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2023年氢能源在商用车领域的应用分析.pdf
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1、2023年2月电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院01.氢能产业发展02.氢燃料电池汽车应用电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院PART01氢能产业发展电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院氢能是未来能源体系变革过程中不可或
2、缺的一环n 氢能是清洁、低碳能源,在使用过程中不产生额外污染,也不产生CO2排放。按照氢能的制取方式,可将氢能划分为灰氢、蓝氢和绿氢:其中:灰氢:从化石燃料制取的氢气,碳排放强度高;蓝氢:化石燃料制氢+CCS(即碳捕集技术)制取的氢气,碳排放强度低;绿氢:可再生能源电解水制取的氢气,几乎没有碳排放。n 氢能是低碳经济的重要组成部分,虽然部分制氢过程可能产生碳排放,但未来随着绿氢的推广,氢能产业的碳排放预计将显著减少,有助于实现双碳目标。据IEA预测,2021-2050年,氢能在全球降碳行动中的累计贡献度为6%。碳碳排排放放强强度度划划分分(由由高高到到低低)灰氢碳排放强度高化石燃料制取蓝氢碳排
3、放强度低化石燃料制取+CCS绿氢几乎没有碳排放可再生能源电解水制取35%19%13%11%11%6%5%可再生能源电动化科技进步碳捕捉技术(CCUS)行为和需求变化氢能减少煤炭、石油利用2021-2050年多种降碳方式的累计贡献度(全球)资料来源:公开数据整理;嘉世咨询电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院供应链完善,氢能应用前景广阔,发展潜力较大n 氢能的应用场景较为丰富。上游氢气制取的方式包括化石能源制氢、工业副产提纯制氢、电解水制氢等,氢气运输的方式包括道路车辆、铁
4、路、船舶、管道运输等,加氢站是氢能大规模应用的关键性基础设施,氢能的终端应用领域包括交通、工业、电力、建筑等。上游:氢生产与供应中游:燃料电池及核心零部件下游:燃料电池应用氢制取氢储运加氢站化石重整(煤、天然气)电解水高压气氢拖车液氢槽车加氢机压缩机储氢瓶组工业副产(焦炉煤气、化肥氯碱轻烃工业)变压吸附PSA装置储氢瓶管道气氢卸氢机站控系统、管道&阀门氮气汇流排燃料电池电堆燃料电池系统配件质子交换膜铂基催化剂双极板空气压缩机各种电磁阀及管路加湿器DC/DC储氢瓶碳纸/碳布膜电极密封垫片压力调节阀稳压罐氢气循环泵或引射器传感器增湿器交通领域物流车重型卡车船舶飞机固定式电源/电站天然气掺氢氢能冶金
5、工业与能源领域天然气掺氢微型热电联供建筑领域乘用车专用车大型客车有轨电车资料来源:公开数据整理;嘉世咨询电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院政策发力,氢能是未来国家能源体系的重要组成部分n自2019年氢能首次被写入政府工作报告以来,我国各部委密集出台各项氢能支持政策,内容涉及氢能制储输用加全链条关键技术攻关、氢能示范应用、基础设施建设等;n2022年3月,国家发展改革委、国家能源局联合印发氢能产业发展中长期规划(2021-2035年),以实现“双碳”目标为总体方向,明确
6、了氢能是未来国家能源体系的重要组成部分,提出了氢能产业的三个五年阶段性发展目标,同时也明确了氢能是战略性新兴产业的重点方向,氢能产业上升至国家能源战略高度。发布时间发布机构政策文件政策解读2022.06发改委、国家能源局等9部门联合印发“十四五”可再生能源发展规划内容:推动光伏治沙、可再生能源制氢和多能互补开发;推动可再生能源规模化制氢利用。意义:明确要推动可再生能源规模化制复利用,为“十 四 五”期间氢能产业的发展明确了方向。2022.03发改委、国家能源局氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)内容:分析了我国氢能产业的发展现状,明确了氢能在我国能源绿色低碳转型中的战略定位、总体要求
7、和发展目标,提出了氢能创新体系、基础设施、多元应用、政策保障、组织实施等方面的具体规划。意义:氢能上升至国家能源战路高度。2021.11国家能源局、科技部“十四五”能源领域科技创新规划内容:攻克高效氢气制备、储运、加注和燃料电池关键技术,推动氢能与可再生能源融合发展。意义:就氢能制储输用全链条关键技术提供了创新指引,为氢能的示范应用和安全发展提供了重要指导。2021.10国务院2030年前碳达峰行动方案内容:积极扩大电力、氢能、天然气等新能源、清洁能源在交通运输领域应用。意义:明确了氢能对实现碳达峰碳中和的重要意义。2021.03第十三届全国人大中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划
8、和2035年远景目标纲要内容:在氢能与储能等前沿科技和产业变革领域,组织实施未来产业孵化与加速计划,谋划布局一批未来产业。意义:氢能作为国家前瞻谋划的六大未来产业之一-写 入“十四五”划。2020.12发改委、商务部鼓励外商投资产业目录(2020年版)内容:氢能与燃料电池全产业链被纳入鼓励外商投资的范围。意义:产业对外开放程度提高2020.04国家能源局中华人民共和国能源法(征求意见稿)内容:能源,是指产生热能、机械能、电能核能和化学能等能量的资源,主要包括煤炭、石油、天然气、核能、氢能等。意义:首次将氢能列入能源范畴,从法律层面明确了氢能的能源地位。2019.03国务院政府工作报告内容:稳定
9、汽车消费,继续执行新能源汽车购置优惠政策,推动充电加氢等设施建设。意义:氢能首次被写入政府工作报告。电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院多地积极布局氢能产业,整体呈现集群化发展态势n 截至目前,全国20多个省份已发布氢能规划和指导意见共计200余份。全产业链规模以上工业企业超过300家,集中分布在长三角、粤港澳大湾区、环渤海三大区域,氢能产业呈现集群化发展态势。长三角地区是我国氢燃料研发是示范最早的区域,以上海为中心,辐射苏州、宁波、嘉兴、南通、六安等城市,在氢气制取、
10、氢燃料电池系统关键零部件研发方面稳步推进,重点企业包括富瑞特装、舜华新能源、氢枫等。珠三角地区在燃料电池商用车生产建立了成熟的产业链,在加氢站建设方面领先全国,形成了佛山、广州、深圳三大氢燃料电池汽车创新核心区,重点企业包括鸿达兴业、雄韬股份等环渤海地区较早开展工业副产气制氢、产业链关键零部件研发和燃料汽车大规模应用示范,以北京为轴,聚集多个业内领先的科研机构和龙头企业,形成了张家口、济南潍坊、大连等几大产业集聚区,重点企业包括亿华通、国家能源集团、中国石油等电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行
11、业研究院电车资源行业研究院氢能建设形成五大示范城市群n 2021年8月,财政部、工信部、科技部、发改委、能源局联合发布关于开展燃料电池汽车示范应用的通知燃料电池示范城市群政策正式落地,首批京津冀城市群、上海城市群、广东城市群获批。2022年初,第二批示范城市群河南城市群、河北城市群获批。112345京津冀示范城市群北京滨州天津唐山保定上海示范城市群上海苏州嘉兴南通广东示范城市群中山广州东莞深圳福州珠海阳江佛山河南示范城市群安阳郑州张家口新乡开封潍坊洛阳焦作辛集河北示范城市群雄安保定聊城定州邯郸秦皇岛唐山乌海2345电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源
12、行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院氢能产业格局初步形成,关键核心技术待突破n 目前,中国已初步掌握氢能制备、储运、加氢、燃料电池和系统集成等主要技术和生产工艺,在部分区域实现燃料电池汽车小规模示范应用。在制、储、输、加、用等全产业链规模以上工业企业超过300家,集中分布在长三角、粤港澳大湾区、京津冀等区域。中游下游制氢、储运、加注燃料电池系统应用领域上游化石能源制氢、工业副产氢、水电解法制氢、热化学制氢.制备储、运加注主要零部件质子交换膜、气体扩散层、金属/石墨双极板、端板、集流板、密封圈等燃料电池电堆交通运输发电特种领域各能源.燃料电池汽车潜艇
13、船舶等发电站家庭用电等无人机航空航天等应急能源通信基站等电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院下游氢能利用:工业最大,其次交通n 到2060年我国氢气利用结构中工业占比最大(约占60%),其次为交通(31%)。利用于工业领域,如炼油、氨生产、炼钢等,氢不仅可以当作能源亦可以当作燃料实现大规模应用。其次氢能凭借其高储能、高效释放和优秀燃料电池等特性,将有31%用于交通领域下,尤其在商用车、重型卡车中替代率高。工业领域交通领域建筑及其他到2060年氢气利用结构实际氢能用量(亿
14、吨)等价煤炭用量热值对比(单位:MJ/KG)氢气142.4:煤炭20.9碳排放量化石燃料燃烧排放2.64吨CO2/吨标60%31%9%7.804.031.1753.0727.567.96141.1072.7621.01资料来源:公开数据整理;嘉世咨询电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院氢能产业的三大发展趋势绿 色 制 氢、氢 燃 料 电池 关 键 材 料、加 氢 站设 备 国 产 化 将 成 为 氢能 行 业 热 门 赛 道随着下游应用需求不断释放,已有超过三分之一的央
15、企在制定包括制氢、储氢、加氢、用氢等全产业链的布局。央企入局能产生强有力带动作用,推动我国氢能科技迭代创新0102氢 能 区 域 产 业 布 局 快速 形 成氢能产业布局与区域资源禀赋高度相关,且短期内氢能长距离、大规模储运的成本瓶颈依然存在。预计在产业发展初期阶段,各地将优先打造区域内产业生态,随着产业进一步成熟,区域之间通过输氢管道等基础设施,由近及远连接形成全国性网络。03氢 能 有 望 在 交 通 运 输领 域 率 先 实 现 商 业 化短期内,中国氢能应用的需求增量可能主要来自交通运输领域,氢燃料电池汽车的大规模推广成为关键驱动力。长期来看,工业领域有望成为氢能应用的第一大领域,需求
16、会在政策推动和技术进步下进一步释放。电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院燃料电池是氢能利用主要途径,具备竞争优势n 用氢环节上,燃料电池是氢能利用的主要途径。燃料电池本质是水电解的“逆”装置,直接将化学能转化为电能,具有无需燃烧、功率密度高等特点。n 按其电解质不同,常用的燃料电池包括质子交换膜燃料电池(PEMFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)和磷酸燃料电池(PAFC)等。质子交换膜燃料技术是迅速发展起来的启动最快、寿命最长、能量转换效率高、应用场景广泛的第五代燃料
17、电池,也是现阶段燃料电池汽车厂商普遍采用的燃料电池技术。资料来源:公开数据整理;嘉世咨询各类燃料电池特性对比电池类型质子交换膜燃料电池(PEMFC)固体氧化物燃料电池(SOFC)磷酸燃料电池(PAFC)催化剂铂系金属无铂系金属发电效率(%)40-505040腐蚀性无弱强电解质质子可渗透膜YSZH3PO4优点启动快、无污染、能量转换较率高、寿命长,功率范围宽对燃料要求低、发电效率高、无须催化剂构造简单、稳定、电解质挥发度低、技术成熟缺点需要铂系金属催化剂启动慢,工作温度高发电效率低,酸性电解质具有腐蚀性,需要铂系金属催化剂主要应用领域电动汽车、移动电源、航天、潜艇洁净电站大规模发电等大型商用分布
18、式发电局部独立供电供热、大型商用分布式发电电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院电车资源行业研究院氢燃料电池系统主要由电堆和系统部件组成n 氢燃料电池是通过氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置,实现氢能的移动化、轻量化和大规模普及,可广泛应用于交通、工业、建筑、军事等领域。但只有燃料电池本体还不能工作,必须有一套相应的辅助系统构成燃料电池系统。而氢燃料电池系统为各核心零部件的集成,主要由电堆和系统配件组成。电堆是整个电池系统的核心,包括由膜电极、双极板构成的各电池单元以及急流板、端板
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