中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授、國際氫能與燃料電池協(xié)會(huì )理事長(cháng)歐陽(yáng)明高在會(huì )上發(fā)表了題為“雙碳目標下全球能源轉型與儲能、氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策展望"的演講。

以下是演講內容，香橙會(huì )研究院做了編輯處理。

中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授、國際氫能與燃料電池協(xié)會(huì ) 理事長(cháng) 歐陽(yáng)明高

尊敬的各位領(lǐng)導、各位院士、各位專(zhuān)家，大家上午好！

我今天匯報的題目是《綠色氫能研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展及技術(shù)展望》。重點(diǎn)介紹我們在氫能領(lǐng)域做的一些工作，以及相關(guān)行業(yè)進(jìn)展。

第一部分：燃料電池的商業(yè)化

2022年中國氫能汽車(chē)的銷(xiāo)量是3000多輛，今年上半年有所增長(cháng)，銷(xiāo)量多的省份是陜西省，陜汽控股今年上半年燃料電池卡車(chē)銷(xiāo)量是400多輛，全國排名一。

另外氫車(chē)車(chē)型也在多方位擴展，原先主要是客車(chē)，現在各種卡車(chē)都有。而且燃料電池發(fā)動(dòng)機企業(yè)非常多，占有率也在不斷增長(cháng)，去年億華通市占率超過(guò)20%，排名一。

在清華和億華通燃料電池體系的研發(fā)，是從燃料電池汽車(chē)開(kāi)始的。最開(kāi)始做燃料電池動(dòng)力系統與控制，發(fā)動(dòng)機是外購的，后來(lái)自主研發(fā)燃料電池發(fā)動(dòng)機；電堆是外購的，后來(lái)開(kāi)始研發(fā)電堆；膜電極是外購的，現在膜電極都是國產(chǎn)化。

現在來(lái)看，經(jīng)過(guò)20年的發(fā)展，氫能已經(jīng)形成全產(chǎn)業(yè)發(fā)展體系。

成本：現在整個(gè)燃料電池系統成本，已經(jīng)在快速下降。去年降到3000元/kW，今年已經(jīng)降到2500元/kW左右，還會(huì )持續下降。到2025年估計會(huì )降到1000元/kW，2030年會(huì )降到500元/kW。

效率：燃料電池電堆額定效率是60%，氫內燃機的效率大概40%多，加上發(fā)電機效率一般在35%～40%之間，燃料電池整體效率要進(jìn)一步提升到60%，60%的效率也意味著(zhù)氫耗會(huì )大幅下降也就是成本大幅降低，但這還有一段路需要走。

壽命：氫燃料電池系統壽命方面，現在是20000小時(shí)左右，2025年預計能做到25000小時(shí)，到2030年我們預計達到30000-35000小時(shí)。

到2030年，電解水制氫市場(chǎng)估計能到100GW。中國是全球較大的氫氣生產(chǎn)和消費市場(chǎng)，中國的電解水制氫在全球具有成本優(yōu)勢，將來(lái)有可能成為繼光伏、鋰電池、電動(dòng)汽車(chē)這三個(gè)新能源產(chǎn)品之后的第四大出口產(chǎn)品。

我們團隊也進(jìn)入電解制氫環(huán)節，目前有三種技術(shù)路線(xiàn)：固體氧化物電解、質(zhì)子交換膜電解、堿性電解，這三種技術(shù)都有研發(fā)，也都在進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)，目前具潛力、最現實(shí)、成本低、壽命最長(cháng)、最有中國優(yōu)勢的還是堿性電解?，F在訂貨量（大規模）100GW以上都是堿性電解，其他技術(shù)路線(xiàn)雖然在試用，但還有很多問(wèn)題（成本、壽命等）。

當前大規模、產(chǎn)業(yè)化制氫主要是堿性電解水制氫。目前國內堿性制氫缺乏體系和標準，現在國內使用的是以718研究所為代表的，上個(gè)世紀50年代從蘇聯(lián)引進(jìn)的制氫的技術(shù)。氫能行業(yè)以前需求小，所以就一兩家企業(yè)在做，現在行業(yè)起來(lái)了，需要急劇的技術(shù)提升和變革。

行業(yè)快速發(fā)展的同時(shí)也面臨很多問(wèn)題，包括電極的衰減、鍍層脫落、隔膜磨損、密封失效、效率衰減大以及維修不便等等。

堿性電解水額定效率不高，目前效率只有50%多，主要存在兩個(gè)問(wèn)題：隔膜和催化劑。通過(guò)改進(jìn)隔膜和催化劑，可以把額定效率提升到75%以上（低熱值），額定電流可以達到10000安培。

最好是可以不用或者少用貴金屬。隔膜是核心材料，決定阻抗大小、效率高低。對于隔膜研發(fā)，有兩種選擇路徑，一是陰離子膜，一個(gè)是離子溶劑膜。更看好離子溶劑膜，這是未來(lái)的發(fā)展方向，所以堿性電解水路線(xiàn)還有很大的技術(shù)研發(fā)潛力。

氫氣的儲存有多種技術(shù)路線(xiàn)：氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)，近期比較火的是固態(tài)儲氫，固態(tài)又分很多種，液態(tài)儲氫有液氫、甲醇、甲酸、甲苯等。儲氫的關(guān)鍵是成本，這里指平準化儲氫成本，也就是全生命周期總投入和儲氫循環(huán)的總量來(lái)算成本，但固態(tài)儲氫目前還在自研階段，成本無(wú)法計算。

目前高壓容器儲氫成本低。液態(tài)儲氫發(fā)展較好的是液氨儲氫，氨的儲氫量大，1立方米能儲120公斤氫氣，液氫液化可以?xún)Υ?0公斤，液氨儲氫比液氫高出1倍多，而且氨基礎設施完備，所以大規模、長(cháng)距離的儲運將來(lái)都是氨。

車(chē)端儲氫目前都是35MPa氫瓶，這個(gè)仍然是主流技術(shù)，中期突破的可能較小。下一步是提高氫瓶壓力，目前70MPa氫瓶較貴，儲氫價(jià)格在6000～7000元/公斤。降低氫瓶成本的核心材料是高強度碳纖維，需要材料國產(chǎn)化才能把價(jià)格降下來(lái)。

從運氫的角度看，如果氫氣價(jià)格是11元/kg，拖車(chē)是20MPa，100km需要10元,加氫站費用10元，到最終加到車(chē)上大概30元。如果儲運壓力提到50MPa，單車(chē)運氫可接近1噸，運輸成本會(huì )大幅下降。如果長(cháng)距離(1000公里)運輸，量比較小的時(shí)候，輸電更加劃算，1000公里8分錢(qián)/度電，超高壓輸電更有優(yōu)勢，將來(lái)如果大規模、長(cháng)距離輸氫管道更具優(yōu)勢。

氫能系統集成的技術(shù)挑戰是產(chǎn)業(yè)鏈多環(huán)節和多元化，從可再生能源到終端應用，包括制氫、轉化、儲存、運輸、加氫和應用，每一個(gè)環(huán)節都是多元化的。和電動(dòng)汽車(chē)和動(dòng)力電池不一樣，氫能沒(méi)有統一的標準，環(huán)節又比較多，所以必須要選擇，沒(méi)有統一的模式和標準的解決方案，就只能因事制宜、因地制宜，國情決定路線(xiàn)，場(chǎng)景定義產(chǎn)品。

氫系統集成：現在大的制氫公司往往都要50個(gè)、100個(gè)電解槽（1000方），這100個(gè)怎么集成，世界上都沒(méi)干過(guò)。這里面有控制問(wèn)題、安全問(wèn)題、化工問(wèn)題等一系列問(wèn)題，這也是我們現在做的工作，比如現在在做仿真平臺，多槽混聯(lián)，有實(shí)驗的、有構型方面、還有控制運行策略的等。

氫儲能：就是利用富余的、非高峰的或低質(zhì)量的電力來(lái)大規模制氫，將電能轉化為氫能儲存起來(lái)，然后再在電力輸出不足時(shí)利用氫氣通過(guò)燃料電池或其它方式轉換為電能輸送上網(wǎng)，發(fā)揮電力調節的作用。氫儲能會(huì )是今后的主流儲能方式，因為儲能的規模和周期都是壓縮空氣和抽水蓄能無(wú)法相比的，電化學(xué)儲能就更不行了。

可以在東部發(fā)展氫儲能，比方分布式氫儲能，就是用燃料電池發(fā)電。氫儲能是除了氫動(dòng)力和氫原料，用于化工和鋼鐵之外的最大用途，也是未來(lái)新型電力系統重要支撐。

氫儲能需要把氫能全產(chǎn)業(yè)鏈集成，一個(gè)環(huán)節都不能落下，這是最難的。首先瓶頸在制氫系統成本和發(fā)電成本，對于發(fā)電有多種選擇：燃料電池、氫內燃機以及摻燒鍋爐，現在主張在國內光伏風(fēng)電基地旁邊調峰煤電廠(chǎng)用摻氫燃燒的方式發(fā)電。

現在煤電廠(chǎng)都在發(fā)展靈活改造，在低負荷的時(shí)候，煤燃燒是不穩定的，通過(guò)摻氫的方式可以解決這個(gè)問(wèn)題。

這是我們做的一個(gè)計算分析。在風(fēng)光富足的時(shí)候制氫，圖中紅色的鍋爐還沒(méi)發(fā)電，摻入20%氫，二氧化碳會(huì )降低40%。

氫儲能可以實(shí)現能量季節性轉移，未來(lái)10%的可再生能源要通過(guò)長(cháng)時(shí)儲能解決，主體就要氫儲能。10%是多少呢？到2060年，中國需要1.5萬(wàn)億度電的長(cháng)時(shí)儲能， 2060年中國全社會(huì )用電量大概是17萬(wàn)億度，占比9%。

中國氫能源技術(shù)發(fā)展的階段性特征是燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)建立，燃料電池系統的成本在快速下降。

燃料電池汽車(chē)的問(wèn)題是儲氫系統較貴。60kg氫35MPa的儲氫系統，大概30-40萬(wàn)元。燃料電池成本下降的快，儲氫系統成本降的偏慢，是制約氫車(chē)發(fā)展的一大障礙。

氫能交通逐步發(fā)展到氫燃料、氫化工、氫冶金、氫發(fā)電、氫儲能，氫能交通是氫能的先導，不是主體。氫能交通占整個(gè)氫能產(chǎn)業(yè)的20%，80%應用是在其他領(lǐng)域。

制氫將成為中國氫能的優(yōu)勢，氫儲運仍是薄弱環(huán)節，但是有很多選擇。實(shí)際上，儲氫是氫能相比電池最大的優(yōu)勢。當下，電池儲電至少需要1000元/度，1kg氫需要33度電，這些電用電池儲存需要3.3萬(wàn)元。1kg氫如果用一個(gè)10MPa的高壓容器儲存，最多需要100多塊錢(qián)，差1～3個(gè)數量級。儲氫貴是指車(chē)端，車(chē)下儲氫跟電池儲電相比要便宜幾個(gè)數量級。

氫的一切都是成本問(wèn)題，也就是經(jīng)濟性問(wèn)題。為了解決氫的成本問(wèn)題，比方說(shuō)加氫站，未來(lái)加氫站站內制氫就是低成本的方案之一，現在已經(jīng)有很多氫氣制取沒(méi)有在化工園區進(jìn)行。當電價(jià)是0.15元/度時(shí)，綠氫具備經(jīng)濟性，但是加上過(guò)網(wǎng)費后（0.35元/度）就不具備經(jīng)濟性，總的來(lái)說(shuō)電價(jià)要低于0.2元/度。

氫儲能可以通過(guò)去掉過(guò)網(wǎng)費或者離網(wǎng)制氫，不去網(wǎng)上取電，直接光伏發(fā)電離網(wǎng)制氫。氫儲能對電網(wǎng)進(jìn)行調節，所以制氫的時(shí)候電價(jià)低，放電的時(shí)候有容量電價(jià)、調峰電價(jià)，因此電價(jià)很高，可以賺取差價(jià)。

車(chē)載儲氫瓶很貴怎么辦？70MPa的氫瓶大概需要50萬(wàn)元，而一輛柴油車(chē)總共不到50萬(wàn)元。學(xué)習換電卡車(chē)的方式，換氫瓶不賣(mài)氫瓶，氫瓶壽命可達1000萬(wàn)公里，我們也在探索換氫瓶模式。所以需要通過(guò)技術(shù)創(chuàng )新、商業(yè)模式創(chuàng )新來(lái)解決綠氫的經(jīng)濟性問(wèn)題。

從氫能全產(chǎn)業(yè)鏈看，已經(jīng)基本具備產(chǎn)業(yè)化的條件。氫能有戰略?xún)r(jià)值，但是現在要發(fā)揮它的商業(yè)價(jià)值，沒(méi)有商業(yè)價(jià)值，技術(shù)會(huì )很難進(jìn)行下去，而商業(yè)價(jià)值的核心就是性?xún)r(jià)比，關(guān)鍵是綠氫的成本。要以富余綠電資源低成本制氫為源頭推動(dòng)，以多元化場(chǎng)景應用為龍頭拉動(dòng)，這樣來(lái)帶動(dòng)綠色氫能全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。