中國工程院院士干勇：中國氫能源體系建設的一些思路
圖為中國工程院院士干勇發表主題演講
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在中國電動汽車百人會論壇（2018）的“燃料電池產業化路徑與政策環境”主題論壇上，中國工程院院士干勇發表主題演講。
以下為演講實錄：
各位來賓，很高興向大家進行主題介紹。我的PPT是在與徐部長和工程院一起討論的時候的一些想法和思路。工程院在十多年前提出了氫能社會的概念，我們對世界科技工程發展趨勢進行了一系列討論，第一就是能源體系。凡是工業化國家，能源體系的建立非常重要，而中國的能源稟賦不好，所以結構上有些問題。比爾蓋茨兩次到工程院不談計算機，全部談能源，認為十三億人口對整個地球的二氧化碳貢獻率太大，而且還有印度的十二億人口，所以能源今后必須要有變化。
化石燃料時代向綠色能源時代的轉變是必然的，主要是兩個轉變：一個是化石能源消耗向綠色能源再生轉變，另一個是從高碳燃料向低碳燃料轉變，所以本質上是燃料的加氫減碳過程。全世界的電源40%是煤炭，而中國不一樣，中國70%是煤炭，核電占2%，太陽能占4.7%，風電占9.3%，水電占20.2%，2016年用電量達16.5億千瓦，所以可再生能源的努力方面，中國政府成了全世界的動力站。
2012年到2015年我國可再生能源的投資大大超過美國，投了3150億美元，同期可再生能源容量變化占到全世界的44%，達到177GW；2016年發展速度相比2017年更快。歐共體的統計顯示，今后中國每個小時安裝2個風電機組、7000個太陽能電池板，到2020年的增長速度是272%。歐盟的發展只是我們的零頭，因為他們的發展已經很快了，每年增長20%，我們將會達到272%。
風電和光伏的問題在于其不可預測性，所以肯定要儲能一部分，不可能全部上網。氫能具有投入成本低、環境友好等特征，而且可以永久儲存、傳輸到任何地方。人類每一次的能源變革都是提升減碳加氫、提升能量密度的過程。古代燒木材能量密度只有每公斤0.13兆焦，現在標準煤、天然氣直到氫氣，能量密度最高達到了140兆焦，應該說氫能源是非常理想的清潔能源，但屬于二次能源，所以關鍵是要降低成本，而且技術路徑要重新設定。
氫能的重要作用是可再生、高能、高效的能量載體，存儲轉換非常自如，而且是零排放。現在整個央企已經開始行動，特別是以神華國際能源投資集團在氫能和燃料電池領域做了四個方面的大布局：明確了可再生能源制氫的任務，包括投入氫氣運輸、存儲和加速的各種裝備的基礎建設，也包括燃料電池，但他們的目標不是發展燃料電池，而是支持下游用他們的氫發展燃料電池，自己只是參股。現在最低成本的氫是0.77元/立方米，0.87元/公斤，大大低于國際上的平均制氫成本，也是非常便宜的。
氫能將成為傳統能源的核心，有助于實現規模化的愿景，打造一流的清潔能源供應商，整個產業鏈已經顯現。產業化途徑、模式、方向，包括商業模式都已經開始了，可再生能源制氫也好、煤制氫也好、各種制備出來的散氫都要集中起來，這是一個大的產業鏈。不光是氫能源電池利用，包括分布式發電、二氧化碳合成的化學用品等等。發展氫能產業是能源結構調整和產業結構轉型的必由之路，人類必須向這條路上走。現在利用氫能人類社會的生產發展方式可以發生一個很大的變革，獲取方式多元化，所以成本正在變得越來越低，下游使用的當然是燃料電池。
2020年到2050年，我國的風電和光電的裝機容量非常高，達到2-4億千瓦，但是上網率再怎么提高也有20%，需要儲能。如果要把這些消化掉，需要建將近400座儲水水庫，破壞生態、成本巨大。如果我們用電和氫來做儲能的載體，這將是投資成本低、環境適應強的一種方式，推動了燃料電池汽車、分布式發電、熱電聯供和無人機等領域，所有裝備都使用氫能，氫動力將成為一個主動力。歐洲率先開始了可再生能源制氫，用天然氣管網進行運輸，最大的運輸量是20%。天然氣管網當中運輸密度不一樣，出來以后再吸附，完全可以把它分開。當前全世界都開始注意到了氫能的發展，也成為了國家能源戰略的重要組成部分，而且燃料電池技術趨于成熟，步入了商業模式創新與批產階段，也要感謝一直致力于燃料電池工程化、產業化的國外企業，他們重視氫能源電池的開發推廣應用，電池產品的出貨量加速增長進入商業化階段，分布式發電也小規模商業化，特殊用途的燃料電池早期市場已經開始形成，這些都顯現出了氫能利用的產業鏈開始壯大。
剛才說過，我們的條件非常好，因為我們的光伏風電規模大，所以我們的儲能上不了網的部分就可以用于制氫。而且我國風光資源與天然氣的管網匹配性好、容量大，所以很厲害。我國在家電、發電制造的產業規模均居世界首位，這為發展燃料電池分布式供電提供了巨大的市場和產業基礎。煤制氫的水平和國外完全相當，而且制氫規模居世界首位。2012年我們的制氫量達到1600萬噸，相當于8000萬輛燃料電池汽車的消耗量，系統儲氫能力也會上來。
燃料電池的原理這里我就不講了，大家都很清楚，特別是自制燃料電池為主。催化劑的成本占了將近70%，雙極板已經完全工業化，而且我們用鈦合金和不銹鋼的雙極板代替石墨，性能非常優越，而且現在是供給美國。我們的自制膜是最難的，張維民教授今天也在這里，東岳的自制膜在國際上處于一流方陣，和美國的戈爾公司并列，所以自制膜的問題也要解決。電解質要用很多的鉑，這些鉑從哪里來？都要進口。但是現有的燃油和燃氣汽車常用的凈化裝置用的鉑量比這還高。一旦用新能源代替，鉑不會增加，只會減少。
現在鋰動力的碳酸鋰和高純球狀石墨的需求量巨大。去年石墨漲了10多倍的價格，碳酸鋰價格從4萬元漲到不到10萬元，還有鈷。材料部件的應用國內已經普遍開展。國家科技部已經把其列為重點專項，包括四個課題：車用燃料電池發動機平臺設計開發驗證、燃料電池發動機關鍵零部件與系統應用開發、大功率燃料電池電堆技術，現在已經全面鋪開，還有儲氫的系統開發。我們的固態儲氫水平現在上得很快，特別是儲氫合金的稀土材料以后會降低成本，安全方便。
燃料電池汽車的性能大家都很清楚了，豐田Mirai續航歷程可以達到650公里，加氫的時間只要3分鐘，而且成本也很低，每千瓦時2500-3000元，也可以降到1瓦/元以下，最后在電池成本上氫氣瓶如果成本降到3.5萬元的話，三種電池動力成本已經相差不大了，百公里的續航里程1公斤氫就可以達到100公里，而電要18度電才能100公里，這會增加100公斤電池的重量，氫燃料的輕量化作用也體現了。
我國前一段時間對燃料電池市場預估，美歐日中美國動作也是很快的，加州每50公里就有1個加氫站，2020年就是22.5萬個左右。如果電力技術再突破，折合成人民幣是7萬。歐洲地區的燃料電池客車的計劃包括加氫站的建立已經有106座，現在還在增加，日韓當然動作更快，特別是豐田、本田、日產和現代汽車。本田的新車銷售只有37.8萬元，如果得到補貼是27.1萬元人民幣，續航里程達到650公里。
我國發展燃料電池的基礎也很好，特別是很早就形成了以大學研究院為主體，特別是同濟大學等等，萬鋼部長也是搞燃料電池的，冠華部長之前就布局了燃料電池總體攻關，后來有一段時間減弱了，最近又把燃料電池和氫能利用作為重要的轉折點，國家到地方政府都已經開始重視。現在我國燃料電池開發出了20千瓦、50千瓦、60千瓦和110千瓦的產品，很多技術都正在成熟。我們具備的基礎很好，上海上汽又推出了兩款產品，而且已經訂貨，包括中航十五所、山東濰柴、中車燃料電池生產全部下線，2017年4月累計生產的燃料電池接近700個。
制氫、儲氫、運氫、加氫是一套新的配套系統工程。改變傳統的工程，配套設施跟進這種發展模式不行，必須至少是同步，最好是先布局供氫體系。現在整個上海一個大區域布局了燃料電池的發展規劃，特別是最近山東在打造170平方公里的中國氫谷，包括研發中心已經開始。山東有特殊情況，要考慮副產氣體的回收、電解鋁、交流煤氣等大量放空氣體，交流煤氣相當于富余了87萬噸氫，所有的公交車都可以用上，每年合成提純回收氫氣，資源優勢是非常好的。風電、光伏電池和可再生能源也非常厲害，完全可以拿來制氫，就是在棄風棄光的條件下。
所有傳統制氫企業非常強大，東岳集團成功地研發了燃料電池膜，這是國內僅有的一家，國際上進入了并列第一，還有濰柴集團投了500億元在搞氫能源發動機，青島的中車集團包括電控系統、網絡系統、車聯網都已經開始。山東最有特點的是它的高速公路，就是兩家國有企業完全占有，120個高速公路服務站都可以建立加氫站，所以回收氫、儲氫和運氫可以系統進行，不像有的公路是每家都有。這為發達的物流專用的氫燃料電池車創造了條件。工程用車、專用物流車是一個巨大的汽車市場，山東一個區域按照氫氣的要求，就是制氫、運氫、儲氫、加氫的標準先行先試，每個站估計占用2000平米，投資1000萬元，能儲存100公斤以上。
目前山東結合高速服務區的全省的加氫站網絡已經開始布局，并開始打造中國氫谷，要設立500萬元的中國氫谷創新發展基金，打造氫能源的運營示范區規劃，現在已經開始頂層設計。這不是以一家企業為主體，而是一個整體的規劃，這樣氫能源和燃料電池的企業才能健康發展。中國山東輕軌建設計劃一期總體投資是到2017年422億元，2020年達到1000億元，制定了十年和十五年的發展目標，和深圳簽訂了氫能源產業園和商務區三位一體的協議書。
介紹一下氫能源創新戰略聯盟的工作情況。二十一世紀是一個氧時代，十九世紀就提出氧氣轉入，但是十九世紀的氧氣就像現在的氫氣一樣成本高，大家都認為有危險性，但是二十世紀中期以前我們把所有的氧氣技術都攻破了，氧氣非常廉價，現在氧氣放在床邊我們也不會擔心。二十一世紀進入氫時代是肯定的，因為剛剛過了十七年，還有八十三年，估計到二十一世紀中期整個氫氣技術，就是制氫、儲氫、加氫、運氫都會完全成熟，所有標準都會出來，運輸材料和危險性并不比油氣和液化天然氣更大，反而更簡單。
氫能聯盟的籌備徐部長、萬鋼部長和苗部長都非常支持。徐部長親自主持了不下六次會議，發起單位已經開始，籌備處已經成立了將近一年，一汽、二汽、濰柴、山東重工、同濟大學、鋼冶集團、有色研究院等都已經加入了這個聯盟，而且馬上就要成立。我們的委員會主任就是徐冠華部長，首屆理事長單位是國家能源投資集團，就是神華集團和中國電力合并的巨無霸。能源打頭是最好的，要找某一個車企打頭的話互相競爭、互不服氣。聯盟的主要定位是為國家制定氫能源及燃料電池發展戰略和實施路線提供頂層設計，支持聯盟成員企業技術創新，推動全產業鏈的應用示范，創造參與氫能燃料電池裝備制造應用技術，協助構建氫能社會并且做出規劃。
2050年我們將會迎接氫能時代的到來，形成10萬億元的產業規模，這是一點都沒有問題的。煤的最佳應用方式就是變成氫，當然也可以煤制油，但是煤制氫將會作為新能源的一個重頭戲。我們已經開始迎接制造業強國之夢，在綠色制造當中把整個能源結構進行改造。
（根據發言整理，未經本人審閱）
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