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幹勇院士:突破氫能發展的管理瓶頸和關鍵技術

發布時間:2018年06月28日 23:33 作者:一涵 來源:betway最新网站
  為進一步探討氫能在交通方麵的發展,建立產業化應用的生態體係,尋求其在交通、電力等領域的應用與商業模式,清華大學、中國電動汽車百人會與國際氫能委員會於2018年6月28日在清華大學舉辦“氫能產業創新發展論壇”,邀請了來自國內外政府與相關部門的領導、氫能產業研究的專家學者以及汽車、能源、等領域的企業代表就以上相關問題進行了深入交流。

  中國工程院院士幹勇發表《突破氫能發展的管理瓶頸和關(guan) 鍵技術》報告,內(nei) 容實錄如下:

  尊敬的徐冠華部長,尊敬的陳清泰理事長,剛才歐陽明高教授做了一個(ge) 很好的報告。今天大會(hui) 的主題叫做“突破核心技術 打造產(chan) 業(ye) 生態”,我們(men) 中國工程院也有一些想法,我就把突破氫能的管理瓶頸和關(guan) 鍵技術跟大家交流一下。

  工程院對整個(ge) 工程科技的發展趨勢做了八個(ge) 方麵的分析,這其中第一個(ge) 是能源體(ti) 係,凡是工業(ye) 化國家首先碰到能源體(ti) 係,以後全世界在發展中也需要能源體(ti) 係的發展。化石燃料向綠色能源時代轉變已經到來,有兩(liang) 個(ge) 轉變,一個(ge) 是化石燃料向綠色能源轉變,另一個(ge) 是高碳能源向低碳能源轉變。中國電力結構中燃煤機組占發電量的70%,全世界超過了30%。我們(men) 在可再生能源動力站上,這幾年我們(men) 做到了全世界最前麵。包括在這方麵的投入和再生能源的容量都占了全世界第一,特別是可再生能源容量已經占到全球的44%。歐共體(ti) 認為(wei) ,每個(ge) 小時中國有兩(liang) 個(ge) 風電機組在安裝,有七千個(ge) 太陽能電池板在安裝,到2020年增長速度達到272%,增長非常快。

  最近國際氫能委員會(hui) 正在做能源科技的發展規律和氫能的發展預測。剛才歐陽明高院士講到這個(ge) 趨勢,萬(wan) 鋼主席也談到國內(nei) 情況。到2050年他們(men) 估計氫能占能源比重約18%,有2.5萬(wan) 億(yi) 美元的產(chan) 值等。另外從(cong) 現在到2050年的預測,固態燃料逐漸下降,氣態燃料到2050年將成為(wei) 主體(ti) 。另外,能源科技的發展規律還有,從(cong) 不可持續到可持續,從(cong) 集中到分布。

  氫能的本質就是靈活的一種能源載體(ti) ,這裏麵有四個(ge) 方麵的作用:第一,零排放的二次能源(無氮氧化物),氫作為(wei) 能源,又是一種最好的還原劑。在12年前我們(men) 做了一個(ge) 詳細的氫冶金規劃,許冠華部長在科技部的時候就立了項。第二,把電網、天然氣和熱力網連起來。第三作為(wei) 儲(chu) 能,第四氫能交通。當然現在看,氫能交通很可能率先突破。我們(men) 在12年前以氫冶金看,人類社會(hui) 20世紀是氧時代,21世紀是氫時代,氫冶金就是氫代替碳還原生成水,不但沒有排放,而且反應速度極快。現在我們(men) 在高爐上要加焦爐煤氣,也是減少二氧化碳,增加氫的還原能力,減少二氧化碳的排放。包括一氧化碳、煤碳和氫對礦石的還原,氫的還原速度最快。

  氫是二次能源,但是成本非常高,所以很難商業(ye) 化。當時提出的原子製氫,包括氣冷堆,我們(men) 當時對氣冷堆寄予厚望。但是我們(men) 現在感覺到,能源科技的發展規律和betway在线官网的發展預測,交通領域的工程應用會(hui) 率先突破,它是作為(wei) 能源開始進入社會(hui) ,尤其是在交通領域的應用,在管理和技術層麵進行係統的規劃和標準的製定,至關(guan) 重要。

  歐陽明高院士的PPT中有這個(ge) 圖,我的PPT裏麵也有一個(ge) 類似的圖,橫坐標是交通工具的行駛裏程,縱坐標是交通工具的重量。大家看行駛裏程越大,重量越大,氫占的比例越大。到2050年超過50%重型卡車將氫燃料電池作為(wei) 發動機。

  構建氫的生態係統,現在是非常重要的。因為(wei) 是打造產(chan) 業(ye) 生態,現在主要是用車的總成本,對用戶而言他非常關(guan) 心。供應商和投資家,包括企業(ye) 家們(men) 跟用戶的心態完全一樣,怎麽(me) 來打造這個(ge) 生態環境。一個(ge) 是燃料電池係統的購車成本,關(guan) 鍵還有運行環境和運行成本,包括它的續駛裏程、加氫時間、經濟上的可行性,還包括與(yu) 純電動的競爭(zheng) 、客戶體(ti) 驗等,作為(wei) 我們(men) 當前用戶體(ti) 驗的一個(ge) 中心任務。

  但是氫能產(chan) 業(ye) 較為(wei) 複雜,純靠市場機製,一個(ge) 企業(ye) 無法完成,要充分發揮體(ti) 製優(you) 勢。氫能的應用牽扯到一係列的綜合技術,從(cong) 材料開始,到運輸、加氫,再到最後運行的全生命周期等等,有效地組織各利益相關(guan) 者、清晰的操作路徑非常重要,歐美已有案例供我們(men) 參考。我們(men) 做了一個(ge) 投資估算,上麵是氫能汽車的估算,按五十台、兩(liang) 千台、兩(liang) 萬(wan) 台到五十萬(wan) 台做一個(ge) 預算,下麵是加氫站和製氫工廠的投資估算。加氫站和製氫廠的單投資成本是逐漸降低的。到兩(liang) 萬(wan) 台以後,按照公交車大概50萬(wan) /台,如果按照50台,公交車價(jia) 格是200萬(wan) 元/台,成本是很高的。很多典型區域正在進行投資,出台了相關(guan) 的政策。這裏麵我們(men) 也對他們(men) 的投資進行了一個(ge) 估算,主要是氫能交通基礎投資估算,這裏不細談了。

  車輛現狀和問題是什麽(me) 呢?幾乎所有的主流車企現在已經開始技術儲(chu) 備,熱度上來了。但是現狀是數種物流卡車和公交車開始根據訂單生產(chan) ,規模很少,積累的數據也少,目前還未遇到難以逾越的技術障礙,但還有不少工程技術問題需要通過大量工程實踐來不斷解決(jue) 。已落實betway在线官网汽車中關(guan) 於(yu) 燃料電池汽車的地補貼的省市很少,但有一個(ge) 國家的補貼政策。瓶頸問題:訂單少,車型不足,公告時間太長,運維服務團隊尚未組建布局,車輛補貼周期太長。

  加氫站尤其重要。我們(men) 不能做鋰電池的老路,先搞電池後搞充電。氫是一種新的能源進入人類社會(hui) ,首先對氫的自身體(ti) 係進行研發,進行布局。像我們(men) 現在看了一下有一個(ge) 文件,截止2018年3月,我國已建成正式運營的固定加氫站隻有7座,剛才說有十來座,可能這幾個(ge) 月又建了幾座。其中六座加氫站每天才兩(liang) 百公斤的示範,還存在很多問題,沒法按照所謂國際要求,做不到三到五分鍾的快速加氫。也沒法控製加氫速率,達不到商業(ye) 化的運營目標。關(guan) 鍵裝備,包括加氫機無法滿足長期連續可靠運行要求。還有加氫站的規劃設計、設計施工及驗收標準、關(guan) 鍵設備選型等方麵存在的問題製約了氫能汽車的商業(ye) 化運行進程,限製了我國氫能產(chan) 業(ye) 的快速發展。

  在製氫加氫的突出問題上,國家頂層設計尚未係統化,還沒有落地。部委層麵,氫能作為(wei) 能源使用,還沒有作為(wei) 能源,誰來管理?不知道哪個(ge) 部門管理。合法加氫站無法盈利,投資回報遙遙無期,加氫站的補貼不太清楚。是屬於(yu) 化工還是屬於(yu) 交通,還是屬於(yu) 住房建設?

  我們(men) 有兩(liang) 點建議。建議一:突破管理瓶頸。參考國際有效的氫能項目管理機製,做好頂層設計,進行規範的頂層設計,從(cong) 部委層麵在加氫站、製氫工廠等審批上要予以指導。頂層設計中應包括以業(ye) 主總成本和用戶體(ti) 驗為(wei) 核心要素的發展路線,並應有車輛和氫能基礎上設施的協同發展的機製,包括從(cong) 用戶和整車企業(ye) 來推動它,不隻是搞電堆的做一些單體(ti) 技術,要靠整車及用戶來一起推動。包括製氫加氫站合建站方麵要付諸行動。

  建議二,關(guan) 鍵氫能技術的開發。目前在氫能基礎設施方麵已經快速突破。但現在仍談氫色變,很多地方搞不太明白。現在構建煤製氫,第一個(ge) 問題就是推廣應用,中船重工在這方麵很有經驗,他們(men) 應該起到重要的推動作用。第二,把氫氣長管拖車的壓力由現在的20Mpa提升到45Mpa 和70Mpa以上,提高運輸效率,降低運輸成本。中材、中集等應多做一些研發工作。包括國際合作,我們(men) 要完善整個(ge) 商用液氫供應鏈的標準,我們(men) 和法液空、林德集團加強合作。中材科技在燃料電池車載供氫及氫氣儲(chu) 運領域的已有技術。我們(men) 的35個(ge) 兆帕以下的氫氣瓶,包括無人機用的氫氣瓶,全世界市場占有率70%,但是還是中低壓。車用 70MPa塑料內(nei) 膽氣瓶提升密度已經納入計劃,這是很重要的。

  咱們(men) 要綜合起來發揮各自的優(you) 勢,神華集團的製氫技術、製氫能力和容量,這是非常巨大的。我們(men) 認為(wei) ,較快的氫基礎設施推廣模式是液氫加氫站。這是液氫加氫站的全流程,包括液氫罐車,最後它經過液化,可以控製在82個(ge) 兆帕,加氫加到汽車裏麵,70個(ge) 兆帕的氫氣瓶一點問題沒有,來得很快。這個(ge) 圖左邊是負251度的液壓氣,液體(ti) 的氫能,後麵就是低溫的氫能,到右邊黃色的地帶已經進入了常溫,基本是在15度,如果35MPa,氫氣密度為(wei) 24g/L,到70MPa可提高到40g/L。一個(ge) 液氫車可裝載4噸液氫,約等於(yu) 12個(ge) 長管拖車的運氣量,液氫運輸還是一個(ge) 非常方便的措施。

  建議二裏麵包括突破大功率電堆技術。現在我覺得已經開始,科技部的重點專(zhuan) 項的目標是到2020年達到120kW,功率密度達到3.1kW/L。另外鉑載量,每千瓦0.25克,已經開始進行,進展非常好。包括高比功率燃料電池發動機關(guan) 鍵技術研究與(yu) 平台開發。還有就是關(guan) 鍵材料及產(chan) 品的突破,包括氣體(ti) 擴散層、金屬雙極板、膜電極等關(guan) 鍵材料等,膜電極在國際上阻力並不是太大,進展很快,當然東(dong) 嶽集團的膜電極技術發展很快。

  最後講兩(liang) 個(ge) 例子,選一個(ge) 區域,集中使用重載汽車的區域,比如說唐山,現在每天唐山過境的重卡達到26萬(wan) 輛,全是柴油車。因為(wei) 唐山鋼鐵產(chan) 能達到了1.3億(yi) 噸,柴油車的運輸比火車來得方便,但是這種排放量我們(men) 看,一氧化碳、碳氫化合物、氮氧化合物、顆粒物對霧霾的產(chan) 生起到了很大的貢獻率。唐山市的鋼廠很多,有一個(ge) 工程叫“公改路”,把公路改成鐵路,但鐵路也有運輸不到位的問題,就是超短途運輸。另外為(wei) 什麽(me) 不把集中的近萬(wan) 輛重卡變成betway在线官网汽車?現在山東(dong) 濰柴認為(wei) 200到250千瓦電堆完全可行,而且不用去買(mai) 氫,每個(ge) 鋼廠都有供氫能力,唐山能夠產(chan) 生3600萬(wan) 噸的氫氣。有多少氧氣?是79.2億(yi) 立方米,又便宜又好,稍加變壓吸附進行生冷純化,完全可以達到要求燃料電池車輛用氫需求。每個(ge) 鋼廠建一個(ge) 加氫站,完全可以代替現在公路上柴油車的汙染情況,而且投資也比鐵路要低得多,這要作為(wei) 一個(ge) 重點,對北京的環境威脅將會(hui) 大幅度降低。

  第二個(ge) 是山東(dong) 。山東(dong) 搞一個(ge) “中國氫穀”,全省統一行動,打造氫能全產(chan) 業(ye) 鏈。東(dong) 嶽的質子膜,所有的化工富產(chan) 氫巨大,僅(jin) 煤製氫大概87萬(wan) 噸左右,資源優(you) 勢可謂非常好。包括市場優(you) 勢,氫能高速公路的建設將會(hui) 比別的省來得更快。為(wei) 什麽(me) 呢?它六千多公裏的高速公路掌握在山東(dong) 一兩(liang) 家的國有企業(ye) 手裏,120個(ge) 高速公路的服務站稍加改造,建一個(ge) 加氫站,隻要一聲令下,馬上可以啟動。2030年全省高速公路規劃圖已出台,betway在线官网加氫站的大規劃也已經出來。打造“中國氫穀”,山東(dong) 設立了一個(ge) 五百億(yi) 的中國氫穀betway在线官网發展基金。打造betway在线官网運營示範區是我們(men) 下一步的工作重點,而不僅(jin) 是分點研究,不隻是在大學、研究機構和企業(ye) 某個(ge) 技術中心。氫能源必須要吸取鋰動力電池的教訓,先搞電池後搞充電樁輔助係統是不行的。中國市場巨大,氫能源技術前景廣闊,我們(men) 預計在2050年中國要率先進入氫能源時代。

  我的發言到此結束。謝謝大家!

  (根據現場發言整理,未經本人審閱)

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