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氢能如何改变我们的未来

来源:钜大LARGE    2019-05-21    点击量:117

世界主要发达经济体,已经把氢能源的利用放到了一个战略的高度来?#28304;?/p>


面对全新的世界能源格局,我们该做何选择?我们该如何利用现有条件降低制氢成本?如何推进氢能全产业链发展和商业化步伐?


2019年5月16日中国工程院原副院长、国家新材料产业发展专家咨询委员会主任、中国金属学会理事长干勇作客CCTV-2央视财经频道《中国经济大讲堂》深度解读《氢能如何改变我们的未来?》。


干?#30053;?#22763;从5个方面进行了深入浅出的讲解:


一、氢燃料电池有哪些颠覆式应用?


二、氢能安全吗?


三、氢能是雾霾?#25112;?#32773;吗?


四、氢能离我们还远吗?


五、我国氢能产业如何突破?


以下为文字部?#32456;?#29702;:


一、氢燃料电池有哪些颠覆式应用?


氢燃料电池是一个移动式的发电机,没有热循环,效率可达90%


世界氢能理事会二十一世界人类必须要进入氢时代,2050年氢能将占到总能源消耗的18%;使每年的二氧化碳排放量减少约6万亿吨,并贡献大约20%的额外减排;氢能和氢技术将带来年收入超过2.5万亿美元的市场,为全球提供3000多万人工作机会。


氢能除了在汽车上应用,在深海潜水、在无人机中,只要是移动器件需要动力的地方,氢燃料电池都可以用上去。


高铁大家都很熟悉,?#27973;?#20415;利,但是它的致命弱点在电上,遇到什么自然灾害,一旦断电,如果这辆火?#20302;?#22312;沙漠上,没有储备能源,人就可能在那儿被晒死了。所以氢燃料电池就可以在那用。


5G时代所有的基站,它的能源体系,供电系统?#37096;?#20197;用它。还有分布式发电,?#23548;?#19978;每家每户都可以放一个氢的燃料电池,这么一个发电小装置,可以把家庭里面的加热、冷却;所有的家用电器、包括汽车,都可以解决。就是一个氢气管道进入家庭,就可以供给所有需要的能源,而且?#27973;?#26041;便,甚至当外面没电的时候,它还可以成为一个发电供电的来源,可以平衡整个电网。原来我们的电网就是有波峰波谷,有了这个分布式发电,?#23548;?#19978;可以做一个很好的动态的协调、调整;来提高我们的发电效率和网络的运行质量。


氢能源做的燃料电池和锂动力电池比较,锂动力电池要作为主动力电源的话,在重载航空、?#25945;?#25110;者是大型的移动器件上,它的续航里程?#36824;唬?#23427;的能量密度也没有氢燃料电池高,这个方面应用的优势不如氢燃料电池。氢是(汽)油的能量密度的3倍以上,所?#38498;?#31354;?#25945;歟?#22823;功率的这种运输工具,用氢燃料电池是?#27973;?#36866;合的。


二、氢能安全吗?


?#23548;?#19978;氢能,作为燃料总是有它一定的危险性。但它燃烧起来?#38498;?#30340;气味没毒。


在燃料爆炸性方面,氢的扩散速度是汽油的12倍。很快扩散开,可能一下一股火上去,但是它不会引起其他的更?#21451;?#37325;的后果。


?#29575;?#19978;,氢如果定好标准,按照整个用氢规则来,没有危险。


原来我们把它作为危险化学品,因为用量不多,人们没有统一认?#31471;?#32780;且没有制定系统的标准。如果作为一个大能源,它?#23548;?#19978;可以来重新制定使用规则,运氢、加氢、储氢、制氢的规则标准,那么这个?#23548;?#19978;就安全了。


三、氢能是雾霾?#25112;?#32773;吗?


雾霾形成的颗粒物当中,约三?#31181;?#19968;来源于汽车?#36130;?#25490;放,一般在29%-45%,这当中柴?#32479;?#21344;了约70%。这个问题必须要解决,特别是中国的港口,柴?#32479;搗浅?#38598;中。


以唐?#38477;?#21306;为例,物流量?#27973;?#22823;,是重化工区,一个城市有一亿吨钢以上的产能,超过好几个国家的总和。一吨钢大概造成的物流量是五吨到六吨左右,它最方便的是用重型卡车来运输,从港口到钢厂唐山大概200多万?#22659;道?#38754;,有将近20万辆的柴?#32479;擔?#25490;放量很大,这个污染还是很严重。所以我们觉得在这个地方要实行柴改氢,将会有效地减轻京津冀一带,雾霾形成的压力。


从燃料电池本身的特性来看,它适合重载远距离续航,所以在港口来回跑,600-1000公里没有问题,重载也没问题。柴?#32479;当?#36739;密集的港口,所以容易布局加氢站。而且国内港口在物流集散地上都是重化工地区,工业副产氢丰富,港口距离海边很近,海上的运输,?#38498;?#30340;氢燃料的来源也是很容易的。


可以在港口先解决氢,以环境来驱动氢能和氢燃料发展,所以柴油、柴改氢这种说法是代表了我们一种技术路线的方向。每一个钢厂都有它的汽车管理队,比如河?#22791;?#38081;,有2万多辆汽车统一加氢,加氢站布局?#27973;?#23481;易。


要沿着乘用车的路线去布局,先从港口的柴?#32479;?#21551;动,是?#27973;?#26377;现实意义的。大量地密集地使用氢,加氢站的建设规模就可以大,现在我们搞200公斤、每天300公斤、500公斤的加氢站,这个效率很低,因为你加多了没用,你搞一吨、两吨的没有那么多车来加氢,它分散的很。但是在港口不一样,加氢?#31350;?#20197;到3吨、可以到5吨每天,加氢站的效率就很高,可以降低加氢站的成本,而增加加氢站的工作效率,最后在这个地方可能出现什么情况呢?氢燃料车重卡用氢的成本达到每公斤达到40元左右,能和柴?#32479;?#30340;成本相当,能够进行商业化运行,而不是一直赔钱赔下去,国家?#22266;?#19979;去。


氢燃料电池汽车,氢的成本每公斤65-70元,国家需要每公斤补20元才能运行下去,总不能这样一直?#22266;?#21046;氢运氢的目标成本大概在每公斤22元(运到加氢站的价格)左右,这是可以接受的,所以说为什么在柴改氢,在港口的重卡上先进行,我觉得这个意义就在这个地方。


唐山到2019年12月31号从港口到钢厂公路要改成铁路,但是,光是公路改铁路解决不了最终问题,最好辅助以?#23433;?#25913;氢?#20445;?#23601;是柴?#32479;?#29992;氢燃料汽车来代替它。如果这样走通了的话,?#23548;?#19978;我们在港口城市都可以示范。如果现在我们在京津?#38477;?#21306;先建立氢能的利用体系,那2030年不到,就可以在很短的时间之内把京津冀的雾霾问题部分解决掉,或者是根本解决掉,一些粉尘问题可以解决,二氧化碳温?#31227;?#20307;可以大量减少。


四、氢能离我们还远吗?


1、世界氢能发展现状如何?


欧盟把氢能源的发展作为了一个主体?#33529;?017年他们启动了氢动力汽车联合开发的?#33529;?#39033;目。2019年?#20998;?#21448;发布了氢燃料电池发展的技术路线图。


2015年,美国在燃料电池和氢能源技术的发展报告里面提出,大力投资发展与先进氢能和燃料电池技术相关的发展?#33529;?#25152;以现在美国的35个州的加氢?#31350;?#22987;运行了。特别是加州,加州的推广很有意思,美国加州在2018年就有将近37座加氢站。因为加州是一个长条形的,它在公路上布局得?#27973;?#21512;理。当时加州的州长叫施瓦辛格,是一个演员,但是他对于氢能作为能源的作用?#27973;?#25935;?#23567;?#27599;一批丰田的乘用车的订货销售里面,他就要求加一定比例配额的新能源汽车,而且提出要有氢燃料汽车。他?#30340;?#25226;?#33529;?#20570;好,你每年供我多少,我根据氢燃料汽车的数量我来配备加氢站,这?#27973;?#26377;战略眼光。所以,目前加州在氢能汽车的示范应用中走到前面,加氢站的布局也?#27973;?#21512;理,作出了示范样板。到2019年,美国动用了3100万左右美元来进行整个推进氢规模化应用的?#33529;?/p>


当然我认为值得一提的是日本,丰田这些年来没有停止氢燃料电池的研发,氢燃料电池在交通上的工程化应用,他们作出了很大贡献。当然他们也申请了上万个专利,他们也不是说把所有的专利都封锁,因为氢对全人类都有好处。日本政府首先把氢能发展作为国家战略,制定了“三步走”的一个战略,到2025年它要扩大氢的使用范围,大概整个装置氢能的发电装置要到140万台,家庭的分布式的发电要到560万台,相当于十?#31181;?#19968;的日本家庭户数。到2030年它要全面建立氢能的供应系统,到2040年它确定要实现二氧化碳零排放的供氢系统这么一个目标来进行。当然这里面主要是在煤制氢或者是化石能源制氢中要把二氧化碳进行捕集、封存或者利用才能达到这个目标。


韩国现在?#37096;?#22987;了氢燃料电池和氢能源的开发,大概2020年?#33529;?#24314;立80座加氢站。


2、我国氢能发展有何优势?


首先,国家高度重视氢能源产业发展。早在2006年,?#23548;?#19978;国家中长期的科学发展纲要里面就对氢能和氢燃料电池进行了规划。在后来中国制造2025国?#21307;?#33021;与新能源汽车路线图上也把氢能源和燃料电池汽?#24213;?#20026;了一个发展的主要方向。2016年国家发改委、国家能源局联合印发了《能源技术革命创新行动?#33529;?016-2030)》,里面也包括了氢能和燃料电池应用。我国2019年《政府工作报告》提出,“推动充电、加氢等设施建设。”当前整个氢能和氢燃料电池汽车的应用?#30772;?#20102;高潮,现在看来,在?#26412;?#19978;海、天津,包括湖北、重庆、浙江、广东都开始了汽车氢燃料电池的研发和商业化的试运行。


?#23548;?#19978;,中国制氢的工业基础还是很雄厚的,制氢能力在全世界也是排在最前面的。在氢还没有作为重要能源的时候,它作为催化剂、作为还原剂大量应用,比如合成氨?#38431;?#21152;氢,我们大概有每年2500万吨的氢的产能,产量也在2000万吨以上,这在全世界是排第一的。这里边有97%的氢气来自于化石能源,煤气化制氢1000万吨以上,天然气制氢大概在300万吨以上,工业副产氢大概在800万吨以上,包括电解水制氢也在100万吨左右。


当然,我们工业副产氢现在可以达到99.999%的纯度的氢气,我国未来开发氢气潜力巨大,市场巨大,我们的商业用车、港口用的卡车、物流车,只要我们要用的乘用车,数量加起来都是很大的。


3、多地?#21512;?#21457;展氢能源


我国的氢能产业正在进行区域布局,现在已经有20个省市正在做氢能的发展规划和氢燃料汽车的发展规划,而且已经形成了6个地区,华东、华中、华南、华北、东北、西南六个氢能和氢燃料电池汽车的产业?#28023;?#28044;现出像上海、如皋、佛山、张家口、武汉等有代表性的一些城市。我们知道上海汽?#23548;?#22242;在氢燃料电池汽车方面,首先推出包括乘用车、轻?#31361;?#36710;等等,而且它110千瓦的氢燃料电池的电堆技术比较成熟。


另外就是广东的佛山,有一个人物?#34892;?#22269;,是副市长,我们叫他氢能源市长,?#27973;?#37325;视氢能源发展,把它作为未来的一个战略新兴产业发展。他在佛山云浮建立了一个氢能氢燃料汽车示范区,已经有四座加氢站在运行,而且2019年还有若干座要投产,包括三个基地在这儿建设,一个佛山的高明,包括佛山的云浮和广东新能源汽车的基地,也包括佛山南海。他建立了三个基地。


张家口是国务院批?#32423;?#23395;?#30053;?#20250;上可再生能源的示范区,在19个县区全面布局加氢站,在冬奥会上全部都用氢燃料汽车。而且中国首条自动化氢燃料电池的发动机大批量地应用在这儿要正式投产。


当然还有江苏的如皋,那是联合国作为一个氢能源发展的示范城市,如皋现在有?#25945;?0千瓦的电堆生产线。氢燃料电池要求到“十三五”期末到数十万辆的规模,产值要超过千亿元。


还有一个就是山东,提出了建立“氢谷”的概念,这是省委、省政府的一个全面号召,而且制定了一个总体规划。为什么呢?第一它电解铝全国第一,产生的副产氢多;第二它的?#22266;?#26377;4400万吨,每?#32440;固?#26377;400立方米的焦炉煤气,含纯氢是55%,另外它的?#29123;?#24037;业发达工业副产氢是很不错的,它们煤制氢的能力很强;第三它的高速公路是掌握在一家国有企业手里,高速公路上有120个服务?#31350;?#20197;布局,在这儿很容易布局加氢站来形成示范;另外它是一个大的区域体系,离山西也很近,管网运氢这种设想可能实现。它海岸线很长,海上的风机发电能力可以用来制氢,而且最重要的是,在山东出现了一个对氢着迷的人物——谭旭光董事长,他现在是山东重工集团、中国重?#25512;导?#22242;的董事长。他很多年前就意识到柴油发动机?#38498;?#21487;能要被氢发动机代替,他要启动氢能发动机的研发。所以这些年他几乎就在国外,?#37027;?#22320;在?#23637;?#24052;拉德的股份,后来他占了巴拉德19.9%的股份,成为相对的第一大股东。他利用加拿大巴拉德的燃料电池的技术,想很快地把它的氢能和氢燃料电池发动机产业搞起来,现在看来正在进行而且决心很大,他准备投500个亿来做这个研发?#25945;ā?/p>


目前我国氢能产业发展前景广阔,但要实现快速健康发展需要改变氢能生产主要?#35272;?#21270;石能源、清洁能源制氢和氢作为能源利用规模还比较小的现状。攻克质子交换膜组、发动机、传感器等氢核心产品技术难点,并且要解决氢气输送网络系统不成熟,商用化应用不足等现实问题。我们该如何利用现有条件降低制氢成本?如何推进氢能全产业链发展和商业化步伐?干?#30053;?#22763;对我国氢能发展利用又有怎样的真知灼见?


五、我国氢能产业如何突破?


1、推进氢能全产业链发展,布局氢能产业示范区


现在国内氢燃料电池?#31995;没?#26159;多了一点、快了一点,在氢能的利用上千万不能先车后氢,至少是车和氢要同步。我们认为应该氢体系先行,?#23567;氨?#39532;未动?#35206;?#20808;行?#20445;?#23545;于燃料电池和燃料电池汽车可以说有力地推动,否则欲速则不达。因为氢能产业链长,它横跨能源、化工诸多领域,氢体系也很复杂,所以推进氢全产业链发展,要以企业为主体,也得有资本为纽带,集中国内优?#39057;?#20301;把团队力量搞强,然后把氢体系全产业链的规划拿出来。


在氢燃料电池汽车发展中,氢能供应体系要先行,来有序发展。当然我们希望最好是根据每个区域它的特色,它的能源禀?#24120;?#23427;的环?#31243;?#20214;,它的技术能力来规范每个地区的氢能和它的发展方向、发展规划。粤港澳大湾区我们认为可以建议它做一个加氢的供应网络基地;长三角它是可以把氢能源燃料电池和管网的建设同时启动起来,以技术和环境为驱动,形成一个综合性的、辐射长江流域的氢走廊;海南的地域很有意思,它是可以封闭的,它有环岛高速公路,它已经定出它的规划,2030年?#38498;?#26159;不准燃?#32479;瞪系海?#23427;要保持它的整个蓝天?#33258;苹?#20445;的优势,这时候它可以布局,氢燃料汽车在它的环岛公路上加氢站的布局,所以它可以制定这样应用的战略。


山西是一个能源输出大省,它每年有六亿吨煤要输出来,它?#27973;?#24076;望?#38498;?#36755;出的不是煤而是清洁能源,所以要是在山西搞煤制氢,山西省煤制氢输出氢气向周围,那是太漂亮了。但是有一个重要技术要突破,就是在化石能源制氢过程中产生的二氧化碳的捕集、收集和利用。如果这个问题能解决,这个技术能突破,将在全世界作出一个?#27973;?#22909;的示范,这个技术人类早晚是要把它攻破下来的。


像云南,水资源丰富,有色资源的废矿区很多,所以最近德国人来了,说这儿好啊,铜矿、锡矿等数千座矿山的废矿在那儿,制氢?#38498;螅?#23601;可以把氢储在这儿。你水电很丰富,每年弃水三百亿度电的水弃掉了,用这个电来制氢,作为储能把它储到哪儿了?储到废矿井里面,成本很低。


2、建立氢能国家重大专项,开创氢能重卡时代


我们建议设立国家重大专项来解决产业链中的重大技术装备和工程问题,像液态储罐70?#30528;?#20648;罐的氢气管网和大规模制氢的技术,包括区域内制氢,这些三大技术体系的一些重要的技术问题,还有一些材料装备。重型柴?#32479;?#23494;集的港口在中国有很多,从张家港、黄骅港、连云港到青岛港都是重化工聚集地区。唐山港一亿多吨钢,黄骅港、邯郸地区也是五六千万吨钢,到山东的临?#25910;?#26159;最大的物流基地,柴?#32479;?#23494;集。我们提出来一个中国在发展氢能和氢燃料电池汽车的技术路线,我们认为应该开创氢能的重卡时代,提出这么一个口号来带动氢能和氢燃料电池汽车的发展,优先发展氢能的商用物流车。


现在国际上,丰田、尼古拉和现代在重卡汽车上已经开始突破。国内山东潍柴也把目标集中在重卡和大功率的氢燃料电池上,它准备搞200千瓦的氢燃料电池,而?#20197;?#28023;南咱们?#25216;?#35777;了它和神华集团签订了350吨的重型矿车的氢燃料电池的战略性框架协议。咱们看看我们的主要港口,从唐山港、天津港、大连港、青岛港、上海港等,2019年1月份,就一个月,它的货物运输量巨大,由5000万吨到9000多万吨。如果按照60%的公路运输比例来看,那么整个重量估算是2.36亿吨,集装箱800万标准箱。如果是每车运输30吨的重卡,?#21496;?000公里,单车消耗柴油250公斤,那么这样一看,要达到1600万次,要把这些货物运完消耗柴油要到400万吨。400万?#32456;?#20010;排放可是不得了,折算氢气每个月240万吨,所以按照100公里15公斤的重卡消耗的氢,消耗的氢气量3000万吨,很不得了。3000万吨的氢上来?#38498;螅?#25105;们要减排近4亿吨左右的二氧化碳。所以在物流密集的港口地区我们一定要首先启动氢系统的建立和重卡氢燃料车的试运行。


3、充分利用?#25472;?#30005;力,降低制氢成本


我们国家确实在可再生能源上下了大工夫,风电、光伏电池、水电、生物质能源,包括核电我们发展都很快。特别是风电和光伏电池,就仅这两样,目前已经建成了全世界几乎接近一半的装机容量。中国每个小时有两千个太阳板在建设安装,每个小时有两个风机在建设,速度很快。但是弃风、弃水、弃光的现象很严重,为什么呢?可再生能源风电、光电不稳定,所?#38498;?#22810;地方建了风电、光伏没有全部利用。另外上国家电网困难,我们大概每年有1000亿度电是弃掉了的,这一部分是作为制氢的电源是?#27973;?#26377;利的,成本低,它这个电是多余的,我们捡回来的。它还可以生成大量的氢气,大概每年有224亿立方米可以利用。


在国家制定整个氢能发展的国家战略中要利用好现在弃光、弃风、弃水这1000亿度电。包括优先利用工业副产氢,工业副产氢有多少?1000万吨。这两个“1000”我们要用好。比如?#23548;?#26519;的白城,它要建3000万千瓦的风电、风能和光伏电能,我们就可以给它制定一些以氢能为载体的新能源开发的技术路线,制氢技术采用一种碱性电解水的工艺,最后它的成本到氢的时候含税价大概也就在18—20元左右每公斤,这样供给加氢站,这就可能有一定的利润了,可以有商业运作的模式进行了,而?#19968;?#26377;进一步降?#32479;?#26412;的?#21344;洹?#25152;以在密集的港口地区从物流或重卡起步以建氢能体系为基础,解决当前的雾霾或环境紧?#20219;?#39064;,我认为当前比较好的一个发展路线。当然氢燃料电池研发我们也是支持的,但是你必须要具备相当的竞争力,而且有?#20013;?#30340;研发能力,要赶上国外的氢燃料电池的水平,要把功率提上去,要把运行质量提上去,成本降下来。


中国是一个工业化进程速度?#27973;?#24555;的国家,建立高效的合理的氢能源体系,促进可再生能源的利用,改善人类的居住环境和提高生活质量对我们尤其重要。我们利用氢系统?#38498;?#25105;们的电网会更加智能,更加高效,更加合理,更加节能。以推动氢能重卡时代为代表,来把我们的氢能和氢燃料电池的事业、产?#20302;?#21069;发展推进,这是一个比较好的路线。支撑我们制造强国建设,人类在二十一世纪肯定要进入氢社会和氢时代,我觉得有信心来完成历?#26041;?#32473;我们这一代人的任务,把氢能的发展、氢能源的利用这个历史任务圆满完成!


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