魏學(xué)哲：氫能與燃料電池發(fā)展的困境與希望
圖為同濟(jì)大學(xué)教授魏學(xué)哲發(fā)表主題演講
日前，由中國(guó)電池工業(yè)協(xié)會(huì)、電池中國(guó)網(wǎng)聯(lián)合主辦的“2021氫能與燃料電池技術(shù)及應(yīng)用國(guó)際峰會(huì)”在淄博舉行。同濟(jì)大學(xué)魏學(xué)哲教授做了關(guān)于“氫能與燃料電池發(fā)展的困境與希望”的主題報(bào)告。
以下為報(bào)告實(shí)錄：
魏學(xué)哲：我的題目是“困境和希望”拿出這一張圖來(lái)是想刺激大家，我們搞了二十年，不管是縱橫很多大富翁萬(wàn)億級(jí)的氫能還沒(méi)有出現(xiàn)。我也知道知道你們有多努力有多聰明，但是沒(méi)有發(fā)財(cái)。我們干了二十年，其實(shí)已經(jīng)積累很好的基礎(chǔ)，剛才這張圖里得到也注意到，我在燃料電池寫(xiě)了一個(gè)詞“氫能”核心的就是生了一條魚(yú)沒(méi)有水，先看這兩個(gè)情況，燃料電池和燃料電池汽車(chē)從十四、十一五、十二五、十三五情況。
我們對(duì)中國(guó)的情況和國(guó)際的水平做了一個(gè)對(duì)比，從不管是電堆還有雙極板，總的來(lái)講作為一個(gè)國(guó)家，其實(shí)與全世界國(guó)家來(lái)比各個(gè)領(lǐng)域都存在。特別是最近五年來(lái)，在產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性還存在一些問(wèn)題，技術(shù)細(xì)節(jié)不再展開(kāi)講了。
另外從車(chē)的角度來(lái)講，不管是國(guó)際上豐田，或者是現(xiàn)代，中國(guó)的也有很多優(yōu)秀整車(chē)企業(yè)，其實(shí)從我們來(lái)看數(shù)據(jù)，整車(chē)沒(méi)有差距很多，跟世界一流的企業(yè)并沒(méi)有很大的差別。
問(wèn)題主要是在一些點(diǎn)上，主要是膜電極還有質(zhì)子交換膜，還有催化劑還有碳紙，昨天我們到東岳集團(tuán)去看，膜已經(jīng)有很好的基礎(chǔ)了。
再談魚(yú)已經(jīng)生出來(lái)了，還是還放的不錯(cuò)，但是再來(lái)水的情況。氫資源情況，從制氫該怎么制？下面制氫的成本，終端的成本，不同的端差了好多基本上都有翻倍的價(jià)格。也就是拼多多那一句話(huà)不讓中間商賺差價(jià)，中間商在終端上成本非常高。
那制氫剛才在這條線(xiàn)上進(jìn)了制氫的方式，還有化石原料制氫，從這幾年大家從過(guò)去的灰氫到藍(lán)氫現(xiàn)在再到綠氫，就是基于電解水制氫，我們有幾條技術(shù)路線(xiàn)，質(zhì)子交換膜的制氫，在ALE這條線(xiàn)上中國(guó)非常成熟，在SPE這條線(xiàn)，其實(shí)燃料電池做好倒過(guò)來(lái)可以把電解水做好，這邊跟工業(yè)里面講一點(diǎn)，所以這也是一個(gè)特別大的問(wèn)題。
難的問(wèn)題一個(gè)是儲(chǔ)氫一個(gè)是運(yùn)氫這個(gè)不細(xì)展開(kāi)談了，要想降低價(jià)格還是要把規(guī)模做上去，后面說(shuō)的是不同的運(yùn)氫方式，他的成本跟液氫的方式，包括的拖車(chē)、管道輸氫、低溫液態(tài)、儲(chǔ)氫載體、液氨、甲醇近年來(lái)都受到廣泛關(guān)注。前面把氫加進(jìn)去再把氫拖出來(lái)，還有一種方法就是把它直接用氨作為原料。
還有一個(gè)氨能的車(chē)載存儲(chǔ)，這一個(gè)還是推廣開(kāi)來(lái)，特別在此情況下，政策瓶頸必須要突破。
最后做一個(gè)總結(jié)，燃料電池我們有很大的進(jìn)，在這條線(xiàn)上來(lái)看低于鋰離子電池，鋰離子電池使用成本也會(huì)不斷地降低，這是跟鋰電池相比。
在柴油車(chē)領(lǐng)域，我們算全生命周期的柴油機(jī)還沒(méi)有優(yōu)勢(shì)，核心的優(yōu)勢(shì)是綜合利用成本不高。這是技術(shù)的分析，反映到市場(chǎng)上也是慘淡。這是近三年在國(guó)家的政策支持下也是千量的級(jí)別，現(xiàn)在政府投資熱情沒(méi)有熔化市場(chǎng)的堅(jiān)冰，燃料電池推廣也是步履維艱。
我不是來(lái)潑涼水，雖然很困難，我們提高了進(jìn)步，但是市場(chǎng)上不太看好，但是我們也有新的動(dòng)力，這是我昨天用到的一張圖，也就是和新能源的結(jié)合，燃料電池降下價(jià)格也是毫無(wú)疑問(wèn)的，這就是做魚(yú)的時(shí)候做了水，其實(shí)氫鋰電子基于電網(wǎng)，都是百年的利息，燃料電池氫的體系完全沒(méi)有。
回過(guò)頭來(lái)必須要水，也就是說(shuō)反過(guò)來(lái)頭燃料電池與氫能結(jié)合。
再來(lái)看國(guó)際上的情況，首先看日本，日本把能源寄托在澳洲，澳洲把能源寄托在風(fēng)電，風(fēng)電為主，光伏作為一個(gè)重要的支撐，歐洲的情況跟中國(guó)不一樣，他們比較均勻整個(gè)不管是人口的分布，還是經(jīng)濟(jì)水平比較均勻和中國(guó)又不一樣，這只是我們的借鑒的地方。
這是歐洲能源研究所做的一個(gè)分析，氫對(duì)于風(fēng)和光的發(fā)電天生有波動(dòng)性，這個(gè)波動(dòng)性就是源端的波動(dòng)性，還有使用端的波動(dòng)性，這兩個(gè)波動(dòng)性是不會(huì)相互抵消是會(huì)相互加劇，中國(guó)電網(wǎng)提了一個(gè)智能堅(jiān)強(qiáng)的電網(wǎng)，但實(shí)際上電網(wǎng)應(yīng)該是做彈性不能做剛性，增加彈性實(shí)際上增加儲(chǔ)能，是一個(gè)天量的儲(chǔ)能。作為我們天池行業(yè)協(xié)會(huì)一直把電池作為儲(chǔ)能手段，現(xiàn)在鉛酸按電池鋰電池也好，受安全性的約束，對(duì)天量級(jí)的儲(chǔ)能沒(méi)有辦法解決，這是一個(gè)技術(shù)的問(wèn)題。
再來(lái)看傳統(tǒng)的剛才那兩條能源體系。怎么解決？用三個(gè)詞來(lái)總結(jié)，一個(gè)是云、管、端，這是IT產(chǎn)業(yè)的說(shuō)法思路是一樣。那電網(wǎng)是沒(méi)有存儲(chǔ)，實(shí)際上源跟荷動(dòng)靠云端，一個(gè)是靠管端一個(gè)靠云端，這是不同的思路。
我們參考這個(gè)思路，上午有專(zhuān)家也講這個(gè)情況，西北能源中心，東南是負(fù)荷中心，在西北搞集中式的大規(guī)模的發(fā)電，用它來(lái)做制氫，然后通過(guò)管道或者西氣東輸來(lái)運(yùn)到各地。對(duì)于東部大規(guī)模的風(fēng)力發(fā)電，大部分的光伏，在中國(guó)是這樣來(lái)做，我們高樓解決這個(gè)問(wèn)題，不管存儲(chǔ)也好，還是發(fā)電也好，都有可能解決。
但是我們放到區(qū)域園區(qū)實(shí)際上有解決，所以在東部負(fù)荷中心我們的基本思路是分布式的發(fā)電制氫，也就是說(shuō)是來(lái)對(duì)沖整個(gè)電網(wǎng)的波動(dòng)性。這是剛才上午的時(shí)候也用了這張圖，我強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，當(dāng)時(shí)我們用電源的負(fù)載，形成一個(gè)最重要的擋住了互聯(lián)的云、管、端體系，分為兩類(lèi)一個(gè)是西部的能源中心這樣格局，一部分是東部的碎片化或者分布式的這樣一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。
當(dāng)然，除了存儲(chǔ)解決問(wèn)題之外，還有一個(gè)問(wèn)題是負(fù)荷端和產(chǎn)生端實(shí)時(shí)的匹配，就需要有數(shù)字化的集成，能源的數(shù)字化已經(jīng)是能源非常重要的方面，其實(shí)對(duì)于電池來(lái)講，也是電池的下一個(gè)重要挑戰(zhàn)方向。
最后，講到應(yīng)用。毫不客氣地講，這一張圖是講對(duì)于中國(guó)貨運(yùn)的估計(jì)，到2035年還有百分之百的增量。我們對(duì)于山東省也做了調(diào)研，山東其實(shí)是個(gè)半島，這個(gè)半島有大量的公路運(yùn)輸和貨運(yùn)運(yùn)輸，其實(shí)在中國(guó)的兩個(gè)京津冀長(zhǎng)三角處于一個(gè)中間地帶。既有工業(yè)基礎(chǔ)，也有能源基礎(chǔ)貨運(yùn)場(chǎng)景非常豐富，是氫能應(yīng)用最佳樣板。所以我們希望這樣的典型的應(yīng)用場(chǎng)景，結(jié)合山東省工業(yè)基礎(chǔ)，像我上面寫(xiě)的典型的應(yīng)用區(qū)域作為前鋒實(shí)現(xiàn)突破的局部。
也就是說(shuō)我們做水，也不能能夠指望做出來(lái)一個(gè)大海出來(lái)，先從小的地方做起來(lái)，這是最后的總結(jié)。
技術(shù)上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)較大突破，進(jìn)入可用階段。但是燃料電池汽車(chē)不能先于氫能網(wǎng)絡(luò)建設(shè)而大規(guī)模發(fā)展。發(fā)展氫能的動(dòng)力將從汽車(chē)行業(yè)切換到汽車(chē)-能源雙輪驅(qū)動(dòng)。氫的巨量來(lái)源渴望基于大規(guī)模、廉價(jià)的可再生資源水電解。
建立大規(guī)模官道輸氫網(wǎng)絡(luò)是解決氫能“儲(chǔ)運(yùn)難”這一問(wèn)題的關(guān)鍵。氫能仍將遵循“云、管、端模式，其結(jié)果將是建立氫電二元網(wǎng)絡(luò)，以預(yù)期管理+氫能儲(chǔ)存平抑波動(dòng)性。希望大家共同促進(jìn)美好愿景的實(shí)現(xiàn)。
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