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氫能技術(shù)突破在于創(chuàng)新
時(shí)間:2019-12-28 14:43來源:中國(guó)電池聯(lián)盟 作者:綜合報(bào)道
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2019年，被認(rèn)為是中國(guó)氫能元年。
氫能是新能源技術(shù)體系重要的組成部分，如果把氫能跟化石能源相連，意義不大。所以，重要的是通過氫能把可再生能源發(fā)的不穩(wěn)定的電，通過電解水制氫把它轉(zhuǎn)換成氫能。
氫能的合理性取決于它在可再生能源轉(zhuǎn)型中的大規(guī)模能量?jī)?chǔ)存。雖然小規(guī)模、短周期儲(chǔ)存的電池，我們做的較好，但大規(guī)模、長(zhǎng)周期儲(chǔ)能，需要?dú)淠埽绕涫侵袊?guó)西北部集中式的，一望無際的光伏和風(fēng)電，需要大規(guī)模、長(zhǎng)周期的儲(chǔ)存。
另外，氫能有多元化利用需求，不僅僅是車用，將來發(fā)電、航空、供熱、工業(yè)原料、農(nóng)業(yè)化肥、甚至醫(yī)學(xué)、煉鋼等都要用。
01
發(fā)展氫能的優(yōu)勢(shì)
從固定式儲(chǔ)能角度來看，氫能有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：
第一，儲(chǔ)氫比電池儲(chǔ)電便宜。如果車下儲(chǔ)能的話，大概要差一個(gè)數(shù)量級(jí)，大概10倍的關(guān)系，因?yàn)橐还餁涫?4度電，而儲(chǔ)能電池最少得要800元。
目前因?yàn)槭情L(zhǎng)壽命，儲(chǔ)能電池一般要9000次循環(huán)壽命，所以一般要1元/瓦時(shí)以上，而氫能儲(chǔ)能裝置大概儲(chǔ)1千瓦時(shí)能量約需100元（車載情況不一樣，因?yàn)檐囕d由于體積限制，加之氫燃料電池發(fā)電效率比電力電池儲(chǔ)電效率低，所以會(huì)下降到3至5倍）。
第二，跟儲(chǔ)電有互補(bǔ)性。電池是高頻雙向調(diào)節(jié)，氫能是低頻調(diào)節(jié)，這兩個(gè)是互補(bǔ)的。
第三，作為商品的屬性更好。比如現(xiàn)在日本從澳大利亞購(gòu)買液氫。與電比，氫相對(duì)作為一個(gè)商品屬性會(huì)更好。
第四，儲(chǔ)運(yùn)方式靈活多樣。有特別不合理的，但是也有合理的，現(xiàn)在在這上面爭(zhēng)議很多，比方說長(zhǎng)管拖車，不經(jīng)濟(jì)，要是做管道運(yùn)氫，建設(shè)成本又太高。
因此，需要?jiǎng)?chuàng)新。可以長(zhǎng)途輸電、當(dāng)?shù)刂茪洹１热缥鞑?000公里先把電輸?shù)奖本└浇僦茪洌瑹o論在哪里制氫，對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷的調(diào)節(jié)作用是類似的。現(xiàn)在國(guó)家電投已經(jīng)在做示范。
今年由于氫能熱，還有純電動(dòng)汽車補(bǔ)貼退坡，所以，氫燃料電池汽車就變成了熱點(diǎn)。但是也有很多人提出了質(zhì)疑，其中有些觀點(diǎn)看上去也是有道理的。總之是既受吹捧、也受質(zhì)疑。
客觀的看，目前氫能技術(shù)既不是很好，也沒有些人說的那么差，關(guān)鍵在于找到平衡點(diǎn)。例如，鉑資源，公眾擔(dān)心全球鉑資源稀缺，其實(shí)現(xiàn)在全球每年生產(chǎn)8000萬輛汽車，大多要用鉑催化劑。但基本不消耗鉑，是循環(huán)使用。
當(dāng)然，燃料電池用鉑用量在初期，要比現(xiàn)在內(nèi)燃機(jī)用的量大的多。但燃料電池已經(jīng)從每千瓦1克鉑，下降到了0.3克，下一步目標(biāo)就是0.1克。和大型商用車柴油機(jī)的催化轉(zhuǎn)化器已經(jīng)有點(diǎn)接近了，所以，這不是一個(gè)特別擔(dān)心的問題。
此外，還有能效。例如煤發(fā)電、電制氫、車再發(fā)電、電驅(qū)動(dòng)車，如果基于化石能源，這條途徑當(dāng)然是不好的，但混合動(dòng)力、燃料電池、純電動(dòng)都會(huì)找到最佳的能源匹配，例如混合動(dòng)力肯定就是油電混合動(dòng)力最佳。
新能源汽車只有在向可再生能源低碳轉(zhuǎn)型的時(shí)候，優(yōu)勢(shì)才會(huì)凸顯。不僅僅是它要用新能源，而且會(huì)反過來推動(dòng)新能源的轉(zhuǎn)型，如果沒有這個(gè)反作用，意義不大。
所以，基于可再生能源，動(dòng)力蓄電池和氫能成為儲(chǔ)能的優(yōu)先選擇，純電動(dòng)汽車、燃料電池汽車成為智能低碳能源系統(tǒng)的互動(dòng)終端，新能源汽車的優(yōu)勢(shì)才會(huì)凸顯。
02
氫能面臨的挑戰(zhàn)
從長(zhǎng)期來看，當(dāng)可再生能源發(fā)電量比例足夠高，超過50%（大概2035年可以達(dá)到，因?yàn)閲?guó)家能源革命規(guī)劃就有這么個(gè)目標(biāo)。）可再生能源發(fā)電的成本足夠低，低到1毛錢（現(xiàn)在的目標(biāo)是2毛錢，比如青海電價(jià)，國(guó)家電投提出“2毛錢戰(zhàn)略”，可再生能源將來是可以做到1毛錢。）儲(chǔ)能成本在可再生能源制、運(yùn)、儲(chǔ)、運(yùn)全鏈條綜合成本中占比足夠高，假設(shè)占到50%—70%，當(dāng)電價(jià)足夠低的時(shí)候，儲(chǔ)能成本占比就上來了。此外，燃料電池效率足夠高，（日本提了一個(gè)很激進(jìn)的目標(biāo)，60%到80%），這樣一來，技術(shù)經(jīng)濟(jì)性就很優(yōu)異了。
但是，這需要科學(xué)技術(shù)的新突破，戰(zhàn)略思維的新理念和商業(yè)化的新模式，不是一蹴而就的，需要時(shí)間。
目前發(fā)展燃料電池汽車的現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)還是氫燃料電池全鏈條的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。多大的挑戰(zhàn)呢?例如，日本氫能燃料電池乘用車技術(shù)路線，2025年轎車燃料電池+儲(chǔ)氫瓶+電池=5萬元，但是500公里純電動(dòng)的動(dòng)力電池約4萬元，就是說500公里的車，在2025年就算按照樂觀的估計(jì)還是沒法跟純電動(dòng)進(jìn)行比較的。
此外，它的動(dòng)力系統(tǒng)的總體積會(huì)比純電動(dòng)大，因?yàn)樗粌H要儲(chǔ)氫、還有燃料電池，加起來的體積會(huì)比扁平化的電池體積要大，這樣會(huì)擠占乘員的空間。另外，氫燃料電池轎車使用能耗和維保的費(fèi)用會(huì)大大高于純電動(dòng)，除非換電池，2—3元/度，當(dāng)然貴。但家用純電動(dòng)車一般不會(huì)那么做，大多數(shù)是在家里慢充。
所以我們要給氫燃料電池汽車定位。什么情境下它有優(yōu)勢(shì)?
前面說儲(chǔ)電比儲(chǔ)氫貴，所以里程越長(zhǎng)，收益就越大，但是純電動(dòng)除了電池就是電機(jī)，氫燃料電池汽車除了儲(chǔ)氫瓶，還有一個(gè)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)，所以燃料電池是固定成本，不管多長(zhǎng)，這個(gè)成本總是要的，就是說儲(chǔ)氫的成本隨著里程的增長(zhǎng)可以累積出收益，來抵銷掉燃料電池成本，這是平衡點(diǎn)，這個(gè)平衡點(diǎn)對(duì)乘用車來講，長(zhǎng)期看是500公里左右。
但是，商用車需要能量多，它的平衡點(diǎn)里程比較短，比如二三百公里就到平衡點(diǎn)了，所以相對(duì)而言，氫燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)更適合于長(zhǎng)途、大型、高速重載，應(yīng)用于重型車，既柴油車。而鋰離子電池最適合汽油乘用車。
中國(guó)燃料電池商用車已經(jīng)居世界首位，4000輛，全球最高。所以，我們要繼續(xù)朝這個(gè)方向努力。燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的成本也在快速下降，跟5年前比成本大約已降了一半，今后5年還要降一半以上。
其實(shí)，很多材料和部件是由于進(jìn)口成本高，比如質(zhì)子交換膜，進(jìn)口一平方米2500元，現(xiàn)在變成國(guó)內(nèi)產(chǎn)，就1000元以內(nèi)了。所以，從商用車角度看，現(xiàn)在面臨的挑戰(zhàn)還是氫運(yùn)輸、車載儲(chǔ)氫和加氫站。
雖然，儲(chǔ)氫比儲(chǔ)電的成本低，但是體積大。經(jīng)常有人說氫能是能量密度最高的能源，但那是重量能量密度，如果是體積能量密度就差不多是最低的了。另外，我們現(xiàn)在建加氫站還是比較貴的，而且對(duì)安全要求很高。
03
市場(chǎng)突破在于創(chuàng)新
正是還有這些瓶頸，所以創(chuàng)新非常活躍，當(dāng)然也有一些偽創(chuàng)新或者偽裝成創(chuàng)新實(shí)際騙錢的也很多，這一年來有不少報(bào)道。就是因?yàn)檫�有挑戰(zhàn)，還不是最優(yōu)方案，所以各種各樣?xùn)|西都冒出來了，當(dāng)然需要?jiǎng)?chuàng)新，但是也要甄別偽創(chuàng)新。
氫能戰(zhàn)略的必要性沒有問題，但現(xiàn)實(shí)的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)性也是全球面對(duì)的共同挑戰(zhàn)，出路在于創(chuàng)新。當(dāng)前的市場(chǎng)突破口在哪里呢？
在棄風(fēng)棄電棄水和副產(chǎn)氫富余的地方，盡量在當(dāng)?shù)厥褂茫瑒e運(yùn)，一運(yùn)就貴了。盡量是低成本、高安全儲(chǔ)氫瓶能夠覆蓋的里程范圍，比如35兆帕的氫瓶已經(jīng)比較便宜了，可以用了。最好在溫度較低的北方地區(qū)，為什么?
因?yàn)槿剂想姵赜邪俜种奈迨菑U熱，這個(gè)在南方就不好用了，在北方可以用來取暖。純電動(dòng)在北方，得用電來供暖，這個(gè)是省不掉的，所以在這些地方是有競(jìng)爭(zhēng)力的。
此外，地方政府愿意支持并且有大型能源企業(yè)愿意建加氫站。滿足這些條件，就是市場(chǎng)突破口。
現(xiàn)在還不是大范圍全面鋪開的時(shí)候，而是要重點(diǎn)突破，示范帶動(dòng)，以點(diǎn)帶面，行穩(wěn)至遠(yuǎn)，避免大起大落。
氫燃料電池汽車下一個(gè)目標(biāo)重點(diǎn)是冬奧會(huì)的氫能示范，這是全球最大規(guī)模的氫能燃料電池示范，只要把這件事做好，氫能汽車后面的發(fā)展就會(huì)比較順利。（本文根據(jù)中科院院士歐陽明高在中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)論壇（2020）媒體溝通會(huì)上的演講素材整理，未經(jīng)本人審閱。）
(責(zé)任編輯：子蕊)
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