特邀嘉宾:江苏国富氢能技术装备股份有限公司 研发与战略总监【魏蔚】,国家电投集团 氢能首席专家【柴茂荣】,新研氢能 合伙创始人/技术总 【齐志刚】
摘要
1、纯氢、掺氢管道运氢并无技术和材料瓶颈
管道运输在规模化的氢能发展是大势所趋,我国以中石油管道公司和国电电投为首的公司都在进行布局。纯氢管道在材料和技术方面都不是问题,关键还是商业化和经济平衡点的问题。目前百公里的氢气管道投资是要上亿,而跨城际和跨省的管道需要上百乃至上千公里修建,所以管道的经济平衡点大概要到每年2万吨以上,每天则要有60吨以上的运输能力才能实现。
至于天然气管道掺氢,最大的问题还是燃气具,现在掺氢比例如果是在15%以内的话,目前的燃气具马上直接就可以用,但是如果要和欧洲一样达到30%左右则阀门的燃气具需要进行整改。同时,也可以考虑用氢气合成氨,然后通过氨来运输。
2、未来5年燃料电池降本空间相当大
根据规划2025年5万辆汽车保有量的规划,可见每年氢燃料电池汽车的市场容量并不大,这也使得批量化生产降本较难达到它本该达到的效果,依靠技术进步和工艺改善,以及核心材料的国产化来实现效率的提升和成本的降低更为靠谱,我国有望实现每年成本降幅达到15%。
现在国外的燃料电池汽车的成本已经降下来不少了,而国内的有些企业由于大多采用进口设备和材料如氟磺酸树脂、质子交换膜中使用的多孔的PTFE增强骨架,制作70兆帕氢瓶所需要的高强度碳纤维等,阻止了我们国内的一些企业的发展,而基本上实现材料100%国产化的国家电投的电堆产品成本已经能与锂电池媲美,接下来的在规模化以后还有望把成本降低一半。
3、风光制氢储能一体化解决弃风光问题
风能和光伏发电较为不稳定,而且多在内蒙、新疆、青海等较为偏僻的地方,所以拉电网较为困难,很多光伏和风力发的电无法及时上网,导致弃光弃风的现象较多,所以为了解决拉电网不方便,以及提高电网效率的问题,需要把一部分的电通过储能的方式把它用起来,但是由于电站的规模太大了,一般的储能方式肯定是达不到我们的要求,所以就考虑到风光制氢储能一体化这样的形式。
虽然在这个过程中,电力到氢气然后又回到电力的模式会造成一定的效率损失,但是却能将此前无法上网完全浪费的这部分垃圾电重新利用起来,是从0到1,所以即使过程中会有些许效率损失,但是从整体来看还是具备经济效应和提高电力利用效率的。
4、燃料电池汽车和锂电池电动车互有优劣
电动车目前大的优点是充电桩已经比较普及了,因此使用的费用是比较低的,而最大的瓶颈则是抗低温的能力不强,在冬天使用的时候续航里程可能大幅缩水,如果要想让电动车与燃料电池汽车跑同样的里程,不管是重卡还是轿车,电池汽车要装的电池的重量都要远远的大于燃料电池系统以及储氢系统的重量。
燃料电池现在最大的问题就是氢气基础设施不健全,由于没有批量化生产所以成本也比较高,但是掩盖不了它未来的发展的趋势,因为它能够满足长距离运行,且环境适应性比较强,以及在节能环保方面等有突出优点。
另外,电动车的资源的卡脖子的问题愈加明显,我国燃油车的动力来源油气资源,其中70%是来自进口,而电动车里面的金属如锂镍钴的进口比例比油还高。相较而言,氢燃料电池汽车虽然部分原材料如铂金仍然是国际控制,但除了铂金以外,其他所有的材料国内都能解决的,而且铂金的用量是以克来计算的,不像锂是以公斤来计算的,所以这两个有很大的差别。
5、氢能产业发展长期规划全面解析
规划提出的几项2022年的定量指标,首先是明确目标一定能够完成,不像此前纯电动的规划前期定量太高,后期没有达标。而氢燃料电池5万辆的目标是指能够上公路的上牌汽车,不包括不上牌的叉车、牵引车和工程机械车等,而我国氢燃料电池汽车初期是以商用车为主,所以事实上中国的氢能产业实际上的汽车推广数量会远超过这个数值。
其次,规划提出的实现再生能源执行10~20万吨,主要就是电解水制氢,因为水变成氢,除了能量的变化,没有任何的物质的变化,所以它是非常清洁的方式,而这将要结合大电网和储能来进行运用。但目前的情况来讲,电解水制氢并不会成为主流,至少需要通过10多年的时间把整个链条打通,把成本降下来,所以这个目标定得也不高。
最后,规划提到了国内仍有部分技术和材料依赖海外,在可靠性和一致性方面做的还不够,需要进一步的突破,例如氟磺酸树脂、质子交换膜中使用的多孔的PTFE增强骨架,还有制作70兆帕氢瓶所需要的高强度碳纤维等,但是总体来看国产化的速度还是非常快的,比较有代表性的金属极板,膜电极、空压机和氢气循环泵等都在逐步实现国产化。
正文
见智研究:
今年规划中定出了三个定量指标,包括2025年5万辆的氢能源电池汽车的目标,之前的五大城市群氢燃料电池推广就有3-4万辆,您觉得这个目标是不是略微有点保守?
魏蔚:
我觉得国家提出5万辆的目标,首先要确保目标能够完成,因为在之前纯电动规划了200万辆,事实上到了截止日的时候大概只完成170万辆左右,最后没有达标。
那么燃料电池汽车的推广跟当年纯电动还有一个很大的不同点,我们国家氢能产业所鼓励的是以商用车为主,那么商用车的推广数量难度要比乘用车要大得多,这是因为商用车24小时运营,再加上功率都比较偏大,续驶里程,商业化服务的要求等等,都会比乘用车的行驶功能和对燃料基础设施的功能要求会更高一些。
所以说国家也是本着宁可少一点,不要太浮夸的这样一种初心。然后就是只规划了5万辆在2025年这么一个目标,同时其实5万辆主要还是指能够上公路的汽车,也就是像公交、大巴、运输车、物流车、城市用车和重卡等等。
事实上氢能的应用是远远超过上路上牌的这些车辆,那么包括像现在国际上的统计数据,或者是中汽协的一些统计数据,更多的它是以上牌数量来统计的,但是事实上那些并不上牌的这些场内的叉车,码头的这些牵引车,场内的这些工程机械等等,甚至包括像其他在船舶或者说是在一些其他的一些车辆上的应用是不在统计之列的。所以事实上中国的氢能产业实际上的推广数量会远超过这个数值。
见智研究:
明白了,感谢魏博的讲解,也就是说5万辆首先是咱们国家的一个务实的考虑,但是未来真到2025年,具体的真正实现的数量却有可能远远超过,那么我也发现和此前锂电的政策推广不一样,氢能产业它是以示范城市群的形式开展的,补贴也是以城市来单算。那么我国要如何避免那种各城市群这种形成各自为战,区域性发展的问题呢?
魏蔚:
因为氢能产业链其实会比纯电动汽车的产业链要更长,尤其是对基础设施的依赖性是非常高的。它对氢燃料的依赖就像当年天然气对天然气基础设施的依赖是一样的,作为一个气体燃料,它的生产、制取和储运会有比较高的要求。所以说包括我们在五部委制定示范城市群政策的时候,除了有对车辆推广的考核指标之外,也对这些基础设施储运的经济性,包括氢的来源都提了非常详细的要求。
我觉得这一轮制定政策者已经是充分考察了这个氢能和燃料电池产业链的特点,有针对性的做了一些限制。
所以说首先一个单独的城市很难像原来纯电动一样,仅靠一个充电桩,靠一个电网就能够完成它的基础设施,它其实是需要多个城市联合起来验证燃料电池汽车的这种跨城际长续时里程的功能,它有别于纯电动汽车的一些先进性等等,所以我觉得因为这个产品和推广的基础要求,尤其是基础设施和储运的要求,它已经能从政策的导向上避免了城市群各自为战和区域性发展的问题。
大家都会针对自己的资源禀赋特点,来有针对性的发展自己擅长的东西,而不是一拥而上去发展自己没有或者说是自己即使努力也很难达到的东西。
见智研究:
大家也知道我国存氢方式是以气态为主的,但是我也发现就海外不管是液氢产能还是液态纯氢都已经逐步开始搞商业化了。那么国内在液氢这一块的到了一个什么程度,瓶颈在哪里?
魏蔚:
我个人看来,市场发展到一定程度,它所需要的技术路径和基础设施是不一样的。之前中国之所以没有液氢,是因为针对氢能和燃料电池汽车的这种需求还没有被拉动起来,而且在一些局部和短距离范围内,用高压氢气就可以满足这些点对点的要求了。但是随着氢能产业的逐渐推广,当它具备一定的规模之后,才能够显示出液氢也就是低温这种技术路径的优越性和经济性。所以说这一方面随着中国发展氢能的市场的拓展,液氢会越来越成为一种刚需。
那么另外就是从我们国家自身的产业基础和技术基础来讲,我们在液氢方面的应用,其实跟美国的NASA还是有比较大的差距的。毕竟他从上个世纪60年代跟俄罗斯就一起在开展大规模的航天载人这些大规模的液氢工程,而且已经很早就把液氢应用在了它的石油炼化、电子工业等等这些工业领域,而我们国家一直本身我们的航天事业就比美国的NASA是有一定的滞后的。
同时我们在工业领域里液氢的应用一直就没有放开来,这也跟我们前面30年我们国家改革开放这种不计成本,不考虑质量的一拥而上的发展,只要求GDP考核的这种导向是有关系的,导致行业也好,企业也好,就是追求的是比较快的做大,而并没有真正做强。
那么随着这几年我们通过这种贸易战,还有百年建党的一些反思等等,我们总结出来到了这个阶段,我们是需要高质量发展了,所以从工信发改制定的一些政策导向也好,从氢能产业发展的规模需求也好,未来几年应该是液氢技术市场化和规模化推广的一个非常好的机会。
见智研究:
感谢魏博的讲解,除了液氢,目前也是有很多新型应用领域,像氢燃料电池、电池、船舶等等,它们对氢气的纯度要求相比起工业会更高一点。如今的一些工业副产氢,制氢的杂质会偏多一点,那么我国的提纯技术是怎样的情况呢?
魏蔚:
我认为工业副产氢对中国氢能产业,是相对比较短期的行为。因为碳达峰碳中和的目标一旦提出并实施,这些有工业副产氢的化工类企业碳排放的压力是很高的。未来他们甚至还要花一定代价去购买绿氢,来填补自己的碳排放。另外氢气的密度比较小,它的储运成本相对较高,这些化工企业肯定会先充分利用自有的副产氢,完成减碳节能的目标,而不是把它作为一种产品卖出去。
所以,从长远来看,2025年范围内的5年左右,副产氢会有比较好的市场,甚至有些企业的副产氢比较多,比如丙烷脱氢的企业,它还有余力把副产氢供出去,但是有些其他企业就不见得有了。这个时候还是需要大规模的可再生能源制绿氢,来探索绿氢大规模外送方式,以实现东部地区和能源需求聚集区的节能减排和绿氢的推广应用。
见智研究:
也就是说提纯的技术,在短时间内还是有一定的作用。但是从长远来看,可能就是绿氢的天下了。
魏蔚:
是的。电解水制绿氢的纯度非常高,而且提纯也是比较简单的,顶多有副产氧气或者水蒸气,而这些杂质的存在对燃料电池并没有太大的影响。
另外随着液氢技术的推广,液氢的纯度是相当高的,汽化后可以得到超纯氢,可以直接作为电子机器械使用。等到低温液化进行提纯的技术推广应用了之后,PIC还是应用于传统的化工领域会更多一些。
见智研究:
如魏博所说,随着氢能产业的大力发展,在量级起来后,又要如何保障制氢,还有储运过程中的安全性呢?因为氢气在短时间内还是以气态为主,是否要考虑这方面的因素?
魏蔚:
以20多年国家推广天然气的经验来看,作为一个气体燃料,氢的分子比较小,它会比天然气更容易泄露。同时因为它的密度比较小,所以它更容易在敞开空间扩散。根据以往的经验,低温在某种程度上是比常温和高压更加安全的,因为它的膨胀能是比高压要小的。
所以,只要了解了氢气的特点,并且有针对性地制定安全措施,我们是可以驾驭氢能,而且能够安全的使用它。其实即便是风险最高的高压,通过碳纤维材料,通过3型瓶、4型瓶、5型瓶等等的高压先进技术,在全球范围内已经对氢气的安全性有了非常大的保障。
那么在乘用车这样车辆安全级别要求最高的车型当中,也已经有了成熟的应用。所以我个人认为,在大规模储运方面,对于氢气危险源的风险评估,还是需要积累更多的经验和数据,从而使得管理者对氢气能源的安全性更有信心。我也相信基于之前管理天然气的经验,我们是有产业基础,也有能力来保障氢的安全性。
见智研究:
我们提到了氢燃料电池肯定是将氢气作为燃料,但是您认为除了把氢气直接当做燃料使用之外,把氢气制作成甲醇或者氨来作为载体进行储运,会不会是一个行之有效的方案呢?
魏蔚:
因为国家要实现碳达峰碳中和,不仅仅是在能源这一个领域。其实中国的碳排放有一半左右是集中在工业领域,尤其像在化工行业,他们之前普遍要通过煤制氢或者天然气重整制氢,然后用氢作为合成甲醇、合成氨的原料,或者在一些石油炼化中以氢作为还原剂。
像甲醇和氨本身在化工领域里就是非常重要的化工和工业原料,绿色甲醇和绿色合成氨拥有着非常广阔的化工领域用途,从而实现我们国家在工业领域的减排。所以把氢气制成甲醇或者氨来进行储运,是终端用户的刚需。而在原产地制成甲醇或者制成氨,第一,电解水制绿氢的地方电都比较便宜,要发展这些工业更经济,运营成本更低。
第二,甲醇或者氨的运输成本肯定是比氢的运输成本更低。所以如果终端用户需要的就是甲醇或者氨,那么在原产地就把它做成甲醇或者是氨来储运,是一个既节能又安全便捷的技术途径。但是如果终端用户需要的是氢,在当下基础设施不完善的情况下,以甲醇或者氨作为一个过渡是可以的。
而随着未来基础设施的发展,当管道氢气和液化氢气的储运成熟,就不需要在产地变成甲醇和氨,到了实用地再进行重整的措施了。因为一旦增加了在实用地进行重整和分解提纯的工序,就会增加能耗,尤其是这些实用地的能源是相对比较贵的,所以不能单单用消耗能源的千瓦数来比较,而是要从电价的成本上来比较两端的经济性。所以我认为,终端用户需要什么,未来的趋势就是储运什么。
见智研究:
目前运输还是以长管拖车为主流,那么管道运输的进展是怎么样?
魏蔚:
应该说管道运输在规模化的氢能发展是大势所趋。而且我们国家以中石油管道公司和国电电投都在进行布局,国内已经在多年前有过氢气管道,纯氢管道,天然气掺氢,从材料上技术上不是问题,我们国家有丰富的技术经验和工程建设经验,最关键还是商业化问题,是经济平衡点问题。
因为百公里的氢气管道投资是要上亿的,如果要建个几百公里的管道,基本上就要有跨城际的管道,肯定是要几百公里这种,如果是跨省的话可能会要上千公里。
管道的经济平衡点,大概要到每年2万吨以上,就是每天要有60吨以上的运输能力。当市场需求达到,这个事就迎刃而解了,利润企业就会做。
像这种大额的基础设施投资,央企会提前布局,只要能在项目生命周期内盈利,我相信国有企业会布局的。
见智研究:
国内主流的一个氢燃料电池主要功率区间情况如何?
齐志刚:
国补新政出台以后,要求最低系统输出功率必须达到50千瓦,而且达到110千瓦拿到的积分最多。我做了一个统计,2020年10-12个月的三个月所有燃料电池汽车平均系统输出功率80千瓦,21年全年平均系统输出功率是91千瓦,今年的前三个月系统平均输出功率是95千瓦。所以功率在这么短短的几年时间内是大幅提高的。
但是燃料电池的功率输出是有瓶颈的,想把燃料电池功率做大有两种方式,一个是在电堆里增加单电池片数,另一个是增加每一个单电池的活性面积,对于石墨板,增加面积相对是比较容易的,尤其是通过加工制作的基板,而且改板的时间也比较短。但是如果增加片数,对于石墨板编队难度是比较大的,因为石墨板比较厚,如果电堆里单电池太多,电堆就特别高,那么流体流动的时候力量就特别大。
相反对于金属板,增加片数容易一些,因为金属板比较薄。如果同样高度的电堆,使用金属板电堆里可以多装大约40%的单机板,但增加的面积难度大,因为金属面积越大加工难度越大,总体来看,金属板更容易做到更大的功率和更高的功率密度。
见智研究:
目前电解水的主流技术有哪些,您最看好哪个?
齐志刚:
对于电解水制氢主要有三种方式,一个是碱性电解水,一个是质子交换膜电解水,还有一个是固体氧化物电解水。现在全球比较成熟的就是碱性电解水,我认为在可以预见的若干年内,它仍然还是主流。
对于质子交换膜电解,还有高温固体氧化物电解,目前技术不是非常成熟,还需要若干年的探索,中国在过去的40年里已经生产了大概1000余套碱性电解槽,而质子交换膜电解水,中国大概只有几个零星的示范项目在进行。
从产量上来看,氧化物电解水所产生氢气,占全球氢气生产量5%左右,中国只占1%,2021年全球电解槽的装机量只有240兆瓦。不过有分析认为从2022~2027年电解槽平均的装机容量,每一年可能会达到20g瓦,到2027年电解槽的总装机量会达到120g瓦,占氢气总需求的7%。在2040年和2050年,将分别达到氢气总量的45%~70%。换句话说,在2040和2050年之间,通过电解水的氢就会占全球所有生产氢的一半。
见智研究:
从降本来看,燃料电池成本下降主要围绕哪些方面?
齐志刚:
降本通过两个途径,一个是技术进步,另外一个是批量化生产。在目前阶段我认为最有效的方式是提高燃料电池的产量。
根据2025年5万辆汽车保有量的规划,每年市场容量并不大,而且生产商又比较分散。所以我个人认为批量化生产降本达不到它本该达到的效果。另一点就是依靠技术进步,比方说电机每平方厘米能发电的功率增加,涉及到催化剂、质子交换膜、碳脂和极板的进一步改进。再有一点就是工艺的完善,提高生产效率和降低废品率。最后一点是核心材料,比方说制作质子交换膜的树脂国产化。所以从整个燃料电池系统来讲,我个人认为最近几年平均每年下降15%应该没有问题。
见智研究:
除此之外的话,我看到像日本等海外国家对于氢能产业的发展是不留余力的,国内这些电堆企业和海外比较前沿的品牌在产品性能方面是否有差距?差距体现在哪里?
齐志刚:
中国这几年的进步还是非常快的,尤其是在金属板电堆方面,比方说单堆的功率密度,国内已经有的企业报道是做到了超过200千瓦,而我们所熟知的像丰田这么多年过来后它目前的单堆的功率也就是在120千瓦左右。所以从单堆的功率来讲,中国在这方面已经走到了前列。
同时中国在极板尤其是金属极板流程设计方面我认为并不逊色于国外的一些先进企业,但的确是跟国外的先进企业会有差别,这个差别我个人认为主要体现在工艺,还有测试验证的时间不够长,以及我们所做出来的产品的可靠性方面可能会有差距,我觉得这应该是我们国内企业在未来的若干年需要关注的。
见智研究:
规划也是提到有一些关键技术和材料我们是依赖海外的,那么目前有哪些设备/产品的国产化进度比较快,又有哪些技术和零部件需要做进一步的突破呢?
齐志刚:
我个人感觉国内目前依赖于海外的技术和材料并不多,虽然还有一定的依赖但是的确是屈指可数,国产化的速度还是非常快的,比较有代表性的是金属极板,膜电极、空压机和氢气循环泵等。
对国外有依赖的可能就是几种材料,比方说全氟磺酸树脂、质子交换膜中使用的多孔的PTFE增强骨架,可能还有制作70兆帕氢瓶所需要的高强度碳纤维,另外还有碳纸,但是这些材料其实我们国家也可以具备,也有一些企业在做,但是目前还有一部分或者说主要的部分还依赖于国外的进口,这个可能是因为我们在可靠性和一致性方面做的还不够,所以还需要进一步的突破。
见智研究:
这些设备在突破后是不是也会对刚刚提到的一些降本等方面有比较大的好处?
齐志刚:
会的,尤其是刚才提降本的时候我也提到比方说全氟磺酸树脂,现在国内大家也知道有几家其实也能做,但是绝大部分用户用的还是国外进口的全氟磺酸树脂,成本还是比较高。
另外,质子交换膜中用的增强PTFE其实它就是一个增强骨架,国内也有企业做,但是国内的企业或者用户还是主要依托于进口美国等海外公司生产的PTFE,如果这些东西能够实现批量化的话,那么肯定对我们降本是非常有效的。
见智研究:
基本上我们刚提到的大部分还是属于在氢燃电池汽车的领域,那除了在汽车领域的发展以外,燃料电池在像无人机之类的其他领域的发展会是怎样的?
齐志刚:
其实燃料电池不仅仅局限于汽车,只是在中国目前在车上的发力比较大,而且国家的补贴也都集中在车上,凡是能够需要电和热的地方其实都可以用燃料电池,比方说从海拔高度角度来看从最低的潜艇一直到天上的飞机都可以使用燃料电池。
那么从功率的大小来讲,从瓦级或者低于瓦级一直到兆瓦级的应用也都有,所以燃料电池的应用范围还是非常广的;在无人机这方面燃料电池有明显的优势,和如锂离子电池的无人机比起来,它的续航里程大概可以是其4倍左右,所以在长航时方面,氢燃料电池无人机有明显的优势,而且这4倍左右还不是说使用液氢,而是高压气氢。
我们公司在2019年底的时候创造了工业级六旋翼燃料无人机可在室外不间断飞行331分钟,也就是说5个半小时,创造了新的记录,而且在给公安、消防、电力单位进行演示的时候也深受好评,所以我个人认为燃料电池在无人机领域的应用应该有非常好的发展前景,但是目前阶段市场推广的确比较难,我们自己有亲身体会和经历,主要的原因还是氢气的基础设施不健全,客户面临的最大的问题就是氢气瓶充装,这使燃料电池无人机的应用在目前这个阶段受到了一些挑战,但随着氢气基础设施的普及这些问题也会迎刃而解。
见智研究:
业内很多会把锂电池的汽车与氢燃料的汽车做对比,您觉得这两种的对比是什么样的情况?
齐志刚:
我觉得两者是各有优缺点的,锂离子电池最大的优点是充电桩已经比较普及了,因此使用的费用是比较低的,而且在使用过程中是没有污染的;但是如果电池充电所用的电是来自于火力发电,如果从电的源头来算起,从节能环保角度来讲污染还是存在的。
另外锂电一个最大的瓶颈就是抗低温的能力不强,在冬天使用的时候要不车可能打不起来,要不续航里程可能大幅缩水;还有如果要想让锂离子电池与燃料电池汽车跑同样的里程,不管是重卡还是轿车,电池汽车要装的电池的重量要远远的大于燃料电池系统以及储氢系统的重量,所以从续航里程角度来讲燃料电池绝对是占有优势的。
当然了燃料电池现在最大的问题就是氢气基础设施不健全,由于没有批量化生产成本也比较高,但是掩盖不了它未来的发展的趋势,因为它能够满足长距离运行,且环境适应性比较强,以及在节能环保方面等有突出优点。
见智研究:
非常感谢齐博详尽的讲解,接下去我们时间交给柴博士。柴博士是国家电投集团的氢能首席专家,在氢能行业深耕多年,是非常的资深和专业。
柴博好,首先想向您了解一下目前我国车载储氢系统发展到了什么阶段?其中有哪些设备或者技术国产化的程度已经比较高了且已经得到市场的认可了?
柴茂荣:
车载储氢,我们国家目前主要是用的是35兆帕的储氢瓶,当然里面也有一部分是70兆帕的储氢瓶,这是今年冬奥会,我们为了配合丰田的储氢系统才进来的加氢站的一些储氢设施。但是目前为止,我们国家在道路运用的过程中,仅批准了35兆帕的氢气瓶作为我们车载使用。目前我们国家的储氢这个装置的话总体是没太多的问题的,但是有一些加氢站的一些关键零部件,比如说加氢阀门这些,现在主要是依靠进口的,其他的问题都不大。
另外加氢瓶用的碳纤维,目前也基本上可以实现国产。虽然现在大部分还是进口,但是国产的技术在不断的进步,也问题不大。
见智研究:
您觉得从35兆帕到海外像丰田这样70兆帕的差距,我们大概还需要多久能够实现突破?
柴茂荣:
已经可以实现,冬奥会已经用起来了。只不过我们国家对于高压储氢这一块的话,特别汽车兆帕储氢这块,实际上没有特别支持,因为这涉及到车的路线的支撑问题。因为我们国家现在大部分都是商用车,不提倡乘用车。如果氢能加入乘用车进来必然会冲击我们现在的电动车市场。当70兆帕的技术进来,乘用车肯定也会实施。
目前国际上,燃料电池乘用车和电动车的价格基本上是持平的。但是因为加氢车,加氢时间短,续航里程长,而且电动车所有的功能都有。所以在这种情况下,如果现在我们放开了70兆帕就等于放开了乘用车的市场,最后就造成对电动车市场的冲击。
见智研究:
我国氢能领域的一些各项的产业,的确在这次冬奥会上都得到了一个落地使用。但是我们也能看到相比日本的丰田,包括美国的一些产品还是有一定的差距。那么除了您提到车载的储能系统差距外,其他还有什么差距呢?
柴茂荣:
总体来讲我们国家的氢能研发也有20多年的积累了,包括近两年大量留学人员从国外回来,作为人才的补充,所以我们的氢燃料电池的整个技术水平跟国际上差距是不大的。
特别像我们国电投,目前的整体技术水平应该是超过韩国的。但是我们国内的差距主要是在应用上面,由于相关法律法规没具备条件,所以在燃料电池车载或者交通领域的应用上面有很多的限制。比如加氢站,国外的加氢站是按照油气燃料来进行批准的,也就是说它可以建在居民区。但是我们现在还是作为危化品来管理,这样就造成了我们很多加氢站,还有道路运氢,受到法规的限制,不能够很快的普及,这才是一个最大的问题。
但从技术水平或者是在场景的技术应用来讲,我们跟国外差距不是很大。就像这次冬奥会上,我们国电投的车和丰田的燃料电池电堆装载的车是在同一平台上做一些验证和运转运行。但我们的水平跟它是非常非常接近的。
见智研究:
新能源电动车一直存在充电慢的问题,如今像宁德时代等一些玩家也在布局换电技术,也能解决一部分补能较慢的问题。那么像换电重卡、客车,您觉得对于氢能电池汽车发展会不会有一定的影响?
柴茂荣:
应该是没有影响的,如果大家在平同样的法规,同样的补贴政策的条件下来搞,氢燃料电池的发展潜力非常大。因为换电毕竟用到的电池不小,一般来说的话需要250-300千瓦时左右。像我们国电投也有一部分在做换电,但是换电的电池这么贵,3—5年就需要换电,按照电价差根本就拿不回来原来的成本。所以现在的换电重卡只能够在一部分用电不太方便或者充电不太方便的地方,有一定的生存空间。如果我们整个发展起来,包括燃烧电池也好,电动车发展起来也好,换电这条路是很难走得下去的。
见智研究:
您如何看待目前比较市场比较关心的风光发电和氢储能的一体化的设计呢?
柴茂荣:
风光发电基本上的话都是在比较偏远的地方,比如西部、内蒙、新疆、青海这些地方,一般离城镇居民比较远,当地又没有别的资源。我们大家都知道,风也好光也好,都是不稳定的能源,拉一个电网,它本身成本比较高,不可能只用一段时间,其他时间不用。所以我们就需要有一部分的电通过储能的方式把它用起来。因为电站的规模太大了,一般的储能方式肯定是达不到我们的要求的,所以我们就考虑到风光制氢储能一体化这样的形式。比如海上风电的话,就把制氢槽就直接放在海上风电的桶里面,然后让它制成氢,直接拉到岸上来,因为我们用氢的大部分都在沿海地区嘛。所以这一块是未来的话是一个比较大的发展方向,主要是解决的是拉电网不方便或者电网效率的问题。
见智研究:
这个过程中也就是从电解水制氢,电力到氢气然后又回到电力这么一个模式,会造成一定的效率损失,这部分效率损失我们应该怎么来看呢?
柴茂荣:
因为电的话,比如海上风电也好,沙漠里面发电也好,它运不出来,没有上网,效率就是0,只要我能用出来一点的话,我的效率就比原来高。
所以我们讲的效率不是指的是电网的电的效率,我们指的是这个可以上网的效能。像我们国家电投的话,在西部的很多太阳能光伏电站,它的发电效率按照上网来计度是不到50%的,如果说我把这部分,也就是不能上网就浪费掉的电来算的话,我用1%,它的效率就提高1%。
这跟工业副产氢是一样的,现在我们国家实际上是不缺氢的,我们很多的一些工业副产氢就白白的烧掉了,所以把这些回收回来,足够氢能源利用了。从垃圾电变成有用电的过程中这里面我们只能算经济账,或我浪费掉的这一部分的能量的利用,而不能够把它变成一个绝对值。
见智研究:
刚才蔡博士也说到其实我们国家是不缺氢能的,规划中说未来仍旧会推再生能源,因为规划的一个目标就是要实现再生能源执行10~20万吨。那么如今的主流的这种可再生能源制氢的情况,成本是到了一个什么阶段?
柴茂荣:
未来在我们国家会注重可再生能源为基础的电力系统的发展,需要把不稳定的能源变成稳定的能源。这个过程会用到水储能。也就是说电网或者电力作为主力能源的时候用的能量,它的需求是非常高的,一个发电厂的话都是几十万甚至几百万千瓦。
在这种情况下,我们考虑到储能,用普通的化学储能或者是其他的储能方式是完全不适合的。所以要把水用起来,也就是说把水里的氢用起来,因为氢变成电,除了能量的变化,没有任何的物质的变化,所以它是非常清洁的储能方式。
所以我们说的电力体系、可再生成智氢能源,都是基于大电网大储能的角度上用的,而不是说我为了用氢去制氢,所以这个一定不要搞错。因为氢不存在灰氢蓝氢绿氢之分,它们本身就是一个能源介质,它们是二次能源,用什么方法治得氢,实际上是等效的,即便是我用煤来制氢,我制出来氢再用燃料电池发电,因为燃料电池的它的发电效率是普通的,电机的发电效率是内燃机的效率的两倍左右。煤制氢放出来的二氧化碳,燃油车放出来的二氧化碳,这些的话要从统一的能源的角度上去考虑,也就是未来的我们大量使用可再生能源的时候,为了平衡电网可能就需要制氢,所以目前的情况来讲,我们电解水制氢也好,其他制氢也好,并不会成为主流,至少我们需要通过10多年的时间把整个链条打通,把成本降下来。
见智研究:
对于电解槽的装机规模是不是有很大的提升?
柴茂荣:
是肯定的,因为现在来讲,我们目前还是以碱性电解槽为主,大型电解槽,比如说两兆瓦三兆瓦,但是未来的话我们可能的话会逐渐趋向于可再生能源,比较适合耗水少,电效率高,或者是SOEC制氢这些大规模的事情,可以用水蒸气来制氢的话,它的电效率可以达到90%多。
而且泡沫制氢的效率也比碱性制氢的耗水量低,它比较适合于波动性的电源,比如说光伏,它是高的时候电流就大,这样的话治的氢就多;低的时候,电流小的时候制的氢就少,所以它整个配合来讲是10%~150%他都可以来稳定的工作,这就是我们未来为什么要往SOEC等方面走的一个主要的原因,就是它效率高耗水少,而且适合于可再生。
见智研究:
柴博士是非常的全面专业,对产业的角度理解相当的到位。之前的话跟魏博士沟通的时候,学习到纯氢的管道运输建设,目前进展还是比较慢的。然后我也发现咱们国家天然气管道其实还是蛮丰富的,您觉得天然气管道能不能成为未来的一个比较大的主流呢?
柴茂荣:
氢的使用场景会越来越多,将来可能用大量的可再生能源的制氢来代替煤制氢的这一部分,包括石油化工里面的加氢重整等等,可能会逐渐的用到我们的生活里面。
另外一方面,因为我们天然气大部分是进口的,我们可以在天然气里面掺部分氢,然后解决运输的问题。我们最早的煤气管道是日本是人建的,大连的煤气管道一九零几年就建成,因为煤制氢的水蒸气重整的话,它出来的氢气的话大概含氢量50%左右,所以大连的天然气管道可以卖50%左右的气。
对于我们来说,管道技术还有其他的技术都是完全成熟的,最大的问题还是一些燃气具的问题,现在公司的掺氢到15%以内的话,目前的燃气具马上直接就可以用。像欧洲的话都是30%左右比较大一些阀门的燃气具就要改,但是总的来说各种方法都有。
将来重氢管道也会有,天然气管道也还有一部分的话,可能把化工产品西移,就用氢气的合成氨,通过氨来运输的可能性也是比较大的,所以未来5~10年不断的有一些新的技术出现,比如说掺氢天然气发电,煤发电等等,这些的话现在都在做。
所以我们不要局限交通,因为能源来讲的话,它是4大块,一块是发电,一块的话是化工,一块的话民用、一块是交通,所以这4个方面的应该的话,氢作为1个能源革命的载体的话,它肯定会出现在4个方面,我们都会逐步的应用起来。
见智研究:
感谢柴博士的讲解,现在的掺氢比例差不多在15%左右,随着比例的提升,那么现有的管道就是不是也要做一些更新或者是迭代的考虑?
柴茂荣:
一般来说一个天然气管道寿命是50年到80年,目前已经建好的天然气管道肯定不会去更新。新的管道建设的时候会考虑的。我们国家天然气也不是特别丰富,所以说这方面的话不会作为我们一些主体来考虑,包括我们现在的太阳能
见智研究:
氢能除了在汽车的应用之外,您觉得还会在一些领域会大放光彩?
柴茂荣:
氢能首先最快的应用很可能还是在发电,因为发电占有我国总能源的40%还多,第二块就是说我们交通,因为交我们国家是缺油的,一直来讨论说我们要走电动路线,还是走氢的路线,这在交通领域里面争论了非常厉害,当年万钢副主席也提出来就是用氢来做,当时三横三纵的战略就是有电动车,氢能车,还有混合动力车。
混合动力车因为我们国家此前技术难度比较大,所以我们没推开,实际上推开的是电动车,但是大家都很清楚,电动车领域里面最大的问题还是资源的卡脖子没解决。
也就是说我们的现在的油气资源70%多是进口,但是我们的电动车里面的锂也好,钴也好,它们的进口比例比油还高。
所以当时的三横三纵是平衡我们国家油气的不足,但现在来看的话,电动车这条线是走的有点过头了,虽然我们可能还会修正,氢燃电池虽然部分原材料如铂是国际控制,但是毕竟它的用量是以克来计算的,不像锂是以公斤来计算的,所以这两个有很大的差别。
除了铂金以外,其他所有的材料我们国内都能解决的,特别是一些电机里面的稀土材料,我们国家是全球最丰富的,所以我们可以用我们的稀土去把铂金换回来,通过这个办法的话,我们的卡脖子问题是可以解决的,也就是说的话,最不受卡脖子的是氢燃料电池交通这条路。
见智研究:
未来燃料电池它的成本下降还有幅度会怎么样?主要是围绕哪些方面?
柴茂荣:
因为燃料电池本身的成本还是有限的,目前国际上包括我们国家电投的燃料电池成本的价格来讲,已经是接近于锂电池,如果考虑适当的利润和一部分的零部件还在开发中,以及进口设备被国产替代等完成了,我们真正能够普及到乘用车上面去了,我认为2025年左右我们燃料电池的乘用车应该就能到30万以内,相当于2.5升左右排量的车,到2030年,我们燃料电池成本应该还会再降一半,所以到2030年的话,基本上就跟燃油车的成本达到相当的水平。
现在国外的燃料电池汽车的成本已经降下来了,国内的有些企业由于大多采用进口设备和零部件,阻止了我们国内的一些企业的发展,目前像国电国电投1000瓦电堆成本在 1000块钱左右,基本上跟电池是一样的。因为国家电投的所有的材料都是国产化的,基本上实现了100%国产化,下一步在规模化以后再把成本降一半左右。