清華大學(xué)毛宗強(qiáng)：氫能發(fā)展是人類(lèi)能源發(fā)展歷史的必然
2016-11-28 15:15:40
摘要：毛宗強(qiáng)表示，我國(guó)政府高度重視把氫能與燃料電池提升到引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)的顛覆性技術(shù)，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(chǎn)業(yè)化，氫能發(fā)展是人類(lèi)能源歷史的必然。
以下為毛宗強(qiáng)教授演講文字實(shí)錄：
毛宗強(qiáng)：為什么氫能能夠得到重視？氫能和氫社會(huì)的關(guān)系、中國(guó)氫能之路、小結(jié)。氫能得到重視根本是由于環(huán)境問(wèn)題，應(yīng)對(duì)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(gè)海平面還有大的升高，很多國(guó)家都沒(méi)有了，咱們國(guó)家很多地方也被淹沒(méi)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(guó)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(huì)上一直同意通過(guò)了巴黎協(xié)定，各個(gè)國(guó)家都要減排。第三件事，巴黎協(xié)定在2016年4月22日175個(gè)國(guó)家簽署，咱們國(guó)家也簽署了。今年11月4日，在人類(lèi)應(yīng)對(duì)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(gè)不和諧的聲音，美國(guó)要上任的總統(tǒng)對(duì)它什么態(tài)度還不是很明朗，不管一個(gè)人態(tài)度怎樣，整個(gè)大的趨勢(shì)是不會(huì)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(xué)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(méi)有帶來(lái)半點(diǎn)的二氧化碳這是無(wú)碳的能源載體。第一來(lái)源很廣，有水就會(huì)有氫，氫是和平能源，是對(duì)國(guó)家來(lái)說(shuō)，中國(guó)是發(fā)展中國(guó)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(zhēng)奪，到處都有和平的能源，可以和平崛起；自由能源，氫能誰(shuí)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(duì)民企抱有很大的希望。
氫作為氫氣可以?xún)?chǔ)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(lái)的不方便用，而要把不方便不穩(wěn)定性，包括時(shí)間、地域不穩(wěn)定因?yàn)闅涠兊梅€(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(biāo)是年代，1840到2040，1840年之后是煤迅速的上升，達(dá)到了世界上65%的能源來(lái)源于煤炭，這是指全世界的能源形勢(shì)，煤炭到了頂風(fēng)以后又開(kāi)始下降，2020年達(dá)到了20%，接下來(lái)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(guò)程，所以我們認(rèn)為氫氣是下一個(gè)能源。
這些燃料中氫原子的數(shù)目可碳原子比例，煤是一個(gè)氫氣原子一個(gè)碳原子，到了石油是兩個(gè)氫原子一個(gè)碳原子，天然氣是主要是甲烷是四個(gè)氫原子一個(gè)碳原子。因?yàn)槲沂?993年從英國(guó)拿了學(xué)位回來(lái)，本來(lái)是搞核的，那個(gè)年代核很困難，沒(méi)有錢(qián)，我們領(lǐng)導(dǎo)就講是不是兩手準(zhǔn)備，你看看下一個(gè)大方向是什么，我就調(diào)研氫，花了三個(gè)月的時(shí)間進(jìn)行調(diào)研，要選擇氫能，我覺(jué)得從歷史上看是必然的。
氫能涉及到很多的國(guó)際組織的重視，氫能經(jīng)濟(jì)國(guó)際合作伙伴，這是政府間組織，中國(guó)是首先的響應(yīng)，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(shí)際上是超級(jí)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(kāi)的車(chē)成為現(xiàn)實(shí)，今天是2016年氫能的汽車(chē)已經(jīng)走向市場(chǎng)。2023年氫能汽車(chē)在道路上跑的會(huì)更加多。
氫能和氫社會(huì)，氫能首先有個(gè)供應(yīng)鏈，可以分成三塊，一塊是制造氫能、另一塊是氫能儲(chǔ)存和運(yùn)輸，第三是氫能的應(yīng)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(jī)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(lái)自于化石能源和水反應(yīng)、4%是電解水。
儲(chǔ)運(yùn)，我講的是工業(yè)儲(chǔ)運(yùn)而且是市場(chǎng)化的儲(chǔ)運(yùn)方法，高壓氣瓶，儲(chǔ)氫合金還有是液氫，氫冷卻到零下253度就會(huì)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(jī)，只要給氫氣、氧氣，就可以發(fā)生電；另外是燒鍋爐和內(nèi)燃機(jī)。
整個(gè)供應(yīng)鏈有制造、儲(chǔ)運(yùn)和利用合在一起。
國(guó)際的情況發(fā)展很快，熱電聯(lián)供，日本家用的熱電聯(lián)產(chǎn)已經(jīng)出售了15萬(wàn)套，電效率55%、熱點(diǎn)效率95%，可以用8萬(wàn)小時(shí)，啟動(dòng)很快，2015年日本政府給了很多補(bǔ)貼，目前售價(jià)是160萬(wàn)日元一套，熱水儲(chǔ)罐，燃料電池發(fā)電的過(guò)程中發(fā)熱，把熱存在儲(chǔ)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(zhuǎn)化裝置，直流電變成可用的電壓送往相關(guān)的地方。
美國(guó)有超過(guò)7500臺(tái)的氫燃料的叉車(chē)，主要的特點(diǎn)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(kù)中可以非常的方便。
氫燃料電池車(chē)，豐田FCV 純?nèi)剂想姵?，氫氣作為能源燃料作為?dòng)力，2014年12月底上市，價(jià)格是5.75萬(wàn)美元，預(yù)計(jì)2025年會(huì)降低到2萬(wàn)美元，估計(jì)2020年產(chǎn)能3萬(wàn)臺(tái)，其他的通用、福特等等廠家都在計(jì)劃2017到2018年準(zhǔn)備要上市相關(guān)的氫能汽車(chē)，車(chē)是氫重要的應(yīng)用場(chǎng)合，有很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
加氫站，國(guó)際加氫站的情況，如圖，綠色是已經(jīng)現(xiàn)在能夠用的加氫站，金黃色的是計(jì)劃中的加氫站，各個(gè)國(guó)家在大力發(fā)展加氫站而且有長(zhǎng)遠(yuǎn)的規(guī)劃，美國(guó)、德國(guó)都有國(guó)家的規(guī)劃，德國(guó)有18座加氫站對(duì)外開(kāi)放，計(jì)劃到2023年要建造400個(gè)加氫站，日本2016年計(jì)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(guó)目前只有三座，到2017年有大于十座，到2025年會(huì)達(dá)到三百座。
氫能發(fā)展以后設(shè)想到氫能社會(huì)，將來(lái)是在社會(huì)中用電力和氫能兩個(gè)在一起，可以叫電力網(wǎng)絡(luò)加氫能網(wǎng)絡(luò)。氫能社會(huì)有工業(yè)、農(nóng)業(yè)和交通都在里面，農(nóng)業(yè)主要是從可再生能源，可再生能源可以發(fā)電，因?yàn)槭莻€(gè)電力網(wǎng)絡(luò)，可再生能源也可以制氫，氫能網(wǎng)絡(luò)自己還可以用其他的方法來(lái)制氫。氫能網(wǎng)絡(luò)和電力網(wǎng)絡(luò)互相連通，氫能社會(huì)是電力網(wǎng)絡(luò)+氫能網(wǎng)絡(luò)，也會(huì)加上互聯(lián)網(wǎng)。
中國(guó)的氫能之路，表現(xiàn)在以下的方面，中國(guó)政府現(xiàn)在開(kāi)始對(duì)氫能格外的重視，如圖，今年一年國(guó)家的政策和文件，以前就發(fā)過(guò)，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(guó)家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略綱要，文件專(zhuān)門(mén)講了若干個(gè)東西，其中包括機(jī)器人等等，其中氫能和燃料電池也要進(jìn)行發(fā)展。
2016年6月1日發(fā)改委國(guó)家能源局發(fā)布了能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)，詳細(xì)講了氫能的規(guī)劃和指標(biāo)，2016年6月1日給出路線圖，能源技術(shù)重點(diǎn)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(shí)施方案。今年8月8日，中共中央國(guó)務(wù)院再次印發(fā)了“十三五”國(guó)際創(chuàng)新規(guī)劃，一年內(nèi)密集的除了跟氫能與燃料電池有關(guān)的文件，這是很大的鼓舞和激發(fā)中國(guó)氫能發(fā)展的積極性和動(dòng)力。
2016年政府將氫能與燃料電池作為引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)變革顛覆性技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)發(fā)展是現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)規(guī)則會(huì)歸零，而且指出要開(kāi)發(fā)氫能與燃料電池和新一代技術(shù)，各個(gè)地方的開(kāi)發(fā)區(qū)要敢于探索示范，我認(rèn)為中國(guó)氫能特別是燃料電池今年特別熱，除了有國(guó)外的熱，國(guó)家一系列的文件是非常重要的推動(dòng)力，沒(méi)有這些問(wèn)題不太可能達(dá)到現(xiàn)在的程度。
社會(huì)團(tuán)體，在以前咱們國(guó)家沒(méi)有路線圖，沒(méi)有車(chē)和基礎(chǔ)設(shè)施的路線圖，今年都出臺(tái)了，2016年10月26日中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)發(fā)布了氫能與新能源汽車(chē)技術(shù)路線圖，是五百位專(zhuān)家工作一年得出的成果，這本路線圖有好幾百頁(yè)，其中公布了一個(gè)PPT和基礎(chǔ)設(shè)施，同年10月28日中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化研究院和全國(guó)氫能標(biāo)準(zhǔn)化研究會(huì)，共同發(fā)布了中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)設(shè)施藍(lán)皮書(shū)，這兩個(gè)文件發(fā)布也是指明了方向。
氫氣是中國(guó)的特色，中國(guó)氫能之路特色是氫氣的來(lái)源，路線圖講了2016年的狀況、2020年的狀況、2025年?duì)顩r，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(lái)源的特點(diǎn)，氫是中國(guó)最大的工廠，工業(yè)發(fā)展水平很高，美國(guó)和歐洲已經(jīng)轉(zhuǎn)移，中國(guó)大量的工廠在開(kāi)工，廢氣很多。
燃料電池車(chē)，燃料電池發(fā)展中國(guó)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(dòng)力推動(dòng)，如公共汽車(chē)等等領(lǐng)域進(jìn)行示范，2020到2025年會(huì)以中等大小的燃料電池和加上中等大小電池進(jìn)行較大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)，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(dá)到一百座、2025年超過(guò)三百座，加氫站的數(shù)字和基礎(chǔ)設(shè)施路線圖是一致的。
新能源汽車(chē)路線圖把天然氣汽車(chē)放入，作為一個(gè)節(jié)能的汽車(chē)也是我要強(qiáng)調(diào)的，天然氣汽車(chē)很容易跟氫氣混合一起進(jìn)行用，天然氣汽車(chē)根據(jù)路線圖的分擔(dān)，2030年天然氣汽車(chē)占全國(guó)產(chǎn)量的8%，2030年預(yù)計(jì)全國(guó)3800萬(wàn)輛汽車(chē)，8%這一年會(huì)生產(chǎn)304萬(wàn)輛天然氣車(chē)。氫氣跟天然氣的混合燃料，氫氣是需要時(shí)間和加氫站和比較貴的車(chē)，氫氣和天然氣混合燃料是用現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)車(chē)（很便宜），國(guó)際上也是認(rèn)可的，美國(guó)國(guó)家能源實(shí)驗(yàn)室在2013年3月份的報(bào)告，講在美國(guó)能源部組織下美國(guó)國(guó)家能源可再生協(xié)會(huì)發(fā)布對(duì)氫氣和天然氣混合燃料的報(bào)告，七個(gè)方面的評(píng)論，結(jié)論 是非常好的。我們已經(jīng)在做了，HCNG最大的加氫站山西已經(jīng)運(yùn)營(yíng)了四年，用了大卡車(chē)和轎車(chē)上已經(jīng)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(guó)內(nèi)燃料電池發(fā)展有不少可圈可點(diǎn)的地方，燃料電池火車(chē)頭，是2015年3月19日世界第一列氫能燃料電池車(chē)，時(shí)速是70公里每小時(shí)，這個(gè)車(chē)間年造十輛，主要是佛山和云浮市的輕軌。唐山汽車(chē)車(chē)輛廠2016年建造了燃料電池車(chē)，佛山推動(dòng)氫能是國(guó)家一系列的文件沒(méi)有出臺(tái)以前，他們盯著巨大的壓力，很有遠(yuǎn)見(jiàn)堅(jiān)持到現(xiàn)在。大巴一百千瓦，已經(jīng)建成的年產(chǎn)五千輛大巴的生產(chǎn)基地開(kāi)放也蓋好了，計(jì)劃明年7月1日燃料電池生產(chǎn)線會(huì)投產(chǎn)，已經(jīng)獲得了很大的訂單，并且開(kāi)通了燃料電池大巴車(chē)的示范線。
如圖，UNDP—GEF—MOST第3期的項(xiàng)目已經(jīng)開(kāi)啟、今年9月28日在佛山首次開(kāi)通的燃料電池開(kāi)通、浮云市開(kāi)通氫能源公交線路，我國(guó)2兆瓦的氫燃料電站，今年11月14日全國(guó)首座2兆瓦氫能電站交付。
中國(guó)加氫站，中國(guó)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(guó)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(xiàng)目。
金融界的參與使中國(guó)的氫能更加的熱火朝天，今年5月8號(hào)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶形成產(chǎn)業(yè)投資，武漢有5個(gè)億，這是由長(zhǎng)江成長(zhǎng)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(chǎn)業(yè)基金，重點(diǎn)投氫能與燃料電池、今年7月19日，東莞成立100億產(chǎn)業(yè)基金，計(jì)劃通過(guò)母基金的運(yùn)作爭(zhēng)取放大一千億，最終帶動(dòng)一萬(wàn)億的社會(huì)資本投入到產(chǎn)業(yè)。金融界的投資熱也出現(xiàn)了。
新的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟不斷涌現(xiàn)，這個(gè)月11月4日中國(guó)汽車(chē)工業(yè)協(xié)會(huì)審議通過(guò)了中國(guó)氫能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟設(shè)立策劃書(shū)，這是理事會(huì)通過(guò)的，標(biāo)志著中國(guó)氫能源產(chǎn)業(yè)汽車(chē)協(xié)會(huì)要成立了，今年12月8日中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)發(fā)起成立了國(guó)際燃料電池協(xié)會(huì)，11月26號(hào)中國(guó)能源研究會(huì)燃料電池學(xué)會(huì)成立，燃料電池委員會(huì)理事長(zhǎng)是佟院士，他也是中國(guó)工程院礦業(yè)與能源所的所長(zhǎng)。
小結(jié)，我國(guó)政府高度重視把氫能與燃料電池提升到引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)的顛覆性技術(shù)，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(chǎn)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(lèi)能源歷史的必然，現(xiàn)在雖然有美國(guó)的特朗普的上臺(tái)，但是這并不會(huì)改變這個(gè)必然，國(guó)際能源潮流中國(guó)氫能之路是由淺綠到深綠逐步的過(guò)渡，前景是光明的。(能源新聞網(wǎng))
