燃料電池產業(yè)發(fā)展前景分析

1、燃料電池產業(yè)發(fā)展前景分析 2009年09月09日 作者：尤如瑾 來源：中國電源博覽 編輯：樊曉琳 產業(yè)發(fā)展背景現階段世界能源利用多偏重于化石燃料，但化石燃料的蘊藏量開采終有耗竭的一天；根據IEA估計，全球蘊藏的原油平均開采年限僅約41年、天然氣約62年。因此在后石油時代，全球經濟發(fā)展勢必將面臨高油價的威脅，事實上，2005年國際原油價格已突破歷史新高達到每桶60美元以上，而高油價會導致發(fā)電成本上升；基此，世界主要國家多積極研發(fā)新能源科技，尋找替代能源。此外，世界化石燃料礦藏多集中于中東、俄羅斯等少數地區(qū)。其能源供應穩(wěn)定性堪慮，使得進口能源依賴度高的國家和地區(qū)，在能源安全的考量下，發(fā)展替代能源產

2、業(yè)已成當務之急。尤有甚者，抑制全球溫室氣體（Green House Gas,GHG）排放的京都議定書已于2005年2月16日正式和效，截至2005年底，全球已有包括歐盟、日本等157個國家和區(qū)域經濟體正式批準：預計在2008年2012年期間，先進國家的二氧化碳等溫室氣體排放量要在1990年的基礎上平均削減5.2%，因此未來全球化石燃料能源價格將因課征碳稅或付出排放權交易成本而大幅上揚，勢必使得傳統石油、燃煤、火力等高污染發(fā)電方式受到限制；反觀氫能等乾凈能源發(fā)電技術則將在各國政府獎勵與技術不斷進步下，愈來愈具成本競爭力。氫能的使用具有零排放特性，且能源密極度高，因此取代化石燃料成為未來世界主流能

3、源載體（Energy Carrier）的潛力相當看好。而現階段世界氫能的利用，多以透過燃料電池來體現。燃料電池系利用氫和氧進行化學反應來產生電力，應用市場廣泛：由于氫燃料可大量取得，且具有可儲存特性，就連太陽能、風力、生質能等均可轉化為氫能加以儲存，再供應給燃料電池系統使用，參考圖1：由于燃料電池發(fā)電過程中也會產生熱能，可供應住宅用熱水，致使系統整體（熱電總和）能源效率可高達60-80%。因此，氫燃料電池系統所具備的穩(wěn)定性、實用性、高能源效率，可說優(yōu)于再生能源等間歇性發(fā)電裝置與內燃引擎發(fā)電機等其他分散式電源系統。圖1 利用風力電解制氫并與燃料電池系統整合的概念另外，氫燃料電池車輛的燃油經濟性（

4、每加侖汽油跑的英哩數）約為傳統汽油車的3倍，并超過汽油復合動力車的1.5倍，參考圖2；且車輛運轉時副產品只有水，不會造成任何污染，因此被美國等先進國家視為深具市場潛力的乾凈能源車輛，認為長期終將取代汽/柴油車輛。圖2 各種先進車輛技術的相對燃油經濟性比較另一方面，近年來便攜式電子產品在具備多媒體及強大運算能力的要求下，對電力需求將不斷上升：Boston Consulting Group預期至2010年，便攜式電子產品的電力需求約將增為2001年時的8倍，不過以既有小型二次電池的技術能力，同期間所能供應的電池能源密集度也只能成長1倍，屆時電力供需之間存在著很大的run time gap，因此市場

5、及需像燃料電池這種可支應4C產品長效運轉的電力供應系統。例如，直接甲醇燃料電池（Direct Methanol Fuel Cell,DMFC）的能量密度可達1,200Wh/kg，約為目前鋰離子電池10倍，使手機待機時間可長達3050天；且未來若可藉由便利商店補充燃料盒，使用便利性高，并可大幅縮短充電時間，由目前約2小時降為補充燃料數分鐘即可。因此，非常有機會取代現有的鋰二次電池系統。基于上述各項有利因素，有些專家大膽預測氫燃料電池將引發(fā)第三次工業(yè)革命，創(chuàng)造新的產業(yè)經濟結構，其將衍生的龐大經濟利益不容世人忽視，因此成為當前先進國家極力發(fā)展的明星科技產業(yè)之一。產業(yè)發(fā)展現況燃料電池應用范圍涵蓋分散式

6、發(fā)電系統、運輸工具、機器人、產業(yè)用搬運工具、便攜式電子產品等，主要技術類型可分為：600以上高溫操作的熔融碳酸鹽燃料電池（Molten Carbon Fuel Cell，MCFC）、固體氧化物燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）及200以下較低溫操作的堿性燃料電池（Alkaline Fuel Cell，AFC）、磷酸型燃料電池（Phosphoric Acid Fuel Cell，PAFC）、質子交換膜燃料電池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC）、直接甲醇燃料電池等。各種燃料電池的發(fā)電效率與主要應用市場，參考圖3。圖3

7、主要燃料電池特性與核心應用市場世界主要國家看好這一綠色能源的發(fā)展前景，每年投入巨額研發(fā)經費于氫能與燃料電池技術的開發(fā)，2004年全球政府/民間氫能與燃料電池研發(fā)支出大約40億美元，其中民間投資（主要為國際汽車大廠）約占72%，顯示企業(yè)界對此新能源技術發(fā)展相當重視。僅管如此，燃料電池距離商業(yè)化普及階段仍有一段路要走：從最早商業(yè)化的磷酸型燃料電池開始，截至目前僅有少量商品上市，參考表1。累計至2005年，全球約有115個加氫站，350輛燃料電池汽車試驗運轉中：并有將近4千臺定置型燃料電池系統，發(fā)電容量大于156MW及約9，000個便攜式燃料電池系統。截至2005年，總計世界燃料電池系統產量已達14

8、,500臺，較前一年大幅增加32%，參考圖4。表1圖4 世界燃料電池系統累計產量市場發(fā)展趨勢自2003年美國布什政府推動氫燃料計劃（Hydrogen Fuel Initiative）以來，氫燃料電池成本已下降50%以上。2006年，布什政府又宣示將在2025年前發(fā)展先進替代能源以取代75%自中東進口石油的國家目標，預計FY2007年將投入289百萬美元，較前一年度增加53百萬美元，以加速開發(fā)氫燃料電池與氫能動力車輛。在美國領銜持續(xù)致力技術研發(fā)與示范推廣下，預期2010年后燃料電池商業(yè)化市場將會急劇成長。有關各種燃料電池應用產品的市場需求特性與導入時期推測，參考表2。表2根據Freedonia Group 公司預測，世界燃料電池的市場需求將由2004年3.75億美元，成長為2009年約25.8億美元，預計至2014年，世界燃料電池系統需求值可成長為135.5億美元，復合平均年增率43%；其中以發(fā)電系統市占率51.7%最高，其次為便攜式電子產品占25.9%，并以便攜式電子產品的需求值平均年增率64.6%成長速度最快。至于燃料電池技術類型，目前以質子交換膜燃料電池（Proton Ex