統(tǒng)；SOFC的工作溫度位于800-100攝氏度，其優(yōu)勢(shì)在于排放高溫預(yù)熱可進(jìn)行綜合利用，易于實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)，燃料利用率高，且不需要采用貴金屬催化劑。但是SOFC工作溫度很高，導(dǎo)致電池啟動(dòng)慢，需要更多的保溫設(shè)備以維持電池高溫。
　　質(zhì)子交換膜型燃料電池采用氟系高分子膜作為電解質(zhì)，工作溫度60-100℃，便于小型化，1997年Ballard建成了3輛質(zhì)子交換膜電池作為能源系統(tǒng)的公交車。質(zhì)子交換膜燃料電池PEMFC的工作溫度為80攝氏度，適用于便攜式電源、機(jī)動(dòng)車電源和中小型發(fā)電系統(tǒng)；燃料電池作為一種輕質(zhì)、高效的動(dòng)力源一直是航天的首選，Apollo飛船從1996年開始采用堿性燃料電池，服役期間累計(jì)運(yùn)行時(shí)間超過10000小時(shí)，表現(xiàn)出良好的可靠性和安全性；美國航天飛機(jī)載有3個(gè)額定功率12 kw的堿性燃料電池，采用液氫、液氧系統(tǒng)，燃料電池產(chǎn)生的水可以供航天員飲用，從1981年到2011年的30年間，燃料電池堆累計(jì)運(yùn)行了101000小時(shí)，可靠性達(dá)到99%以上。