PDF《氢能源产业：燃料电池引领氢》

5 图4:燃料电池工作原理.6 图5:燃料电池内部结构.6 图6:氢燃料电池产业链示意图.6 图7:燃料电池成本下降趋势预测.8 图8:全球氢工业市场规模

2017 年增至

2515 亿美元.9 图9:中国工业氢气的产量与需求量变化图

9 图10:氢气在氯碱产业链中的位置

11 图11:PDH 流程示意图

12 图12:煤气化制氢工艺流程简图

14 图13:水蒸气重整天然气制氢工艺流程图

15 图14:PEM 电解槽具有最高的电流密度和操作范围.16 图15:未来制氢来源占比预测

18 图16:制氢技术发展路线

20 图17:日本制氢工业不同工艺路线占比

20 P4 东兴证券深度报告 氢能源产业:燃料电池引领氢能开发利用 敬请参阅报告结尾处的免责声明 东方财智 兴盛之源 1. 产业链下游燃料电池车引领氢能的开发利用 1.1 氢能开发利用是能源清洁化的大势所趋 纵观能源的发展历史,从最初使用固态的木柴、煤炭,到液态的石油,直至气态的天 然气,不难看出其 H/C 比提高的趋势和固-液-气形式的渐变过程.木柴的氢碳比在到 1:3~10 之间,煤为 1:1,石油为 2:1,天然气为 4:1.在18 世纪中叶至今,氢碳比 上升超过

6 倍.每一次能源的 脱碳 都会推动人类社会的进步和文明程度的提高, 可以预见未来能源利用形式中,氢能的占比将会继续提高. 图1:全球能源体系转型 资料来源:CNKI、东兴证券研究所 氢虽然主要用作化工基础原料,但在能源转型过程中,其更重要的是作为一种清洁能 源和良好的能源载体,具有清洁高效、可储能、可运输、应用场景丰富等特点.氢能 能够帮助工业、建筑、交通等主要终端应用领域实现低碳化,包括作为燃料电池汽车 应用于交通运输领域,作为储能介质支持大规模可再生能源的整合和发电,应用于分 布式发电或热电联产为建筑提供电和热,为工业领域直接提供清洁的能源或原料等. 1.2 氢能源产业链介绍及发展历程 在氢能源产业链中,上游是氢气的制取、运输和储藏,在加氢站对氢燃料电池系统进 行氢气的加注;

中游是电堆等关键零部件的生产,将电堆和配件两大部分进行集成, 形成氢燃料电池系统;

在下游应用层面,主要有交通运输、便携式电源和固定式电源 三个方向. 图2:氢能源产业链示意图 东兴证券深度报告 氢能源产业:燃料电池引领氢能开发利用 P5 敬请参阅报告结尾处的免责声明 东方财智 兴盛之源 资料来源:亿华通、东兴证券研究所

19 世纪

30 年代,人们提出了燃料电池的初步构想.此后,随着技术的发展,不同级 别的燃料电池问世,并逐步由军用推广至民用领域.自20 世纪后半段开始,各大汽 车厂商纷纷开展了燃料电池汽车的研究,其中尤其以日本最为领先.目前全世界已有 多种高性能燃料电池汽车产品,初步进入了商业化应用阶段. 图3:燃料电池及燃料电池汽车技术发展历程 资料来源:CNKI、东兴证券研究所 1.3 制氢产业发展主要依赖产业链下游燃料电池车对需求的拉动 1.3.1 燃料电池的基本概念、原理和分类 燃料电池是一种以电化学反应方式将燃料与氧化剂的化学能转变为电能的能量转换 装置.燃料电池发电原理与原电池类似,实质是燃料气体和氧化剂发生电化学反应, 可看作是另一种 燃烧反应 ;

但与原电池和二次电池比较,需要具备相对复杂的系 统,通常包括燃料供应、氧化剂供应、水热管理及电控等子系统,工作方式与内燃机 类似.理论上只要外部不断供给燃料与氧化剂,燃料电池就可以持续发电. P6 东兴证券深度报告 氢能源产业:燃料电池引领氢能开发利用 敬请参阅报告结尾处的免责声明 东方财智 兴盛之源 图4:燃料电池工作原理 图5:燃料电池内部结构 资料来源:CNKI,东兴证券研究所 资料来源:CNKI,东兴证券研究所 根据电解质的不同,燃料电池可分为碱性燃料电池(AFC) 、质子交换膜燃料电池 (PEMFC) 、磷酸燃料电池(PAFC) 、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC) 、固体氧化物燃料电 池(SOFC)等多种类型,其使用的燃料和适应的应用场景各有不同,其中质子交换膜 燃料电池具有高比功率、 可快速启动、 无腐蚀性、 反应温度低、 氧化剂需求低等优势, 是当前燃料电池汽车的首选. 表1:燃料电池主要分类、优缺点及适合应用范围 种类 AFC PEMFC PAFC MCFC SOFC 电解质 KOH 溶液 聚合物 磷酸 K-/LiCO3 Y2O3/ZrO2 温度 60℃ 80-100℃ 190℃ 650℃ >