中國儲能網訊：日前，中國工程院院士、清華大學化工系教授金涌接受了中國儲能網獨家專訪。金涌院士用化學家的思維路徑，深入淺出地分析了當下人們十分關注的儲能、氫能、可再生能源替代化石能源等領域的科學技術，為受眾呈現了一次以儲能為主題的精彩訪談。
金涌院士與記者韓繼波
“實現‘雙碳’目標，是我們中國人自己必須要做的”，習近平主席關于“雙碳”的重要講話，被金涌院士反復提及。那實現“雙碳”與可再生能源、儲能有什么關聯(lián)呢？
對此，金院士指出，“實現雙碳目標，不能過多依賴化石能源，必須依靠風電、太陽能等可再生能源，中國的可再生能源發(fā)展得非常好。”開源數據顯示，2022年我國光伏組件出口154.8GW，同比上漲74%。2021年世界十大風電整機制造商我國占6席。風電、太陽能對我國而言，無論是資源稟賦、技術實力還是產業(yè)規(guī)模都不至于被“卡脖子”。
為可再生能源發(fā)力，新型儲能亟需技術突破
“可再生能源加（新型）儲能技術的確是顛覆性創(chuàng)新技術，這是人類使用能量的一次重大轉變。煤炭、石油、天然氣這些化石能源，都曾經或正在對世界經濟發(fā)展起著極大推動作用。當前人類進入雙碳時代，不可再生的、有限的化石能源正逐步被風電、太陽能等可再生能源取代?！苯鹩空f。
金涌表示，早前國際綠色和平組織發(fā)布的研究報告顯示，太陽能提供的能源是目前全球能源需求的2850多倍，所以只要有性能好、價格低的太陽能設施，理論上太陽能是取之不竭、用之不盡的。
太陽能、風能等可再生能源對中國而言意義重大。我國的能源稟賦是缺油、少氣，所以重視可再生能源是必然選擇。開源數據顯示，我國煤炭已探明儲量僅占世界煤炭總儲量的11%，人均煤炭占有量僅為200噸，是世界人均煤炭占有量的50%，是美國人均煤炭占有量的20%。所以，從某種意義上說，我國的煤炭資源并非媒體宣傳的那么豐富。
金涌表示：“如果我們中國真正不依賴石油、煤炭、天然氣了，依靠太陽能、風能，誰也阻擋不了我們。所以可再生能源加儲能技術，對中國非常重要?！?
要想打造一個零碳、沒有二氧化碳排放的電力系統(tǒng)，欠缺的關鍵技術環(huán)節(jié)就是儲能?！坝捎陲L電、太陽能的波動性與間歇性很強，可是電網、用戶又都需要穩(wěn)定的電能供應，所以可再生能源須與儲能配合，才能組成一個智能電網。成功組建智能電網后，就可以代替化石能源了。”金涌院士說。
一個不爭的事實是：儲能技術發(fā)展到今天，并沒有完全解決自身存在的不足，儲能技術本身還不完備。“目前，最大的儲能方法，無論是對中國，還是對世界來講都是一樣的，它就是抽水蓄能（傳統(tǒng)儲能技術）。但是建設抽水蓄能電站的要求比較高，首先抽水儲能電站選址有一定難度；第二，抽水蓄能電站投資成本比較高，達到7000～8000元/千瓦。”
“現在，（新型）儲能技術應用規(guī)模最大的技術是電化學電池儲能，而電化學儲能技術中，目前應用廣、效果突出的是鋰離子電池。我國在鋰離子電池儲能領域有自己的優(yōu)勢，但是大規(guī)模鋰電池儲能的投資較大，這個問題目前還未完全解決。其他儲能技術還包括物理儲能、氫儲能、熱儲能等，目前儲能技術還處在百花齊放的競爭階段，還沒有一項儲能技術在經濟性、安全性等方面均令人滿意，下大功夫突破（新型）儲能技術瓶頸顯得尤為緊迫與重要?！苯鹩勘硎?，“儲能對中國來講是一個值得在人才培養(yǎng)、技術研究、工程開發(fā)、大規(guī)模運行上投資的新興產業(yè)，所以儲能產業(yè)大有前途，你們儲能協(xié)會（儲能應用分會）大有用武之地！”
儲能為綠電使用注入新動能
工業(yè)、建筑、交通是化石能源消費的最主要構成，也是降低能耗、排放的重點對象，可再生能源加儲能技術是否可以在工業(yè)、建筑、交通三大高耗能、高排放行業(yè)發(fā)揮積極作用呢？
針對這個問題，金涌說，“當然了，鋼鐵業(yè)可以改用電爐煉鋼；建筑行業(yè)可以利用地熱能、風能、太陽能等可再生能源實現建筑能量自給。”他接著說，歐美國家獨棟建筑比較普遍，通過自家的太陽能、風電裝置，可以實現電能的自給自足，這樣每戶的分布式儲能電源裝置就不需要從網上取電，而且還可將多余的電出售給電網公司。中國可能在特定場景能夠實現，比如城市別墅區(qū)、農村樓房可以實現分布式儲能?！?
據統(tǒng)計，通常情況下，每輛新能源車電池儲能60～100千瓦時，目前我國新能源車發(fā)展非?？欤Ｓ辛考s為1300萬輛，新能源車可作為分布式儲能裝置被廣泛應用。
金涌表示，“國家可以出臺政策、標準，統(tǒng)一車用動力電池等儲能裝置接口。我是中國石化的獨董，我曾經建議中國石化逐步將他們的加油站改建成充電站或者換電站，這樣將來就可以盤活資產。中國石化的反饋是新能源汽車保有量還太小?！?
“隨著儲能技術的快速發(fā)展，航空、鐵路、航海電氣化將逐步成為現實，2060年有望實現全部電氣化的零碳交通?！苯鹩勘硎尽?
探尋能源未來路徑，鋰電or氫能？
“我的觀點與很多人相同?，F在的鋰電池、將來的鈉離子電池技術進步非?？?，鋰離子電池、鈉離子電池的發(fā)展趨勢是不可阻擋的。鋰電池最大的優(yōu)點是給它充多少電，它就存多少電，轉化率可以達到95%左右，效率非常高、非常劃算?！苯鹩空f，“氫對我這樣一個化學家來講，過去、現在和將來都不是能源，它是個材料?！?
目前，我國氫的年生產量全球最大，年產灰氫4000多萬噸，其中3000多萬噸用于合成氨或者做化學品。據了解，我國電解水制氫產量很低，原因是成本居高不下。雖然電解水制氫很清潔，但是經濟性偏低，而且電解水制氫技術有待進一步創(chuàng)新與提升。
金涌指出，“氫燃料電池是將氫氣、氧氣的化學能轉換成電能的電池，氫燃料電池的實質是化學電池，而且氫燃料電池的轉換效率比較低。電是高質量能源，轉換成氫，它的能量只有原來的一半，能源轉化率只有50%，在還沒使用的前提下，就已經丟掉50%。制備好的氫氣加注到氫燃料電池后，氫氧反應再轉變?yōu)殡娔茯寗榆囕v行駛，這個轉化過程又會損失約50%的能量。也就是說，把電變成氫，再把氫變成電，整個過程會丟掉75%能量，整體轉化效率不高。”
不過金涌指出，氫燃料電池在特殊情況之下是可以得到應用的，比如重載車、潛水艇，但是成本較高。他強調指出，安全性阻礙了氫燃料電池車的推廣應用。氫燃料車配備的高壓氫氣瓶氣壓大于300公斤，而且氫氣分子太小，非常容易滲透、擴散，所以氫燃料電池的安全性并不是很理想，不管是氫燃料車，還是加氫站都是如此。
可再生能源+儲能，為能源需求添彩
有研究數據顯示，到2060年，我國能源消費總量約為23.73億～47.46億噸標煤，折合用電量19.3萬億～38.6萬億千瓦時，人均用電1.3萬～2.6萬千瓦時，大致是現在的2.5～5倍。哪種能源、何種能源結構才能滿足我國如此大規(guī)模的用電量呢？
金涌認為，為了實現雙碳目標，為了滿足未來用電需求，可再生能源配儲能、（可控）核聚變都可能是未來能源的主要解決方案。金涌院士表示，核聚變電站提供的能量是足夠多的，每升海水中可以提取30毫克重氫，將其作為燃料放到核聚變電站，釋放的能量相當于燃燒300升汽油釋放的能量。核聚變燃料氫來源于海水，可以使用幾萬年，而且不會產生放射性廢料，不過這項技術現在還不成熟，但核聚變電站的前景很好。
金涌指出，有預測認為到2060年，我國可再生能源加儲能約可滿足能源總需求的80%，其余是天然氣、石油和煤炭，分別占7.4%、7.3%和1.7%。屆時，仍然會有化石能源發(fā)電站存在的價值。前提是他們能夠靈活地調節(jié)與調度，可配合可再生能源組網。
