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很高兴看到来自于加拿大的业内同事给我们做这样的报告。非常感谢Ivette Vera-PEREZ女士,加拿大氢能燃料电池协会研究制定标准、政策法规和促进氢能燃料电池落地提供很大的作用。各位领导、各位嘉宾:今天下午大会所有环节都顺利完成了。各位演讲嘉宾的真知灼见也为推动氢能和燃料电池汽车商业化贡献非常多新的观点、新的思路,我相信大家在其中深受启发,受益匪浅,在大家共同努力下进一步加强氢能和燃料电池汽车进程,助力汽车全面电动化转型,实现碳中和远景目标作出更大的贡献。今天下午到此结束。再次感谢大家。
[Ivette Vera-PEREZ]:如果没有关键的政策和资金投入是不可能实现。在加拿大有一些非常重要的政策,包括国家级以及省级氢气战略、新能源战略,比如2050年近零承诺,近零电力系统承诺和2030年前希望能够将碳价格增长每吨170美元,还有更多绿色领域相关的法规正在制定中。对于加拿大来说,我们氢气战略也有着很大的设想,希望在2030年之前形成氢气中心和氢气集群,通过东西南北四个走廊相互连接,我们也希望能够通过这样的连接降低成本,并且提供财务可行性,所有这些都可以帮助我们去实现巨大温室气体排放,创造更多就业,带来经济增长。
[Ivette Vera-PEREZ]:加拿大有全球领先的氢能赋能,几十年来氢能是国家创新的最前沿。加拿大是一个很大的国家,我们有着非常独特的区域优势。魁北克省在氢能生产方面是比较领先的省份,有蓝色通道和绿色通道,英,属哥伦比亚省是燃料电池领域领先者我。们有很多企业都是处于国际领先地位的,在安大略有其他专注于电解生产者在地理条件上也是非常优越的,在加拿大魁北克省有高质量风力资源。未来几十年间我们认为需要有关键联邦和省级政府支持,才能更好助力经济生产、分配和应用。
为什么这个项目这么重要,不仅仅是20兆瓦电解槽,我们已经展示氢气长时间运行。我们跟上海签署协议建立12个加氢站,现在到2025年承担重型负载,2030年加氢站站点主梁增加到30个,现在听起来30个站点不是很多,如果到了2030年就可以在长三角为多达3000辆卡车服务,长三角是中国工业中心地区,这些都是一些比较的项目。一个人走的快,多个人走的更远,伙伴关系以及国际机构合作是关键,非常期待和中国合作伙伴共同合作,将之成为现实,充分发挥经济氢气全部潜力。
[张国强]:截止到8月,现在2400辆各类燃料电池车搭载亿华通发动机,在全国23个城市进行运营,累计运营里程超过1亿公里。再讲一下冬奥会,这次盛会非常亮眼,投入1200辆各类燃料电池汽车,累计运营里程超过375万公里,实现二氧化碳减排是2700吨,这一次冬奥会最大的意义有两点:第一,让全世界真正看到氢能确实是可以作为一种能源保障人类出行需求,而且是大规模出行的需求。第二,燃料电池技术成熟了,刚才董总也讲了,我们这次经历高海拔、严寒、复杂路况,实现零事故,很好的保障冬奥会出行要求。
[张国强]:自主化方面形成电机、电堆等纵向一体化自己称为十大核心技术突破,得到了很多国内外荣誉。今天首发我们与丰田共同开发基于240千瓦燃料电池高速运营重卡,欢迎大家到展场看。这款发动机采用多项自主集成技术,实现高效协同控制,具有高效率、高响应、高集成、高经济性的特点。新能源和丰田合资合作,去年和今年联合开发金属燃料电池电堆产品。我们以客户为中心构建产业生态,解决前期市场推广很多难题,推动产业发展。目前与国内30多个整车企业开展合作,发布103款燃料电池整车产品,涵盖客车、货车等等。
[张国强]:技术方面,多年努力掌握氢能燃料电池汽车核心零部件自主技术。我本人是那年奥运会氢能保障组成员,与2008年相比,从进口最高端燃料电池大巴,经过十年发展我们燃料电池大巴同款从售价、性能和各种方面受益都超过2008年进口车型,体现了进步。加氢基础设施保障是氢能产业发展基础,董总也讲希望后边70兆帕是发展趋势,目前在这方面还是补短板。我讲一个数据,截止到2022年长半年全国建成运营加氢站269座,除了甘肃、青海、西藏其余每个省有一座加氢站,目前加氢站总数已经是世界第一,这个数据从国家能源局得到。
我们国家氢能燃料电池高速发展离不开资本助力,有一种声音说我们国家氢能产业发展过热,我个人不是这么认为的。各位嘉宾都在讲数量,氢能产业才刚刚起步,大家所谓热还是资本侧的热,这恰恰是氢能产业发展非常重要的资源,如果没有资本的助力,我们中国氢能产业不可能有今天成绩。确实需要引导它健康发展,据中国电动汽车百人会发布报告,2021年国内公开投资氢能产业总额达到3100亿元,同比增长一倍,特别是国内央企、大型能源企业在氢能和燃料电池行业进行布局,助推氢能和燃料电池产业发展。
我们国家对氢能重视程度也非常高,我本人2004年就开始从事燃料电池氢能研究和产业化,说实话十几年来我们国家各个部委,科技部、发改委等发布众多的,统计一下近几年发布超过50项国家级氢能产业相关规划,百余项地方产业推广政策。大家都知道对产业发展促进作用最大就是去年年底五部委发布氢能规划,还有氢能中长期发展规划,这两个政策一近一远,一个解决未来五年氢能产业发展目标,一个解决未来十五年氢能产业发展目标。近期产业方面国家经过这么多年努力,基本上已经形成比较完整氢能和燃料电池两条产业生态链,为氢能可持续发展打下基础。
售后服务氢瓶更换和维修是行业共同课题,前面提到四型瓶标准制定我们邀请气瓶专家参观成熟研发中心正在研发北京冬奥会氢燃料考斯特,实地确认专家真切考虑到年检或者检查氢瓶从底拆解下来这种方法不太现实,为了推动类似这样行业认识统一,丰田愿意不断提供来自一线的声音。比如我们发现现在行业规则当中更换或维修气瓶都不能找经销店,必须返回生产工厂进行作业,这会导致不能及时更换维修,给客户带来极大不方便。今后随着各地监管体系的完善,希望加快完善各种法规,允许满足安全情况下能够让4S店开展这方面的工作。
[董长征]:为实现燃料电池普及,基础设施建设十分重要,刚才好多的同事、老师、领导都说了,我们国家加氢站数量,我这里说的不一定准确。据我们统计现在全国有180多家加氢站,根据刚才各位演讲应该是不止。但是能够对应70兆帕加氢站统计只有19处,其中能够正常开发票、正常商业运营70兆帕加氢站仅仅有8座。这个数字对于行业来说无论如何都是远远不够的。35兆帕和70兆帕在同等搭载载重卡车,一个跑350公里,一个跑500公里,优势非常明显,非常有必要70兆帕氢瓶和加氢站普及工作。
首先研究生产,丰田FCEV技术研发起步于30年前,从1996年示范开始经过2002年限定销售,2008年行驶认证,2014年的全球首发,2020年第二代上市,我们FCEV累计行驶距离是5.33亿公里,相当于绕地球13000周。单车行驶最长距离达到25.8万公里。基于乘用车领域积累,我们扩展到商用车领域,也将尝试在汽车以外相关领域例如火车、船舶、固定式储能、无人机、叉车等领域积极开展应用,提升性能、降低成本方面持续追求研发进步,动作下一代电堆技术搭载,期待实现与柴油机媲美的竞争力。
[董长征]:FC领域扩大朋友圈各种努力,同时也在积极推进FCEV车辆持续运营。最典型案例是FCEV在冬奥会的应用。作为奥林匹克与残奥会全球合作伙伴,丰田为大会官方用车贡献力量,本次大会用车中,节能与清洁能源车辆在小客车占比占百分之百,全部车辆占比85%,为历届冬奥会之最。其中247辆丰田品牌FCEV以及搭载丰田电堆212的福田大巴,构成FCEV车型在大型活动大规模应用,行驶里程达到40万公里,可以绕地球十圈。这些车辆氢用量10亿吨,二氧化碳减少113吨,为大会低碳减排作出直接贡献。北京冬奥会FCEV运行距离长度绕地球十圈,最低温度零下28度,坡度16度,高度海拔2198米,对这样的成绩我们深感自豪。冬奥会是一次成功起点,作为冬奥遗产我们积极推进冬奥会官方FCEV用车后续使用,让更多人感受到FCEV的美丽,推进FCEV进一步普及。6月份在北京市相关领导和部门支持下,我们FCEV考斯特作为CBD地区氢能源商业班车正式投入使用。
[董长征]:接下来重点介绍丰田在FCEV工作。丰田与清华成立清华大学丰田联合研究院,在氢能、AI自动驾驶、综合研究、环境以及跨学科项目等方面开展共同研究。丰田在氢能方面借助已经积累的经验,与专家学者一起开展前沿技术研究,积极探讨适合中国的氢能应用等课题。行业应用方面积极发挥丰田在研发方面经验,配合国内专家制定氢瓶标准。丰田和天津中心共同承担ISO23828标准工作,这使新能源汽车实现中国标准与国外对接合作。该标准发布使中日在电动汽车标准化领域进一步深化,把中国制定标准化推向全世界,这涉及非常重要环节国内和国际标准整合,无论先国内再国际,还是先国际再国内,我们非常乐意参与其中协助完善国内外标准体系。
[吴承灿]:接下来,根据现代汽车全球和韩国市场经验分享以下几点建议:首先,政府引领作用至关重要,政府加快制定氢能经济相关法律,把氢气作为能源来管理。为提高氢燃料汽车经济性,长期提供购买补贴,减免道路通行费,扩大市中心通行权益,取消限行措施等等。针对公共领域,高碳排放行业和大型物流企业设定氢燃料强制购买比率手段,扩大氢燃料汽车普及规模,高速公路、市中心加快建设加氢站和大容量加氢站。与此同时,中国应该有效利用外资企业技术和投资,鼓励外企进入示范城市群项目,推动本土企业与外资一起构建高水平有韧性产业链,有力支撑中国氢能产业化发展。
第三次能源革命就在眼前,这是一次以可再生能源为基础的绿色革命,而氢能是现代汽车集团实现绿色转型重要载体,现代汽车集团作为首家量产氢燃料电池乘用车和商用车,氢燃料电池乘用车全球累计销量达到27000台,排名全球首位。氢燃料电池商用车车型正式出口欧洲和美国市场,累计运行里程超过420万公里。氢燃料BUS出口沙特、奥地利,在室内公交线路正在运行。我们正在开发机遇模块化、平台化、自动驾驶于一体可广泛应用于集装箱运输、港口物流、机场运营、建筑、消防、救援等领域氢动职能无人驾驶运输车。
[吴承灿]:首先,在氢能生产方面,韩国加速向清洁氢供应体系转型。2050年,所有氢气百分之百确保为清洁氢。在氢能流通方面,不断提升液氢运输技术能力,建设液氢工厂和氢能港湾以及氢能运输管道。在基础设施领域,韩国政府主导下到2025年确保韩国每个城市至少建设一座加氢站,在主要城市里面加氢站距离2030年争取确保在20分钟以内,2040年的时候确保在15分钟以内。以此大幅度提升消费者使用便利性。在氢能应用方面,韩国计划交通、发电、工业三个领域三箭齐发。特别是在氢能交通工具上面,从现有乘用车和商用车,扩展到船舶、无人机、有轨电车等。其中氢燃料电池计划到2025年普及20万辆,2030年到88万辆,2040年普及620万辆。最后,在管理制度方面,韩国计划成立氢能产业政策自由特区,积极推进新技术验证和政策制度的创新。
[吴承灿]:面向碳中和前景,氢能作为21世纪终极能源,其重要性不言而喻。此前韩国政府提出了氢能经济先导国家的目标,计划到2050年氢能占据最终能源消费的33%,占据发电量24%,超过石油成为韩国最大的单一能源。并且,从2019年开始,韩国自上而下非常系统推进氢能战略,其中国务总理牵头氢能经济委员会,全面主持韩国氢能产业化工作,发挥着核心作用。不仅如此,韩国先后发布全球第一个氢能经济培育与安全法以及监管问题,解决现实中关键问题,指导企业和政府下一阶段工作。最近发布氢能经济实施方案则围绕氢能生产、流通、应用以及管理制度方面提出了非常具体的目标。
尽管我们整个行业在氢能产业做了很多工作,但是我们还面临着非常多的挑战,在燃料电池方面氢气功能与价格、基础设施服务、应用示范、区域分割在纯电动方面电池能量密度有待进一步突破,超级快充有待突破,混合动力节能有待提升,成本高等问题。为此我们倡议在政府层面继续完善顶层设计,构建完善体系标准,研究布局全国统一大市场。在行业层面发挥行业协会平台与引导作用,产学研用密切配合,能源交通领域跨界合作。企业层面进一步深度布局产业链,推进基础设施建设,联合推进技术攻关,实现低碳智慧引领。
[孙少军]:山东重工集团联合国内数家单位,建立国家燃料电池技术创新中心。国家燃料电池技术创新中心的战略目标就是打造国际一流燃料电池技术创新中心,全面提升我国燃料电池及其相关行业的核心竞争力,建成能够代表国家水平面向国际竞争前沿的战略科技力量,服务行业发展。另外,山东重工集团联合国内30余家单位,牵头推进科技部氢进万家重大科技示范工程。工程总体目标是整合全产业链资源,推动有序、健康应用示范,探索可复制、可推广社会认可氢能综合利用模式。实施途径有建设一条氢能高速、两个氢能港口、三个科普基地、四个氢能园区、五个氢能社区。
[孙少军]:为此我们将重点围绕着几个方面来开展工作。第一,优化传统内燃机;第二,发展清洁燃料内燃机;第三,发展绿氢绿氨内燃机;第四,发展燃料电池发动机以及发展纯电动动力。在产品方面,现阶段山东重工集团在道路、非道路、动力系统及固定能源装备领域均已有新产品,新能源产品突出,并且我们已经规划开发全新新能源商用车、工程机械以及固定能源产品平台。除了整机,山东重工集团还深度布局自主掌控动力系统及其产业链核心技术及产品,包括燃料电池系统、电驱动系统、动力电池系统和电控系统等。
[孙少军]:企业要做到碳达峰和碳中和,我们主要采用以下的路径。在生产经营方面,制造工艺升级、电力能源替代、优化热力来源、厂区光伏发电,打造绿色工厂来实现,对产品全生命周期在2040年以前实现技术路线多元化,重点培育氢能与纯电动。2040年以后,氢能和纯电动产品将成为我们的主流。成为全球领先的新能源装备解决方案提供商是山东重工集团战略远景,山东重工集团发布零碳征途战略,立足三大产业领域,全力推动核心业务产品低碳化,实现能源结构转型。
[孙少军]:能源低碳化成为大势所趋。全国120个国家提出2050年达到碳中和目标,中国承诺2030年实现碳达峰,2060年实现碳中和。2060年中国新能源包括风、光、氢等能源占比达到80%以上。山东重工致力于2030年和2050年分别实现碳达峰和碳中和,在碳达峰方面,力争2025年以前集团生产制造直接产生的碳排放,2030年全面实现碳达峰。碳中和方面力争2040年在内部运营方面实现碳中和,2050年全面碳中和,2060年向社会贡献10万吨碳汇。
[凌逸群]:下一步中国石化更加开放共融态度,加快氢能产业界、学术界全方位合作,大力推进技术人才资本要素有效对接,构建氢能产业链,积极联合各政府产业基金、金融机构以及产业链上下游领先企业,共同发起设立氢能产业投资平台,构建产业投资生态,更好支撑我国氢能产业高质量发展。在国家规划指引下,我国氢能产业有望进入发展快车道、新风口下关键赛道,我们期待与各位同仁一道,勇立潮头,拥抱未来,共同做氢能产业高质量发展参与者、实践者、推动者,加快示范能源革命强大力量,为实现“双碳”目标贡献氢能力量。谢谢大家。
[凌逸群]:二是不断强化全面创新。坚持问题导向,集聚中国石化优势创新资源,加大技术攻关力度,力争在高性能燃料电池催化材料、质子交换膜电解水、加氢站关键设备国产化等领域实现更大的突破,为实现氢能产业链自主可控作出更大贡献。聚焦产业链薄弱环节,构筑以骨干企业为牵引,高校院所联合攻关的创新联合体,积极引导搭建国家级创新平台,着力构建高效协作创新网络,共同推进氢能技术与装备国产化进程。积极参与产业标准体系制定,推动技术创新与标准融合发展,为氢能产业稳健发展提供保障。
[凌逸群]:一是积极推进产业布局。按照加氢引领、绿氢示范、双轮驱动、助力减碳思路,更加聚焦氢能交通、绿氢炼化两大领域,大力发展氢能一体化业务。氢能交通领域积极稳妥加氢站网络布局,规划到2025年目标建设1000座加氢站,加氢能力达到每年12万吨左右,油氢混合站初具规模,满足消费终端加氢需求,带动全产业链升级发展。在绿氢炼化领域,现有炼化、煤化工制氢基础上,要进一步扩大氢气生产利用规模,大力发展可再生电力制氢,重点抓好内蒙古、新疆、宁夏等风光资源丰富地区绿电制绿氢项目建设,努力形成全国范围内规模化氢气工业。
[凌逸群]:在氢气生产方面,年制产氢气去年是生产大数445万吨,占全国13.3%,燕山石化、天津石化等9家企业建成氢提纯及充装设施同时拥有20公里以上氢气输送管道。加氢站建设方面,中石化拥有3万多座加油站,具有布局加氢站先天优势。目前建成83座加氢站,这里面包含油氢和建站。北京冬奥会、冬残奥会利用我们的氢点燃开幕式主火炬,四座加氢站累计为赛事车辆加氢87吨。绿氢联华方面,依托联华基地布局大型可再生能源发电制氢储氢利用项目。去年11月,启动建设新疆库车2万吨每年绿电制绿氢示范工程。投产以后每年可以减少碳排放48.5万吨,该项目是中国石化引领氢能产业发展标志性工程,在行业内受到广泛关注。
尊敬的各位领导、各位嘉宾:大家下午好!很荣幸受到大会主办方邀请主持氢能与燃料电池汽车商业化主论坛研讨环节。刚刚结束的环节当中,中国科协、科技部、能源局等国家部委领导,欧盟国际组织代表以及院士专家做了热情洋溢的致辞和精彩生动的演讲,接下来能源整车和零部件企业的领军代表以及国际组织嘉宾代表将就氢能供给、燃料电池关键技术、整车推广和应用等主题进行深度探讨。首先有请中国石化集团公司副总经理凌逸群先生发表专题演讲,有请。
[陈学东]:氢能技术经济性对碳排放的贡献。中国地方政府对氢能应用认识不足,工业氢应用很好,但是产量有限。化石能源制氢需要碳捕捉技术,可再生能源制氢是发展方向,如果并网或者储存起来,进一步突破可能性更好。在当地就地用可再生电解水制氢成本比较高。构建安全高效氢气输配基础设施也是很重要的,中短途输送有意义,在200公里以内,长途也是有山区的问题,天然气管道输氢是可行的,如果再提纯就不合适,经济上需要进一步探讨。现在认为氢输送不安全的,合成氨需要耗能,末端氨分解需要耗费能源和金属,氨还有氮氧化物排放,氨比氢更加不安全,不是更安全,安全性值得探讨。二氧化碳+氢变成甲醇,二氧化碳+氢耗能,直接燃烧对碳减排没有什么贡献,这两个路线氢输送不安全,我告诉大家氢输送过程中只要控制得好是很安全的,现有技术对氢能储运装备安全保障没有问题,大家用纯氢更安全、更可靠。谢谢大家。
[陈学东]:最后讨论两个有争议的问题。储氢装备实施过程中,很多专家说氢脆问题,氢脆问题是一个很古老的问题。美国、日本和中国金属材料在氢环境下损伤做了深度研究,氢脆激励是氢能原子形成、侵入、氢传输、氢偏聚、氢致损伤。常温有没有氢脆?到70兆帕会不会有氢脆问题?国内外做了研究,认为有可能产生氢脆问题。常温高压下如果没有氢脆问题的话,现在中低压环境下很多氢储存输送不需要氢脆。中石化、中石油压力管道中低温服役40年也没有问题,电解质储氢和常温高压环境下相混淆。常温35兆帕氢脆问题,国内外也在做研究,我们认为有可能是有氢原子形成进入金属内部,程度怎么样,扩展速度怎么样,目前还没有明确的经验,我们认为有可能被高估,很多电解质氢冲到金属内部再研究规律,这个肯定不合适。在做一些疲劳扩展速度,高压氢做的,对比没有高压环境下,又没有考虑经济性和效益。在很高压力下摩擦作用氢气转成氢原子也是存在的,合肥院已经做了相关验证性实验,目前没有发现明显的影响。
[陈学东]:中国尽管已经做了很多,跟国外发达国家比还存在不足,气氢站压缩机、液氢能站氢液化工艺、潜液泵阀门等等,有很多技术需要攻关的。为此中国在近期氢能储运装备有一些重点,以下国家计划已经布局研究,70兆帕高压加氢站,通用院、浙大、同济大学在做。中国累计建成加氢站70座,中石化还准备建1000座,2025年中国加氢站到1500座。氢液化这一块大规模氢液化功能,膨胀机、换热器等等需要进一步解决。液氢能站类似液氢能潜液泵、阀门等等在攻关。车载用氢已经布局,70兆帕四型瓶、瓶口阀。
[陈学东]:深冷业态氢储运有哪些问题?主要是储氢问题。德国、美国有相应的产品,我们做300立方米现在在文昌使用。较大规模公路铁路运氢,美国做到100立方米,我们做的40.3立方米,认为问题不是很大,中国实际已经做到100。液氢能站潜液泵和往复泵,电机设计很重要,车载用氢这两种设备国外都在用,德国、美国在做这分析工作。中国也正在做,德国100到1500升,我们正在研究500升,难度不是很大,是绝对控制和保冷问题。还有带压固态储氢,主要用金属化合物储氢,南非、英国开发这样的装备,主要用于火车、叉车和船舶,本身配重比较合适,乘用车不太合适。德国很多潜艇用储氢技术。中国广东、辽宁开展示范应用,压力到5兆帕,高性能储氢材料国内外正在做工作,国内有复旦等等都在做,储氢效率有高有低,难度不是很大,能不能发现更好的材料更好的储氢。
[陈学东]:车载高压用氢,主要是储氢瓶、瓶口组合阀。日本丰田、美国等研制出70兆帕以上的,我们国家做出35兆帕,压力高的正在研制。气瓶过去主要是35兆帕,现在沈阳和北京天气70兆帕,也正在开发35兆帕瓶口阀,目前已经开发出样机,进行考核,不久将来这个方面有突破。还有高压储氢瓶及阀门性能测试评价。欧盟要求庆和燃料电池技术法规考核,要做形式实验,氢气作为介质压力循环测试、过去这套设备在日本、加拿大、欧洲来做,2019年通用院做出140兆帕,对70、90兆帕系统实验。车载高压用氢,燃料电池空压机,难度不是很大,装在车上超声机效率高,氢气再循环,氢气抽出来到入口,这个泵国内做不了。
[陈学东]:气氢站高压气态氢加注,美国、德国公司金属膜等等都有。中国膜式压缩机,我们目前做45兆帕,可以用在30兆帕瓶,跟70兆帕镜做不出来也是有关系。合肥通用研究院已经研究三年,我们同济大学研制90兆帕。有些场合研制出250兆帕,压缩机压力高低不是主要问题,主要看寿命可靠性。气氢站供氢管砝件,过去美国、韩国做的比较好,也可以做到70兆帕,现在合肥院也在做高压差砝码,国内做到35兆帕没有问题,再高压力需要进一步做工作。还有设备小规模公路运氢,主要长管拖车、管束集装箱。我们国家用一型、二型瓶,成本高、效率低。合肥院联合研制52兆帕四型气瓶,这个工作正在进行,研制出来跟国际水平相当。还有管道输氢,欧美总长5000公里。压力不差距25帕,直径300到1米左右,长区压力更高一点。美国、欧盟提出来掺氢,这是一个比较好的方式,这个掺氢认为5%到15%没有问题,掺氢终端用户直接燃烧,间接起到碳达峰,5%到15%跟热值有关,氢日值只有3000大卡,现在只有12000大卡。氢气提纯用燃料电池就不合算了。
[陈学东]:氢能储运装备技术进展。氢能产业链与机械装备密切相关,压力容器、管道一到四型气瓶,压缩机和密封件等等。如何突破氢能储备准备可靠性技术,是氢能产业技术突破瓶颈问题。氢能储运方式有四种:常温高压气态氢、深冷长压业态氢、深冷高压超临界氢、带压固态储氢。很多国家氢能储运装备发生事故,材料失效和设备失效,我们了解材料损伤机制。氢高温高压材料和设备发生损伤,常温低压疲劳问题,常温超高压金属可能疲劳和失效,储备设备制造方面存在相关的设备。气瓶主要是储氢容器,一种是瓶组和容器,容器分为多层容器和单层容器,美国、意大利和中国最高100兆帕压力容器,浙江大学和浙江巨化也在研制。合肥通用院也在措施,中石化开发25兆帕40立方米球罐,这些工作在国内基本上结束了。
[陈学东]:报告分三个部分:氢能在我国国家使用背景问题,氢能是实现碳达峰碳中和主要解决方案,日本、美国、欧盟氢能燃料电池率先突破,我们国家氢能燃料电池快速发展,离规模化应用有一定差距。中国政府很重视氢能燃料电池和氢能应用业务发展,从2022年中央国务院和发改委、科技部多部门制定很多政策制定构建多元化氢能应用生态,推进全产业链技术创新,强化应用技术创新,推进核心技术攻关。最近几年清华大学李骏院士和北航王云院士,我参加了他们的课题。
[欧阳明高]:最后做一个小结。前面题目是要用燃料电池商务车带动,分三个链:第一,技术链,核心燃料电池电力装置,这是目前率先突破的。降低成本,提高效率,现场寿命,都是非常重要的,而且从系统层次逐步深入到材料层次,比如碱性电解隔膜。现在都是700微米的隔膜很厚,电阻很大,孔太大,造成氢氧互串,我们不能复合运行,复合运行氢串路超标,必须在隔膜上实现突破。储运技术虽不理想,但是革命性突破需要基础研究发现。当前,我们主要还是选择合理的储运,我们有很多路线可选择,但是没有一样是理想的,理想现在没有出现就得选择。
[欧阳明高]:总结,氢储能优势大容量、长时间储能,对可再生电力更充分,季节性间歇必须用氢,电池是不行的。规模储能经济性,我们车上储氢当然比较贵,但是车下储氢是很便宜的。现在用点化学储能1度点至少1000块钱,1公斤氢相当于33度电,1公斤能量相当于33度电,储1公斤能量电池33000到50000,储1公斤氢在矿井里储就是几十块钱,这是差几个数量级。第三,灵活能源,可以用于各种动力,制储运方式很灵活,可以管道、拖车等等,甚至高压电长途输电然后当地制氢也是可以。欧洲2030年10000万吨绿氢,做到这一点我们储存超过3300亿千瓦时。
[欧阳明高]:最后,集成化氢能源系统。碳减排阻力是工业和电力,电力是最重要的,尤其煤发电二氧化碳排放占到二氧化碳排放40%,所以需要用氢能来解决这部分问题。可再生能源长周期、大规模储能和利用,这就是氢储能产品。从电力系统来讲,我们也发电侧、电网侧和用户侧,在发电侧、电网侧氢能发挥很大作用,发电侧光伏制氢、电解质制氢,然后储氢。鄂尔多斯很多煤矿矿井废弃之后就可以储氢,这是最便宜的储氢,然后再发电回去,可以替代煤发电调峰。现在煤电场都在做灵活性改造,氢掺到煤对灵活性改造非常有帮助,每个锅炉燃烧30%左右。氢是更优质的燃料。也可以制成氨长途运输到一些比较远的发电厂,鄂尔多斯发电厂跟光伏基地有几公里,这个很方便,有些地方就不是了。我们可以用化工用氢,也可以代替煤电,这就是能源时空转移问题。
[欧阳明高]:这是刚刚做的新系统做的尝试,在安全、高效、智能三个方面。首先是安全,制氢厂安全是很大的问题,利用在奥运会上氢能点火安全技术,把它移植到制氢系统上面。第二,堆形以前都是圆的,其实这个堆形不是最合理的,对流场分布不好,做了新的堆形。原来电解槽不是做产品是做工程,如果坏了,上百吨东西拉回厂区重新拆开。这显然不是一个产品,所以现在做模块化。每个单片在现场直接拿掉,要500方、1000方直接扩展就行了,就是做燃料电池的做法,不是以前做电解水的做法。第三,智能化,以前智能化很差,现在也发展数字孪生平台,智能监控,让整个运行过程全在监控下。有什么好处呢?现在额定效率基本上要大突破很难,现在应该是解决什么效率呢?刚开始说的效率,一年过后效率就恶化,如何保证效率全生命周期不变,这是目前要解决的主要问题。当然这里头还有很多基础的东西都需要研究,包括隔膜、催化剂、极板都需要创新,创新空间很大。这个行业目前关键是呼唤技术创新,希望大家都来进行技术创新,进行市场竞争过程中靠技术来竞争。
[欧阳明高]:说一下三种电解水技术比较。碱性电解和质子交换膜电解差不多,但是固化氧化物电解效率更高。从投资成本看,只有碱性电解是可以大规模商业化,质子交换膜电解目前还有一些问题,比如说要用铱催化剂,还有一些技术问题没有解决。固体氧化物在国内处于初级阶段,我的团队这三种都做,应该说还是比较清楚这三种问题。所以我要说一下,目前电解问题就是可商业化。全行业大家都在投入的就是碱性,中国碱性电解系统从哪里发源的,就是718所,718所从哪里来?上世纪50年代从苏联引进的,以前需求没有太多,目前这个行业技术水平偏低,这个行业呼唤技术创新。
[欧阳明高]:纯水治氢,绿氢是最清洁的路径,也可以用于各种途径,下面重点讲讲氢储能的事。目前的问题是,制氢系统成本和燃料电池发电的效率。氢储能先把电变成氢,然后再氢变成电发回去,构成循环,这是清楚的。目前看我们绿氢技术链、产业链正在迅速崛起。首先是前面氢动力商业示范。我认为目前最重要是绿氢制取,如果绿氢制取没有经济性,后面很难有经济性,所以必须讨论一下制氢问题。制氢和燃料电池正好是反过程,所以技术平台是一样的,跟我们燃料电池行业其实同是一个行业,产业链都是一样的,关键部件都一样,只是电化学过程的逆过程而已。
[欧阳明高]:绿氨应用范围更大。液氨可以运到全世界,氨化工,远洋货轮可能使用内燃机,完全可以用氨内燃机。还有长途飞机还会用燃气轮机航空发动机,燃料会换成氢合成染料,基本上IEA的全球共识。这个方面目前绿氨出口日本、韩国都是收的,价格比较高。现在我们也出现了一些可再生能源制氢,氢没法消纳,完全可以制成氨出口。现在问题是技术还不是很成熟,只是在探索,合成氨化学合成法还在发展之中,电化学合成法还在发展中,传统合成法的能耗还是偏高的,包括现在柴油机大家都在改氢氨内燃机,但是柴油机效率问题是值得担忧的。
[欧阳明高]:最后说绿氢推动全产业链商业化。刚才说氢能燃料电池汽车,氢能燃料电池是先导而不是全部,只是一个先导和突破口。未来新能源革命,可再生能源出来就是电,电之后就会有氢,氢和电是第三次能源革命。可再生能源革命两个主要能源载体,氢电在互换,既是物质基础又是动力基础。氢可以做甲醇,实现碳循环和氮循环,从空气捕捉再放回去,或者煤化工碳加进来。两个支柱储电储氢,两个循环一个转换,这就是碳中和可再生能源基本特征。
[欧阳明高]:另外就是储运。目前储运压力20兆帕,储运成本太高了,原料成本11块钱,要是20兆帕100公斤,到加氢口38块钱。所以我们必须要把这个样例提升到500个大气压,把运输成本降下来。运输成本是很高的,甚至超过氢原料成本,这是一个很大的问题。100公里是合理的,200公里基本合理,300公里就不合理了。拉的距离就算500个大气压这种储运,300公里也不合适,运输成本太高了。我们也要考虑其他储氢管道。
[欧阳明高]:膜电极有两点:第一,提高效率,50%也不够,我们要向60%迈进,现在也在承担发电领域的项目,下一步目标就是60%。所以可能要在发电系统中率先实行,车用会慢一点。为此我们旁边是计划曲线安培电力。现在大概都在0.6伏,2点几安培。现在0.8伏电流密度只有0.3安培,这是不够的,为此要提高催化剂活性,降低催化剂层的计划损失,需要在催化剂结构材料上想办法,催化剂活性本身其实能做的已经不是很多了。
[欧阳明高]:下面还有一个基础性的问题,就是膜电极。中国膜电极还不是完全自主,有些材料尤其膜还是用国外的。现在山东东岳膜开始替代,总体还需要努力,来跟国外高性能的膜进行竞争。现在好的是国外的膜,成本比较高。现在膜电极占到整个系统一半以上的成本,所以下面降成本主要靠膜,这是很重要的。膜电极应该说占到整个燃料电池系统技术的一半,所以膜电极是我们下面研发攻关的重中之重。我们系统做的不错了,丰田电堆也在中国配系统,这就说明我们系统基本解决,电堆正在解决,下面重中之重是膜电极。
[欧阳明高]:第三,成本问题。现在电堆和国际先进企业比还是成本偏高的,有的国际企业也比较高,但是有低的,所以现在平均电堆成本并不比国外低,当然国外有高的有低的,我们平均下来并不具备优势。所以我们要逐步降低成本。目前大概已经降低到5000块钱一个千瓦,降低速度很快,希望2025年再降低1000块钱,2030年降低到500块钱,成本降低很有信心,现在进入快速降低成本。我们要通过规模化和国产化来降低成本,现在氢能燃料电池产业链正在建立起来,现在还是很快的。
[欧阳明高]:怎么办?就要提高效率、降低损耗,下一步的目标必须把重卡氢耗15公斤降到10公斤,即使25块钱一公斤氢也有问题,我们提高额点率效率超过50%,低于50%氢耗就高了,这是一个问题。第二,就是寿命问题,国内寿命跟国际有差距,目前大概15000到18000小时的寿命,下一步我们必须做到25000小时。以前把这个作为2030年的目标,看来要提前到2025年,因为我们会面临国外产品的竞争,还会面临纯电卡车竞争,因为纯电卡车很容易超过百万公里。磷酸铁锂电池充电3、5千次不是问题,200公里一次,5000次就是100万公里,还会提高续驶里程。所以我们必须提高寿命到25000小时,中间包括材料的改进、电堆改进和系统推进,还要进行进一步技术创新来解决寿命问题。
[欧阳明高]:我们还面临的挑战以及对策、路线图。首先是效率问题,我们提高了效率就可以减少氢瓶数量,氢瓶是很贵的,也可以减轻热管理负担,尤其商用车,燃料电池跟大气温差比较小,尤其长途重载卡车,因为要持续运行,比方说如果300千瓦燃料电池基本有150、160千瓦热要散出去,温差只有在夏天较低,就是20、30度,效率问题是当前最需要解决的,刚刚到鄂尔多斯。鄂尔多斯有很多大卡车,矿山用的30多万辆,他们做了燃料电池重卡、换电重卡和燃油重卡,这个城市是有代表性,因为氢价补贴后25块钱一公斤,电价也比较便宜4毛钱一度。燃料电池重卡每公里3.75元,换电重卡每公里2.7元以下,柴油重卡在2.5元左右,换电重卡低到2.3元,换电重卡经济性比柴油重卡更好,但是燃料电池还有1块钱的差距每公里。
[欧阳明高]:这些年各种各样的典型代表。比如说典型研发模式,这是清华亿华通团队“剥洋葱”,从系统解决发动机技术,再解决电堆技术,现在到模电极完成。再比如典型产品技术,在中国市场典型燃料电池发动机2021年的水平,从中可以看出大部分指标跟丰田、巴拉德差不多,但是在寿命方面还有些差距。包括金属板的电堆、石墨板电堆几条技术路线都取得了突破。典型示范工程就是这次冬奥会,因为是很成功的。刚开始觉得压力很大,担心氢安全的问题,专门组织国际氢安全国际咨询委员会来给我们把关。总体看,我们没有出现一例事故,这充分证明氢能是一个安全的、可实用化、可商业化、可规模化的技术。
[欧阳明高]:第一,氢燃料电池商用车是中国氢能燃料电池特色和优势,基本上与十年前纯电动轿车类似,正在引领国际潮流。大家可以看一下这是IEA去年的统计,燃料电池商用车全世界都在中国推广,BUS和卡车其他国家基本没有,都是在中国。我们回顾一下,为什么会取得这样在全球引领地位,这得益于中国燃料电池汽车技术进步和燃料电池汽车一系列的示范。跟2015年相比,2022年各项指标都是成倍的改善。比如说寿命,石墨双基板从3000小时提高到15000小时,2008年开始进行氢能燃料电池示范,刚刚结束的夏季奥运会,上次BUS是10多辆,这次1200辆参与示范,而且全部绿氢,加氢站几十座。说明从当年10多辆车,那是在2008年建全国第一个加氢示范站,到现在发展这么大,在通过示范技术发展。
首先介绍一下国际氢能燃料电池协会。这是我们刚刚由中国科协批准成立的一个国际性的学会,刚刚在6月30日召开第一次会员大会和第一次理事会会议,万钢主席亲自出席这次会议并发表了重要讲线个国家和地区,而且是覆盖氢能燃料电池全产业链。我们协会的愿景就是要做全球气候治理的贡献者,打造国际知名国际组织,通过我们努力实现全球氢能燃料电池规模化应用市场环境,促进全球绿色低碳可持续发展,构建清洁美丽新世界,共建人类命运共同体。业务范围包括搭建国际学术交流与合作平台,推动政策标准规则的研究和制定,开展咨询服务,开展系统宣传和科普活动,建立共性技术研发国际合作机制,发起国际合作项目。我们会承担学会会员委托其他的事项,扩大组织国际影响力。下个月在上海召开国际氢能燃料电池协会大会,还会在国外开一系列会议,包括美洲、非洲、欧洲等等,每年都会这在几大洲开会,谢谢大家的关注,欢迎大家积极参与。