2019年,被認(rèn)為是中國(guó)氫能元年。
今年,氫燃料
電池是一個(gè)大熱點(diǎn),年初“兩會(huì)”代表熱議氫能,成為行業(yè)熱點(diǎn),
電池充電加氫基礎(chǔ)設(shè)施寫(xiě)入了政府工作報(bào)告。
氫能是新能源技術(shù)體系重要的組成部分,如果把氫能跟化石能源相連,意義不大。所以,重要的是通過(guò)氫能把可再生能源發(fā)的不穩(wěn)定的電,通過(guò)電解水制氫把它轉(zhuǎn)換成氫能。
氫能的合理性取決于它在可再生能源轉(zhuǎn)型中的大規(guī)模能量?jī)?chǔ)存。雖然小規(guī)模、短周期儲(chǔ)存的電池,我們做的較好,但大規(guī)模、長(zhǎng)周期儲(chǔ)能,需要?dú)淠,尤其是中?guó)西北部集中式的,一望無(wú)際的光伏和風(fēng)電,需要大規(guī)模、長(zhǎng)周期的儲(chǔ)存。
另外,氫能有多元化利用需求,不僅僅是車用,將來(lái)發(fā)電、航空、供熱、工業(yè)原料、農(nóng)業(yè)化肥、甚至醫(yī)學(xué)、煉鋼等都要用。
01
發(fā)展氫能的優(yōu)勢(shì)
從固定式儲(chǔ)能角度來(lái)看,氫能有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì):
第一,儲(chǔ)氫比電池儲(chǔ)電便宜。如果車下儲(chǔ)能的話,大概要差一個(gè)數(shù)量級(jí),大概10倍的關(guān)系,因?yàn)橐还餁涫?4度電,而儲(chǔ)能電池最少得要800元。
目前因?yàn)槭情L(zhǎng)壽命,儲(chǔ)能電池一般要9000次循環(huán)壽命,所以一般要1元/瓦時(shí)以上,而氫能儲(chǔ)能裝置大概儲(chǔ)1千瓦時(shí)能量約需100元(車載情況不一樣,因?yàn)檐囕d由于體積限制,加之氫燃料電池發(fā)電效率比電力電池儲(chǔ)電效率低,所以會(huì)下降到3至5倍)。
第二,跟儲(chǔ)電有互補(bǔ)性。電池是高頻雙向調(diào)節(jié),氫能是低頻調(diào)節(jié),這兩個(gè)是互補(bǔ)的。
第三,作為商品的屬性更好。比如現(xiàn)在日本從澳大利亞購(gòu)買(mǎi)液氫。與電比,氫相對(duì)作為一個(gè)商品屬性會(huì)更好。
第四,儲(chǔ)運(yùn)方式靈活多樣。有特別不合理的,但是也有合理的,現(xiàn)在在這上面爭(zhēng)議很多,比方說(shuō)長(zhǎng)管拖車,不經(jīng)濟(jì),要是做管道運(yùn)氫,建設(shè)成本又太高。
因此,需要?jiǎng)?chuàng)新?梢蚤L(zhǎng)途輸電、當(dāng)?shù)刂茪。比如西?000公里先把電輸?shù)奖本└浇僦茪洌瑹o(wú)論在哪里制氫,對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷的調(diào)節(jié)作用是類似的。現(xiàn)在國(guó)家電投已經(jīng)在做示范。
今年由于氫能熱,還有純電動(dòng)汽車補(bǔ)貼退坡,所以,氫燃料電池汽車就變成了熱點(diǎn)。但是也有很多人提出了質(zhì)疑,其中有些觀點(diǎn)看上去也是有道理的?傊羌仁艽蹬、也受質(zhì)疑。
客觀的看,目前氫能技術(shù)既不是很好,也沒(méi)有些人說(shuō)的那么差,關(guān)鍵在于找到平衡點(diǎn)。例如,鉑資源,公眾擔(dān)心全球鉑資源稀缺,其實(shí)現(xiàn)在全球每年生產(chǎn)8000萬(wàn)輛汽車,大多要用鉑催化劑。但基本不消耗鉑,是循環(huán)使用。
當(dāng)然,燃料電池用鉑用量在初期,要比現(xiàn)在內(nèi)燃機(jī)用的量大的多。但燃料電池已經(jīng)從每千瓦1克鉑,下降到了0.3克,下一步目標(biāo)就是0.1克。和大型商用車柴油機(jī)的催化轉(zhuǎn)化器已經(jīng)有點(diǎn)接近了,所以,這不是一個(gè)特別擔(dān)心的問(wèn)題。
此外,還有能效。例如煤發(fā)電、電制氫、車再發(fā)電、電驅(qū)動(dòng)車,如果基于化石能源,這條途徑當(dāng)然是不好的,但混合動(dòng)力、燃料電池、純電動(dòng)都會(huì)找到最佳的能源匹配,例如混合動(dòng)力肯定就是油電混合動(dòng)力最佳。
新能源汽車只有在向可再生能源低碳轉(zhuǎn)型的時(shí)候,優(yōu)勢(shì)才會(huì)凸顯。不僅僅是它要用新能源,而且會(huì)反過(guò)來(lái)推動(dòng)新能源的轉(zhuǎn)型,如果沒(méi)有這個(gè)反作用,意義不大。
所以,基于可再生能源,動(dòng)力蓄電池和氫能成為儲(chǔ)能的優(yōu)先選擇,純電動(dòng)汽車、燃料電池汽車成為智能低碳能源系統(tǒng)的互動(dòng)終端,新能源汽車的優(yōu)勢(shì)才會(huì)凸顯。
02
氫能面臨的挑戰(zhàn)
從長(zhǎng)期來(lái)看,當(dāng)可再生能源發(fā)電量比例足夠高,超過(guò)50%(大概2035年可以達(dá)到,因?yàn)閲?guó)家能源革命規(guī)劃就有這么個(gè)目標(biāo)。)可再生能源發(fā)電的成本足夠低,低到1毛錢(qián)(現(xiàn)在的目標(biāo)是2毛錢(qián),比如青海電價(jià),國(guó)家電投提出“2毛錢(qián)戰(zhàn)略”,可再生能源將來(lái)是可以做到1毛錢(qián)。)儲(chǔ)能成本在可再生能源制、運(yùn)、儲(chǔ)、運(yùn)全鏈條綜合成本中占比足夠高,假設(shè)占到50%—70%,當(dāng)電價(jià)足夠低的時(shí)候,儲(chǔ)能成本占比就上來(lái)了。此外,燃料電池效率足夠高,(日本提了一個(gè)很激進(jìn)的目標(biāo),60%到80%),這樣一來(lái),技術(shù)經(jīng)濟(jì)性就很優(yōu)異了。
但是,這需要科學(xué)技術(shù)的新突破,戰(zhàn)略思維的新理念和商業(yè)化的新模式,不是一蹴而就的,需要時(shí)間。
目前發(fā)展燃料電池汽車的現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)還是氫燃料電池全鏈條的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。多大的挑戰(zhàn)呢?例如,日本氫能燃料電池乘用車技術(shù)路線,2025年轎車燃料電池+儲(chǔ)氫瓶+電池=5萬(wàn)元,但是500公里純電動(dòng)的動(dòng)力電池約4萬(wàn)元,就是說(shuō)500公里的車,在2025年就算按照樂(lè)觀的估計(jì)還是沒(méi)法跟純電動(dòng)進(jìn)行比較的。
此外,它的動(dòng)力系統(tǒng)的總體積會(huì)比純電動(dòng)大,因?yàn)樗粌H要儲(chǔ)氫、還有燃料電池,加起來(lái)的體積會(huì)比扁平化的電池體積要大,這樣會(huì)擠占乘員的空間。另外,氫燃料電池轎車使用能耗和維保的費(fèi)用會(huì)大大高于純電動(dòng),除非換電池,2—3元/度,當(dāng)然貴。但家用純
電動(dòng)車一般不會(huì)那么做,大多數(shù)是在家里慢充。
所以我們要給氫燃料電池汽車定位。什么情境下它有優(yōu)勢(shì)?
前面說(shuō)儲(chǔ)電比儲(chǔ)氫貴,所以里程越長(zhǎng),收益就越大,但是純電動(dòng)除了電池就是電機(jī),氫燃料電池汽車除了儲(chǔ)氫瓶,還有一個(gè)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī),所以燃料電池是固定成本,不管多長(zhǎng),這個(gè)成本總是要的,就是說(shuō)儲(chǔ)氫的成本隨著里程的增長(zhǎng)可以累積出收益,來(lái)抵銷掉燃料電池成本,這是平衡點(diǎn),這個(gè)平衡點(diǎn)對(duì)乘用車來(lái)講,長(zhǎng)期看是500公里左右。
但是,商用車需要能量多,它的平衡點(diǎn)里程比較短,比如二三百公里就到平衡點(diǎn)了,所以相對(duì)而言,氫燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)更適合于長(zhǎng)途、大型、高速重載,應(yīng)用于重型車,既柴油車。而鋰離子電池最適合汽油乘用車。
中國(guó)燃料電池商用車已經(jīng)居世界首位,4000輛,全球最高。所以,我們要繼續(xù)朝這個(gè)方向努力。燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的成本也在快速下降,跟5年前比成本大約已降了一半,今后5年還要降一半以上。
其實(shí),很多材料和部件是由于進(jìn)口成本高,比如質(zhì)子交換膜,進(jìn)口一平方米2500元,現(xiàn)在變成國(guó)內(nèi)產(chǎn),就1000元以內(nèi)了。所以,從商用車角度看,現(xiàn)在面臨的挑戰(zhàn)還是氫運(yùn)輸、車載儲(chǔ)氫和加氫站。
雖然,儲(chǔ)氫比儲(chǔ)電的成本低,但是體積大。經(jīng)常有人說(shuō)氫能是能量密度最高的能源,但那是重量能量密度,如果是體積能量密度就差不多是最低的了。另外,我們現(xiàn)在建加氫站還是比較貴的,而且對(duì)安全要求很高。
03
市場(chǎng)突破在于創(chuàng)新
正是還有這些瓶頸,所以創(chuàng)新非;钴S,當(dāng)然也有一些偽創(chuàng)新或者偽裝成創(chuàng)新實(shí)際騙錢(qián)的也很多,這一年來(lái)有不少報(bào)道。就是因?yàn)檫有挑戰(zhàn),還不是最優(yōu)方案,所以各種各樣?xùn)|西都冒出來(lái)了,當(dāng)然需要?jiǎng)?chuàng)新,但是也要甄別偽創(chuàng)新。
氫能戰(zhàn)略的必要性沒(méi)有問(wèn)題,但現(xiàn)實(shí)的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)性也是全球面對(duì)的共同挑戰(zhàn),出路在于創(chuàng)新。當(dāng)前的市場(chǎng)突破口在哪里呢?
在棄風(fēng)棄電棄水和副產(chǎn)氫富余的地方,盡量在當(dāng)?shù)厥褂,別運(yùn),一運(yùn)就貴了。盡量是低成本、高安全儲(chǔ)氫瓶能夠覆蓋的里程范圍,比如35兆帕的氫瓶已經(jīng)比較便宜了,可以用了。最好在溫度較低的北方地區(qū),為什么?
因?yàn)槿剂想姵赜邪俜种奈迨菑U熱,這個(gè)在南方就不好用了,在北方可以用來(lái)取暖。純電動(dòng)在北方,得用電來(lái)供暖,這個(gè)是省不掉的,所以在這些地方是有競(jìng)爭(zhēng)力的。
此外,地方政府愿意支持并且有大型能源企業(yè)愿意建加氫站。滿足這些條件,就是市場(chǎng)突破口。
現(xiàn)在還不是大范圍全面鋪開(kāi)的時(shí)候,而是要重點(diǎn)突破,示范帶動(dòng),以點(diǎn)帶面,行穩(wěn)至遠(yuǎn),避免大起大落。
氫燃料電池汽車下一個(gè)目標(biāo)重點(diǎn)是冬奧會(huì)的氫能示范,這是全球最大規(guī)模的氫能燃料電池示范,只要把這件事做好,氫能汽車后面的發(fā)展就會(huì)比較順利。(本文根據(jù)中科院院士歐陽(yáng)明高在中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)論壇(2020)媒體溝通會(huì)上的演講素材整理,未經(jīng)本人審閱。)
(責(zé)任編輯:子蕊)