燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)成本會(huì)大幅度下降，進(jìn)入一個(gè)快速下降的區(qū)間，今后十年，與過去十年比的鋰離子電池下下降成本過程相似。未來十年我們車網(wǎng)互動(dòng)的智慧新能源生態(tài)，有兩個(gè)組合，黃金組合，分布式光伏+電池+電動(dòng)汽車+物聯(lián)網(wǎng)+區(qū)塊鏈。第二個(gè)就是集中式風(fēng)電與光伏+氫能+燃料電池汽車+物聯(lián)網(wǎng)+區(qū)塊鏈。
——中國科學(xué)院院士歐陽明高
2021年04月08日中關(guān)村氫能與燃料電池技術(shù)創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（以下簡(jiǎn)稱“聯(lián)盟”）成立大會(huì)暨首屆會(huì)員大會(huì)于北京召開，北極星氫能網(wǎng)全程直播。中國科學(xué)院院士歐陽明高為大會(huì)致辭,并做報(bào)告。
以下為發(fā)言實(shí)錄：
尊敬的各位領(lǐng)導(dǎo)、各位專家、各位同行，大家上午好！
首先，我祝賀中關(guān)村氫能與燃料電池技術(shù)創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟成立，對(duì)此我表示中心的祝賀。由于我現(xiàn)在在封閉學(xué)習(xí)，不能到現(xiàn)場(chǎng)與大家交流，所以通過視頻與大家談?wù)勎覍?duì)氫能汽車，尤其是氫能與燃料電池發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)的一些看法，下面我有一個(gè)簡(jiǎn)短的PPT給大家介紹一下。
我給大家交流的題目是面向碳中和的新能源革命，電動(dòng)化、低碳化與智能化。
背景我想談一下動(dòng)力變革與能源革命。我們經(jīng)歷了第一次能源革命，那就是木材向煤炭的過渡，也是第一次工業(yè)革命，我們能源是能源，交通工具是火車。然后我們又經(jīng)歷了第二次能源革命，當(dāng)然大家有很多不同的看法，比方說主體的意思比較集中就是電力、內(nèi)燃機(jī)，我認(rèn)為內(nèi)燃機(jī)更加重要，因?yàn)樗l(fā)了煤炭向油氣的變革，這其中最重要的交通工具就是汽車。能源的載體就是汽柴油。現(xiàn)在是不是我們正在迎來第三次能源革命呢，大家可能有不同的看法，我想至少是在迎來第三次能源革命，能源就是可再生能源，載體就是電和氫，交通工具就是電動(dòng)車。大家談?wù)摰谒拇喂I(yè)革命，是以可再生能源為基礎(chǔ)的綠色化和以數(shù)字網(wǎng)絡(luò)為主的數(shù)智化。
下面從能源與工業(yè)革命高度看新能源汽車。三個(gè)觀點(diǎn)，第一是動(dòng)力電動(dòng)化新進(jìn)展，也就是電動(dòng)車革命，電動(dòng)化是氣動(dòng)力百年來重大的變革，三種新能源的動(dòng)力系統(tǒng)，這是我們一個(gè)總的電動(dòng)化的技術(shù)革命。我們純電動(dòng)汽車燃料電池技術(shù)的創(chuàng)新在持續(xù)推進(jìn)，比如說在2013年前三元?jiǎng)恿﹄姵貨]有產(chǎn)業(yè)化的車，我們乘用車銷售比較低，2015年轎車市場(chǎng)開始爆發(fā)。2018年三元電池比能量提升乏力，而且遇到了安全問題，所以行業(yè)轉(zhuǎn)向到新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，比如說比亞迪的刀片電池。所以現(xiàn)在我們?cè)趧?dòng)力電池方面，從材料體系本身處于瓶頸期，但是從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面是非常活躍的。我們可以看到電池在車上的比能量，裝了電池的總?cè)萘吭诔掷m(xù)提升，同時(shí)續(xù)航里程也在持續(xù)提升。這中間不可回避的就是動(dòng)力電池有一個(gè)熱安全問題，這個(gè)問題還是正在解決的問題，這就是我們清華大學(xué)的電池安全實(shí)驗(yàn)室，我們?cè)谶@方面做了大量的工作，跟同行業(yè)主要的廠商都有合作關(guān)系，我們現(xiàn)在正在努力解決電池的安全問題。
另外一個(gè)方面很值得提一下就是燃料電池汽車。我們經(jīng)過長(zhǎng)期努力，中國車用燃料電池技術(shù)近年來取得產(chǎn)業(yè)化突破，這是2020年技術(shù)狀況的比較，各種技術(shù)指標(biāo)大幅度提高，比如我們認(rèn)為最難的就是安全技術(shù)，提高了300%，這是一個(gè)重大的突破。同時(shí)出現(xiàn)了一系列的優(yōu)勢(shì)車型，比如說燃料電池城市客車，這是我們清華億華通做的燃料電池的動(dòng)力系統(tǒng)，而且續(xù)航超過700公里，百公里氫耗到現(xiàn)在的從8公斤到5公斤，在北方可以零下30度啟動(dòng)，供暖非常方便，相比純電動(dòng)是有優(yōu)勢(shì)的。
這是燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)，為了強(qiáng)調(diào)耐久性，我們對(duì)商用車燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)堅(jiān)持了石墨雙極板的技術(shù)，這是億華通和清華的團(tuán)隊(duì)這些年來一步一步提升燃料電池的性能，而且推動(dòng)燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈的自主可控，并取得重大進(jìn)展。這個(gè)是清華牽頭開發(fā)的全球首臺(tái)分布式驅(qū)動(dòng)的燃料電池液氫重卡，應(yīng)該說這也是一個(gè)新的突破。
最近我們清頭承擔(dān)科技冬奧的重點(diǎn)項(xiàng)目氫能出行，張家口在2022年將有2000輛左右的燃料電池汽車，正在建設(shè)20多個(gè)加氫站，這是最新的進(jìn)展。
下一步燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)成本會(huì)大幅度下降，進(jìn)入一個(gè)快速下降的區(qū)間，今后十年，與過去十年比的鋰離子電池下下降成本過程相似。這中間還有一個(gè)很重要的部件就是儲(chǔ)氫瓶，現(xiàn)在國產(chǎn)70MPa塑料內(nèi)膽碳纖維然繞已經(jīng)可以國產(chǎn)，現(xiàn)在是剛剛國產(chǎn)，初期成本還是比較高。從未來的預(yù)測(cè)來看，主要取決于碳纖維的成本下降，如下有較大幅度下降，我們可以期待2025年降到接近2000塊錢儲(chǔ)存一公斤的氫。
從中長(zhǎng)期看燃料電池汽車的推廣將會(huì)從目前1萬輛左右，到2025年的5到10萬輛，再到2030、2035接近100萬輛，而且都是以商用車為主體，這是我們需求量，這是加氫站的數(shù)量。現(xiàn)在我們預(yù)計(jì)2025年是1000座，中石化宣布將大規(guī)模建設(shè)加氫站，這方面我們認(rèn)為還是問題不大的，這是燃料電池。
電動(dòng)化這部分我想做一個(gè)小結(jié)，如下基于化石能源看各類轎車油井到車輪能效比較，三種電動(dòng)汽車都比傳統(tǒng)汽車能效高很多，所以各種電動(dòng)汽車都是節(jié)能的。基于化石能源純電動(dòng)、燃料電池和混合動(dòng)力能效差別并不大，當(dāng)然燃料電池稍有優(yōu)勢(shì)，這是基于天然氣的，純電動(dòng)的如果也基于天然氣是比純電動(dòng)低的。我們?yōu)槭裁捶且闳蝗剂想姵睾碗妱?dòng)汽車呢，這就是要看第二大技術(shù)變革，就是能源低碳化的新要求，也就是新能源革命。
從新能源革命的角度來看，我們習(xí)主席提出2030、60低碳發(fā)展目標(biāo)和能源革命的重大戰(zhàn)略，所謂的第三次能源革命，我們認(rèn)為就是有五大支柱，包括可再生能源，尤其光伏與風(fēng)電，第二就是集中式轉(zhuǎn)向分布式，建筑變?yōu)槲⑿桶l(fā)電廠。用氫氣、電池等技術(shù)儲(chǔ)存間歇市能源。另外發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，把分布式能源連起來，最后就是各種電動(dòng)汽車成為用能、儲(chǔ)能并回饋能源終端。所以我們認(rèn)為只有實(shí)現(xiàn)新能源汽車大規(guī)模發(fā)展，才能順利適應(yīng)新能源革命，只有實(shí)現(xiàn)新能源革命，才能順利地實(shí)現(xiàn)中國的碳中和目標(biāo)，所以在這方面我們首先看看可再生能源的載體就是電和氫。光伏將來會(huì)是最便宜的能源，而且光伏效率在持續(xù)提高，新一代光伏鈣鈦礦相結(jié)合的第三代光伏電池技術(shù)正在興起，效率潛力巨大。
第二個(gè)就是電和氫，如果我們國家2035年達(dá)到歐洲2030年的目標(biāo)，綠氫1000萬噸，則儲(chǔ)氫容量能超過3300億千瓦時(shí)，面向近中遠(yuǎn)期應(yīng)用，我們已經(jīng)全面開展三種電解水制氫技術(shù)研發(fā)，尤其是現(xiàn)在燃料電池和制氫裝置，大家正在尋求一體化，也就是一個(gè)裝置既制氫又發(fā)電，從發(fā)電的成本看，完全取決于我們光伏和風(fēng)電的價(jià)格，隨著光伏電價(jià)的降低，最終將會(huì)是成本最低的執(zhí)行方式，這也是我們清華團(tuán)隊(duì)最近正在開發(fā)的三種制氫裝置。我們可以看看這三種制氫裝置的對(duì)比，從現(xiàn)在最成熟的堿性，到質(zhì)子膜電解，到固體氧化物電解，目前效率在不斷提高，我們有更加優(yōu)選的技術(shù)，這是投資的成本。
另外就是氫的載體，我們叫E FUEL，液氨質(zhì)量?jī)?chǔ)存密度17.8wt，這樣形成一個(gè)氮的循環(huán)，最后是完全無碳排放。最后就是電合成染料，我們可以通過氫再加碳做成甲醇，然后通過甲醇制做各種的產(chǎn)品，比如煤油汽油，我們中國叫液態(tài)陽光燃料，將來比如飛機(jī)是可以用這種燃料。我們?nèi)绻容^剛才說的電、氫和氫能的儲(chǔ)存載體，充電的電動(dòng)車小最高，電燃料效率是最低的。這就提出一個(gè)問題，氫效率低，我們?cè)趺纯茨兀鋵?shí)接近化石能源效率是非常重要的，但是可再生能源效率就轉(zhuǎn)化成成本，如果電價(jià)相同，總能效產(chǎn)別等于成本差別，但是自行用的電價(jià)有可能比充電電價(jià)便宜嗎，這是有可能，對(duì)于可再生能源，大規(guī)模的可再生能源，在西部集中式可再生能源，基地生產(chǎn)的可再生能源，用它制氫的電價(jià)有可能比東部直接充電的電價(jià)是要低的。所以從這個(gè)角度，我們氫還是大有用武之地。
接下來我們要看怎么樣產(chǎn)生這個(gè)優(yōu)勢(shì)呢，所以我們需要從系統(tǒng)智能化的新趨勢(shì)來看這個(gè)問題。首先，我們將來的電網(wǎng)是新能源電力系統(tǒng)，新能源電力系統(tǒng)是一定要有儲(chǔ)能裝置，沒有儲(chǔ)能裝置這個(gè)系統(tǒng)是不成立的。我們儲(chǔ)能用什么，這是各種各樣的儲(chǔ)能方式，下面是功率，縱軸是存儲(chǔ)時(shí)間。對(duì)于長(zhǎng)周期大規(guī)模應(yīng)該說是氫能，下面這些短周期方向的，這個(gè)下面的小規(guī)模應(yīng)該說是電池，這兩種應(yīng)該說是未來儲(chǔ)能的主體。首先以鋰離子電池為代表的動(dòng)力電池是短周期分布式消費(fèi)者可再生能源儲(chǔ)存的最佳選擇，我們2020年就可以進(jìn)入T瓦時(shí)代，到2025就是達(dá)到40億千瓦時(shí)以上，就是比現(xiàn)在要增加20倍以上。如果3億輛中國乘用車全部改用電動(dòng)轎車，每輛車平均65千瓦時(shí)，則車載儲(chǔ)能容量約200億千瓦時(shí)，與中國每天消費(fèi)總電量基本相當(dāng)。考慮基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)情況，2030到2035可能有10%到20%的車輛配備雙向充電樁介入V2G市場(chǎng)，調(diào)節(jié)潛力超過22億千瓦。發(fā)改委有一個(gè)計(jì)算，北京市如果在2050年有500萬輛車，電網(wǎng)是非常平穩(wěn)的，但是如果100萬輛車，這個(gè)電網(wǎng)波動(dòng)是非常巨大。
這就是電動(dòng)車充電互動(dòng)模式，現(xiàn)在在北京已經(jīng)開始試驗(yàn)，國家電網(wǎng)已經(jīng)召集一些志愿者，可以充電，可以放電，車主可以賺差價(jià)，每度電能賺接近4毛錢，我們現(xiàn)在和國網(wǎng)合作開展針對(duì)性的研究。
另一方面就是氫能是集中式可再生能源大規(guī)模長(zhǎng)周期儲(chǔ)存的最佳途徑。張家口氫能示范表明當(dāng)可再生能源發(fā)電成本低于1毛錢左右的時(shí)候，其能源利用全鏈條技術(shù)經(jīng)濟(jì)性將凸顯。優(yōu)勢(shì)是什么，能源利用的充分性：大容量長(zhǎng)周期儲(chǔ)能模式對(duì)可再生能源電力利用更充分。規(guī)模儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)性，前面我們談到車載的儲(chǔ)氫瓶比較貴，但是車下儲(chǔ)氫比儲(chǔ)電便宜一個(gè)數(shù)量級(jí)。與電池放電互補(bǔ)性，還有就是制運(yùn)儲(chǔ)的靈活性。比如說對(duì)于上千公里的儲(chǔ)運(yùn)，也許特高壓的輸電線也是一種方式，長(zhǎng)途輸電在北京外圍制氫這也是一種很好的輸氫方式，發(fā)揮中國特高壓電網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)。我們?cè)诖嘶A(chǔ)上正在發(fā)展光、儲(chǔ)、充、一體化微網(wǎng)試驗(yàn)系統(tǒng)，這是我們?cè)谇迦A汽車研究所做的項(xiàng)目。這是我們準(zhǔn)備在張家口冬奧會(huì)開展的光儲(chǔ)充換多能互補(bǔ)的模式。
我總結(jié)一下，未來十年我們車網(wǎng)互動(dòng)的智慧新能源生態(tài)，有兩個(gè)組合，黃金組合，分布式光伏+電池+電動(dòng)汽車+物聯(lián)網(wǎng)+區(qū)塊鏈。第二個(gè)就是集中式風(fēng)電與光伏+氫能+燃料電池汽車+物聯(lián)網(wǎng)+區(qū)塊鏈。一個(gè)是分布式的置換電系統(tǒng)，一個(gè)是集中式的置換電系統(tǒng)。我們做一下總結(jié)，就讓我們迎接第三次能源革命和第四次工業(yè)革命，因?yàn)榈诙文茉锤锩褪且话俣嗄臧l(fā)生的馬車到汽車的大變革以及石油行業(yè)的大繁榮，第三次能源革命將會(huì)在未來二三十產(chǎn)生交通裝備，能源化工相關(guān)產(chǎn)業(yè)，也會(huì)發(fā)生百年未有之大變局。我們迎接第四次工業(yè)革命，就是以可再生能源為基礎(chǔ)的綠色化和數(shù)字網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的智能化。謝謝各位。
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