中國工程院院士干勇：中國氫能源體系建設(shè)的一些思路
圖為中國工程院院士干勇發(fā)表主題演講
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在中國電動汽車百人會論壇（2018）的“燃料電池產(chǎn)業(yè)化路徑與政策環(huán)境”主題論壇上，中國工程院院士干勇發(fā)表主題演講。
以下為演講實錄：
各位來賓，很高興向大家進行主題介紹。我的PPT是在與徐部長和工程院一起討論的時候的一些想法和思路。工程院在十多年前提出了氫能社會的概念，我們對世界科技工程發(fā)展趨勢進行了一系列討論，第一就是能源體系。凡是工業(yè)化國家，能源體系的建立非常重要，而中國的能源稟賦不好，所以結(jié)構(gòu)上有些問題。比爾蓋茨兩次到工程院不談計算機，全部談能源，認為十三億人口對整個地球的二氧化碳貢獻率太大，而且還有印度的十二億人口，所以能源今后必須要有變化。
化石燃料時代向綠色能源時代的轉(zhuǎn)變是必然的，主要是兩個轉(zhuǎn)變：一個是化石能源消耗向綠色能源再生轉(zhuǎn)變，另一個是從高碳燃料向低碳燃料轉(zhuǎn)變，所以本質(zhì)上是燃料的加氫減碳過程。全世界的電源40%是煤炭，而中國不一樣，中國70%是煤炭，核電占2%，太陽能占4.7%，風(fēng)電占9.3%，水電占20.2%，2016年用電量達16.5億千瓦，所以可再生能源的努力方面，中國政府成了全世界的動力站。
2012年到2015年我國可再生能源的投資大大超過美國，投了3150億美元，同期可再生能源容量變化占到全世界的44%，達到177GW；2016年發(fā)展速度相比2017年更快。歐共體的統(tǒng)計顯示，今后中國每個小時安裝2個風(fēng)電機組、7000個太陽能電池板，到2020年的增長速度是272%。歐盟的發(fā)展只是我們的零頭，因為他們的發(fā)展已經(jīng)很快了，每年增長20%，我們將會達到272%。
風(fēng)電和光伏的問題在于其不可預(yù)測性，所以肯定要儲能一部分，不可能全部上網(wǎng)。氫能具有投入成本低、環(huán)境友好等特征，而且可以永久儲存、傳輸?shù)饺魏蔚胤健Ｈ祟惷恳淮蔚哪茉醋兏锒际翘嵘郎p碳加氫、提升能量密度的過程。古代燒木材能量密度只有每公斤0.13兆焦，現(xiàn)在標準煤、天然氣直到氫氣，能量密度最高達到了140兆焦，應(yīng)該說氫能源是非常理想的清潔能源，但屬于二次能源，所以關(guān)鍵是要降低成本，而且技術(shù)路徑要重新設(shè)定。
氫能的重要作用是可再生、高能、高效的能量載體，存儲轉(zhuǎn)換非常自如，而且是零排放?，F(xiàn)在整個央企已經(jīng)開始行動，特別是以神華國際能源投資集團在氫能和燃料電池領(lǐng)域做了四個方面的大布局：明確了可再生能源制氫的任務(wù)，包括投入氫氣運輸、存儲和加速的各種裝備的基礎(chǔ)建設(shè)，也包括燃料電池，但他們的目標不是發(fā)展燃料電池，而是支持下游用他們的氫發(fā)展燃料電池，自己只是參股?，F(xiàn)在最低成本的氫是0.77元/立方米，0.87元/公斤，大大低于國際上的平均制氫成本，也是非常便宜的。
氫能將成為傳統(tǒng)能源的核心，有助于實現(xiàn)規(guī)?；脑妇?，打造一流的清潔能源供應(yīng)商，整個產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)顯現(xiàn)。產(chǎn)業(yè)化途徑、模式、方向，包括商業(yè)模式都已經(jīng)開始了，可再生能源制氫也好、煤制氫也好、各種制備出來的散氫都要集中起來，這是一個大的產(chǎn)業(yè)鏈。不光是氫能源電池利用，包括分布式發(fā)電、二氧化碳合成的化學(xué)用品等等。發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)是能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的必由之路，人類必須向這條路上走?，F(xiàn)在利用氫能人類社會的生產(chǎn)發(fā)展方式可以發(fā)生一個很大的變革，獲取方式多元化，所以成本正在變得越來越低，下游使用的當然是燃料電池。
2020年到2050年，我國的風(fēng)電和光電的裝機容量非常高，達到2-4億千瓦，但是上網(wǎng)率再怎么提高也有20%，需要儲能。如果要把這些消化掉，需要建將近400座儲水水庫，破壞生態(tài)、成本巨大。如果我們用電和氫來做儲能的載體，這將是投資成本低、環(huán)境適應(yīng)強的一種方式，推動了燃料電池汽車、分布式發(fā)電、熱電聯(lián)供和無人機等領(lǐng)域，所有裝備都使用氫能，氫動力將成為一個主動力。歐洲率先開始了可再生能源制氫，用天然氣管網(wǎng)進行運輸，最大的運輸量是20%。天然氣管網(wǎng)當中運輸密度不一樣，出來以后再吸附，完全可以把它分開。當前全世界都開始注意到了氫能的發(fā)展，也成為了國家能源戰(zhàn)略的重要組成部分，而且燃料電池技術(shù)趨于成熟，步入了商業(yè)模式創(chuàng)新與批產(chǎn)階段，也要感謝一直致力于燃料電池工程化、產(chǎn)業(yè)化的國外企業(yè)，他們重視氫能源電池的開發(fā)推廣應(yīng)用，電池產(chǎn)品的出貨量加速增長進入商業(yè)化階段，分布式發(fā)電也小規(guī)模商業(yè)化，特殊用途的燃料電池早期市場已經(jīng)開始形成，這些都顯現(xiàn)出了氫能利用的產(chǎn)業(yè)鏈開始壯大。
剛才說過，我們的條件非常好，因為我們的光伏風(fēng)電規(guī)模大，所以我們的儲能上不了網(wǎng)的部分就可以用于制氫。而且我國風(fēng)光資源與天然氣的管網(wǎng)匹配性好、容量大，所以很厲害。我國在家電、發(fā)電制造的產(chǎn)業(yè)規(guī)模均居世界首位，這為發(fā)展燃料電池分布式供電提供了巨大的市場和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。煤制氫的水平和國外完全相當，而且制氫規(guī)模居世界首位。2012年我們的制氫量達到1600萬噸，相當于8000萬輛燃料電池汽車的消耗量，系統(tǒng)儲氫能力也會上來。
燃料電池的原理這里我就不講了，大家都很清楚，特別是自制燃料電池為主。催化劑的成本占了將近70%，雙極板已經(jīng)完全工業(yè)化，而且我們用鈦合金和不銹鋼的雙極板代替石墨，性能非常優(yōu)越，而且現(xiàn)在是供給美國。我們的自制膜是最難的，張維民教授今天也在這里，東岳的自制膜在國際上處于一流方陣，和美國的戈爾公司并列，所以自制膜的問題也要解決。電解質(zhì)要用很多的鉑，這些鉑從哪里來？都要進口。但是現(xiàn)有的燃油和燃氣汽車常用的凈化裝置用的鉑量比這還高。一旦用新能源代替，鉑不會增加，只會減少。
現(xiàn)在鋰動力的碳酸鋰和高純球狀石墨的需求量巨大。去年石墨漲了10多倍的價格，碳酸鋰價格從4萬元漲到不到10萬元，還有鈷。材料部件的應(yīng)用國內(nèi)已經(jīng)普遍開展。國家科技部已經(jīng)把其列為重點專項，包括四個課題：車用燃料電池發(fā)動機平臺設(shè)計開發(fā)驗證、燃料電池發(fā)動機關(guān)鍵零部件與系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)、大功率燃料電池電堆技術(shù)，現(xiàn)在已經(jīng)全面鋪開，還有儲氫的系統(tǒng)開發(fā)。我們的固態(tài)儲氫水平現(xiàn)在上得很快，特別是儲氫合金的稀土材料以后會降低成本，安全方便。
燃料電池汽車的性能大家都很清楚了，豐田Mirai續(xù)航歷程可以達到650公里，加氫的時間只要3分鐘，而且成本也很低，每千瓦時2500-3000元，也可以降到1瓦/元以下，最后在電池成本上氫氣瓶如果成本降到3.5萬元的話，三種電池動力成本已經(jīng)相差不大了，百公里的續(xù)航里程1公斤氫就可以達到100公里，而電要18度電才能100公里，這會增加100公斤電池的重量，氫燃料的輕量化作用也體現(xiàn)了。
我國前一段時間對燃料電池市場預(yù)估，美歐日中美國動作也是很快的，加州每50公里就有1個加氫站，2020年就是22.5萬個左右。如果電力技術(shù)再突破，折合成人民幣是7萬。歐洲地區(qū)的燃料電池客車的計劃包括加氫站的建立已經(jīng)有106座，現(xiàn)在還在增加，日韓當然動作更快，特別是豐田、本田、日產(chǎn)和現(xiàn)代汽車。本田的新車銷售只有37.8萬元，如果得到補貼是27.1萬元人民幣，續(xù)航里程達到650公里。
我國發(fā)展燃料電池的基礎(chǔ)也很好，特別是很早就形成了以大學(xué)研究院為主體，特別是同濟大學(xué)等等，萬鋼部長也是搞燃料電池的，冠華部長之前就布局了燃料電池總體攻關(guān)，后來有一段時間減弱了，最近又把燃料電池和氫能利用作為重要的轉(zhuǎn)折點，國家到地方政府都已經(jīng)開始重視?，F(xiàn)在我國燃料電池開發(fā)出了20千瓦、50千瓦、60千瓦和110千瓦的產(chǎn)品，很多技術(shù)都正在成熟。我們具備的基礎(chǔ)很好，上海上汽又推出了兩款產(chǎn)品，而且已經(jīng)訂貨，包括中航十五所、山東濰柴、中車燃料電池生產(chǎn)全部下線，2017年4月累計生產(chǎn)的燃料電池接近700個。
制氫、儲氫、運氫、加氫是一套新的配套系統(tǒng)工程。改變傳統(tǒng)的工程，配套設(shè)施跟進這種發(fā)展模式不行，必須至少是同步，最好是先布局供氫體系?，F(xiàn)在整個上海一個大區(qū)域布局了燃料電池的發(fā)展規(guī)劃，特別是最近山東在打造170平方公里的中國氫谷，包括研發(fā)中心已經(jīng)開始。山東有特殊情況，要考慮副產(chǎn)氣體的回收、電解鋁、交流煤氣等大量放空氣體，交流煤氣相當于富余了87萬噸氫，所有的公交車都可以用上，每年合成提純回收氫氣，資源優(yōu)勢是非常好的。風(fēng)電、光伏電池和可再生能源也非常厲害，完全可以拿來制氫，就是在棄風(fēng)棄光的條件下。
所有傳統(tǒng)制氫企業(yè)非常強大，東岳集團成功地研發(fā)了燃料電池膜，這是國內(nèi)僅有的一家，國際上進入了并列第一，還有濰柴集團投了500億元在搞氫能源發(fā)動機，青島的中車集團包括電控系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、車聯(lián)網(wǎng)都已經(jīng)開始。山東最有特點的是它的高速公路，就是兩家國有企業(yè)完全占有，120個高速公路服務(wù)站都可以建立加氫站，所以回收氫、儲氫和運氫可以系統(tǒng)進行，不像有的公路是每家都有。這為發(fā)達的物流專用的氫燃料電池車創(chuàng)造了條件。工程用車、專用物流車是一個巨大的汽車市場，山東一個區(qū)域按照氫氣的要求，就是制氫、運氫、儲氫、加氫的標準先行先試，每個站估計占用2000平米，投資1000萬元，能儲存100公斤以上。
目前山東結(jié)合高速服務(wù)區(qū)的全省的加氫站網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)開始布局，并開始打造中國氫谷，要設(shè)立500萬元的中國氫谷創(chuàng)新發(fā)展基金，打造氫能源的運營示范區(qū)規(guī)劃，現(xiàn)在已經(jīng)開始頂層設(shè)計。這不是以一家企業(yè)為主體，而是一個整體的規(guī)劃，這樣氫能源和燃料電池的企業(yè)才能健康發(fā)展。中國山東輕軌建設(shè)計劃一期總體投資是到2017年422億元，2020年達到1000億元，制定了十年和十五年的發(fā)展目標，和深圳簽訂了氫能源產(chǎn)業(yè)園和商務(wù)區(qū)三位一體的協(xié)議書。
介紹一下氫能源創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟的工作情況。二十一世紀是一個氧時代，十九世紀就提出氧氣轉(zhuǎn)入，但是十九世紀的氧氣就像現(xiàn)在的氫氣一樣成本高，大家都認為有危險性，但是二十世紀中期以前我們把所有的氧氣技術(shù)都攻破了，氧氣非常廉價，現(xiàn)在氧氣放在床邊我們也不會擔(dān)心。二十一世紀進入氫時代是肯定的，因為剛剛過了十七年，還有八十三年，估計到二十一世紀中期整個氫氣技術(shù)，就是制氫、儲氫、加氫、運氫都會完全成熟，所有標準都會出來，運輸材料和危險性并不比油氣和液化天然氣更大，反而更簡單。
氫能聯(lián)盟的籌備徐部長、萬鋼部長和苗部長都非常支持。徐部長親自主持了不下六次會議，發(fā)起單位已經(jīng)開始，籌備處已經(jīng)成立了將近一年，一汽、二汽、濰柴、山東重工、同濟大學(xué)、鋼冶集團、有色研究院等都已經(jīng)加入了這個聯(lián)盟，而且馬上就要成立。我們的委員會主任就是徐冠華部長，首屆理事長單位是國家能源投資集團，就是神華集團和中國電力合并的巨無霸。能源打頭是最好的，要找某一個車企打頭的話互相競爭、互不服氣。聯(lián)盟的主要定位是為國家制定氫能源及燃料電池發(fā)展戰(zhàn)略和實施路線提供頂層設(shè)計，支持聯(lián)盟成員企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新，推動全產(chǎn)業(yè)鏈的應(yīng)用示范，創(chuàng)造參與氫能燃料電池裝備制造應(yīng)用技術(shù)，協(xié)助構(gòu)建氫能社會并且做出規(guī)劃。
2050年我們將會迎接氫能時代的到來，形成10萬億元的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，這是一點都沒有問題的。煤的最佳應(yīng)用方式就是變成氫，當然也可以煤制油，但是煤制氫將會作為新能源的一個重頭戲。我們已經(jīng)開始迎接制造業(yè)強國之夢，在綠色制造當中把整個能源結(jié)構(gòu)進行改造。
（根據(jù)發(fā)言整理，未經(jīng)本人審閱）
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