面向便攜式設(shè)備的燃料電池應(yīng)用及市場分析

    燃料電池概述

    雖然自上世紀(jì) 60 年代以來燃料電池就應(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。

    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世，如氫、甲醇、乙醇和其他等類型的燃料電池。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，幾家公司已公開聲明了各自的DMFC開發(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)通用類型的DMFC反應(yīng)原理圖。

    潛在市場和技術(shù)

    采用燃料電池的三大主要市場如表1所示。

    影響因素

    各個(gè)市場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.市場驅(qū)動(dòng)力：市場變化速度如何？

    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，該如何去開發(fā)？

                                    圖1：DMFC 工作原理

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

    用戶滿意度

    使用該技術(shù)的終端用戶會(huì)否覺得不滿意呢？另外，如果新技術(shù)出現(xiàn)，OEM廠商能夠投放新產(chǎn)品嗎？如果能解決上述問題，那么這些因素將成為燃料電池改變現(xiàn)有市場格局的良好催化劑。在固定發(fā)電應(yīng)用場合，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需更改的。針對(duì)汽車應(yīng)用，盡管多數(shù)汽車用戶意識(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中的采用提供強(qiáng)有力的市場驅(qū)動(dòng)力。

    市場驅(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。在汽車市場，汽車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(5到10年)的使用年限。然而，在便攜式電子產(chǎn)品市場，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，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%這樣低的采用率來計(jì)算，也將有數(shù)千萬到上億臺(tái)的使用量。

    成本和目標(biāo)

    在固定式發(fā)電市場，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；在汽車市場，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，所以無論如何都可賣得一個(gè)更好的價(jià)格。

    耐用性和目標(biāo)

    鑒于固定式發(fā)電和汽車電源市場分別要求發(fā)電設(shè)備具有高達(dá)8萬小時(shí)和2萬小時(shí)的使用年限，消費(fèi)類電子產(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說，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)合國針對(duì)燃料電池燃料盒投票表決通過了一項(xiàng)新的運(yùn)送條例。 2006年，國際電工委員會(huì)(IEC)、國際民航組織(ICAO)和國際航空運(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，就汽車應(yīng)用來說，為經(jīng)營其它類型燃料(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)用來說，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)供配類似產(chǎn)品。就甲醇而言，通過現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)很容易就能為便攜燃料電池供應(yīng)燃料盒。

市場采用得分卡

    將六點(diǎn)市場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，我們可以通過考慮一系列可能加速或抑制市場采用的因素來分析燃料電池的潛在市場。如表2所歸納一樣，分析研究表明便攜式設(shè)備市場在中短期內(nèi)定將展現(xiàn)燃料電池的大規(guī)模應(yīng)用的希望。考慮到來自預(yù)期需求的強(qiáng)大市場推動(dòng)、潛在的市場規(guī)模以及在耐用性和成本方面的技術(shù)的完善，可以預(yù)見不久的將來就會(huì)有商業(yè)化產(chǎn)品問世。

                           表2：燃料電池的市場采用狀況得分