中國工程院院士彭蘇萍：中國氫能源與燃料電池發(fā)展戰(zhàn)略及研究
中國工程院院士彭蘇萍主旨發(fā)言：中國氫能源與燃料電池發(fā)展戰(zhàn)略及研究
8月25日，由中國電池工業(yè)協(xié)會、電池中國網(wǎng)聯(lián)合主辦的“2023氫能與燃料電池技術(shù)及應(yīng)用國際峰會”在中國上海隆重舉行。中國電池工業(yè)協(xié)會理事長劉寶生、中國工程院院士彭蘇萍、中國科學(xué)院院士孫世剛、上海市嘉定區(qū)副區(qū)長李峰等出席峰會，來自行業(yè)主管部門、高校、科研機構(gòu)和產(chǎn)業(yè)鏈知名企業(yè)，以及外賓代表共300余人與會。
中國工程院院士彭蘇萍在會上作題為《中國氫能源與燃料電池發(fā)展戰(zhàn)略研究》的主旨發(fā)言。
以下是發(fā)言內(nèi)容實錄，未經(jīng)嘉賓審閱：
彭蘇萍：尊敬的各位領(lǐng)導(dǎo)、嘉賓，這個項目是工程院長期定下來關(guān)于氫能和燃料電池，現(xiàn)在氫能全國上下一片熱，但是我跟大家講氫能的問題著實跟中國的能源和世界的能源走向是一致的，因為我們國家和世界上在目前為止都是希望少用化石能源、多用可再生能源，但是可再生能源發(fā)展過程中就有一個消納的問題，還有規(guī)?；倪\用。
化石能源在我們中國的結(jié)構(gòu)里面，目前可再生能源除了水之外，中國實際上可再生能源在一次能源結(jié)構(gòu)里面還不到8%。按照我們雙碳目標(biāo)2030年碳達峰、2060年碳中和，我們有長期艱巨的任務(wù)，這個里面戰(zhàn)略目標(biāo)就是可再生能源如何做到規(guī)模化，化石能源如何做到低碳化，可再生能源規(guī)模化大家都理解，可再生能源發(fā)展過程中剛才講了消納的問題，化石能源如果低碳化實際上就是加氫減碳的過程。
從我們?nèi)祟惏l(fā)展過程中，我們的祖先生火用材，然后18世紀(jì)末期發(fā)明了蒸汽機，煤就得到了廣泛的應(yīng)用。到了上個世紀(jì)40年代發(fā)明了內(nèi)燃機（燃?xì)鈩訖C），油氣得到了廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)在講氫能源實際上是我們轉(zhuǎn)化的方式發(fā)生變化，我們的燃料電池作用越來越凸現(xiàn)，燃料電池發(fā)現(xiàn)方式就從蒸汽機、內(nèi)燃機通過燒推動的方式已經(jīng)改變了，因為這個過程實際上是物理發(fā)電，到氫大規(guī)模利用的過程里面，實際上是因為加熱粒子產(chǎn)生了放電作用，實際上是一個化學(xué)發(fā)電的過程。
所以現(xiàn)在我們有很多的同志關(guān)于氫能又提出另外一個方式，我們把制氫完了之后燒。如果是直接燒不是我們氫能源主要的工作目標(biāo)，因為氫是二次能源，本身制氫過程中耗能，再去燒的過程不是我們十分提倡的，我跟大家講的兩個方式，關(guān)于氫的方面。
第二個中國為什么要搞氫能，大家知道現(xiàn)在世界上都有八十幾個國家紛紛治理了氫能的發(fā)展規(guī)劃，因為跟我們中國的能源結(jié)構(gòu)有關(guān)系，我們煤比較多，油氣和非化石能源目前，有的同志就說我們現(xiàn)在非化石能源、可再生能源占的比例很大，可以有主要，是主要的。我們發(fā)展了25年，我們除了水之外的可再生能源是8%，不是我們不搞，我們現(xiàn)在是世界上最大的可再生能源的生產(chǎn)國和消費國，但是跟我們中國經(jīng)濟還起不到關(guān)鍵的支撐。
中國的能源發(fā)展要走兩條路，為什么先提出來化石能源做的低碳化變成我們主要的任務(wù)？主要是二氧化碳的問題是折磨我們這些國家很長時間了，實際上首先歐洲并不是折騰中國是折騰美國，20年以前中國還進不了他的法眼，是美國。但是美國液燃?xì)獍l(fā)展之后，2010年提出了清潔電力生產(chǎn)法，就提出來每千瓦升的發(fā)電二氧化碳的排放637克，我們的標(biāo)煤就是210克。
大家知道十二五期間中國的電場的發(fā)電實際上是330克，我們希望十三五期間變成310克，210克是天然氣。
如果美國一響應(yīng)，我們中國現(xiàn)在以煤為主的發(fā)電方式就受到非常大的掣肘。我們現(xiàn)在最好的上海微高橋是270克，想一下大多數(shù)都是310克左右。俄烏戰(zhàn)爭之后，有的同志也跟我講，我們能不能喊口號但是不做，不做不行，因為今后世界的貿(mào)易要帶著生產(chǎn)產(chǎn)品的能源，現(xiàn)在大家為什么喊綠色能源可再生能源，就在這個問題二氧化碳指標(biāo)的限制，歐洲先喊，現(xiàn)在美國也在響應(yīng)，兩個一框起來中國是沒有路子可退的。
在2009年哥本哈根會議上，當(dāng)時***總理講，我們總量很大，但是平均到每個人我們還是比較少的，現(xiàn)在告訴大家我們中國的人均能源的占有量超過了世界的水平，2019年就超過了，二氧化碳排放總量新增70%出在中國，所以中國是沒有退路的一定要做。
習(xí)近平總書記說，我們雙碳的問題是我們自己要做的事，我的理解是這個方面。我們怎么去做我就不講這些道理的東西，所以中國發(fā)展氫能的目標(biāo)，一是如何把可再生能源做到規(guī)模化或者調(diào)峰調(diào)輔消納的問題，二是如何把煤炭等高碳能源低碳化的問題。所以中國發(fā)展氫能源，我認(rèn)為主要是如何改善中國的能源品質(zhì)，跟其他的國家不一樣。
世界上不缺氫，但是真正現(xiàn)在世界和中國引導(dǎo)交通作為能源的氫0.1%，我現(xiàn)在為什么要講這個數(shù)字，因為我們現(xiàn)在輿論喊綠氫，綠氫就是電氫，成本比其他氫要貴得多，所以大家知道1990年克林頓在美國提出氫能規(guī)劃的時候，為什么推不下去。因為氫能變成一個貴族能源，一般人用不起，我們國家也要盡量避免走這條路，這是氫能的過程，因為0.1的過程里面我們99%都是用在精細(xì)化工和合成肥料，所以我們今后要走產(chǎn)業(yè)化道路的時候，我們還是根據(jù)不同氫的用途，再走自己的路子，我們中國是煤制氫為主，歐洲和美國是天燃?xì)庵茪洹?/p>
這個里面煤和天燃?xì)庵茪溥^程中是二氧化碳的排放，還是降不下來，但是從去年和前年開始，中國的大型煤化工和石油化工都在建CCS工程，以前我們做研究的過程在早期我們認(rèn)為2035年以后中國才大規(guī)模建立。我告訴大家，我們中國在經(jīng)濟發(fā)展過程中二氧化碳的問題，現(xiàn)在CCS工程7個，世界上最大的CCS工程都在中國大規(guī)模建設(shè)。
因為國家碳的指標(biāo)已經(jīng)壓到各界地方政府，所以大家從去年前年開始，我們?yōu)槭裁粗茪錈崞饋砹?，現(xiàn)在我們堿性電解槽制氫還有質(zhì)子膜制氫，我們現(xiàn)在講物理氧化物，我做完這個報告到另外一個地方做，另外一個報告關(guān)于物理氧化物制氫。
我昨天到上海物理研究所，堿性電解槽制氫用電量實際上超過了4.5度，平均4.8度，我們固體氧化物電解槽制氫，基本上目標(biāo)是控制在3.1到3.2度，所以把用電量大幅度降低，這是我們?nèi)绾巫龅降统杀靖咝手茪?，世界最大的化工制氫工程Topsoe，世界上兩個做固體氧化物的德國的Sunfire和美國Bloom Energy，都在除了以前發(fā)電方式開始，轉(zhuǎn)向物理氧化物制氫的路子。
儲運氫的方式主要是壓縮氣體，以前我們還提出35兆帕，新發(fā)展的根據(jù)北京的冬奧會運行我們調(diào)查的結(jié)果，今后的目標(biāo)還是70兆帕、35兆帕給人的心態(tài)符合不了，等不。所以今后要發(fā)展，下次發(fā)展大家還是由35兆帕開始。
電池應(yīng)該是5年以前，在我們中國講電池很多人認(rèn)為就是質(zhì)子膜電池，因為跟汽車關(guān)系比較大，我們包括上海同濟大學(xué)在這個方面推的燃料電池發(fā)展過程中著實上車的問題，現(xiàn)在很多框，大家也慢慢知道物理氧化物發(fā)電和物理氧化物制氫現(xiàn)在熱起來了。
質(zhì)子膜燃料電池工作溫度比較低80多度，啟動快，做交通比較方便，固體氧化物燃料電池工作溫度一般是700度到800度，啟動慢但是工作效率要高，現(xiàn)在世界上一次發(fā)電效率超過了60%，我們課題組剛完成的國家正在研發(fā)計劃，我們是帶來二氧化碳普及的，我們做到了52%。
二氧化碳普及實際上如果再加一個二氧化碳普及電力的成本，7%-9%的時候我們也將近60%，實際上我跟大家講正么這個路子是可以走下去了，并不是說我們是做得最好的。所以今后固體氧化物燃料電池不要硬純氫，要粗氫、天燃?xì)獾瓤梢?，所以今后這個方面在分布式或者固定式發(fā)電方面，今后有它的作用。
物體氧化物燃料電池現(xiàn)在的發(fā)電方式發(fā)生了改變，它擺到了一些公共綠地里面不占地方，不像我們現(xiàn)在建一個發(fā)電廠要圈出來，建設(shè)高樓，不燃燒不產(chǎn)生PM2.5。到過美國硅谷的，到了公共綠地里面，很多不知道這是發(fā)電場，這就是新的發(fā)電方式，跟人可以無間隔的親近，這是我們做的模式，剛才講了我們是做了一個兆瓦的熱供500千瓦的發(fā)電做了示范，現(xiàn)在國家能源國家實驗室把我們團隊已經(jīng)引進去了，我們希望在不遠(yuǎn)的將來我們做出10個兆瓦的裝置。第一個做分布式發(fā)電，第二個做集成式發(fā)電，這個已經(jīng)通過科技部的驗收。
關(guān)于氫的問題，我跟大家講純氫安全性的問題，不是中國沒解決，世界上也沒解決。所以2016年美國、日本、澳大利亞提出氫能2.0的問題，大家知道我在這個地方改過兩次，2.0是綠氨和綠色甲醇。中東的油國就希望有綠色甲醇，機械部的老部長找到我說，你要支持我搞綠色甲醇，把它推動起來，因為我們國家甲醇的問題20年已經(jīng)講過，后來因為我們其他方面的關(guān)系一直壓制住到了現(xiàn)在又爆發(fā)出來了，綠氨和綠色甲醇在寧夏、福州都紛紛提出了聯(lián)合體推進。
管道摻氫不怕，我就跟大家講，上個世紀(jì)80年代我們國家推廣大中城市的燃?xì)饣膯栴}，我們是做了很多人造煤氣，實際上里面含氫量達到30%以上，我們的管道現(xiàn)在還是安全的，只不過當(dāng)時的煤焦?fàn)t把我們的煤氣灶堵眼過程，現(xiàn)在我們慢慢的這個方面都掌握了，所以摻氫的問題就是根據(jù)我的判斷不是很大的，我們做過一些實驗肯定馬上能實施規(guī)劃，儲氫的問題除了安徽的六安做了一個兆瓦。
我們存在的問題主要是生產(chǎn)成本，燃料電池的生產(chǎn)比較高，卡脖子工程。我們系統(tǒng)集成才慢慢掌握，但是這三年我今年一年跑了很多的企業(yè)，我自己是做固體氧化物的，但是質(zhì)子膜是我去做的，應(yīng)該是有進步的。我們前不久開了內(nèi)部的座談會，我們跟氫能產(chǎn)業(yè)、燃料電池產(chǎn)業(yè)的判斷，現(xiàn)在死不掉。因為我們當(dāng)時一直擔(dān)心新冠肺炎影響，當(dāng)時做了很多產(chǎn)業(yè)鏈斷的問題，我們也在擔(dān)心這個，第一個哪個企業(yè)說不干，后面的企業(yè)現(xiàn)在都做。第二個哪個人不干，后面的人也在慢慢的，已經(jīng)形成了初步競爭的模式。2010年左右電動車的味道差不多，現(xiàn)在就是這么一個契機，所以大家關(guān)于氫的方面，希望大家還是要有信心的。
大家提出的煤制氫是非氫，把二氧化碳問題解決來了就是藍(lán)氫，藍(lán)氫在世界上是可以交易的。
剛才講了我們現(xiàn)在質(zhì)子膜，像我們有一些電極、碳質(zhì)做得比較好，但是我們的膜跟國外的膜有差距，我們還要攻關(guān)。所以我們做質(zhì)子膜的燃料電池過程里面，前幾年基本上給國外打工。固體氧化物燃料電池我們走得比較慢，剛才講了還沒形成市場，但是技術(shù)我們是自己掌握的，現(xiàn)在我們國家就是怎么提升燃料電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
2019年7月份，我在工程院開座談會，準(zhǔn)備開60多個人了，來了783人，把工程院所有的會議室和禮堂都占滿了。當(dāng)時國家對氫能沒有做明顯的表達，來了18個部級干部。到了2019年10月份，中央一句話氫能源是今后未來能源的重要補充，先給大家穩(wěn)定。
去年國家能源局關(guān)于2035的場景規(guī)劃關(guān)于氫能已經(jīng)做出規(guī)劃來了，提出氫能源是中國未來能源的重要組成部分。所以我們從政策產(chǎn)業(yè)慢慢都在治理，國家能源局局長張建華同志隔三差五都要講氫能的問題，他經(jīng)常講就說明已經(jīng)在國家的決策層面已經(jīng)把它重視起來了。
那么我們怎么做，剛才政策引導(dǎo)我們現(xiàn)在在積極做，技術(shù)為本，我們現(xiàn)在比質(zhì)子膜燃料電池這個方面，我們分工程的板塊不斷的產(chǎn)業(yè)鏈哪些地方我們在做比較，去年開燃料電池的會議，我們就提出了兩個包括昨天我一下飛機為什么到上海物理研究所，因為他們也是在多個院所研究的問題。我們現(xiàn)在也是想聯(lián)合全國的力量做分工，做其他方面的東西，我們提出兩個質(zhì)子膜燃料電池，除了我們產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)也做好之后，記住我們工作溫度80度是有問題的，要是定4個9和5個9，我們現(xiàn)在提出來能不能定到130度，130度左右氫只要1個9，1個9和4個9成本是大幅度下降的。
第二個，我們固體氧化物燃料電池現(xiàn)在如何參與到燃料電池的發(fā)展過程，一個大幅度的降價，現(xiàn)在一個千瓦時，我們現(xiàn)在制造成本平均6萬，我們質(zhì)子膜燃料電池是幾千，我就跟固體氧化物講，再不降價玩都不跟你玩，所以這個里面有很多的科技人員和我們的科技力量怎么去攻關(guān)的問題。
區(qū)域協(xié)同2020年大家知道，國家工信部已經(jīng)對京津冀、長三角、大灣區(qū)以及以武漢為中心的中部經(jīng)濟帶開展燃料電池車的補貼計劃，現(xiàn)在我們不能像電動車那樣。
第二，后面又以山東省為基礎(chǔ)做氫進萬家的一個試點發(fā)行，穩(wěn)妥的去推進，包括我們吉林也希望做示范，吉林地區(qū)的經(jīng)濟不足以在這個方面做支撐，這個里面對氫的發(fā)展是要大量的資金注入的。
所以我們就提出2025年如何找到正在引導(dǎo)和局部的示范，剛才講了有4個計劃，2035年以前我們希望我們的技術(shù)來逐步的成熟，我剛才跟大家講我們現(xiàn)在墨電極，我們的碳紙，有很多我看過的技術(shù)這幾年在上行，所以我們有信心中國按照目前的發(fā)展趨勢，我們做的規(guī)劃是能完成的。
我們剛才講的新能源，包括上海物理應(yīng)用研究所都提出了做兆瓦級的，所以這個信息也是很大的，所以這個方面大家摸到了一些道道，我們認(rèn)為在2050年以前我們的氫能或者燃料電池確實是能夠為中國的雙碳目標(biāo)做出自己的貢獻。
怎么搞，質(zhì)子膜我們希望2050年以前它的服務(wù)年限要超過4萬個小時，大家知道“十三五”期間我們還是5000小時，電制造的成本300塊錢，如果達到這個我們?nèi)剂想姵亟窈笤趺醋兂申P(guān)鍵技術(shù)。
固體氧化物燃料電池，我們希望制造每千瓦時，我們希望降到1000塊錢左右，因為燃煤電廠目前一個千瓦時的制造成本1600塊錢，工作的年限10萬個小時，10萬個小時對我們?nèi)济旱姆?wù)年限它是8萬個小時，我們是10萬個小時，就是要為我們替代做好準(zhǔn)備。
但是我們告訴大家，我們現(xiàn)在有信心，我們現(xiàn)在做到2萬個小時，我們認(rèn)為是有把握的，“十四五”期間替換的過程中，我們是有信心的。因為固體氧化物大家知道它是陶瓷膜，質(zhì)子膜是有機膜。
我就講四個硬場景怎么去搞：
第一，跟可再生能源要結(jié)合在一起，我們現(xiàn)在可再生能源消納的問題，要通過燃料電池或者固體氧化物等制氫的過程把它消納掉，或者說把它調(diào)峰，用天然氣去調(diào)峰，這是第一個過程我們要做的。
第二，跟中國的石油化工煤化工結(jié)合起來，因為中國的可再生能源或石油化工實際上在西部比較多，我們長距的運氫是發(fā)不來的，就地消納這是我們做的第二個，主要是在新疆、寧夏化工基地，榆林化工基地，還有阿爾卑斯化工基地，以及烏海的5個基地，這是我們消納氫能的就地消納，這是我們做的第二個模式。
第三，正卡，我們這里講了因為關(guān)于燃料電池進汽車行業(yè)里面，有很多的博弈，到底走不走乘用車的問題，你們今天有很多搞電力電池的，國家補貼了20多年，你現(xiàn)在又把它消掉，都是國家的資產(chǎn)，但是重卡沒有爭議?，F(xiàn)在我們認(rèn)為重卡可以新增年2000-5000億元的制造產(chǎn)業(yè)鏈。
第四，船舶，有軍事的，有商用的，這個方面的需求很大，今天早上我跟李司長有個交流，軍方實際上比民用的還要更厲害，民用的一個是油船，第二個萬噸級以上的，我們認(rèn)為這4個方面是我們經(jīng)過了消納的主要場所，除了現(xiàn)在的汽車之外，汽車?yán)锩娴某擞密囘€沒有真正算下來。因為現(xiàn)在都認(rèn)為燃料電池車作為乘用車，成本還是比較高。
實際上剛才講了除了頂層設(shè)計、標(biāo)準(zhǔn)安全體系之外，這個資金鏈?zhǔn)俏覀儑夷壳肮┏鰜恚F(xiàn)在外面喊的多，做的少，資金的進入比較少，去年在新冠會議期間，國務(wù)院專門讓我跟銀行家講了半個小時，他們一個人講7分鐘，要我講半個小時，就說明一個導(dǎo)向，金融資本怎么進燃料電池，還有國有資本、央企的進入。
今天上午我們看到付總裁他們都來了，央企都在慢慢的進來，還要建立起氫能的基礎(chǔ)設(shè)施或長期攻關(guān)的一個機制。
我講完了，謝謝。
（以上為演講內(nèi)容記錄，嘉賓未審閱）
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