中國儲能網(wǎng)訊：5月24日，由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會主辦，200余家機構(gòu)共同支持的第十一屆中國國際儲能大會在杭州洲際酒店召開。此次大會主題是“堅守儲能安全底線，推動產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展”。來自行業(yè)主管機構(gòu)、國內(nèi)外駐華機構(gòu)、科研單位、電網(wǎng)企業(yè)、發(fā)電企業(yè)、系統(tǒng)集成商、金融機構(gòu)等不同領(lǐng)域的718家產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)，1952位嘉賓參加了本屆大會，其中88家企業(yè)展示了儲能產(chǎn)品。
在5月26日下午的“氫儲能與燃料電池”專場，國家電投集團氫能科技發(fā)展有限公司首席技術(shù)官柴茂榮分享了主題報告《碳達峰碳中和和目標下氫能產(chǎn)業(yè)鏈的建設(shè)》。經(jīng)演講人本人授權(quán)同意，小編整理了演講速記，并將速記內(nèi)容分享如下：
柴茂榮：下午第一個講，因為剛吃完飯，可能大家有點睡意，不要緊，我慢點講。我今天帶來的題目就是碳達峰碳中和下的氫能鏈的建設(shè)。去年9月份我國就提出了雙碳目標，到現(xiàn)在為止大概半年左右，到目前比較熱的還是這個雙碳目標。
碳達峰，可能大家也比較陌生，但我國的碳達峰不是一個比較難的問題。難的是碳中和，碳中和是什么概念？就是我國一年排出去多少二氧化碳，和森林、海洋等可以吸收的二氧化碳，這兩個相抵消的概念。所以很多人把這兩個概念搞錯了，好像碳中和是零排放，這是不對的，碳中和是指我國排放量不能超過吸收量的值，這個值我等會兒會簡單說一下。
我今天講的內(nèi)容是：一、氫能在我國未來能源當中的地位；二、我國氫能與燃料電池發(fā)展現(xiàn)狀；三、未來發(fā)展趨勢。
習主席在2020年9月21日聯(lián)合國成立75周年會議上提出了碳達峰碳中和的目標。這里面有幾個關(guān)鍵點：1.到2030年碳排放相交2005年下降65%，2.非化石能源占比達到25%，3.需要12億千瓦風光裝機。這里面非常重要的是習主席在上次全國經(jīng)濟會議也說碳達峰碳中和不是人家要求我們怎么做，而是我們自己必須要做的，目前主要問題是要把我們的目標變成行動。所以達到碳達峰的目標下，我們首先要做到的第一個就是控制化石能源的總量；第二個是提高現(xiàn)有能源體系的效率；第三，加快發(fā)展可再生能源的替代；第四，通過上面三個，構(gòu)建以新能源為主體的新型能源體系。所以這里面說的非常清楚，就是要加快可再生能源的替代，用可再生能源替代現(xiàn)在傳統(tǒng)的化石能源。
我國整個能源消費，像目前最“卡脖子”的就是石油對外依存度超過70%、天然氣超過50%左右，這兩個對我國整個經(jīng)濟發(fā)展非常不利，而且我們的國家主要能源是煤炭，煤炭對于碳排放來說，對我們來說是它是最要緊的事。因為我國的碳排放量經(jīng)歷了三個階段：第一個階段，2008年以前，我們的碳總排放在2008年的時候超過了美國，成為全球最大二氧化碳排放國，這是第一次。所以當時就有一個要發(fā)展錢還是要生存權(quán)的之爭，就是著名的丁柴之爭。而經(jīng)過十年時間，到了2018年，我國人均碳排放達到世界1.6倍，也就是說除了跟美國比，我們超過了世界上除美國以外所有發(fā)達國家的平均碳排放量，所以我們在國際會議上沒有任何理由說我們不搞減排。與其被別人指著鼻子罵，我們還不如自己做。后面還有一個是到2030年左右，我們累計碳排放量也可能變成世界第一。所以，我們可以通過碳減排，通過新能源替代化石能源，找到新的發(fā)展增長點。比如說我們現(xiàn)在不能搞房地產(chǎn)或者搞互聯(lián)網(wǎng)，但又要解決我們國家GDP的增長或者說我們的就業(yè)環(huán)境，這就可以通過發(fā)展可再生能源，從這里面找到一條我們新的發(fā)展道路。同時也解決我國的能源穩(wěn)定供應(yīng)和碳排放的問題。所以我們現(xiàn)在搞減排，實際上就是為了找到我國新的發(fā)展的機遇或者說新的發(fā)展的目標。
對我們來說，我國的可再生能源稟賦非常多，我們的太陽能可以相當于我國能源用量的700倍左右，即使把它用5%也夠足夠了，而且我們風能也比較多，水能的話，我國雨量倒不是太多。但我們?nèi)绻每稍偕茉磥碜鰹橹饕茉吹脑?，大家都知道可再生能源非常不穩(wěn)定；風能，來風有電，不來風就沒有電；太陽能，白天有、晚上沒有，而且我們很多用電是在晚上，不是在白天。在這種情況下，我們的國家如果大量用可再生能源，就首先要解決儲能的問題。但我國是個大國，儲能的量相當大，能夠作為儲能來用的物質(zhì)也有限，你說用鋰電池儲能？可能只能夠儲能相當于我國整個能源需求總量的1%左右。如果用抽水儲能，可能也不會超過10%。所以在這種情況下，我們要找到一個新的能源來儲能，這里面我們就找到了水，把水里面的氫把能作為儲能介質(zhì)儲能，然后通過氫發(fā)電，過程中除了能量變化之外，又變成水，沒有物質(zhì)損失。而且水或者氫在地球上儲量很多，完全能夠解決我們的能源需要。第一，氫在地球上是最多的元素之一，總量非常豐富；第二，它安全、零碳、環(huán)保，所以這方面具有很大的優(yōu)勢；第三，我們用太陽能把氫從水里面剝離出來，相當于我們利用太陽能從地下挖石油，就是這么一回事。所以從這方面來講，我們用太陽能+氫能，就可以解決整個能源的問題，也就是說將來對整個能源環(huán)境就會有很大的改變。
所以我們要把氫能納入到整個能源體系，它具有非常大的戰(zhàn)略意義。第一，它可以解決我國化石能源占比過高；第二，可以解決風光等間歇性能力的消納困難問題，也可以解決石油天然氣進口依存度過高的問題，這里面解決能源發(fā)展的需要，當然這里面時間比較長，可能需要十年二十年五十年的時間。這里面需要做的工作是五方面：一方面是自主化。因為目前整個能源主要是石油天然氣已經(jīng)被人家“卡脖子”了，我們不可能用另外一種“卡脖子”的技術(shù)把我們的能源解決，所以我們首先要解決自主化的問題。因為通過自主化的問題，我們也可以解決整個用氫環(huán)境的價格或者成本的問題；第二，能源的多樣化。對于我們國家來講不可能用一種能源，比如說用一種電的能源全部解決，所以我們要解決能源的多樣化；第三，氫是零碳的；第四，分散化。儲氫再用來發(fā)電，可以解決整個能源的問題，就像日本的熱電聯(lián)動一樣；第五，智慧化，哪個地方需要用電，我就可以把氫氣送過去。將來還可以通過管道或者瓶裝等各種各樣的方法來解決氫氣儲運的問題。在這種環(huán)境下，我們認為氫能具備整個自主、多樣、低碳、分散、智慧等各種各樣的特性，而且它具有清潔、低碳、高效、安全的能源屬性。
很多人就說我們用太陽能制氫合不合算，因為太陽能是無償給我們用的，我們不用它也反射回去浪費掉。所以一般來說，就太陽能來講，目前全球太陽能利用率只有0.3%增加。如果我們增加到0.5%，整個能源也就足夠了。而且如果用太陽能制氫，我們就能夠把所有的太陽能利用起來。就像這張圖，我們現(xiàn)在發(fā)電最多只能用到70%左右，還有30%以上浪費掉。但如果用來制氫，就能把光伏電完全利用起來。再說一下PEM制氫技術(shù)。PEM制氫有幾個特點：第一，可以應(yīng)對各種各樣的負荷環(huán)境；第二，對于氣候環(huán)境要求不高，對水的純度要求也不高，甚至有些人可以用海水來制氫；第三，可以在當?shù)貎Υ?，在低谷時用氫氣發(fā)電再把電輸送出來，達到能源多樣化的目的。我們未來的能源體系就是兩網(wǎng)體系：氫網(wǎng)和電網(wǎng)，也就是說可再生能源發(fā)的電一部分直接上網(wǎng)，另外一部分拿來制氫，當電不夠的時候再發(fā)出來。所以未來世界，電網(wǎng)和氫網(wǎng)解決能源發(fā)展的需要，包括氫氣發(fā)電、氫能交通、氫氣煉鋼、氫進萬家、氫氣制油等等各種各樣的技術(shù)，將來都能夠技術(shù)完備。而且我們說氫能源交通只是占我們的一部分，因為總碳排放里面交通運輸也只占10%左右。也就是說我們將來煉鋼或者建筑的用熱，這里面用的氫可能會更多一些。當然我們大量的氫，以后兩網(wǎng)建成以后，大家就不用說我要建多少加氫站或者氫的價格多高，最后氫肯定比油多，水肯定比油多，所以氫肯定會比油便宜，這一點不用懷疑。就是說我現(xiàn)在用太陽能光伏2毛錢，一公斤氫成本10塊錢，相當于1塊錢1升的汽油。所以現(xiàn)在只要打通產(chǎn)業(yè)鏈，其實用氫的成本或者制氫的成本會比目前用油的成本低。當然，我也不想跟電動車比，說用電的成本怎么樣，這個大家自己會計算。
二、我國氫能與燃料電池發(fā)展現(xiàn)狀
燃料電池從發(fā)明到現(xiàn)在經(jīng)歷了100多年，但真正用起來也就是最近的60年。這60年里面我們又分成兩塊：第一塊是1960-1990年，大部分用在軍工包括航天器，所以當時是不計成本的用。從1990年到現(xiàn)在這30年主要解決的問題是三個：1.降成本，從1990年1千瓦10萬美金左右，到現(xiàn)在1千瓦降到1000元人民幣左右，當然我們國家現(xiàn)在比較貴，而日本豐田Mirai就是1千元一千瓦左右；2.鉑金用量。從原來1千瓦200克左右的鉑金用量降到現(xiàn)在100千瓦電堆也就十幾克的鉑金，鉑金用量大大下降了；3.安全可靠性有很大的提高，對氫氣的純度和溫度的適應(yīng)性等各方面都有很大的進步。所以這30年來的進步是非常巨大，國內(nèi)有的專家說你怎么這么多年與鋰電池相比一點進步都沒有，不會的，進步非常大，Mirai乘用車的適應(yīng)性，就是汽車的整個特性和燃油車沒有太大的區(qū)別。
燃料電池到目前為止一共發(fā)明了5種，但是我們現(xiàn)在用的最多的是右邊的兩種，我這是按照時間排的。最早用在航天器上的是堿性燃料電池，但現(xiàn)在大部分是用PEM燃料電池和固體氧化物燃料電池，這兩個比較適合于我們現(xiàn)在的交通或者其他方面的需要。
燃料電池的整個發(fā)展階段經(jīng)過了三個階段，第三階段就是以金屬堆為代表的第三代電堆，它具有反應(yīng)速度快、加速性能好，能量密度高等特點，適用于汽車等交通領(lǐng)域。我這邊主要說的是鈦板，因為鈦的導(dǎo)電性，抗腐蝕性能都比較好，所以我們現(xiàn)在用的是鈦金屬的雙極板，而且它的功率密度也非常高。我們現(xiàn)在國內(nèi)的功率密度一升多少的話，都是以中間的活性區(qū)多少來計算，而豐田是加上端板整個來算的。目前最高大概4.5升/千瓦，算法和國內(nèi)是不一樣的，還有它以工作狀態(tài)的功率密度來計算，而不是以峰值功率來計算。
以燃料電池氫能作為主動力的車叫燃料電池車，但很遺憾我們國內(nèi)基本上沒有，我們國家燃料電池是當充電寶來使，整個驅(qū)動是靠鋰電池。既然你驅(qū)動靠鋰電池，只能算電動車，而不是燃料電池車。等一會兒郝冬總可能會講我國目前的狀況，離世界差不多還有十年左右的距離。也就是說國外是以燃料電池作為主驅(qū)動，鋰電池作為輔助動力的車，所以這里面有很大的差距。我拿的也是中汽研的數(shù)據(jù)，就是說國內(nèi)到現(xiàn)在為止一共有7000多輛的燃料電池車，但大部分功率只有30kW左右，超過60kW的不多。而且這次國內(nèi)要搞氫能源示范城市的補貼，基本上百分之八九十拿不到補貼。
這是整個燃料電池出貨量，基本上以TEMFC為主，SOFC有少量一部分，這是目前大致的狀況。實際上從總的來講，只要是用電的地方，燃料電池都可以有它的應(yīng)用場景，從幾百瓦到兆瓦級，這張圖列出了主要的應(yīng)用場景。比如說特殊場景的潛艇、航天、軍車，交通運輸里面大型車、乘用車、叉車、重型貨車、軌道列車、無人機、船舶，還有固定式應(yīng)用分布式儲能發(fā)電、家用熱電聯(lián)供、基站備用電源，還有移動式應(yīng)用的充電寶、應(yīng)急電源等等都可以有它的應(yīng)用場景，而不是目前國內(nèi)有些專家說的只能用于重卡或者是大卡車，所以將來我們要全方面地發(fā)展。
從它的功率密度來講，也是從小往大走，小的話可能幾十瓦，大到船舶用的幾兆瓦甚至十幾個兆瓦，大功率電堆，也就是兆瓦級電堆全球都在加速開發(fā)。目前我們國家電投也在開發(fā)，為了應(yīng)用于將來的船舶或者大規(guī)模的發(fā)電裝置等用途。
根據(jù)燃料電池的用途分成固定電源用長壽命堆、增程式交通工具用電堆、直驅(qū)強混交通工具用電堆、飛行器用空冷堆（因為它要求輕量化，才能飛得遠），還有特殊場景用的氫氧堆等等，這些對材料的要求和其他化石燃料要求都是不一樣的。
這里面就講了氫的成本。只要我們拿這里面就是大型光伏電站的總體情況，因為我們國家電投是全球最大的太陽能光伏企業(yè)，我們現(xiàn)在的光伏裝機容量占全球15%左右，所以我們要開發(fā)太陽能制氫來發(fā)電，這些都是我們的剛需。我們可以通過自主化來拉動裝備國產(chǎn)化、以及裝備成本的下降。
其實大家講的最多的是氫氣的安全性。汽油也好，柴油也好，雖然我們?nèi)紵臅r候安全性都是差不多的，但總體來講氫氣還是安全的。只要我們做到整個氫氣排放的時候泄露早發(fā)現(xiàn)、早關(guān)閥，基本上不會出事故。到目前來講，整個燃料電池汽車還沒有出現(xiàn)任何一起爆炸事故，所以它比電動車安全得多。
這是我國財政部從去年開始討論到現(xiàn)在一直沒有落地的補貼政策，目前為止北京、上海、河南、廣東和河北等五個省市取得了第一次選考權(quán)，但是還沒有決定，大家還需要繼續(xù)努力，我們希望在這個月的月底能夠下來，但目前好像還沒有跡象，因為我也是專家組成員，我還沒有接到通知討論，也不清楚到底誰能過。
這是整個補貼政策情況，也就是說低于80kW的電堆的話，補貼就基本上很少了；低于50kW是沒有補貼的，而且功率密度和氫的使用量都有要求，不詳細講。
國家電投實際上做了兩件事：第一件時候無是可再生能源制氫，開發(fā)燃料電池，還有開發(fā)燃料電池的裝備，主要的問題是要利用央企的力量把整個產(chǎn)業(yè)鏈全部打通，對于萬億級央企，我們還是有能力做這方面的工作的。
我們首先做的一個工作是催化劑質(zhì)子膜，還有擴散層，還有膜電極這方面，我們已經(jīng)完全取得自主化，電堆和系統(tǒng)也是我們自主開發(fā)的。比如我們上次到海南博鰲論壇開的車，所有的材料到我們的零部件，電堆、系統(tǒng)，基本上都是我們自主化打造出來的。特別是鈦基雙極板。用鈦來做雙極板，它的耐腐蝕性非常高，但是它最大的特點是難沖壓、難焊接，這些我們都基本上解決了，全球來講我們是第二個掌握鈦基雙極板制造的整套技術(shù)的公司。
這是我們催化劑的性能，實際上我們現(xiàn)在量產(chǎn)的催化劑已經(jīng)超過了日本TKK的催化劑，在全球處于領(lǐng)先的地位。
這是我們的質(zhì)子交換膜。因為對于車載燃料電池來講，它用的質(zhì)子膜必須具備干膜啟動的要求，因為我們現(xiàn)在要直驅(qū)的話，整個波動非?？臁Ｋ晕覀儗δさ囊缶褪菬o加濕啟動，低加濕運行。因我們開發(fā)的就是這樣的膜。因為這樣的膜才能用于車載用大功率的燃料電池，圖上數(shù)據(jù)顯示，我們現(xiàn)在自己生產(chǎn)的這個膜的水平跟國外水平也是差不多的。
這是我們的電堆。我們的電堆在中汽研做了強檢認證，平均0.63V/片的時候，我們可以做到140幾個千瓦。這是我們直接做出來的，不像有些公司是用PPT算出來的。目前我們的產(chǎn)線在寧波是1000臺，在武漢正在建1萬臺的產(chǎn)線，爭取到今年年底能把成本降到一千瓦一千元左右，產(chǎn)能達到1萬臺以上，這是我們現(xiàn)在想做的最大的工作。
這是我們整個的示范情況。很多大家也看到新聞，10輛大巴車在海南先開了一個月，然后在博鰲論壇上開了5天，整個過程沒有出現(xiàn)任何故障。這是和商飛聯(lián)合開發(fā)的無人機，其中固定翼的無人機可以連續(xù)飛十幾個小時，跟一般大疆無人機比，我們的體積比它大得多，也比它飛的遠得多。還有垂直起降的無人機，起飛重量480kg，續(xù)航距離可達到500公里左右。
這是我們的成本預(yù)測，預(yù)計燃料電池發(fā)動機到2035年左右能降到燃油車的水平。最終的目標就是要代替燃油車。所以我們和電動車殊途同歸。
三、未來發(fā)展趨勢
未來的發(fā)展趨勢有兩個：一是，我們未來肯定是低碳的制氫技術(shù)，儲氫技術(shù)也會更加成熟；現(xiàn)有多能融合技術(shù)也會成熟，最后我們的成本可能會達到燃油車的水平。最后從整個規(guī)模來講，市場規(guī)模到2050年可以達到12萬億左右，就是現(xiàn)在中石油加上中石化加上幾大車企等等加起來的規(guī)模。氫能汽車，我們認為2050年可以達到汽車總量的51%，在國內(nèi)能源占比10%，這是一個大的情況。
先講到這里，謝謝大家！
