图为同济大学教授魏学哲发表主题演讲
日前,由中国电池工业协会、电池中国网联合主办的“2021氢能与燃料电池技术及应用国际峰会”在淄博举行。同济大学魏学哲教授做了关于“氢能与燃料电池发展的困境与希望”的主题报告。
以下为报告实录:
魏学哲:我的题目是“困境和希望”拿出这一张图来是想刺激大家,我们搞了二十年,不管是纵横很多大富翁万亿级的氢能还没有出现。我也知道知道你们有多努力有多聪明,但是没有发财。我们干了二十年,其实已经积累很好的基础,刚才这张图里得到也注意到,我在燃料电池写了一个词“氢能”核心的就是生了一条鱼没有水,先看这两个情况,燃料电池和燃料电池汽车从十四、十一五、十二五、十三五情况。
我们对中国的情况和国际的水平做了一个对比,从不管是电堆还有双极板,总的来讲作为一个国家,其实与全世界国家来比各个领域都存在。特别是最近五年来,在产品的稳定性和可靠性还存在一些问题,技术细节不再展开讲了。
另外从车的角度来讲,不管是国际上丰田,或者是现代,中国的也有很多优秀整车企业,其实从我们来看数据,整车没有差距很多,跟世界一流的企业并没有很大的差别。
问题主要是在一些点上,主要是膜电极还有质子交换膜,还有催化剂还有碳纸,昨天我们到东岳集团去看,膜已经有很好的基础了。
再谈鱼已经生出来了,还是还放的不错,但是再来水的情况。氢资源情况,从制氢该怎么制?下面制氢的成本,终端的成本,不同的端差了好多基本上都有翻倍的价格。也就是拼多多那一句话不让中间商赚差价,中间商在终端上成本非常高。
那制氢刚才在这条线上进了制氢的方式,还有化石原料制氢,从这几年大家从过去的灰氢到蓝氢现在再到绿氢,就是基于电解水制氢,我们有几条技术路线,质子交换膜的制氢,在ALE这条线上中国非常成熟,在SPE这条线,其实燃料电池做好倒过来可以把电解水做好,这边跟工业里面讲一点,所以这也是一个特别大的问题。
难的问题一个是储氢一个是运氢这个不细展开谈了,要想降低价格还是要把规模做上去,后面说的是不同的运氢方式,他的成本跟液氢的方式,包括的拖车、管道输氢、低温液态、储氢载体、液氨、甲醇近年来都受到广泛关注。前面把氢加进去再把氢拖出来,还有一种方法就是把它直接用氨作为原料。
还有一个氨能的车载存储,这一个还是推广开来,特别在此情况下,政策瓶颈必须要突破。
最后做一个总结,燃料电池我们有很大的进,在这条线上来看低于锂离子电池,锂离子电池使用成本也会不断地降低,这是跟相比。
在柴油车领域,我们算全生命周期的柴油机还没有优势,核心的优势是综合利用成本不高。这是技术的分析,反映到市场上也是惨淡。这是近三年在国家的政策支持下也是千量的级别,现在政府投资热情没有熔化市场的坚冰,燃料电池推广也是步履维艰。
我不是来泼凉水,虽然很困难,我们提高了进步,但是市场上不太看好,但是我们也有新的动力,这是我昨天用到的一张图,也就是和新能源的结合,燃料电池降下价格也是毫无疑问的,这就是做鱼的时候做了水,其实氢锂电子基于电网,都是百年的利息,燃料电池氢的体系完全没有。
回过头来必须要水,也就是说反过来头燃料电池与氢能结合。
再来看国际上的情况,首先看日本,日本把能源寄托在澳洲,澳洲把能源寄托在风电,风电为主,光伏作为一个重要的支撑,欧洲的情况跟中国不一样,他们比较均匀整个不管是人口的分布,还是经济水平比较均匀和中国又不一样,这只是我们的借鉴的地方。
这是欧洲能源研究所做的一个分析,氢对于风和光的发电天生有波动性,这个波动性就是源端的波动性,还有使用端的波动性,这两个波动性是不会相互抵消是会相互加剧,中国电网提了一个智能坚强的电网,但实际上电网应该是做弹性不能做刚性,增加弹性实际上增加储能,是一个天量的储能。作为我们天池行业协会一直把电池作为储能手段,现在铅酸按电池也好,受安全性的约束,对天量级的储能没有办法解决,这是一个技术的问题。
再来看传统的刚才那两条能源体系。怎么解决?用三个词来总结,一个是云、管、端,这是IT产业的说法思路是一样。那电网是没有存储,实际上源跟荷动靠云端,一个是靠管端一个靠云端,这是不同的思路。
我们参考这个思路,上午有专家也讲这个情况,西北能源中心,东南是负荷中心,在西北搞集中式的大规模的发电,用它来做制氢,然后通过管道或者西气东输来运到各地。对于东部大规模的风力发电,大部分的光伏,在中国是这样来做,我们高楼解决这个问题,不管存储也好,还是发电也好,都有可能解决。
但是我们放到区域园区实际上有解决,所以在东部负荷中心我们的基本思路是分布式的发电制氢,也就是说是来对冲整个电网的波动性。这是刚才上午的时候也用了这张图,我强调一点,当时我们用电源的负载,形成一个最重要的挡住了互联的云、管、端体系,分为两类一个是西部的能源中心这样格局,一部分是东部的碎片化或者分布式的这样一个网络。
当然,除了存储解决问题之外,还有一个问题是负荷端和产生端实时的匹配,就需要有数字化的集成,能源的数字化已经是能源非常重要的方面,其实对于电池来讲,也是电池的下一个重要挑战方向。
最后,讲到应用。毫不客气地讲,这一张图是讲对于中国货运的估计,到2035年还有百分之百的增量。我们对于山东省也做了调研,山东其实是个半岛,这个半岛有大量的公路运输和货运运输,其实在中国的两个京津冀长三角处于一个中间地带。既有工业基础,也有能源基础货运场景非常丰富,是氢能应用最佳样板。所以我们希望这样的典型的应用场景,结合山东省工业基础,像我上面写的典型的应用区域作为前锋实现突破的局部。
也就是说我们做水,也不能能够指望做出来一个大海出来,先从小的地方做起来,这是最后的总结。
技术上已经实现较大突破,进入可用阶段。但是燃料电池汽车不能先于氢能网络建设而大规模发展。发展氢能的动力将从汽车行业切换到汽车-能源双轮驱动。氢的巨量来源渴望基于大规模、廉价的可再生资源水电解。
建立大规模官道输氢网络是解决氢能“储运难”这一问题的关键。氢能仍将遵循“云、管、端模式,其结果将是建立氢电二元网络,以预期管理+氢能储存平抑波动性。希望大家共同促进美好愿景的实现。
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