毫無(wú)疑問(wèn)，中國(guó)提出的2030年碳達(dá)峰和2060年碳中和目標(biāo)，將深度影響未來(lái)幾年的新能源汽車(chē)和能源產(chǎn)業(yè)的變革。
這其中，氫燃料電池和氫能將會(huì)扮演關(guān)鍵角色。
全國(guó)政協(xié)副主席萬(wàn)鋼在近日舉行的2021中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)百人會(huì)上表示，從能源的角度來(lái)看，要實(shí)現(xiàn)碳中和、碳達(dá)峰目標(biāo)，需要更多地發(fā)展可再生能源。其中，氫氣具有來(lái)源多樣化、驅(qū)動(dòng)高效率、運(yùn)行零排放等特征。
而燃料電池則可以廣泛地應(yīng)用于交通、建筑、工業(yè)和更高效的儲(chǔ)能領(lǐng)域，可推動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)碳達(dá)峰、碳中和的目標(biāo)的如期達(dá)成。
中國(guó)科學(xué)院院士歐陽(yáng)明高認(rèn)為，新一代車(chē)用動(dòng)力電池和氫燃料電池等電化學(xué)能源系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化是汽車(chē)動(dòng)力百年來(lái)的歷史性突破。只有實(shí)現(xiàn)新能源汽車(chē)大規(guī)模發(fā)展才能實(shí)現(xiàn)新能源革命，只有實(shí)現(xiàn)新能源革命才能實(shí)現(xiàn)中國(guó)碳中和目標(biāo)。
針對(duì)國(guó)內(nèi)氫燃料電池汽車(chē)的發(fā)展趨勢(shì)、能源低碳化下的氫能制備、儲(chǔ)能視野下的氫能機(jī)會(huì)，歐陽(yáng)明高做了具體的闡釋和介紹。
1、中國(guó)燃料電池產(chǎn)業(yè)走向：十年內(nèi)成本下降80%以上
經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的艱苦努力，中國(guó)車(chē)用燃料電池技術(shù)近年來(lái)取得產(chǎn)業(yè)化突破。氫燃料電池技術(shù)比鋰離子電池技術(shù)研究的還要早，經(jīng)過(guò)20年的研究，經(jīng)歷了一些曲折，但近年來(lái)取得重大突破。
數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，現(xiàn)在的性能跟五年前相比，所有主要的性能指標(biāo)都有大幅的提升，比如核心指標(biāo)燃料電池壽命提升了300%。國(guó)產(chǎn)燃料電池零部件的產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)建立，系統(tǒng)集成能力大幅增強(qiáng)，頭部企業(yè)正在形成。
下一步的重點(diǎn)是要使燃料電池系統(tǒng)成本十年內(nèi)下降80%以上。
過(guò)去十年鋰電池就是如此，燃料電池滯后了十年。系統(tǒng)成本要從2020年的5000元/千瓦下降到2030年的600元/千瓦。
2020年下半年以來(lái)，行業(yè)價(jià)格戰(zhàn)已經(jīng)開(kāi)打，但目前看存在非理性因素，而從長(zhǎng)期看，燃料電池價(jià)格下降應(yīng)該是完全可以達(dá)到預(yù)期。
燃料電池汽車(chē)不僅需要燃料電池系統(tǒng)成本降低，還有很重要的是車(chē)載儲(chǔ)氫的成本，這個(gè)成本預(yù)計(jì)會(huì)比燃料電池下降速度而言會(huì)相對(duì)慢一些。
現(xiàn)在國(guó)內(nèi)已經(jīng)投產(chǎn)塑料內(nèi)膽碳纖維纏繞的700大氣壓車(chē)載高壓儲(chǔ)氫瓶。由于剛開(kāi)始生產(chǎn)，目前成本很高。預(yù)計(jì)到2025年儲(chǔ)一公斤氫的氫瓶成本3000元。主要材料成本來(lái)自碳纖維，現(xiàn)在中石化已經(jīng)建立了大型的高強(qiáng)度碳纖維工廠來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。
往前看氫能燃料電池的技術(shù)路線圖，2025年目標(biāo)是推廣5-10萬(wàn)氫燃料電池車(chē)；2030-2035年實(shí)現(xiàn)80-100萬(wàn)輛應(yīng)用規(guī)模，這都是以商用車(chē)為主體。
在這個(gè)情況下，氫需求量到2030年大概三百萬(wàn)噸左右，這個(gè)可能比預(yù)期的低。這還是按商用車(chē)為主體預(yù)測(cè)的，如果主要是轎車(chē)，只需要幾十萬(wàn)噸就能滿足。
在加氫站環(huán)節(jié)，數(shù)量可能比想象的要多。因?yàn)榧託湫时燃犹烊粴庖停瑲涫亲钶p的一種氣體，只是天然氣密度的1/8。
當(dāng)前氫燃料電池汽車(chē)發(fā)展還面臨一些挑戰(zhàn)，比如說(shuō)氫燃料產(chǎn)業(yè)鏈自主化程度與技術(shù)水平和燃料電池還有差距，電解綠氫技術(shù)、氫儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)、氫安全技術(shù)還需要改進(jìn)提升，氫燃料的成本總體偏高，這是今后5-10年必須努力解決的。
2、能源低碳化視野下的氫能制備與應(yīng)用
可再生能源只有兩個(gè)載體，電和氫能。
面向碳中和前景，氫能汽車(chē)只是氫能利用的一部分，或者說(shuō)是先導(dǎo)部分，氫能不僅僅是為了汽車(chē)，發(fā)展氫能汽車(chē)使命之一就是為了帶動(dòng)氫能全面發(fā)展。
因?yàn)榻煌ㄐ袠I(yè)對(duì)氫價(jià)格的容忍度最好，以后還有煉鋼、化工，發(fā)電，大型燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組也是要用氫。
氫能目前主要通過(guò)電解水制得。電解水制氫和氫燃料電池恰巧是一個(gè)逆過(guò)程。氫和氧結(jié)合生成水，發(fā)出電，但是有電和水就可以產(chǎn)生氫氣和氧氣，所以把燃料電池成本降下來(lái)也可以帶動(dòng)把制氫成本降下來(lái)，這是一個(gè)問(wèn)題的兩個(gè)方面。
現(xiàn)在主要有三種燃料電池，也就有三種主要制氫方式。堿性燃料電池對(duì)應(yīng)堿性電解、質(zhì)子交換膜燃料電池對(duì)應(yīng)質(zhì)子膜電解，固體氧化燃料電池對(duì)應(yīng)固體氧化物電解，它們技術(shù)成熟度各不相同。
現(xiàn)在成熟的、中國(guó)有價(jià)格優(yōu)勢(shì)的是堿性電解技術(shù)，正在進(jìn)行商業(yè)化的是質(zhì)子交換膜電解技術(shù)，5-10年后質(zhì)子交換膜電解技術(shù)會(huì)大規(guī)模發(fā)展起來(lái)。
正在發(fā)展的未來(lái)一代是固體氧化物電解技術(shù)，因?yàn)樗男蕵O高。可再生能源制氫成本和可再生能源電價(jià)密切相關(guān)。目前在張家口風(fēng)電制氫電價(jià)0.15元/度，氫的電耗成本為7元/kg。
此外還有很多氫的載體，比如說(shuō)液氨，做尿素的氨，它的質(zhì)量?jī)?chǔ)氫比可以達(dá)到17.8%，體積儲(chǔ)氫密度更高，100升可以做到12公斤，比液氫要高一倍以上，液氫大概100升能夠到6公斤。
所以國(guó)際上也有所謂的氨經(jīng)濟(jì)、氮循環(huán)等很多新的概念。氨可直接用于化肥和塑料橡膠等產(chǎn)品和發(fā)電，分解出氫后又可以用于更多方面。制氨的過(guò)程是先電制氫，然后再捕捉空氣中的氮，氮和氫結(jié)合生成氨，可以用傳統(tǒng)的工業(yè)催化合成氨，現(xiàn)在正在發(fā)展電催化合成氨新技術(shù)。
3、儲(chǔ)能視角下的氫能機(jī)會(huì)
從儲(chǔ)能的功率和存儲(chǔ)的時(shí)間看，電池是中小功率短周期存儲(chǔ)。它與分布式光伏匹配還可以，但對(duì)有些大規(guī)模風(fēng)電廠就不一定合適了。比如這個(gè)月有風(fēng)、下月沒(méi)風(fēng)等場(chǎng)景，這時(shí)主要要靠氫。
氫是大規(guī)模長(zhǎng)周期儲(chǔ)存，所以電池和氫能這兩種儲(chǔ)能必須組合才能構(gòu)成一個(gè)總的儲(chǔ)能系統(tǒng)。
氫能是集中式可再生能源大規(guī)模、長(zhǎng)周期存儲(chǔ)的最佳途徑。理由是：
第一，能源利用的充分性。氫能大容量、長(zhǎng)周期儲(chǔ)能模式對(duì)可再生電力的利用更充分。有些電力電池儲(chǔ)不了，比方說(shuō)四川的季節(jié)性水電，只有氫能儲(chǔ)得了。所以說(shuō)制氫的電價(jià)比充電的電價(jià)便宜是有可能的。
第二，規(guī)模儲(chǔ)能的經(jīng)濟(jì)性氫能比電池好，車(chē)下固定儲(chǔ)氫大概比儲(chǔ)電成本上大約要低一個(gè)數(shù)量級(jí)。
第三，與電網(wǎng)基礎(chǔ)發(fā)電電源的互補(bǔ)性。氫能可作為大容量、長(zhǎng)周期、高功率靈活能源使用，如用于燃料電池發(fā)電，或者用于大型氫燃?xì)鈾C(jī)發(fā)電。大電網(wǎng)不可能全是風(fēng)電、光伏。德國(guó)能源轉(zhuǎn)型早，可再生能源比例高，由于當(dāng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)不成熟，只能保留大部分傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組作為靈活能源用于調(diào)節(jié)和穩(wěn)定電網(wǎng)，實(shí)施的是雙保險(xiǎn)措施，導(dǎo)致電價(jià)很貴?，F(xiàn)在靠?jī)?chǔ)能可以把傳統(tǒng)機(jī)組規(guī)模降下來(lái)，但是不可能降的很低，必須要有基礎(chǔ)電源，這時(shí)氫可以發(fā)揮重大作用。
第四，氫的制、儲(chǔ)、運(yùn)方式靈活。我國(guó)的大規(guī)模集中式可再生能源基地在新疆、內(nèi)蒙、寧夏等西部偏遠(yuǎn)地區(qū)，這些地方的氫能需要千公里以上長(zhǎng)途輸運(yùn)。同時(shí)綠氫的輸送通道和特高壓電輸送通道是重合的，發(fā)揮超高壓輸電的中國(guó)優(yōu)勢(shì)，開(kāi)展長(zhǎng)途輸電當(dāng)?shù)刂茪湟彩且环N選擇。
這兩類(lèi)方式從儲(chǔ)能角度沒(méi)什么太大差別，關(guān)鍵是誰(shuí)的經(jīng)濟(jì)性更好。初步分析比較發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)途輸電當(dāng)?shù)刂茪浞桨缚傮w看是有一定優(yōu)勢(shì)的。
按電力專家介紹的特高壓千公里輸電成本為8分錢(qián)/度電為基準(zhǔn)計(jì)算，當(dāng)可再生能源發(fā)電在0.1元/千瓦時(shí)左右時(shí)，可以大致實(shí)現(xiàn)加氫槍出口價(jià)格30元/kg左右的目標(biāo)，與柴油比具有價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力。
這樣一來(lái)就形成一種中國(guó)特色的長(zhǎng)途輸氫方案，而且利用了我國(guó)的能源互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)勢(shì)。
展望一下未來(lái)十年交通智慧能源生態(tài)的建設(shè)，大概有兩個(gè)組合。一個(gè)黃金組合，就是分布式光伏+電池+電動(dòng)汽車(chē)+物聯(lián)網(wǎng)+區(qū)塊鏈；還有一個(gè)白銀組合，集中式的遠(yuǎn)距離的風(fēng)電與光伏+氫能儲(chǔ)能及發(fā)電+燃料電池汽車(chē)+物聯(lián)網(wǎng)+區(qū)塊鏈。
一個(gè)是分布式的智慧能源，一個(gè)集中式智慧能源，兩者結(jié)合，共同構(gòu)成面向碳中和的未來(lái)智慧能源大系統(tǒng)。
