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清华大学车辆与运载学院教授宋健:发展氢燃料电池产业应尊重市场规律

日期:2020-12-11    来源:中国能源报

国际新能源网

2020
12/11
10:01
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关键词: 氢燃料电池产业 氢燃料电池汽车 燃料电池汽车产业

发展氢燃料电池汽车产业。电解水制氢不经济副产氢无法形成规模效应发展氢燃料电池。氢燃料电池汽车产业发展不能。

2020年是氢燃料电池产业发展的关键之年。

财政部、国家发改委等五个部门联合发布《关于氢能燃料电池汽车示范应用推广的通知》后,明确示范期间将采取“以奖代补”的形式对入围示范的城市群按计划完成情况给予奖励。行业内期盼已久的政策落地,各地发展氢能产业的热情进一步高涨。

面对如此现状,清华大学车辆与运载学院教授宋健在接受记者专访时表示,当前制氢、储氢、运氢等方面都面临着成本过高、“卡脖子”技术没有解决等问题,发展氢燃料电池产业不能“大干快上”,务必遵守市场规律。

电解水制氢不经济副产氢无法形成规模效应

发展氢燃料电池,首先需要考虑的就是氢气如何制取。记者了解到,可以从煤炭、石油、天然气等化石能源制取氢气,可以采用电解水制取氢气,还可以从可再生能源中制取氢气。不过,不同的制氢方式涉及成本也不同。当前,关于氢气的制取,行业内基本形成的主流观点是:灰氢不可取,蓝氢方可用,废氢可回收,绿氢是方向。在这样的大方向下,电解水制氢被认为是绿氢的主要来源。

氢能产业链包括制备、储运、加注、应用四个环节。“氢气的制备、储存和运输成本都很高,就连氢气的加注成本都很高。”谈及当下氢燃料电池产业发展的现状,宋健告诉记者,“单单拿氢气的制取来讲,如何降低制氢成本就是当下市场面临的一大难题。”

宋健表示,假如采用电解水制氢,只要电价降下来,就能使得制氢的成本降下来。不过,即使电解水制氢能够得到绿氢,但从能量转化的角度来说,损失很大。宋健给记者算了一笔经济账:不考虑存储、运输、加注等成本,单单制取一公斤的氢气大约需要75kWh电,而这一公斤的氢气用在燃料电池汽车上,只能够发出15kWh电。其实,氢燃料电池汽车的驱动方式还是电机,氢只是用来反应发电的能源,最后与氧气反应产生电能,驱动车辆行驶。很明显,用电制取氢气再发电非常不经济。

宋健认为,氢燃料电池汽车产业发展不能“说干就干”,必须得有一定的技术基础。电解水制氢的关键在于效率不高。如果电解水制氢的利用率能够达到80%或90%就好了,但偏偏是20%的效率。电解水制氢降成本,核心要义在于找到高效电解水的方法。不过,当前电解水制氢的技术已经很成熟,提高效率怕是不容易。

其次,对氢气的制取,行业内还有一种声音:风电和光电很便宜,利用其制取氢气,就会很划算。宋健认为,有一种情况制取氢气是可行的,那就是回收利用废氢。现在,在煤化工、丙烷脱氢、乙烷裂解、焦炉煤气和氯碱化工领域,有大量工业副产氢资源可供利用。把这些副产氢收集起来,进行提纯,用在氢燃料电池汽车上才是比较划算的。不过,副产氢总量很少,无法形成规模经济。除此之外,还有行业人士表示,副产氢可以作为过渡性产品,但燃料电池对氢的纯度要求极高,副产氢品质不好,会腐蚀车辆、加氢站甚至燃料电池。如果单纯为了节约成本,这样可能得不偿失。

氢气储运成本过高制约产业发展

当前,氢气的存储方式包括低温液态储氢、高压气态储氢、固态储氢和有机液态储氢等,运输则可分为气氢输送、液氢输送和固氢输送。据悉,我国当前氢气储运以气态氢为主,一般用压力为20MPa的长管拖车运输氢气到加氢站储存,储存压力为45MPa。与液氢储运相比,以气态的方式来储存和运输氢气成本较低。

宋健告诉记者,除了制氢以外,氢气运输和储存的成本都比较高。具体来讲,单位重量的氢气是比能量仅次于核能的燃料,但是把氢气压缩之后,单位体积内含有的氢气重量又是最低的。如果按照体积来算,1立方米石油能够行驶的公里数,需要大约9倍左右体积的氢气才能够达到。此外,氢气的密度很低,压缩储存之后,容易跑出来,很不安全。现在氢气运输还被列入危险品运输行列。

整个氢能分布不均匀,有些地区氢的使用量少,有些地区氢的使用量高,要打破整个氢资源分配不均衡的问题,需要注重液氢运输问题,根据覆盖区域氢能结构来调整液氢的使用范围。宋健提到,在副产氢工厂附近建设加氢站即可,这样就能够减少氢气运输。可能存在个别区域当地有副产氢,但氢燃料电池汽车在小范围的应用难以形成规模效应。此前,有行业人士甚至直言,当下国内氢能产业的主要矛盾就在于氢源的储运配送。分布式低成本制氢才能避开运输与压缩所产生的成本,即利用某种能量在原地制氢,而不是长途运输;分布在各个加氢的地点制氢,而不是通过运输网运氢。这种散点灵活的方式,可以使成本骤降。

对推广燃料电池汽车来说,氢是关键。虽然当前氢气的制取和储存技术都趋近成熟,但距离商业化推广仍然存在一定距离,其中最大的制约因素就是成本问题。因此,制储氢技术如何形成规模效应之后降低成本成为关键因素。

尊重市场好好讲科学

日前,国务院办公厅正式发布了《新能源汽车产业发展规划(2021~2035年)》。里面提到,到2025年,纯电动乘用车新车平均电耗降至12千瓦时/百公里,新能源汽车新车销售量达到汽车新车销售总量的20%左右。其中更是提到,到2035年,纯电动汽车成为新销售车辆的主流。

“现在政府在不遗余力地鼓励纯电动汽车产业发展,确实取得了一些成就,当前,我国纯电动汽车的应用率比国外高。”对于此前电动汽车产业的发展,宋健有着清醒的认知,“我国比那些刚刚发展纯电动汽车产业的国家强。但不可否认的是,同特斯拉相比,国内企业依旧是落后的。”

发展氢燃料电池汽车产业,更需要注重此前的经验教训。今年11月15日,燃料电池汽车示范城市群申报截止。有消息称,从9月16日财政部、工信部、科技部、国家发改委、国家能源局五个部门联合发布《关于开展燃料电池汽车示范应用的通知》)以来,已经约有20个城市群提交申报材料。与此同时,各地方及相关企业的积极性被极大地调动起来,“以奖代补”政策驱动力显然已经开始释放。

在诸多环节的高成本和技术难关面前,氢燃料电池汽车的发展前景显得有些黯然失色。宋健认为,燃料电池汽车的整车成本高,燃料获取的成本又高,后续如何发展还有待观察。

除了氢气的制储运成本之外,氢燃料电池汽车的整车成本也不容忽视。多年来,丰田、本田和现代等汽车企业在全球范围内不遗余力地推广氢燃料电池汽车,但市场销量并无起色,购车成本偏高无疑是制约市场规模扩大的重要原因。

与传统内燃机或纯电动汽车相比,燃料电池客车的整车采购成本高出两倍以上。

氢燃料电池汽车的发展在技术上仍存在许多难点,氢运输、车载储氢和加氢站建设都面临挑战,虽然当前全方位商业化有困难,但在局部市场是可以实现商业化的。谈及氢燃料电池汽车产业如何发展的问题,宋健提出:“政府不应该制定任何路线,应该完全由市场来主导。市场的选择走就是对的。”此前,地方政府支持氢燃料电池产业发展,过于热情,某些地区甚至出现了闹剧。宋健更是强调:“产业发展必须遵循规律。尊重市场,好好讲科学。”


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