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干勇院士:突破氫能發展的管理瓶頸和關鍵技術

2018-06-28 作者:一涵 來源:中國客車網
  為進一步探討氫能在交通方面的發展,建立產業化應用的生態體系,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于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。

pp电子翻阅笔 www.ilsmx.icu   中國工程院院士干勇發表《突破氫能發展的管理瓶頸和關鍵技術》報告,內容實錄如下:

  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很好的報告。今天大會的主題叫做“突破核心技術 打造產業生態”,我們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鍵技術跟大家交流一下。

  工程院對整個工程科技的發展趨勢做了八個方面的分析,這其中第一個是能源體系,凡是工業化國家首先碰到能源體系,以后全世界在發展中也需要能源體系的發展?;劑舷蚵躺茉詞貝湟丫嚼?,有兩個轉變,一個是化石燃料向綠色能源轉變,另一個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%。我們在可再生能源動力站上,這幾年我們做到了全世界最前面。包括在這方面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%。歐共體認為,每個小時中國有兩個風電機組在安裝,有七千個太陽能電池板在安裝,到2020年增長速度達到272%,增長非???。

  最近國際氫能委員會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趨勢,萬鋼主席也談到國內情況。到2050年他們估計氫能占能源比重約18%,有2.5萬億美元的產值等。另外從現在到2050年的預測,固態燃料逐漸下降,氣態燃料到2050年將成為主體。另外,能源科技的發展規律還有,從不可持續到可持續,從集中到分布。

  氫能的本質就是靈活的一種能源載體,這里面有四個方面的作用:第一,零排放的二次能源(無氮氧化物),氫作為能源,又是一種最好的還原劑。在12年前我們做了一個詳細的氫冶金規劃,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。第三作為儲能,第四氫能交通。當然現在看,氫能交通很可能率先突破。我們在12年前以氫冶金看,人類社會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,所以很難商業化。當時提出的原子制氫,包括氣冷堆,我們當時對氣冷堆寄予厚望。但是我們現在感覺到,能源科技的發展規律和新能源的發展預測,交通領域的工程應用會率先突破,它是作為能源開始進入社會,尤其是在交通領域的應用,在管理和技術層面進行系統的規劃和標準的制定,至關重要。

  歐陽明高院士的PPT中有這個圖,我的PPT里面也有一個類似的圖,橫坐標是交通工具的行駛里程,縱坐標是交通工具的重量。大家看行駛里程越大,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發動機。

  構建氫的生態系統,現在是非常重要的。因為是打造產業生態,現在主要是用車的總成本,對用戶而言他非常關心。供應商和投資家,包括企業家們跟用戶的心態完全一樣,怎么來打造這個生態環境。一個是燃料電池系統的購車成本,關鍵還有運行環境和運行成本,包括它的續駛里程、加氫時間、經濟上的可行性,還包括與純電動的競爭、客戶體驗等,作為我們當前用戶體驗的一個中心任務。

  但是氫能產業較為復雜,純靠市場機制,一個企業無法完成,要充分發揮體制優勢。氫能的應用牽扯到一系列的綜合技術,從材料開始,到運輸、加氫,再到最后運行的全生命周期等等,有效地組織各利益相關者、清晰的操作路徑非常重要,歐美已有案例供我們參考。我們做了一個投資估算,上面是氫能汽車的估算,按五十臺、兩千臺、兩萬臺到五十萬臺做一個預算,下面是加氫站和制氫工廠的投資估算。加氫站和制氫廠的單投資成本是逐漸降低的。到兩萬臺以后,按照公交車大概50萬/臺,如果按照50臺,公交車價格是200萬元/臺,成本是很高的。很多典型區域正在進行投資,出臺了相關的政策。這里面我們也對他們的投資進行了一個估算,主要是氫能交通基礎投資估算,這里不細談了。

  車輛現狀和問題是什么呢?幾乎所有的主流車企現在已經開始技術儲備,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,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。已落實新能源汽車中關于燃料電池汽車的地補貼的省市很少,但有一個國家的補貼政策。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。我們不能做鋰電池的老路,先搞電池后搞充電。氫是一種新的能源進入人類社會,首先對氫的自身體系進行研發,進行布局。像我們現在看了一下有一個文件,截止2018年3月,我國已建成正式運營的固定加氫站只有7座,剛才說有十來座,可能這幾個月又建了幾座。其中六座加氫站每天才兩百公斤的示范,還存在很多問題,沒法按照所謂國際要求,做不到三到五分鐘的快速加氫。也沒法控制加氫速率,達不到商業化的運營目標。關鍵裝備,包括加氫機無法滿足長期連續可靠運行要求?;褂屑憂庹鏡墓婊杓?、設計施工及驗收標準、關鍵設備選型等方面存在的問題制約了氫能汽車的商業化運行進程,限制了我國氫能產業的快速發展。

  在制氫加氫的突出問題上,國家頂層設計尚未系統化,還沒有落地。部委層面,氫能作為能源使用,還沒有作為能源,誰來管理?不知道哪個部門管理。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。是屬于化工還是屬于交通,還是屬于住房建設?

  我們有兩點建議。建議一:突破管理瓶頸。參考國際有效的氫能項目管理機制,做好頂層設計,進行規范的頂層設計,從部委層面在加氫站、制氫工廠等審批上要予以指導。頂層設計中應包括以業主總成本和用戶體驗為核心要素的發展路線,并應有車輛和氫能基礎上設施的協同發展的機制,包括從用戶和整車企業來推動它,不只是搞電堆的做一些單體技術,要靠整車及用戶來一起推動。包括制氫加氫站合建站方面要付諸行動。

  建議二,關鍵氫能技術的開發。目前在氫能基礎設施方面已經快速突破。但現在仍談氫色變,很多地方搞不太明白。現在構建煤制氫,第一個問題就是推廣應用,中船重工在這方面很有經驗,他們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,我們要完善整個商用液氫供應鏈的標準,我們和法液空、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運領域的已有技術。我們的35個兆帕以下的氫氣瓶,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塑料內膽氣瓶提升密度已經納入計劃,這是很重要的。

  咱們要綜合起來發揮各自的優勢,神華集團的制氫技術、制氫能力和容量,這是非常巨大的。我們認為,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,最后它經過液化,可以控制在82個兆帕,加氫加到汽車里面,70個兆帕的氫氣瓶一點問題沒有,來得很快。這個圖左邊是負251度的液壓氣,液體的氫能,后面就是低溫的氫能,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24g/L,到70MPa可提高到40g/L。一個液氫車可裝載4噸液氫,約等于12個長管拖車的運氣量,液氫運輸還是一個非常方便的措施。

  建議二里面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鍵技術研究與平臺開發?;褂芯褪槍丶牧霞安返耐黃?,包括氣體擴散層、金屬雙極板、膜電極等關鍵材料等,膜電極在國際上阻力并不是太大,進展很快,當然東岳集團的膜電極技術發展很快。

  最后講兩個例子,選一個區域,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26萬輛,全是柴油車。因為唐山鋼鐵產能達到了1.3億噸,柴油車的運輸比火車來得方便,但是這種排放量我們看,一氧化碳、碳氫化合物、氮氧化合物、顆粒物對霧霾的產生起到了很大的貢獻率。唐山市的鋼廠很多,有一個工程叫“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。另外為什么不把集中的近萬輛重卡變成新能源汽車?現在山東濰柴認為200到250千瓦電堆完全可行,而且不用去買氫,每個鋼廠都有供氫能力,唐山能夠產生3600萬噸的氫氣。有多少氧氣?是79.2億立方米,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。每個鋼廠建一個加氫站,完全可以代替現在公路上柴油車的污染情況,而且投資也比鐵路要低得多,這要作為一個重點,對北京的環境威脅將會大幅度降低。

  第二個是山東。山東搞一個“中國氫谷”,全省統一行動,打造氫能全產業鏈。東岳的質子膜,所有的化工富產氫巨大,僅煤制氫大概87萬噸左右,資源優勢可謂非常好。包括市場優勢,氫能高速公路的建設將會比別的省來得更快。為什么呢?它六千多公里的高速公路掌握在山東一兩家的國有企業手里,120個高速公路的服務站稍加改造,建一個加氫站,只要一聲令下,馬上可以啟動。2030年全省高速公路規劃圖已出臺,新能源加氫站的大規劃也已經出來。打造“中國氫谷”,山東設立了一個五百億的中國氫谷新能源發展基金。打造新能源運營示范區是我們下一步的工作重點,而不僅是分點研究,不只是在大學、研究機構和企業某個技術中心。氫能源必須要吸取鋰動力電池的教訓,先搞電池后搞充電樁輔助系統是不行的。中國市場巨大,氫能源技術前景廣闊,我們預計在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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