ТОПЛИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ: анализ технологических и рыночных трендов Обоснование выбора темы аналитического исследования Общие сведения о рассматриваемой технологии Развитие и распространение технологии топливных элементов Мировой рынок топливных элементов Анализ технологической цепочки

1. ТОПЛИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ:
анализ технологических и рыночных трендов
Алексей Стрелецкий ДНТЭ
Октябрь 2012

2. Стр. 2
Содержание
 Обоснование выбора темы аналитического
исследования
 Общие сведения о рассматриваемой
технологии
 Развитие и распространение технологии
топливных элементов
 Мировой рынок топливных элементов
 Анализ технологической цепочки

3. Стр. 3
Обоснование выбора темы аналитического
исследования
 Технология топливных элементов входит в Top 50 прорывных технологий по
версии авторитетной консалтинговой компании Frost & Sullivan1.
 В разработке новых топливных элементов ключевую роль с точки зрения
улучшения технико-экономических показателей продуктов играет использование
нанотехнологий.
 R&D в этом направлении активно поддерживаются как государственным
сектором, так и частным (по оценкам Luxresearch в период с 1999 по 2009 в
данное направление было инвестировано более $13 млрд.)2.
 На текущий момент (август 2012 г.) в портфеле проектов РОСНАНО по данному
технологическому направлению имеется 4 проектов на различных стадиях
рассмотрения (3 на официальных экспертизах - id 949 РФЯЦ-ВНИИТФ, id 2336
ACAL Energy; id 2400 Intelligent Energy; 1 одобрен к финансированию - id 2280
Lilliputian Systems), требующие детального конкурентного анализа и выработки
политики компании в отношении проектов данного технологического
направления.

4. Стр. 4
Общие сведения о
рассматриваемой технологии

5. Стр. 5
Топливные элементы: общие сведения о
рассматриваемой технологии
Химическая
энергия
Топливная
ячейка
Тепловая
энергия
Электрическая
энергия
Топливные элементы (ТЭ) - устройства, в которых происходит прямое превращение
химической энергии топлива в электрическую.
ТЭ состоит из ряда электрохимических ячеек, которые представляют собой два электрода, к
одному из которых подводят топливо, к другому - окислитель. Между электродами по внешней
цепи течет электрический ток.
Анод ( - )
катализатор
Электролит
Катод (+)
катализатор
Электрический ток
e- e-
e-
e-e-
e-
H+
H+
H+
Топливо
(водород)
H2
H2
O2
H2O
Водяной
пар
Окислитель
(кислород)
КПД ТЭ=
электрическая энергия /
химическая энергия
топлива
(типичные значения –
40 – 60%)

6. Стр. 6
Основные типы топливных элементов

7. Стр. 7
Основные типы топливных элементов:
преимущества и недостатки
Тип ТЭ Преимущества Недостатки Приложения
ТЭ на
протонообменной
мембране (PEMFC)
•Низкая температура работы
•Долгий срок службы ТЭ
•Быстрый запуск, контроль
производительности
•Высокая стоимость
компонентов (платиновый
катализатор, сменяемая
мембрана)
•Высокие требования к чистоте
топлива
•Портативные источники
питания (до 250 Вт)
•Транспорт
•Стационарные установки
небольшого размера (1 –
250 кВт)
Щелочной ТЭ (AFC)
•Высокий КПД
•Низкая стоимость
компонентов
•Высокие требования к чистоте
топлива/окислителя
(отсутств.СО2)
•Быстрая деградация
электролита
• Ограниченное
коммерческое применения
(10 - 100 кВт):
•Космические аппараты
•Военные приложения
ТЭ на твердых
оксидах (SOFC)
•Низкие требования к чистоте
топлива
•Высокий КПД
•Простая конструкция,
большой выбор катализаторов
•Высокая рабочая
температура, коррозия
компонентов ячейки
•Высокая инертность работы
• Средние и большие
стационарные установки
• Электростанции (1 кВт - 2
МВт)
ТЭ на расплаве
карбоната (MCFC)
•Низкие требования к чистоте
топлива
•Дешевый катализатор
(никель вместо платины)
•Высокий КПД
•Сложная конструкция
•Высокая рабочая
температура, коррозия
компонентов ячейки
•Высокая инертность работы
• Большие стационарные
установки
•Электростанции(300 кВт - 3
МВт)
Прямой
метанольный ТЭ
(DMFC)
•Низкая температура работы
•Малые габаритные размеры
•Дорогой платиновый
катализатор (требуется
больше, чем для PEMFC)
•Низкая эффективность (40%)
•Токсичность метанола
•Портативные источники
питания (до 250 Вт)

8. Развитие и распространение
технологии топливных
элементов

9. Стр. 9
Потенциальные области распространения
технологии на рынке
Энергоустановки на
основе топливных
элементов
Жилые дома
(автономное тепло-,
энергообеспечение домов)
5-10 кВт , и < 10 кВт тепла,
питьевая вода (PEMFC,
SOFC)
Добывающая
промышленность
(энергообеспечение в
труднодоступных местах
геологоразведки, добычи
полезных ископаемых)
> 10 кВт (PAFC, MCFC)
Нефте- и газопроводы
(катодная защита, измерения
и связь)
< 10 кВт. (PEMFC, SOFC)
Телекоммуникации,
железнодорожные пути
(источник бесперебойного
питания)
5-500 кВт (PEMFC, SOFC)
Нишевый транспорт
(шахтные погрузочные
машины, грузоподъемники)
несколько 10 кВт (PEMFC,
SOFC)
Водный транспорт
(речной и морской
каботажный,
вспомогательный источник
питания) (PEMFC)
Железнодорожный
транспорт
(маневровый 50 -100 кВт,
магистральный 1-4 МВт )
(PEMFC)
Автотранспорт
(легковой, грузовой
транспорт, автобусы
> 30 кВт) (PEMFC)
Химические производства
с побочными
водородосодержащими
продуктами (источник
бесперебойного питания)
> 1 кВт (PEMFC)
Вспомогательные источники
энергии <50 Вт (PEMFC, DMFC)
Устройства электрической зарядки
<10 Вт (PEMFC, DMFC)
ТЭ для обучающих устройств,
детских игрушек мВт (PEMFC)

10. Стр. 10
Достигнутый уровень технологии и прогнозы ее
развития в контексте приложений4
Начиная с 2007 года коммерциализация технологий в таких сегментах:
-как стационарные резервные источники питания (UPS, CHP);
- портативные вспомогательные источники (APU);
-батареи для погрузчиков .

11. Стр. 11
Коммерциализация устройств на основе ТЭ:
барьеры и предлагаемые решения
Барьеры Решения
Направления
реализации решений
Высокая стоимость и низкая
длительность работы установки
Высокая стоимость пр-ва и
доставки водорода
Необходимость наличия более
легких, компактных и дешевых
систем хранение водорода
Отсутствие накопленных данных
работы установок в реальных
условиях
Отсутствие адекватной
производственной базы и базы
поставщиков
Недостаток квалифицированной
рабочей силы
Недостатки законодательной
базы
Необходимость
инфраструктурных инвестиций
НИОКР в области материалов
(компонентной базы) и
усовершенствования конструкций
систем: низкие по стоимости и
высокопроизводительные
системы на основе ТЭ; системы
пр-ва, доставки и хранения
водорода
Демонстрационные испытания
Развертывание на
зарождающемся рынке +
развитие производственных
технологий
Обучение персонала
НИОКР в области безопасности
установок на ТЭ
Финансовые и законодательные
стимулы; Субсидии
НИОКР в области топливных
ячеек
Подтверждения правильности
технологических решений
Формирование/Трансформация
рынка (ранний рынок)
Разработка и гармонизация
законодательства (аспект
безопасности)
Системный анализ: детальная
оценка технико-экономических
преимуществ каждого конкретного
решения (в т.ч. инвестиционного
и законодательного)
НИОКР в области водородного
топлива
Промышленные и
производственные НИОКР

12. Стр. 12
Стационарные установки на ТЭ: эффективная
комбинированная выработка электрической и тепловой
энергии

13. Стр. 13
Достигнутый уровень технологии и прогнозы ее
развития: стационарные установки
 КПД газовой турбины составляет 25%-45% в зависимости от параметров работы конкретной
модели турбины и характеристик топлива.
 Прогнозируемый КПД комбинации топливных элементов на твердых оксидах (SOFC) и
газотурбинной системы 60%-72%.
Сравнительные оценки КПД выработки электричества для систем
генерирования электроэнергии5

14. Стр. 14
Достигнутый уровень технологии и прогнозы ее
развития: транспортный сегмент
Источник: Frost & Sullivan, 2011. TechVision2020
Август 2011 (США):
Более 200 легковых автомашин,
более 20 автобусов,
около 60 заправочных станций на топливных
элементах
The Fuel Cell Today Industry Review, 2011
 Прототипы машин на топливных элементах: FCV-R Toyota, F125! Fuel Cells Daimler,
Tucson ix35 Hyundai, BMW 1 Series Fuel Cell Hybrid, X-trail Nissan и др.
 Коммерциализация технологии после 2015 года
 Технологические барьеры: хранение, водородная
инфраструктура, топливный процессор

15. Стр. 15
Дорожная карта развития сегмента
автомобилестроения6

16. Стр. 16
Мировой рынок топливных
элементов

17. Стр. 17
Динамика рынка по областям применения7
Коммерческие поставки топливных элементов с
прогнозом на 2012 год
Поставки ТЭ для игрушек и образовательных устройств не включены в сегмент
портативных устройств. Они составляют > 200 тыс. шт. / год с суммарной
мощносттью <1мВт.
 После сравнительно медленного ежегодного прироста
<10% cегмент рынка портативных устройств*
увеличится более, чем в 7 раз в 2012 году, благодаря
выходу на рынок сразу трех компаний с продукцией fuel
cell chargers (myFc (PEMFC,Швеция), Aquafairy (PEMFC,
Япония), Horizon (PEMFC, США) и ожидаемого Lilliputian
Systems (SOFC,США).
Стабильно высокий рост поставок устройств для
стационарных приложений всех типов (более 40% в
год):
- основной источник питания >100 кВт (лидеры роста -
Bloom Energy (SOFC, США), Fuel Cell Energy (MCFC,
США);
-источники бесперебойного питания > 10 кВт;
-микрокогенерационные источники < 50 кВт.
 Рост транспортного сегмента в 2012 году за счет
поставок ТЭ для небольших грузподъемных машин (лидер
- Plug Power (PEMFC, США). В других приложениях
наблюдается неопределенность, связанная со стадией
серийных испытаний опытных моделей (прототипы
легковых, грузовых автомобилей, автобусов и т.д.). Выход
на рынок ожидается не ранее 2015 года.

18. Стр. 18
Динамика рынка по технологиям ТЭ7
 Технология PEMFC является распространенной во всех
сегментах рынка (83% по поставкам). Наиболее
распространена в портативных устройствах и транспорте.
 DMFC представлена только в портативных приложениях
мощностью <100 Вт. Роста не ожидается из-за высокой
стоимости.
 За последние два года наблюдается существенный рост
поставок ТЭ с технологией SOFC, доминирует в
стационарных микрокогенерационных установках (Bloom
Energy, США; Ceramic Fuel Cells Ltd, Австралия). Ожидается
продолжение роста, связанное с успешным завершением
R&DD проектов.
 Поштучные поставки ТЭ по технологии MCFC (FuelCell
Energy, США) для создания локальных электростанций
мощностью в несколько МВт на территории США и Кореи.
 Ограниченное число поставок (<50) ТЭ по технологии
PAFC (UTC Energy (США), Fuji Electric (Япония). Прямая
конкуренция с технологией MCFC.
 Поштучные установки ТЭ по технологии free-platinum AFC
(AFC Energy, Великобритания) на заводах получения хлора.
Коммерческие поставки топливных элементов с
прогнозом на 2012 год

19. Стр. 19
Динамика рынка по географии7
 Европа: существенное падение продаж в 2010-11 гг. в
сегменте портативные ТЭ для вспомогательных источников
энергии (SFC Energy, Германия). Устойчивое развитие
сегмента стационарных устройств. Активная господдержка
R&DD (программа FCH-JU) ;
 Сев. Америка: поддержка как на федеральном уровне
(DOE), так и на региональном способствует устойчивому
рост поставок топливных батарей во всех сегментах рынка;
 Азия лидер в поставках по количеству, демонстрирует
существенный рост. Япония является лидером в
инсталляциях миникогенерационных источников мощностью
в несколько КВт (Ene-Farm program) для жилых и офисных
помещений. В планах начало производства электромобилей
на ТЭ в 2015 году (Toyota, Honda, Nissan). Корея активно
осваивает технологию MCFC (POSCO, Корея), создавая
локальные электростанции до 120 МВт. В Китае активно
начинают использовать UPS для телекоммуникационных
станций (China Mobile, China Unicom, China Telecom) ;

20. Стр. 20
Компании в области коммерциализации разработок
технологий топливных элементов8
Общее количество компаний в области
технологий топливные элементы
(распределение по странам)
Общее количество компаний в области
технологий топливные элементы
(распределение по технологиям)

21. Стр. 21
Компании-лидеры в области коммерциализации
разработок технологий топливных элементов
Технология Компания
Публичность
компании
Рыночный
сегмент
Страна
Market
Capitalization
(08.2012), M$
PEMFC
Ballard Power
Systems
NASDAQ:BLDP
Стационарный
Портативный
Канада 87,5
Plug Power Inc. NASDAQ:PLUG Стационарный США 46,2
IdaTech частный Стационарный Великобрит. n/a
Angstrom Power частный Портативный Канада n/a
Hydrogenics NASDAQ:HYGS
Стационарные
Портативный
Канада 41,3
SOFC
Ceramic Fuel Cells
Ltd.
ASX:CFU
Стационарный
(когенерационные
источники)
Австралия 84,6
Bloom Energy Ltd. частный
Стационарный
(когенерационные
источники)
Канада
n/a
PAFC, AFC UTC Power NYSE:UTX
Стационарный
(аэро-, авиа-)
Канада 67 900
MCFC FuelCell Energy Ltd. NASDAQ:FCEL
Стационарный
(ИБП)
США 195,2
DMFC
Horizon Fuel Cell частный Портативный Сингапур n/a
DMFC SFC Energy AG
XETRA:F3C.DE
Портативный Германия 60,0

22. Стр. 22
Анализ технологической
цепочки

23. Стр. 23
Анализ технологической цепочки
Топливо (водород)
• Производство
• Хранение
• Транспорт
• Инфраструктура
Топливные ячейки
• Катод, анод (GDL)
• Каталитический
слой
• Ионопроводящий
электролит
Сборка ячеек в стек
• Биполярная
пластина
• Уплотнители
• Тестирование
Сборка всей системы
топливной батареи
• Вспомогательное
оборудование (сенсоры,
насосы)
• Системы контроля и
управления батареи
Установка и эксплуатация
• Тестирование системы
• Сервисное
обслуживание

24. Стр. 24
Система теплообмена
Топливо
Катод (GDL, катализатор)
Мембрана
Анод (GDL, катализатор)
Воздух
Постоянный
ток
Преобразов
атель тока
Переменный
ток
1
2
3
Стэк топливных ячеек
Система контроля
Выхлоп газов
Анализ технологической цепочки: критические
компоненты топливной ячейки
Биполярная пластина
Биполярная пластина
Стэк топливных ячеек:
Ячейка (Membrane Electrode Assembling):
 Мембрана
 Газодиффузный слой (GDL)
 Катализатор
 Биполярные пластины
1
2
3
4
4
56
7
Вспомогательное оборудование (BOP):
 Воздушный контроль
 Водный и температурный контроль
Топливный контроль
5
6
7

25. Стр. 25
Структура стоимости ТЭ
(технология PEMFC)9
Характеристики Ед. 2007 2009 2011
Содержание Pt г/кВт 0,68 0,20 0,19
Стоимость Pt $/troz. 1100 1100 1100
Стоимость стека $/кВт 50 27 22
Стоимость вспомогательного
оборудования
$/кВт 42 33 26
Сборка и тестирование системы $/кВт 2 1 1
Системная стоимость
$/кВт
94 61 49
* Модель ценообразования на
примере крупномасштабного
производства (500 тыс. шт. в год)
ТЭ для транспорта по технологии
PEMFC мощностью 80 кВт, США,
2008 г. (DOE)

26. Стр. 26
 На рынке конечная стоимость «под ключ» для стационарных
установок составляет < 4 $/Вт (порог для широкого распространения >
1 $/Вт)10
 Стоимость11 вырабатываемой электроэнергии при непрерывной
работе установки Bloom Energy в течение 10 лет составит:
• 0,13 - 0,14 $/кВтч (без дотаций) из них 0,09 $/кВтч
(системные издержки) и 0,05 $/кВтч (топливо );
• 0,08 - 0,10 $/кВтч (с дотациями).
 Производство ТЭ находится на начальной точке cost curve (кривой
зависимости изменения издержек от объема производства).
 Заметное снижение стоимости в несколько раз энергоустановок на
ТЭ в следующие 5-10 лет. В настоящее время производство ТЭ
сильно зависит от дотаций.
Текущая стоимость энергоустановок на топливных
элементах

27. Стр. 27
Вертикальный кластер для PEMFC
Конечный потребитель:
установка и эксплуатация
Металлы
(Pt группы)
Полимеры
Полотно на мет. или
углеродной основе
Gore (US), Dupont (US), BASF (Ger), ITM Power (GB).
Мембрана/электрол
ит
Катализатор
Газодиффузионные
электроды (GDL)
Другие компоненты
(пластины, прокладки,
корпус, коллекторы)
Топливная ячейка/стек
Система топливной
батареи Вспомогательное
оборудование (сенсоры,
насосы, системы контроля
и управления)
Поддержка: НИОКР,
инжиниринг, дизайн,
консультрование
Топливо:
производство,
транспортировка
и хранение
Anglo Platinum
(SAR)
Gore (US), Dupont (US), Fuma Tech (Ger)
Johnson Matthey (GB), BASF (Ger), Gore (US), Neah Power (US)
Toray (JP), Gore (US), SGL Group (Ger)
Пластины: Dana (Ger), Cellcraft (GB), Nisshinbo (Jpn), Ballard (Can),
NedStack (Ned)
Прокладки: Dana (Ger)
Ballard (Can), Hydrogenics (Can), IdaTech (US), Protonex (US), UTC Power
(US), UltraCell (US), Proton Motor (Ger), Siemens (Ger), P21 (Ger),
CellKraft (Swe), Intelligent Energy (GB), ACAL (GB), Horizon (CHN),
Panasonic (JPN), Sanyo (JPN), Mitsubishi (JPN), Samsung (Kor)
IdaTech (US), Protonex (US), UTC Power (US), Quantum (US), Jadoo
Power (US) , UltraCell (US), Siemens (Ger), P21 (Ger), FutureE (Ger),
Hellocentris (Ger), myFC (Swe), ACAL (GB), Horizon (CHN), Panasonic
(JPN), Sanyo (JPN), Mitsubishi (JPN), Samsung (Kor), GS Fuel Cell (Kor)
Компании

28. Стр. 28 28
Конечный потребитель:
установка и эксплуатация
Металлы (Ni,
РЗМ)
Керамика
Металлы
Kerafol (Ger), Ceramic Fuel Cells (Aus), H.C. Starck Ceramics (Ger), Nippon
Shokubai Co (JP)
Керамический
электролит
Катализатор
Электроды
Другие компоненты
(прокладки, корпус,
коннекторы)
Топливная ячейка/стек
Система топливной
батареи Вспомогательное
оборудование (сенсоры,
насосы, системы контроля
и управления)
Поддержка: НИОКР,
инжиниринг, дизайн,
консультрование
Топливо:
производство,
транспортировка
и хранение
Siemens (Ger), TOSOH (JP)
Johnson Matthey (GB)
Ceramatec (US), Franklin Fuel Cell (US), NexTech(US), Versa PS (Can),
Htceramix (CH), Rolls Royce (GB), Ceramic Fuel Cells (Aus), Mitsubishi
(JPN), NGK (JPN), TOTO (JPN)
Dana (Ger), Hitachi Metals (JPN), Fuel Cell Energy (US), Topsoe (DNK),
Siemence (GER), Ceres Power (GB)
Acumetrics (US), Adaptive Materials (US), Bloom Energy (US), Delphi (US)
Lilliputian Systems (US), Staxera (US), ZTEK (US), Versa PS (Can), Ceres
Power (Aus), Rolls Royce (GB), eZelleron (Ger), Toposoe (DNK), TOTO (JP)
NGK (JP), NTT (JP), Kyocera (JP), Ceramic Fuel Cell (Aus), Mitsubishi
Materials (JP), HT Ceramx (CH)
Acumetrics (US), Adaptive Materials (US), Bloom Energy (US), Delphi
(US), Lilliputian Systems (US), Enerday (US), Fuel Cell Energy (US), ZTEK
(US), Versa PS (Can), Ceres Power (Aus), Rolls Royce (GB), eZelleron
(Ger),, TOTO (JP), NGK (JP), NTT (JP), Kyocera (JP), Ceramic Fuel Cell
(Aus), Mitsubishi Materials (JP), HT Ceramx (CH)
Вертикальный кластер для SOFC
Компании

29. Стр. 29
Технология топливных элементов
в России

30. Стр. 30
Научные и/или производственные
организации
Технология География
Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского
отделения РАН
Твердооксидные ТЭ, катализаторы, топливные
процессы – устройства риформинга
углеводородных топлив
г. Новосибирск
Институт высокотемпературной электрохимии
Уральского отделения РАН
Высокотемпературные твердооксидные ТЭ и
устройства на их основе
г. Екатеринбург
Институт физической химии и электрохимии им. А.Н.
Фрумкина РАН
Катализаторы для топливных элементов г. Москва
Российский научный центр «Курчатовский институт»
Производство, аккумулирование, хранение и
снабжение водородом. Твердо-полимерные ТЭ
г. Москва
Институт элементоорганических соединений им.
А.Н.Несмеянова РАН
Протонопроводящие мембраны для топливных
элементов
г. Москва
Институт машиноведения Уральского отделения РАН
Интегрированные системы получения,
аккумулирования, хранения и снабжения
водородом
г. Екатеринбург
ФГУП Уральский электрохимический комбинат
Электрохимические генераторы на базе щелочных
и протонобменных ТЭ
г. Новоуральск,
Свердловской обл.
Российский федеральный ядерный центр –
Всероссийский НИИ экспериментальной физики
(ФГУП РФЯЦ – ВНИИЭФ)
Энергетические установки на основе ТЭ с протон-
обменными мембранами
г. Саров,
Нижегородской обл.
Российский федеральный ядерный центр –
Всероссийский НИИ технической физики им. Е.И.
Забабахина (РФЯЦ – ВНИИТФ )
Энергетические установки на основе твердо-
оксидных ТЭ автономной энергоустановки для
стационарного применения малой мощности 0,25-3
кВт для использования на магистральных
газопроводах РАО «Газпром»/
г. Снежинск,
Челябинской обл.
Государственный научный центр РФ Физико-
энергетический институт им. А.И. Лейпунского
Твердооксидные ТЭ и энергетические устройства
на их основе
г. Обнинск , Калужской
обл.
ОАО «Ракетно-космическая корпорация «Энергия» им.
С.П.Королева»
Энергетические устройства на базе ТЭ для
автотранспорта и бытовых нужд
г.Королев,
Московской обл.
Исследовательский центр им. М.В. Келдыша Твердополимерные топливные элементы г.Санкт-Петербург
Технологии топливных элементов в России:
ведущие организации НИОКР

31. Стр. 31
Ниша Драйверы и барьеры (оценка от 0 до 5) Комментарий
Коммерч
еский
Техническ
ий
Практиче
ский
Топливо Среднее
Нефте-,
газопровод
4 3 3 4 4,5
Нишевая технология (катодная защита)
Высокие требования к длительной автономной
работе (в условиях сурового климата)
Доступное топливо
Жилые
помещения
4 4 4 3 3,8
Локальное тепло-, энергообеспечение для
больниц, загородных домов
Требуется отдельная система непрерывной
подачи топлива
Ж.д.
инфраструкту
ра
3 3 3 2 3
Эффективный источник бесперебойного питания
для коммуникаций как альтернатива дизельному
генератору
Проблема доставки водорода
Специальный
транспорт
3 2 2 3 2,5
Электрический (без выхлопов) транспорт для
шахтных работ
Взрывоопасный водород
Водный
транспорт
3 2 3 2 2,5
Имеется существенный задел
Дополнительный источник электроэнергии
Нормативные ограничения на использование
газового топлива на открытом море
Портативный 2 3 2 2 2,3
Краткосрочные перспективы развития
Серьезная конкуренция со стороны других
источников питания
Добывающая
промышленно
сть
3 2 2 2 2,3
Автономный источник тепла и электроэнергии
Высокий CAPEX
Дополнительные затраты на очистку топлива
Перспективность внедрения технологии топливных
элементов на российский рынок12

32. www.rusnano.com
Прогнозы развития рынка ТЭ в России:
количество и типы установок12
 Рост обусловлен развитием средне-
и долгосрочных нишевых технологий
топливных элементов на территории
России, прогнозируемым понижением
стоимости установки, развитием
водородной инфраструктуры.

33. www.rusnano.com
Конечный потребитель:
установка и эксплуатация
Металлы
(Pt группы)
Фторкарбоновые
к-ты
Полотно на мет.
или углеродной
основе
2391
GenCell
(AFC)
ID 2081
Hyteon
(ПОМТЭ)
ID 2014
Bloom
Energy
(SOFC)
ID 469
УЭХК
(SOFC)
ID 2280
Lilliputia
n
Systems
(SOFC)
ID 2336
ACAL
Energy
(PEMFC)
ID 949
РФЯЦ/ВН
ИИТФ
(SOFC)
Мембрано-электродная
сборка
Мембрана/эл
ектролит
Катализатор
Газродиффузионные
электроды
Другие компоненты
(пластины,
прокладки, корпус)
Топливная ячейка/стек
Топливная батарея
Проекты,
содержащие данный
технологический передел
Вспомогательное оборудование
(сенсоры, насосы, системы
контроля и управления)
33Топливо
(водород)/инфрастру
ктура
ID 2400
Intelligen
t Energy
(PEMFC)
Проекты в Роснано по топливным технологиям

34. Стр. 34
Выводы по результатам анализа (I)
 Топливные элементы, являясь высокоэффективными устройствами преобразования
химической энергии топлива в электрическую (более 60% КПД) , имеют высокий потенциал
применения в таких сегментах как транспорт, стационарные энергоустановки и
портативные источники питания.
 Уровень технологии топливных элементов находится на сегодняшний день на начальной
стадии коммерциализации и завершения НИОКР (последние направлены на увеличение
конкурентоспособности продукта за счет снижения стоимости компонентов и условий
эксплуатации).
 Текущий объем рынка (2011 г.) — около 650 млн. долл. Прогнозные оценки - более 1,6
млрд. долл. к 2016 г.: устойчивый рост наблюдается среди стационарных и портативных
источников питания (транспортный сегмент находится в неопределенном состоянии).
 Доминирующей технологией ТЭ во всех сегментах рынках является технология топливных
элементов с протонообменной мембраной (PEMFC).
 Азия является лидером по количеству поставок топливных элементов, Сев. Америка - по
объему инсталлируемых мощностей.
 Основными барьерами распространения технологии топливных элементов на рынке
являются высокая стоимость конечных установок на ТЭ, отсутствие водородной
инфраструктуры (от части, - отсутствие соответствующей нормативной базы для ряда
применений).

35. Стр. 35
Выводы по результатам анализа (II)
 В РФ отсутствует серийное производство топливных элементов. Имеется научно-
технический задел в области твердооксидных (SOFC), протонообменных (PEMFC) и
щелочных (AFC) топливных элементов
 Наиболее оптимальными для РФ представляется участие в совместных R&D в сегменте
уже коммерциализуемых установок на ТЭ на протонообменной мембране (PEFC), на
твердых оксидах (SOFC) в части разработки новых катализаторов, устойчивых к
деградации материалов, дизайна устройств и т.д.
 В средне- и долгосрочной перспективе в РФ технологии топливных элементов могут быть
наиболее востребованными в нефте- и газодобывающей промышленности, в
железнодорожной отрасли и на предприятиях жилищно-коммунального хозяйства

36. Стр. 36
Список аналитических материалов
(источников информации)
1. Techvision 2020: Top 50 Technologies and Innovations that are reshaping the World, Frost&Sullivan, 2011
2. Lux research , Funding Fuel Cells’ Real Future, March 2009
3. The Department of Energy Hydrogen and Fuel Cells Program Plan, 2011
4. DOE Hydrogen and Fuel Cell Program Record, Revised Portable Power Fuel Cell Targets, May 2011
5. An Integrated Strategic Plan for the Research, Development, and Demonstration of Hydrogen and Fuel Cell
Technologies, DOE, September 2011
6. Technology Roadmaps. Automotive Council Technology Group, 2010
7. The Fuel Cell Today Industry Reviews, FuelCellToday, 2011
8. Blue Books. Fuel Cells get real. February, 2011
9. Fuel Cost Analysis Summary, International Partnership for Hydrogen and Fuel Cells in the Economy (IPHE), 2008
10. Analyzing Fuel Cell Technology. Aruvian’s R’search 2011.
11. Lux Research, 2010. http://www.luxresearchinc.com/blog/2010/02/is-bloom-energy-a-better-place-redux/
12. DOE Hydrogen and Fuel Cells Program Record, Platinum Group Metal Loading, June 2010
13. Survey of Russia (Full Report), FuelCellToday, 2010
14. Automotive Council Technology Group, 2010

37. Стр. 37 37
Конечный потребитель:
установка и эксплуатация
Металлы (Ni,
РЗМ)
Керамика
Металлы
ОАО «ЧМЗ» г. Глазов (производство
оксида циркония)
Керамический
электролит
Катализатор
Электроды
Другие компоненты
(прокладки, корпус,
коннекторы)
Топливная ячейка/стек
Система топливной
батареи Вспомогательное
оборудование (сенсоры,
насосы, системы контроля
и управления)
Поддержка: НИОКР,
инжиниринг, дизайн,
консультрование
Топливо:
производство,
транспортировка
и хранение
Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН г.
Екатеринбург
ГНЦ Физико – энергетический институт им. А.И. Лейпунского г.
Обнинск
ФГУП «РФЯЦ-ВНИИТФ им. акад. Е.И. Забабахина» г. Снежинск
(разработка технологий изготовления ТОТЭ и его
компонентов, конструкция ТОТЭ и электрохимических
устройств на их основе)
Вертикальный кластер для SOFC (организации в России)
Организации
Институт высокотемпературной электрохимии
УрО РАН г. Екатеринбург (свойства
материалов и электролита)
Институт теплофизики
им. С.С. Кутателадзе СО
РАН г. Новосибирск
Институт
электрофизики УрО
РАН г. Екатеринбург:
получение поршков и
электролита
Институт высокотемпературной
электрохимии УрО РАН г. Екатеринбург
(свойства материалов и электролита)
Институт катализа им. Г.К. Борескова
СО РАН г. Новосибирск: конверсия,
сероочистка