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2014~2023年:燃料压力罐的发展趋势燃料压力罐的发展趋势

点击数:8272016-07-29 11:43:14 来源: 鹏洲新能源

    2013年,金属、复合材料以及金属/复合材料等所有类型的压力罐在全球的销售额超过20亿美元。同年,压力罐生产厂商对碳纤维的需求量占全球估计65000t需求量的6%~7%。虽然这些压力罐被用于为自给式呼吸器以及为宇航飞行器储存氧和空气,但由复合材料加固的压力罐的主要终端市场却是压缩天然气(简称“CNG”)产品的大宗运输,以及为“以天然气和氢燃料为动力”的乘用车、公共汽车和卡车市场。
  增长方程式
  对替代燃料的需求正在增长的原因,很大程度上是因为北美及欧洲部分地区从页岩中提取天然气的能力有了提高,从而使天然气的价格得以降低。此外,日益严格的排放法规,包括于2014年早期生效的欧6标准,使得柴油驱动的公共汽车和商用车对于经营者而言显得较为昂贵。因此,这不仅推动了压缩天然气销量的增长,还推动了氢气(H2)销量的增加——H2将用于燃料电池驱动的汽车。显然,随之而来的是压力罐制造基础的巩固与扩张。
  CNG驱动的汽车正在增长
  5年前,包括轿车、卡车、公共汽车和其他工业车辆在内的运行在全球的天然气驱动的汽车(以下简称“NGVs”)总共约有1000万辆。来自近90个国家提供的综合数据表明,2013年,全球NGV超过2000万辆。未来3年内,预计这一数字将接近3500万辆。到2023年,NGVs的数量可能超过6500万辆。
  在2013年交付的NGVs接近510万辆。基于阿根廷、巴西、中国、印度、伊朗、意大利和巴基斯坦等国家的强劲需求,2014年的交付量可能达到近580万辆,而到2023年实际能够增长到每年近1100万辆。
  虽然每个国家需要的汽车类型不同,但总体上,大约94%是乘用车,近4%是公共汽车,其余的是中型到重型卡车、铲车及其他工业和商业用车辆。总体而言,按照对10年的预测,将有一个7500万辆的NGVs市场,其中大约94%的NGVs 有望配备高压燃料。为此,将配备液化天然气系统。
  正在增长的氢燃料
  尽管压缩天然气正控制着全球汽车OEMs市场中的较大份额,但已经出现了向氢燃料电池驱动的电动汽车(FCVs)发展的新趋势。目前,全球运行的FCVs大约是15000辆,此外还有几百辆公共汽车、卡车和叉车等。自2007年以来,已有13家汽车OEMs发布了 FCV示范车,包括雪佛兰Equinox Fuel Cell、本田FCX Clarity、现代ix35 Fuel Cell和梅赛德斯-奔驰B-Class F-Cell。2015年,丰田汽车公司可能是第一家提供商业化FCV 的公司,而效仿的还有现代汽车公司,同时,本田、日产、福特、宝马和其他汽车公司计划不晚于2017年加入其中。
  令人鼓舞的是,为这类汽车提供支持的燃料添加站的数量正在日本、德国、英国和其他的早期用户国家(美国也在其中,但迄今为止只在加利福尼亚州)快速增长。2013年,全球大约有325个氢燃料添加站。预计到2023年,至少有2500个燃料添加站将得到运行,从而能够为1000万~2000万辆汽车提供支持。
  基于一个相当保守的观点,2014年新制成的FCVs总计大约 4000辆。以此为起点,到2023年,每年的产量攀升到大约20万辆是完全可能的,这将为高压氢储罐创造相当大的需求(III、IV和V类型的CNG压力罐)。
  一个引人注目的异常情况是:许多小公司正在开发产品和技术,以帮助现有的中、重型卡车经营者将其使用的柴油发动机转变成使用天然气或氢燃料。卡车经营者们将能够获得包括新的燃料注射系统、燃料储存以及空调系统和新的电动控制单元在内的全套系统。采用这样的“翻新套装”,能够使3.1亿辆在役的中、重型卡车的业主去满足日益严格的排放要求。
  自丰田汽车公司(日本爱知)执行副总裁Mitsuhisa Kato于2014年6月向购车公众介绍了丰田FCV燃料电池汽车以来,其他的汽车OEMs也暗示他们将效仿。为此,到2017年,用于容纳氢燃料的复合材料高压储罐将获得大量的需求
  天然气运输中的价值
  天然气运输系统也已成为最近新增长的一个领域。这些系统被设计成从标准的生产场地输送气体燃料,或者将燃料交付到无法建成管线输送系统的市场中。与在NGVs和FCVs中使用的油箱(典型的30~200L容量)相比,这种新一代的压力罐更大。最先走向市场的“Titan”品牌的压力罐拥有超过6000L的内部容量。
  比市场中庞大的地面运输罐可能更大的是在世界各地的水路上运输大量CNG的景象。虽然装备有碳纤维复合材料容器的气体运输船还没有投入使用,但已有几个开发团队投入了抓住这一机遇的积极行动中。
  复合材料生产商不久将生产成千上万如此规模的复合材料压力容器,用于天然气运输。目前正在开发的一些大型容器,每个重量将超过13607kg(图片来自Hexagon Composites)
  压力罐需求
  共同的需求已经促进了压力罐产量的急剧增长。2012年总的年产量(包括所有的容器类型)大约是550万,价值11亿美元。2013年长,全球市场的压力罐产量提高到970万,价值23亿美元。需求的快速增长激发了许多容器制造商显著扩大了他们的产量。根据分析预测,到2016年,将生产出近1250万个压力罐,到预测期结束,将增长到超过2000万个压力罐。在整个2014~2023年期间,预计的压力罐生产代表了大约450亿美元的潜在销量。
  一个有趣的现象是:10年前,只有十几家公司提供类型III和类型IV 的CNG压力罐。随着市场的发展,现在至少有30家公司在此领域竞争。
  市场的重点
  乘用车市场对类型I和类型II的CNG 压力罐不断有大量的需求,但类型I 的全金属压力罐数量在预测期内只能以大约3%的年均增长率增长,而单位产量总体上每年将增长大约10%,这意味着类型II、III、IV和V的CNG 容器将以更快的速度增长。
  随着大众运输车和商用车(6级到8级)OEMs的需求,消耗大量碳纤维复合材料的类型III和类型IV的CNG容器正在快速增长。对于这些中、重型汽车,较高密度的燃料和低重量的容器能够实现更大的运行里程及燃料经济性,延长燃料添加站之间的操作间隔,并有助于降低维修保养成本。
  传统中,这些高性能的压力罐类型主要被销往欧洲、北美以及发展良好的亚洲经济体国家。当欧盟的Euro 6标准于2014年早期开始生效时,这些支持使用CNG和氢燃料驱动的公共汽车和卡车的经济体国家变得更加引人注目。
  压缩天然气(CNG)价格的降低,正在加速发达经济体国家对天然气驱动的公共汽车和商用卡车需求的增长。像这类的压力罐将持续地获得大量的需求(图片来自Hexagon Composites)
  复合材料的增长市场
  与压力罐市场的发展相一致,对用于生产这些容器的原材料的需求正在增长。预计在2014~2023年期间,交付的压力罐数量将超过1.5亿。在此预测期,容器制造商将需要大约684 万吨的原材料。其中,大约11%将由复合材料构成,包括环氧树脂以及玻璃纤维、玄武纤维和碳纤维等。
  2013年期间,估计交付给容器制造商的复合材料原料总量是8768t。环氧树脂系统构成了这一总量的最大部分,占45%。高抗张强度的碳纤维目前占15%,但是,随着压力容器市场不断朝着更多采用类型II、III和IV 压力罐的发展,碳纤维在材料市场中的相对份额有望得到显著提高。到预测期结束,碳纤维有望占整个材料量的26%。
  在重量不重要的应用领域(例如,已经是小而轻的乘用车),前期的购买价格是一个重要问题,对此,高性能的玻璃纤维和玄武纤维能够得到大量应用。虽然它们降低了成本,但玻璃纤维和玄武纤维将共同占有略低于30%的市场份额 。
  因此,每年对碳纤维原材料的需求将从2014年的4684t增长到2023年的38638t,年均增长率接近30%。展望这10年的变化,这些数字将在整个复合材料原材料销售中相当于超过120亿美元,包括大约58亿美元的碳纤维 (主要是12K、24K和大丝束的碳纤维)。
  为满足需求,碳纤维供应商将可能需要增加30000t低成本、标准模量的高强度产品。如果这个分析和预测是正确的,用于压力罐生产的碳纤维可能会赶上当前主导的碳纤维应用领域,如风机叶片、汽车和飞机。

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