Итоги использования топливных ячеек

В 2010 году объёмы поставки топливных элементов выросли на 40%, достигая уровня почти 230000 штук. Портативные топливные элементы составили 95% от общего оборота и свыше 97% были проданы в 2010 году с применением технологии МОПТЭ. Сравнение показателей с 2007 года позволяет заметить значительный ежегодный рост, включая показатели кривых за прошедший период.

Технология производства топливных элементов предлагает лучшие из когда-либо существовавших универсальных решений в области энергетики. Считается, что они вытеснят ряд источников энергии от батарей до двигателей внутреннего сгорания различных сфер применения от домашнего отопления до зарядных устройств мобильных телефонов и автомобилей. Вид топлива, на котором работают топливные элементы, также отличает их от конкурирующих решений. В то время, как двигатели внутреннего сгорания ограничиваются несколькими видами жидкого топлива, а батареям для подзарядки требуется электричество, топливные элементы могут работать на любом топливе, которое служит источником водорода. Это предоставляет широкие возможности данной технологии от непосредственного применения в инфраструктуре природного газа до использования отработанного водорода на химических заводах, а также биогаза с полигонов промышленных отходов.

Преимущества, которыми обладают топливные элементы, зачастую превосходят достоинства стандартных технологий, таким образом, со временем чаша предпочтения склоняется к использованию электролитных элементов, работающих на специализированном топливе. Они применяются в портативных ПОМТЭ, а топливные элементы с высокой степенью теплостойкости - в энергетических системах, где побочное тепло может служить для отопления помещений и производства пара, значительно увеличивая производительность системы.

В процессе расширения сфер применения сохраняется тенденция к увеличению технологических различий, проекты развития становятся коммерчески выгодными, а появление новых решений в сфере топливных элементов определяет области, где они наиболее востребованы на теплоэнергетическом рынке.

Каждый сектор конечных потребителей обладает своей движущей силой и барьерами, которые и определяют степень проникновения топливных элементов на соответствующем рынке. Результаты по миру можно разделить по секторам, где во внимание принимается оба числовых показателя и количество потребляемых мегаватт в каждом отдельном случае. Таким образом, можно предложить на рассмотрение два направления: место, где реализация топливных элементов наиболее экономически выгодна, и выбор наиболее подходящего вида топлива.

Поставки стационарных топливных элементов в 2010 году по сравнению с 2009 выросли на 10%, достигая уровня 7400 штук. Они применяются в установках комбинированного производства электроэнергии и тепла и системах бесперебойного энергоснабжения, а также в мощных электрических системах. Основные области использования - это районы, позволяющие осуществлять энергоснабжение по специальному льготному тарифу или за счёт субсидирования. С учётом общей выработки электроэнергии (от 30 до 35 МВт в год), данная схема применения считается достаточно стабильной. В 2007 году на стационарный сектор приходилось 83% от общего объёма произведенной электроэнергии; сейчас благодаря увеличению транспортного сектора показатель увеличился до 40%.

В сравнительно небольшом стационарном секторе (≤10 кВт), преобладают микросистемы комбинированного производства электроэнергии и тепла с применением топливных элементов, количество которых в 2010 году в 7 раз превышает показатель для систем бесперебойного энергоснабжения.

Региональное развитие влияет на производство топливных элементов в целом, включая изменения в отраслевых ассоциациях, совместные проекты, субсидирование и государственное финансирование. Рассматривая поставку топливных элементов с точки зрения района применения, с 2009 года аналитики расценивает Европу, как своего основного покупателя, осуществляя поставки в регион экспериментальных образцов топливных элементов. После Европы следует Северная Америка (2 место) и Азия (3 место). География поставок расширится по итогам 2011 года. При пересчёте на МВт Северная Америка и Азия удерживают лидирующие позиции уже в течение 5 последних лет за счёт преобладания стационарных систем в этих регионах. Общий показатель двух стран составляет 85% от общего количества за 2007 год.

Процесс развития технологии на региональных рынках обуславливается расширением областей применения топливных элементов. Например технологии, применяемые в погрузо-разгрузочных операциях и системах бесперебойного питания, которые до настоящего времени функционировали в США, внедряются и в другие регионы, в то время, как микросистемы комбинированного производства электроэнергии и тепла, столь популярные в Азии, поставляются в Европу. Рынок топливных элементов становится действительно глобальным и его возможности будут использованы и в других регионах.

Интерес всего мира к топливным элементам постоянно возрастает, что отражается в резком увеличении государственных расходов и расходов частного сектора в период с 1990-х годов. Инвестиции правительства США в сферу развития топливных технологий и НИОКР за 6 отчётных лет с 2004 по 2009 достигли 1.5 миллиардов долларов, в то время как размер инвестиций в Японии и Европе составил 383 миллиона долларов в 2009 году, 625 миллионов долларов за последние пять лет и 744 миллиона за последние 8 лет соответственно. Правительство Японии вкладывает деньги в основном в сферу производства и поставок топливных элементов, тратя в среднем 295 миллионов долларов ежегодно в течение последних 5 лет. Помимо исследовательской деятельности, Министерство экономики, торговли и промышленности Японии вместе с промышленным сектором поставило более 60 транспортных средств на основе топливных элементов и свыше 3300 стационарных топливных элементов для жилого сектора. В марте 2010 года Япония огласила свои планы на строительство 1000 водородных станций и производство 2 миллионов транспортных средств на основе топливных элементов к 2025 году. В связи с этим была учреждена Ассоциация из 13 компаний, основной целью которой стало создание обширной инфраструктуры.

В октябре 2008 года Еврокомиссия потратила 1 миллиард евро (1.3 миллиарда долларов) на запуск программы шестилетней общественно-государственной инициативы по развитию технологий производства топливных элементов и водородных станций с целью определения данного направления в качестве основного в Европе. В последние годы в Германии приняли Национальную программу инноваций в сфере производства топливных элементов и водородных технологий, на которую будет потрачено в период с 2008 по 2016 1 миллиард долларов. Германия также высказала намерение построить 150 водородных станций к 2013 году и довести их количество до 1000 к 2017. Корея заявила о своём стратегическом плане стать мировым лидером в сфере производства топливных элементов, осуществлять 20% всех поставок и создать 560000 рабочих мест. В связи с поддержанием данной инициативы государство взяло обязательство оплатить 80% стоимости топливных элементов, применяемых в жилом секторе.

Частный сектор промышленности также оказывает материальную поддержку мировому рынку топливных элементов. Недавнее исследование производства топливных элементов показало, что затраты частного сектора на НИОКР составили около 830 миллионов долларов и обеспечили около 9000 рабочих мест в 2006 году.

Новые возможности в продвижении топливных элементов наметились в течение последних 5 лет. Данная продукция продается на рынке без субсидирования. В период с 2005 по 2011 год было реализовано свыше 700000 топливных элементов. Показатель практического применения в сфере мобильных, стационарных и транспортных систем имеет тенденцию к росту и укрепления позиций в различных областях. К 2015 году, по скромным подсчётам, в стационарном/транспортном секторе объём продаж топливных элементов увеличится до 25 000 штук в год, а возможно и более.

* ПРИМЕЧАНИЕ:

PEMFC – nопливные элементы с мембраной обмена протонов (МОПТЭ)
DMFC – nопливные элементы с прямым окислением метанола (ПОМТЭ)
PAFC – nопливные элементы на основе фосфорной кислоты (ФКТЭ)
SOFC – nвердооксидные топливные элементы (ТОТЭ)
MCFC – nопливные элементы на расплаве карбоната (РКТЭ)
AFC – oелочные топливные элементы (ЩТЭ)

За пятилетний период мобильные поставки сопровождались продажей топливных элементов применительно к сфере развлечений. Объёмы поставки переносных устройств значительно выросли за 2009 год наряду с продажами потребительских товаров таких, как игрушки и обучающие устройства на основе топливных элементов. В меньшей степени, объём поставок возрос за счёт запуска в тот же год производства портативных электрических устройств. Поставки стационарных топливных элементов постепенно снижались, начиная с 2007 года, наряду с внедрением микросистем комбинированного производства электричества и тепла, особенно в Азии, и систем бесперебойного питания в Северной Америке. В транспортной сфере осуществлялись поставки тысяч энергетических систем на основе топливных элементов, в частности, со стартом масштабных демонстрационных программ начиная с 2008/2009 года.

С 2009 года Европа стала основным регионом внедрения топливных элементов, показателем чего служит появление огромного количества игрушек и вспомогательных энергетичиских установок на основе топливных элементов. В тот же период в Северной Америке отмечается стремительный рост темпов применения технологических инноваций, а также начало функционирования автомобильных и автобусных применений источников электроэнергии на топливных элементах, рост продаж портативных топливных элементов и поставок стационарных источников питания и систем бесперебойного питания. В Азии рост темпов внедрения был отмечен в 2008/2009 годах с началом применения японских микросистем комбинированного производства электричества и тепла на основе топливных элементов.

В пересчете на количество до 2008 года топливные ячейки ПОМТЭ стали лидером среди технологий благодаря своему применению в переносных и портативных устройствах. Затем использование устройств на МОПТЭ стало более популярным. Данная технология лидирует среди остальных технологий топливных элем ентов поь количеству проданных устройств, так как применяется в игрушках, небольших стационарных и транспортных устройствах.

В пересчёте на МВт, стационарные источники энергии остаются самыми востребованными, указывая на огромное количество поставляемых в Азию стационарных установок наряду с микросистем комбинированного производства электричества и тепла. Влияние транспортировки материалов и демонстрационных программ для транспортных применений можно проследить, начиная с 2009 года, когда был отмечено резкое увеличение индекса потребления мегаватт в транспортном секторе. Хотя портативные топливные элементы имеют огромное значение в сфере поставки устройств, благодаря их небольшому размеру, они не менее важны в сфере поставки МВт.

Последние пять лет Северная Америка и Азия борются за звание региона, лидирующего в области поставок МВт. Это большей частью объясняется преобладанием в регионах стационарных источников энергии, систем комбинированного производства электричества и тепла и систем бесперебойного питания. США и Южная Корея в последние годы лидируют по масштабам применения стационарных многоваттных устройств.

Технология МОПТЭ широко используется в различных сегментах, таких как транспортный и стационарный, и в будущем может достичь показателя в тысячи КВт. Таким образом с 2008 года МОПТЭ занимает первое место по индексу МВт. Благодаря большому количеству ФКТЭ, РКТЭ и ТОТЭ, уровень потребления МВт не соответствует количеству поставляемых устройств.

Существует реальная возможность потенциального увеличения рабочих мест в связи с широким применением топливных элементов на территории США. Исследования DOE показало, что проникновение топливных элементов на мировой рынок может способствовать реконструкции промышленного сектора и предоставить более 180000 новых рабочих мест к 2020, и более 675000 рабочих мест к 2035. Отдельное исследование, проведённое Американским обществом солнечной энергетики, обозначило преимущества технологических инноваций, а также подсчитало, что к 2030 ежегодный доход от продаж топливных и водородных элементов может составить 81 миллиард долларов, а количество рабочих мест (штатных и удалённых сотрудников) предположительно составит 900000. Приведённые прогнозы – результат самых скромных подсчётов, основанных на реальных экономических и технологических возможностей. Бизнес-оценки показывают, что к 2030 годовые доходы вырастут до 9 миллиардов долларов, а количество рабочих мест до 110000.

Анализ рынка топливных элементов, проведённый Центром высоких технологий в Коннектикуте по заказу Департамента экономического и общественного развития США, показал, что наивысшей точки развития отрасль производства топливных элементов достигнет уже через ближайшие 10-20 лет. За этот период размер ежегодного дохода отрасли достигнет 43-139 миллиардов долларов, включая следующие секторы рынка:

• 14-31 миллиардов долларов в год для стационарных источников энергии
• 11 миллиардов долларов в год для переносных источников энергии
• 18-97 миллиардов долларов в год для транспортных применений

Для достижения поставленных целей и обеспечение конкурентоспособности США необходимо постоянное финансирование НИОКР, инвестирование на уровне института развития личного капитала, а также стимулирование рынка для дальнейшего развития производственных возможностей и обеспечения экономической успешности.

В Азиатско-Тихоокеанском регионе технология топливных элементов развивается быстрыми темпами последние несколько лет и отмечается широким спектром применения - от многофункциональных домов, транспорта до сокращения энергетической зависимости от стран-производителей нефти, а также увеличения гибкости в энергетических сетях. Недавние инвестиции в технологии топливных элементов, особенно в Японии, Корее и Китае, наряду с увеличивающимся спектром их применения, приведут к успешному функционированию рынка в пределах Азиатско-Тихоокеанского региона, а получаемый доход возрастёт от 52.8 миллионов долларов в 2011 до 6.7 миллиардов в 2017.