清華大學毛宗強：氫能發(fā)展是人類能源發(fā)展歷史的必然
2016-11-28 15:15:40
摘要：毛宗強表示，我國政府高度重視把氫能與燃料電池提升到引領產業(yè)的顛覆性技術，提高發(fā)展速度。地方政府和企業(yè)著手氫能與燃料電池產業(yè)化，氫能發(fā)展是人類能源歷史的必然。
以下為毛宗強教授演講文字實錄：
毛宗強：為什么氫能能夠得到重視？氫能和氫社會的關系、中國氫能之路、小結。氫能得到重視根本是由于環(huán)境問題，應對氣候變化是全球戰(zhàn)略的需求，氣候變化是大家公人的，再升高2度，整個海平面還有大的升高，很多國家都沒有了，咱們國家很多地方也被淹沒了，為了控制氣溫必須要去碳化。2014年11月20日中美簽署了溫室氣體排放的協(xié)議，中國的碳排放量2030年左右峰值，2015年12月12日由200家第二方巴黎氣候變化大會上一直同意通過了巴黎協(xié)定，各個國家都要減排。第三件事，巴黎協(xié)定在2016年4月22日175個國家簽署，咱們國家也簽署了。今年11月4日，在人類應對氣候變化的歷史意義巴黎協(xié)定正式簽約了，現(xiàn)在有一個不和諧的聲音，美國要上任的總統(tǒng)對它什么態(tài)度還不是很明朗，不管一個人態(tài)度怎樣，整個大的趨勢是不會改變的。
氫，氫的生命周期，氫就是水加上各種一次和二次能源就可以得到氫氣，包括新能源、化學能源甚至包括電，得到了氫以后就可以發(fā)電、發(fā)熱、交通、商業(yè)和工廠等等。不管怎么用最后又變成水，氫在生命周期中沒有帶來半點的二氧化碳這是無碳的能源載體。第一來源很廣，有水就會有氫，氫是和平能源，是對國家來說，中國是發(fā)展中國家，我們要發(fā)展需要用能源，我們用能源并不是跟化石能源爭奪，到處都有和平的能源，可以和平崛起；自由能源，氫能誰都可以搞，只要有水和其他的一次、二次能源都可以制造氫氣，而不需要現(xiàn)有的化石能源集中在壟斷的公司手中，特別是對民企抱有很大的希望。
氫作為氫氣可以儲存，可以發(fā)電、發(fā)熱也可以作為燃料，氫是比較友好的材料，氫是可再生能源的橋梁，可再生能源本身不穩(wěn)定性帶來的不方便用，而要把不方便不穩(wěn)定性，包括時間、地域不穩(wěn)定因為氫而變得穩(wěn)定了，氫是零污染、零碳的原料。
為什么氫要受到重視呢？如圖，世界能源歷史發(fā)展圖，橫坐標是年代，1840到2040，1840年之后是煤迅速的上升，達到了世界上65%的能源來源于煤炭，這是指全世界的能源形勢，煤炭到了頂風以后又開始下降，2020年達到了20%，接下來是石油，之后是天然氣，從能源圖上看出，世界能源的發(fā)展歷史似乎是從固體煤炭發(fā)展到液體再發(fā)展的氣體，這是發(fā)展的過程，所以我們認為氫氣是下一個能源。
這些燃料中氫原子的數(shù)目可碳原子比例，煤是一個氫氣原子一個碳原子，到了石油是兩個氫原子一個碳原子，天然氣是主要是甲烷是四個氫原子一個碳原子。因為我是1993年從英國拿了學位回來，本來是搞核的，那個年代核很困難，沒有錢，我們領導就講是不是兩手準備，你看看下一個大方向是什么，我就調研氫，花了三個月的時間進行調研，要選擇氫能，我覺得從歷史上看是必然的。
氫能涉及到很多的國際組織的重視，氫能經濟國際合作伙伴，這是政府間組織，中國是首先的響應，2003年成立了，它在全世界GDP占了85%，全世界人口占85億等等，實際上是超級的能源消耗的共同體，這些能效消耗共同體想用氫能代替，這是組織政府間組織重要的意義，2003年希望20年后希望有氫能開的車成為現(xiàn)實，今天是2016年氫能的汽車已經走向市場。2023年氫能汽車在道路上跑的會更加多。
氫能和氫社會，氫能首先有個供應鏈，可以分成三塊，一塊是制造氫能、另一塊是氫能儲存和運輸，第三是氫能的應用，這三塊緊密相連才能使氫能發(fā)揮作用。
氫的制造方面，化石能源加水、電解水等等方法都可以，有機物分解，拿甲醇直接分解就可以，金屬粉末是鋁加水得到氫，這些是小眾的，大眾的方法是化石能源加水，目前為止全世界的氫96%來自于化石能源和水反應、4%是電解水。
儲運，我講的是工業(yè)儲運而且是市場化的儲運方法，高壓氣瓶，儲氫合金還有是液氫，氫冷卻到零下253度就會變成液體，它的體積很小。
利用，一塊是特別熱的燃料電池，燃料電池是發(fā)電機，只要給氫氣、氧氣，就可以發(fā)生電；另外是燒鍋爐和內燃機。
整個供應鏈有制造、儲運和利用合在一起。
國際的情況發(fā)展很快，熱電聯(lián)供，日本家用的熱電聯(lián)產已經出售了15萬套，電效率55%、熱點效率95%，可以用8萬小時，啟動很快，2015年日本政府給了很多補貼，目前售價是160萬日元一套，熱水儲罐，燃料電池發(fā)電的過程中發(fā)熱，把熱存在儲罐里供家庭使用。熱電聯(lián)供，把家用的天然氣充分的制氫，第二是氫氣變成直流電，第三是電器轉化裝置，直流電變成可用的電壓送往相關的地方。
美國有超過7500臺的氫燃料的叉車，主要的特點是零排放，兩分鐘充氫氣就可以完成了，可以在零下30度工作，在冷庫中可以非常的方便。
氫燃料電池車，豐田FCV 純燃料電池，氫氣作為能源燃料作為動力，2014年12月底上市，價格是5.75萬美元，預計2025年會降低到2萬美元，估計2020年產能3萬臺，其他的通用、福特等等廠家都在計劃2017到2018年準備要上市相關的氫能汽車，車是氫重要的應用場合，有很大的經濟效益和社會效益。
加氫站，國際加氫站的情況，如圖，綠色是已經現(xiàn)在能夠用的加氫站，金黃色的是計劃中的加氫站，各個國家在大力發(fā)展加氫站而且有長遠的規(guī)劃，美國、德國都有國家的規(guī)劃，德國有18座加氫站對外開放，計劃到2023年要建造400個加氫站，日本2016年計劃一百家加氫站正在建的86座，日本是大力發(fā)展燃料電池的加氫站。中國目前只有三座，到2017年有大于十座，到2025年會達到三百座。
氫能發(fā)展以后設想到氫能社會，將來是在社會中用電力和氫能兩個在一起，可以叫電力網(wǎng)絡加氫能網(wǎng)絡。氫能社會有工業(yè)、農業(yè)和交通都在里面，農業(yè)主要是從可再生能源，可再生能源可以發(fā)電，因為是個電力網(wǎng)絡，可再生能源也可以制氫，氫能網(wǎng)絡自己還可以用其他的方法來制氫。氫能網(wǎng)絡和電力網(wǎng)絡互相連通，氫能社會是電力網(wǎng)絡+氫能網(wǎng)絡，也會加上互聯(lián)網(wǎng)。
中國的氫能之路，表現(xiàn)在以下的方面，中國政府現(xiàn)在開始對氫能格外的重視，如圖，今年一年國家的政策和文件，以前就發(fā)過，發(fā)改委、科技部等等不算，今年5月20日中共中央發(fā)文，國家創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略綱要，文件專門講了若干個東西，其中包括機器人等等，其中氫能和燃料電池也要進行發(fā)展。
2016年6月1日發(fā)改委國家能源局發(fā)布了能源技術革命創(chuàng)新行動，詳細講了氫能的規(guī)劃和指標，2016年6月1日給出路線圖，能源技術重點革命創(chuàng)新路線圖，其中指出了氫能與燃料電池，6月12日發(fā)改委、工信部、能源部，印發(fā)了能源裝備實施方案。今年8月8日，中共中央國務院再次印發(fā)了“十三五”國際創(chuàng)新規(guī)劃，一年內密集的除了跟氫能與燃料電池有關的文件，這是很大的鼓舞和激發(fā)中國氫能發(fā)展的積極性和動力。
2016年政府將氫能與燃料電池作為引領產業(yè)變革顛覆性技術，這項技術發(fā)展是現(xiàn)有產業(yè)規(guī)則會歸零，而且指出要開發(fā)氫能與燃料電池和新一代技術，各個地方的開發(fā)區(qū)要敢于探索示范，我認為中國氫能特別是燃料電池今年特別熱，除了有國外的熱，國家一系列的文件是非常重要的推動力，沒有這些問題不太可能達到現(xiàn)在的程度。
社會團體，在以前咱們國家沒有路線圖，沒有車和基礎設施的路線圖，今年都出臺了，2016年10月26日中國汽車工程學會發(fā)布了氫能與新能源汽車技術路線圖，是五百位專家工作一年得出的成果，這本路線圖有好幾百頁，其中公布了一個PPT和基礎設施，同年10月28日中國標準化研究院和全國氫能標準化研究會，共同發(fā)布了中國氫能產業(yè)發(fā)展基礎設施藍皮書，這兩個文件發(fā)布也是指明了方向。
氫氣是中國的特色，中國氫能之路特色是氫氣的來源，路線圖講了2016年的狀況、2020年的狀況、2025年狀況，2016年是成本逐步的降低，安全性穩(wěn)步提高，成本是怎么弄的，都有一步一步的路線，氫來源的特點，氫是中國最大的工廠，工業(yè)發(fā)展水平很高，美國和歐洲已經轉移，中國大量的工廠在開工，廢氣很多。
燃料電池車，燃料電池發(fā)展中國之路是近五年小功率燃料電池和大功率電池組合混合式的動力推動，如公共汽車等等領域進行示范，2020到2025年會以中等大小的燃料電池和加上中等大小電池進行較大規(guī)模商業(yè)化生產，希望15年后用全功能的燃料電池作為特征，我們有信息可以走自己的路，一步一步的，2025年和2030年的規(guī)劃，加氫站希望在2020年達到一百座、2025年超過三百座，加氫站的數(shù)字和基礎設施路線圖是一致的。
新能源汽車路線圖把天然氣汽車放入，作為一個節(jié)能的汽車也是我要強調的，天然氣汽車很容易跟氫氣混合一起進行用，天然氣汽車根據(jù)路線圖的分擔，2030年天然氣汽車占全國產量的8%，2030年預計全國3800萬輛汽車，8%這一年會生產304萬輛天然氣車。氫氣跟天然氣的混合燃料，氫氣是需要時間和加氫站和比較貴的車，氫氣和天然氣混合燃料是用現(xiàn)有內燃機車（很便宜），國際上也是認可的，美國國家能源實驗室在2013年3月份的報告，講在美國能源部組織下美國國家能源可再生協(xié)會發(fā)布對氫氣和天然氣混合燃料的報告，七個方面的評論，結論 是非常好的。我們已經在做了，HCNG最大的加氫站山西已經運營了四年，用了大卡車和轎車上已經非常成功了，最大的好處是減排可以比純天然氣減少了50%，利用的案例如圖。
國內燃料電池發(fā)展有不少可圈可點的地方，燃料電池火車頭，是2015年3月19日世界第一列氫能燃料電池車，時速是70公里每小時，這個車間年造十輛，主要是佛山和云浮市的輕軌。唐山汽車車輛廠2016年建造了燃料電池車，佛山推動氫能是國家一系列的文件沒有出臺以前，他們盯著巨大的壓力，很有遠見堅持到現(xiàn)在。大巴一百千瓦，已經建成的年產五千輛大巴的生產基地開放也蓋好了，計劃明年7月1日燃料電池生產線會投產，已經獲得了很大的訂單，并且開通了燃料電池大巴車的示范線。
如圖，UNDP—GEF—MOST第3期的項目已經開啟、今年9月28日在佛山首次開通的燃料電池開通、浮云市開通氫能源公交線路，我國2兆瓦的氫燃料電站，今年11月14日全國首座2兆瓦氫能電站交付。
中國加氫站，中國的氫能加氫站的情況，紅色是在服役的，在建的是綠色，北京也有在建的，還有一些規(guī)劃的是空心的。中國加氫站的大概情況，北京、上海、鄭州分別有一座加氫站，在建的六座，包括大連、佛山南海、佛山高明區(qū)、云浮、如皋等等，還包括上海、廣東、山東等地的規(guī)劃項目。
金融界的參與使中國的氫能更加的熱火朝天，今年5月8號長江經濟帶形成產業(yè)投資，武漢有5個億，這是由長江成長資本和武漢工業(yè)研究院一起弄的、7月18日佛山搞了氫能源產業(yè)基金，重點投氫能與燃料電池、今年7月19日，東莞成立100億產業(yè)基金，計劃通過母基金的運作爭取放大一千億，最終帶動一萬億的社會資本投入到產業(yè)。金融界的投資熱也出現(xiàn)了。
新的產業(yè)聯(lián)盟不斷涌現(xiàn)，這個月11月4日中國汽車工業(yè)協(xié)會審議通過了中國氫能源汽車產業(yè)聯(lián)盟設立策劃書，這是理事會通過的，標志著中國氫能源產業(yè)汽車協(xié)會要成立了，今年12月8日中國汽車工程學會發(fā)起成立了國際燃料電池協(xié)會，11月26號中國能源研究會燃料電池學會成立，燃料電池委員會理事長是佟院士，他也是中國工程院礦業(yè)與能源所的所長。
小結，我國政府高度重視把氫能與燃料電池提升到引領產業(yè)的顛覆性技術，提高發(fā)展速度。地方政府和企業(yè)著手氫能與燃料電池產業(yè)化，金融界也參與了氫能與燃料電池的發(fā)展，氫能發(fā)展是人類能源歷史的必然，現(xiàn)在雖然有美國的特朗普的上臺，但是這并不會改變這個必然，國際能源潮流中國氫能之路是由淺綠到深綠逐步的過渡，前景是光明的。(能源新聞網(wǎng))
