欧阳明高:从更广阔的视野看待氢能燃料电池

2019-07-25 12:15:24      来源:中国汽车报网      编辑:欧阳明高      人气:

中国科学院院士,清华大学教授欧阳明高发展新能源和新能源汽车是时代潮流从能源运输趋势来看,电气化,低碳化和智能化是大

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中国科学院院士,清华大学教授欧阳明高i87电动汽车之窗_关注中国新能源汽车发展和未来

发展新能源和新能源汽车是时代潮流i87电动汽车之窗_关注中国新能源汽车发展和未来

从能源运输趋势来看,电气化,低碳化和智能化是大势所趋。 i87电动汽车之窗_关注中国新能源汽车发展和未来

01电气化是权力革命i87电动汽车之窗_关注中国新能源汽车发展和未来

电气化是一场权力革命,但不是能源革命的源泉。混合动力电动汽车,纯电动汽车和氢燃料电池汽车都是电动的。电力革命正在推进,技术正在逐步成熟。例如,在过去的10年中,纯电动汽车锂离子电池的性能提高了2倍以上,成本降低了80%以上。这是电池革命。中国抓住了这个机会。如果没有电池革命,新能源汽车就不能像现在这样广泛推广。如今,北京道路上20%的车辆都是纯电动车。再例如,氢燃料电池技术,尤其是用于车辆的质子交换膜燃料电池技术,也取得了革命性的突破和进步。该行业熟悉丰田的燃料电池技术。预计燃料电池技术将在未来五年左右基本成熟。此外,混合动力电力技术不容忽视,它将在市场中占据重要地位,未来燃料汽车将长期以混合动力的形式不断发展。 i87电动汽车之窗_关注中国新能源汽车发展和未来

以上三种类型的汽车越来越好,并不容易得出结论。从效率的角度来看,这三款车相似;从全生命周期效率的角度来看,很难竞争。有些人认为氢燃料电池是最有效的,这是基于使用天然气作为能源。如果用汽油和柴油代替天然气,情况并非如此。上述三种电气化的能量,即燃料,有其自身的最佳组合,可以达到同样的效果,因此难以比较,这需要第二种“化学”,即能量低碳化更好。地面对比。 i87电动汽车之窗_关注中国新能源汽车发展和未来

02功率和能量结合起来实现低碳能量i87电动汽车之窗_关注中国新能源汽车发展和未来

低碳化意味着减少二氧化碳。这必须提到可再生能源,如风能和太阳能,尤其是光伏发电。目前,光伏发电效率已基本超过20%,下一代技术发展到30%,发电成本可与燃煤发电相媲美。光伏发电包括集中式和分布式光伏发电,现在分布式光伏发电的增长速度更快。中国是世界上最大的光伏国家,拥有世界70%的产能。可以说,中国在可再生能源发展方面处于世界前列。选择低碳发展道路是中国政府对世界的承诺。习近平总书记提出了能源生产和消费革命的战略思想。其中一个重点是能源的低碳化。如果将电力电气化和能源低碳化相结合,可以比较不同类型的车辆。因为只有可再生能源,才有可能实现真正的低碳或接近零的碳排放。 i87电动汽车之窗_关注中国新能源汽车发展和未来

在此前提下,可以发现锂离子电池和具有可再生能源的燃料电池的优点是显着的。其中,纯电动汽车更适合分布式可再生能源。笔者认为,锂离子蓄电池和分布式光伏电池是一个很好的匹配,未来的发展空间是广阔的。 i87电动汽车之窗_关注中国新能源汽车发展和未来

在集中式可再生能源方面,中国的许多可再生能源基地建在内蒙古和青海,包括张家口。可再生能源基地建在这些地区的原因是因为它们比东部地区拥有更长的工作时间,更长的发电量,更低的成本和能源传输。对于这些可再生能源集中式基地,使用锂离子电池存储并不是最佳选择。相比之下,将它们变成氢气是全球公认的主要可再生能源储存方式。 i87电动汽车之窗_关注中国新能源汽车发展和未来

因此,将可再生能源与锂离子电池和氢燃料电池相结合有两种方式:分布式储能需要锂离子电池和纯电动汽车;集中式,长周期,大规模储能需要氢能和燃料电池。因此,实现低碳能源的车辆动力和能源的结合也是新能源汽车发展的原因。 i87电动汽车之窗_关注中国新能源汽车发展和未来

03智能将整合能源,交通和信息i87电动汽车之窗_关注中国新能源汽车发展和未来

情报是一场更大更广泛的革命。人工智能,大数据和互联网正席卷全球,影响着各行各业。对于汽车行业而言,自动驾驶,工业4.0,智能能源,能源互联网等都与之相关。对于分布式光伏和电动汽车,最好的前景是形成移动能源互联网。如今,手机已成为移动信息互联网,未来,汽车将成为下一个巨大的终端。最近,华为已进入汽车领域。一方面,5G的发展将支持智能汽车网络基础设施。另一方面,智能手机的所有应用都可以用于汽车的各个方面,而汽车则是越来越多的部件。更大,更集成的系统。因此,未来的汽车可能属于ICT(信息和通信技术)行业,因为ICT已经成为汽车的核心。 i87电动汽车之窗_关注中国新能源汽车发展和未来

电气化,智能化,网络化和共享是全球汽车行业流行的“新四大”。然而,网络和共享只强调信息革命,而不是强调能源革命。如果所有电动车辆都可以通过停止连接到智能电网或由微电网组成的能量网络,则能量存储规模将是巨大的。 2030年后,新能源汽车数量将超过1亿辆,汽车电池总能量将超过60亿度,这是一个巨大的数字。 i87电动汽车之窗_关注中国新能源汽车发展和未来

通过智能,能源,运输和信息可以全面整合。也就是说,未来社会将是一个绿色,低碳,智慧的社会。整个经济也将经历全面的转型升级,所以我们应该在这方面谈一谈。氢燃料电池。有人认为这个想法太遥远了,但中国目前正在开展《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》准备工作。根据作者的判断,到2035年,混合动力汽车,纯电动汽车和燃料电动汽车等车辆将成为绝对主体。低碳能源和智能(如具有各种自动驾驶功能的汽车)的比例超过90%也将成为主流。根据国家发展和改革委员会公布的能源计划,到2030年,中国的非化石能源装机容量将达到50%; 2035将占主要装机容量。作者认为,到2035年,非化石能源发电量将达到50%。这是一个雄心勃勃的目标,但并非遥不可及。 i87电动汽车之窗_关注中国新能源汽车发展和未来

燃料电池的发展面临着多重机遇和挑战i87电动汽车之窗_关注中国新能源汽车发展和未来

因此,有必要研究氢能并在大背景下定位氢能。在可再生能源的背景下,氢是未来的两个主要能源载体之一,另一个是电力。当然,笔者认为电能仍然是能量的主体,而氢能不能超过电能。如今,有些人谈论氢能。它们通常将氢能与石油,天然气和煤相结合。笔者认为这种方法不合适,因为氢能只是一种能量载体,属于二次能源,而不是一次能源。在这个前提下,氢燃料电池目前的发展机遇和挑战是什么? i87电动汽车之窗_关注中国新能源汽车发展和未来

01从更广泛的角度来看氢燃料电池的应用i87电动汽车之窗_关注中国新能源汽车发展和未来

目前,中国正在修订氢燃料电池汽车的路线图。第一版于2016年发布。当时,有人提议,到2030年,氢燃料电池汽车总数将达到100万辆,加氢站将达到1,000辆。有人认为,在目前的氢能源热潮下,这个数字设定得很低,我不这么认为。如果你只看车辆,到2030年就可以申请更多的商用车。对于商用车来说,100万辆车已经是一个庞大的数字。至于汽车,氢燃料电池在短期内不太可能取代纯电动汽车,因此应从更广泛的角度来看氢燃料电池i87电动汽车之窗_关注中国新能源汽车发展和未来

观察氢能不仅可以从车辆的角度来看,也可以从汽车的角度来看,但从能源的角度,从新能源的角度,从视角来看,应该从更广泛的应用角度来看待它。可再生能源发展。笔者认为,锂离子电池动力系统更多的是汽油发动机的替代品,氢燃料电池动力系统更多的是柴油发动机的替代品。除汽车,船舶,飞机,潜艇,火车和作业机械外,所有这些都使用氢燃料电池动力系统来实现广泛的应用。 i87电动汽车之窗_关注中国新能源汽车发展和未来

02氢气储存和运输是最大的挑战i87电动汽车之窗_关注中国新能源汽车发展和未来

关于氢能,中国面临的最重要的挑战不是燃料电池,因为技术最终会成熟;氢源问题不大。目前经济上可行的氢源可能来自1000亿度的废弃风,废弃的光和废弃的水。还有800万吨副产氢。笔者认为,挑战在于氢的储存和运输,包括车载储存和车下储存和运输,以寻找经济,高效和可行的储存和运输模式,这是发展的关键。目前,中国的氢能技术落后于燃料电池。目前使用的氢能技术基本上是在50年前甚至100年前发明的。新的氢能技术尚未成为主流和大规模的应用技术。虽然中国有许多新的基础研究成果,如光催化制氢,但还需要进一步的工程,实践和商业化。 i87电动汽车之窗_关注中国新能源汽车发展和未来

目前,世界公认的车载存储和运输主流技术是燃料电池汽车发展中首选的高压氢气。它是一种70兆帕的IV型高压储氢瓶。与三型瓶相比,四型瓶的成本可以降低30%,全球标准法规是围绕这个方向制定的,但中国在这方面没有成熟的产品和相关的标准和规定。从中长期来看,到2030年,特别是对于长途商用车,中国需要开发液态氢储存或中压低温气体氢。 i87电动汽车之窗_关注中国新能源汽车发展和未来

至于汽车下的储存和运输,现在有三种固体,液体和气体。目前,还没有合适的主流固态储运技术;液体或氢气液化将在2030年开发,但在不久的将来很难依赖大规模;目前的主流是气态,问题是储氢密度低,而中国现在正在采用它是一个20兆帕的储氢瓶。它已在国外开发出50 MPa和100 MPa的储氢瓶。特别是100 MPa的储氢瓶可以直接加到加氢站的70 MPa氢气瓶中,但在中国还没有。这项技术,因为它对标准,安全性和其他方面提出了很高的要求。中国之所以没有发布四型瓶的标准,一个是没有成熟的产品,另一个是安全评估不到位。在这方面,中国需要开拓创新,整合全球资源,建立中国相关产业链,才有可能解决中国氢能产业链的中间瓶颈。 i87电动汽车之窗_关注中国新能源汽车发展和未来

整合资源与点和面,建立氢能示范基地i87电动汽车之窗_关注中国新能源汽车发展和未来

目前,张家口是中国唯一的可再生能源国家示范区。它是中国氢燃料电池发展的重要区域,在锂离子电池储能和光伏发电方面具有优势。张家口被选为氢燃料电池示范基地的原因是张家口是2022年冬奥会的场地之一。中国将在冬季奥运会期间加速燃料电池公共汽车的应用。这是建立张家口氢气和可再生能源。能源品牌的机会;第二,北方地区的低温更适合推广燃料电池汽车,加热也可以使用燃料电池余热;三是考虑产业链整合与科技资源整合。氢燃料电池的发展需要氢能技术的突破,对监管标准的需求和复杂的测试方法,这些都与大规模设备投资密不可分。张家口为测试,研究和国家标准提供了良好的基础。从国家的角度来看,需要这样一个基础。如果氢能在任何地方绽放,很容易陷入困境。目前,国产三型瓶的使用寿命和充放氢次数从7,500次到12,000次不等。高压容器的检测是复杂的,必须进行生产一致性评估。 i87电动汽车之窗_关注中国新能源汽车发展和未来

此外,我们还希望能够将储能电池测试,光伏测试,风扇测试等放在一起。这是美国的一个参考,如美国有可再生能源和国家测试基地,涵盖所有相关内容,因为它们需要相互耦合,如电动汽车,锂离子电池,光伏本身构成一个大系统。就像特斯拉一样,它销售电动汽车,以及屋顶安装的光伏电池,锂离子储能墙和超级充电桩。这些是完整的集合,因此我们必须一起构建测试基础。 i87电动汽车之窗_关注中国新能源汽车发展和未来

氢能的发展需要全球努力。我希望中国能够以张家口为中心在中国建立氢能品牌。 i87电动汽车之窗_关注中国新能源汽车发展和未来

(作者是中国科学院院士,清华大学教授)i87电动汽车之窗_关注中国新能源汽车发展和未来

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