面向便攜式設(shè)備的燃料電池應(yīng)用及市場(chǎng)分析

    燃料電池概述

    雖然自上世紀(jì) 60 年代以來(lái)燃料電池就應(yīng)用于諸如太空探索等特殊領(lǐng)域，但是成本和尺寸因素卻將其排除在眾多的商用產(chǎn)品之外。然而，自上世紀(jì) 90 年代起的諸多研究成果表明燃料電池成為主流技術(shù)的愿景已得到實(shí)現(xiàn)。本文講述了技術(shù)完善和市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)力的融合是如何使便攜式電子產(chǎn)品成為燃料電池首個(gè)潛在的規(guī)模市場(chǎng)。

    燃料電池是一種將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能并以此驅(qū)動(dòng)電子負(fù)載。與有限儲(chǔ)能的電池比較，只要有燃料供應(yīng)燃料電池就能不斷地提供電能。已有許多工作在不同溫度和使用不同燃料的燃料電池問(wèn)世，如氫、甲醇、乙醇和其他等類(lèi)型的燃料電池。相對(duì)其他發(fā)電方式，燃料電池具有清潔、低噪和高效的特點(diǎn)，其系統(tǒng)的輸出功率范圍可以從幾瓦到上百萬(wàn)瓦。這就使得燃料電池能適用于多種應(yīng)用。

    甲醇燃料電池

    雖然氫燃料電池具有輸出功率高和輻射低的優(yōu)點(diǎn)，但其最大的缺點(diǎn)是其低能量密度(每單位容量的儲(chǔ)能數(shù)量)。直接甲醇燃料電池(DMFC)也是一種燃料電池，它使用甲醇作為燃料。甲醇是一種低成本的液體，具有運(yùn)輸和儲(chǔ)存方便的優(yōu)點(diǎn)。因此，幾家公司已公開(kāi)聲明了各自的DMFC開(kāi)發(fā)計(jì)劃，從而加速了DMFC的商業(yè)化。基于這個(gè)原因，DMFC這種將被便攜式市場(chǎng)所采用的技術(shù)將是本文所要評(píng)述的。圖1所示的是一個(gè)通用類(lèi)型的DMFC反應(yīng)原理圖。

    潛在市場(chǎng)和技術(shù)

    采用燃料電池的三大主要市場(chǎng)如表1所示。

    影響因素

    各個(gè)市場(chǎng)中的采用情況可以利用以下六個(gè)因素進(jìn)行分析，它們分別是：

    1.滿意度：終端用戶是否對(duì)使用現(xiàn)有技術(shù)感到滿意？

    2.市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)力：市場(chǎng)變化速度如何？

    3.成本與目標(biāo)：在相同成本的基礎(chǔ)上，燃料電池與其他技術(shù)比較會(huì)怎樣？

    4.耐用性與目標(biāo)：燃料電池具備應(yīng)用所要求耐用性？

    5.監(jiān)管環(huán)境：有監(jiān)管障礙嗎？

    6.燃料基礎(chǔ)設(shè)施：是否已經(jīng)存在？若不存在，該如何去開(kāi)發(fā)？

                                    圖1：DMFC 工作原理

                                    表1：發(fā)電裝置市場(chǎng)情況。

    用戶滿意度

    使用該技術(shù)的終端用戶會(huì)否覺(jué)得不滿意呢？另外，如果新技術(shù)出現(xiàn)，OEM廠商能夠投放新產(chǎn)品嗎？如果能解決上述問(wèn)題，那么這些因素將成為燃料電池改變現(xiàn)有市場(chǎng)格局的良好催化劑。在固定發(fā)電應(yīng)用場(chǎng)合，多數(shù)用戶對(duì)燃料電池的電能效用的可靠性和品質(zhì)似乎比較滿意。即使現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施中出現(xiàn)大規(guī)模改造，但這些效用本身通常是無(wú)需更改的。針對(duì)汽車(chē)應(yīng)用，盡管多數(shù)汽車(chē)用戶意識(shí)到全球變暖的影響及飽受油價(jià)上漲之苦，但他們已習(xí)慣了汽油的模式；由于現(xiàn)在汽車(chē)能安全便捷地載他們到想去之地，因此他們并不特別急切地要使用燃料電池。這與便攜式設(shè)備市場(chǎng)對(duì)燃料電池的需求形成極大反差。

    預(yù)期需求(Run Time Gap)

    近幾年，用戶經(jīng)歷了包括筆記本電腦、手機(jī)和MP3播放器在內(nèi)的便攜設(shè)備的普及。OEM廠商在日漸小型化的產(chǎn)品中添加了更多功能，致使具備高能量密度的鋰電池越來(lái)越多地被使用。然而，由于鋰電池性能已接近極限，這就束縛了便攜式設(shè)備的規(guī)格。因此，OEM廠商不得不放緩新功能產(chǎn)品(如游戲機(jī)、高清顯示屏)的投市步伐。對(duì)眾多終端用戶而言，現(xiàn)有設(shè)備中鋰電池的運(yùn)行時(shí)間都比期望的時(shí)間短很多，更不要說(shuō)用戶渴望的更高端功能產(chǎn)品了。如果燃料電池能極大地超越現(xiàn)有電池性能，則現(xiàn)存這種預(yù)期需求將為燃料電池在便攜市場(chǎng)中的采用提供強(qiáng)有力的市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)力。

    市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)力

    在固定式發(fā)電領(lǐng)域，對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施、發(fā)電設(shè)備以及用戶的高成本生產(chǎn)投資如熱水器和熔爐等進(jìn)行改造或更換的步伐都是非常緩慢的，往往需要幾十年。在汽車(chē)市場(chǎng)，汽車(chē)制造商出于改造成本的考慮同樣會(huì)延續(xù)汽油模式，而其產(chǎn)品也同樣有相當(dāng)長(zhǎng)(5到10年)的使用年限。然而，在便攜式電子產(chǎn)品市場(chǎng)，產(chǎn)品的使用年限要短得多(6個(gè)月到2年)。假如燃料電池能輕易的取代鋰電池，則燃料電池的采用將會(huì)更便捷。另外，諸如筆記本電腦(約1億臺(tái)/年)和手機(jī)(約10億部/年)等龐大市場(chǎng)，也將為燃料電池產(chǎn)品的投放提供強(qiáng)大動(dòng)力，即使只按10%這樣低的采用率來(lái)計(jì)算，也將有數(shù)千萬(wàn)到上億臺(tái)的使用量。

    成本和目標(biāo)

    在固定式發(fā)電市場(chǎng)，燃料電池產(chǎn)生每千瓦功率的成本是使用現(xiàn)有技術(shù)成本的5到10倍；在汽車(chē)市場(chǎng)，這個(gè)成本比例將上升至50到100倍。相反，如果大規(guī)模量產(chǎn)，可以預(yù)見(jiàn)燃料電池能在現(xiàn)有技術(shù)的成本范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)；考慮到相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，燃料電池有潛在的高性能，所以無(wú)論如何都可賣(mài)得一個(gè)更好的價(jià)格。

    耐用性和目標(biāo)

    鑒于固定式發(fā)電和汽車(chē)電源市場(chǎng)分別要求發(fā)電設(shè)備具有高達(dá)8萬(wàn)小時(shí)和2萬(wàn)小時(shí)的使用年限，消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品的短使用年限則意味著針對(duì)電池組的典型要求會(huì)低于3千小時(shí)。假如目前燃料電池的使用年限已在這個(gè)范圍內(nèi)，那么燃料電池可很輕易地滿足便攜式應(yīng)用的需求。然而，在汽車(chē)和固定式應(yīng)用領(lǐng)域，目前的燃料電池技術(shù)水平尚未滿足其使用年限的需求。

    監(jiān)管環(huán)境

    就固定式燃料電池來(lái)說(shuō)，很明顯是需要受到監(jiān)管的。需要為發(fā)電機(jī)并網(wǎng)制定互連標(biāo)準(zhǔn)，而且可能需要針對(duì)火災(zāi)、保險(xiǎn)與建筑用途制定規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于汽車(chē)應(yīng)用，基于氫具有易爆特性以及各種陸地交通工具的廣泛使用，因此氫傳感器和氫儲(chǔ)存裝置需求的規(guī)范則會(huì)更復(fù)雜。

    便攜式燃料電池應(yīng)用規(guī)范的制定正進(jìn)展順利。2004年，聯(lián)合國(guó)針對(duì)燃料電池燃料盒投票表決通過(guò)了一項(xiàng)新的運(yùn)送條例。 2006年，國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)、國(guó)際民航組織(ICAO)和國(guó)際航空運(yùn)輸協(xié)會(huì)(IATA)分別起草了允許在客機(jī)中搭載和使用便攜式燃料電池和燃料盒的新條例。預(yù)計(jì)在2007年底，不同便攜式燃料電池的條例將會(huì)在全球各種主要運(yùn)輸方式中被采用。

    燃料基礎(chǔ)設(shè)施需求

    就固定式燃料電池而言，使用現(xiàn)有的運(yùn)送液體和氣體燃料的基礎(chǔ)設(shè)施也能輕易地為新燃料電池的安裝提供服務(wù)。

    但是，就汽車(chē)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，為經(jīng)營(yíng)其它類(lèi)型燃料(例如氫)而去翻新加油站的成本卻是高昂的。而對(duì)于便攜式產(chǎn)品應(yīng)用來(lái)說(shuō)，主要的香煙打火機(jī)廠商和主要的電池制造商已在世界各地的零售點(diǎn)供配類(lèi)似產(chǎn)品。就甲醇而言，通過(guò)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)很容易就能為便攜燃料電池供應(yīng)燃料盒。

市場(chǎng)采用得分卡

    將六點(diǎn)市場(chǎng)采用因素用下列方法記分并相加而成為一張得分卡：

得分：

1分：該因素將促進(jìn)燃料電池的采用。

0分：該因素對(duì)燃料電池的采用具有不確定影響。

-1分：該因素將抑制燃料電池的采用。

本文小結(jié)

    通過(guò)DMFC這個(gè)受眾人推崇的便攜式燃料電池最為可行的技術(shù)之一的例子，我們可以通過(guò)考慮一系列可能加速或抑制市場(chǎng)采用的因素來(lái)分析燃料電池的潛在市場(chǎng)。如表2所歸納一樣，分析研究表明便攜式設(shè)備市場(chǎng)在中短期內(nèi)定將展現(xiàn)燃料電池的大規(guī)模應(yīng)用的希望。考慮到來(lái)自預(yù)期需求的強(qiáng)大市場(chǎng)推動(dòng)、潛在的市場(chǎng)規(guī)模以及在耐用性和成本方面的技術(shù)的完善，可以預(yù)見(jiàn)不久的將來(lái)就會(huì)有商業(yè)化產(chǎn)品問(wèn)世。

                           表2：燃料電池的市場(chǎng)采用狀況得分