欧阳明高:燃料电池汽车带动绿色氢能全产业链发展

发布时间:2024-07-01  作者:安博体育官方入口网站

  当前在全球加速推进“碳中和”“碳达峰”大背景下,汽车产业高质量发展迎来了以电动化、智能化、网联化为代表的技术变革和以氢能为代表的能源革命的历史交汇点。氢能作为众多绿色能源转化传输与融合交互的纽带和载体,具有来源多样化、驱动高效率和运行零排放的技术特征,将在未来清洁低碳能源系统中发挥逐渐重要的作用。

  6月5日,中国科学院院士、清华大学教授、IHFC理事长欧阳明高在2024国际氢能与燃料电池汽车大会暨展览会上发表了《燃料电池汽车带动绿色氢能全产业链发展》主题演讲。

  我今天的演讲的主题是关于“燃料电池汽车驱动绿色氢能产业链的发展”,有三个主题,第一是中国燃料电池汽车的工业化情况,你们可以看到,中国已经建立了一个全面的工业生态系统,覆盖了氢能整个价值链,包括性能的生产、存储、运输、加氢等等,关于研发和制造方面的关键要素都已涵盖,比如说质子交换膜、MEA等。

  从2015年到2022年,我们的技术取得了巨大的进步。比如说对于燃料电池核心零部件,我们已经实现了从30千瓦到150千瓦的提升,而且它在冷启动工况下,已具备零下35摄氏度低温启动和500千米以上的长续航能力,在效率方面取得了巨大的提升。

  从2008年到2022年,这一领域车型的氢能消耗从每公里26千克下降到了7.1千克。2008年前后,中国进口了一批燃料电池大巴,价值在180万美元每辆,这个价格到2022年降低到了150万人民币每辆,这也是很大的提升。

  中国也有很多燃料电池领域的大型项目,就像万钢主席曾提到的,在2022年北京冬奥会的时候,我们有超过1000辆的燃料电池汽车,而且有超过30个加氢站,11个氢生产基地。特别是我们建立了国际咨询平台,邀请了很多国际专家平台上进行氢能全链信息监控,确保整个流程的安全性。我们认为这样一个示范项目,代表了我们首次大规模对于燃料电池汽车的应用,也确认了产品和技术的可行性和可靠性。这是一个主要的氢能项目,还有另外正在进行的城市示范项目,我们有35,000辆燃料电池汽车,纳入了城市示范项目里面。

  像北京上海这样的中国大城市,都已经开展了燃料电池汽车城市群的示范。大家能够正常的看到在中国,已经上牌的燃料电池汽车数量在不断增加,很多乘用车、商用车都采取了燃料电池技术,市场增长了50%,很有可能会在今年超过10000辆燃料电池汽车,覆盖各种不同的商用车种类,在中国市场上我们有超过60家汽车厂商已经发布了燃料电池汽车,有超过70家燃料电池供应商。

  比如说,这个也是我们团队的这样的一个情况。首先呢,我们是用混合动力总成系统;然后我们接下来用燃料电池系统;第三点,我们会加上燃料电池堆;第四步我们会加上MEA材料,所以这是一套“剥洋葱式”的模式,自上而下循环渐进,进行技术链的突破。

  这个是我们的燃料电池服务的情况,目前最大能达到三百千瓦,对于高效能表现,下一步我们将持续进行研发,进一步优化电池组和整个系统,提升耐久性,这对于我们的优化非常重要。对于它的耐久性,接下来的目标是要达到4000小时。另外一个技术是人工智能,我们会使用AI技术,进行燃料电池设计、生产、耐久性测试。

  包括以人工智能为基础的自动设计,流程优化,同时还包括以人工智能为基础的适应性调整、参数调整以及耐久性预测等信息。

  我们研究的方向和技术还有一个是水电解,这也是很重要的氢能技术,因为所有的电解技术,至少在目前来说还没有办法实现商业化绿氢应用。

  我们团队研究了不同类型的电解技术,包括SOEC、PMEC还有AEC这种碱性水电解质。SOEC并非是一个长期应用的方式,它只是一个短期的使用方式,它是固氧的电解质,PEm,也就是我们说质子交换膜的水电解过程;还有一个是AEC方式,它的成本较低,它的全称叫碱性水电解技术。

  对于整个应用过程,我们也对核心技术进行了研究,尤其是碱水电解技术。它是非常重要的,尤其是使用膜技术。膜技术在AEC这种碱性水电解技术里扮演着重要的角色,我们对于膜的耐久性使用进行了研究,看看是否可以将其投入到商业化应用中。另外,我们也使用了组合膜或者说聚合膜来进行膜技术应用,应用到这种碱性水电解技术中去。

  大家现在看到的是我们整个这种水电解系统,我们称其为hydoLyser,这是我们公司的研究的一个技术,我们有一些不同的技术创新;第一,我们使用了长方形的优化之后的标准电池;第二,我们使用了墨盒电池组,可以进行灵活替换;第三,我们使用了安全和智能管理控制系统,这就是我们的三项技术创新。同时我们还对大批量电池组进行了验证测试,对于水电解质,它的耗电量只有每立方牛·米4.31千瓦时,这是一个比较高效的能源利用。与此同时,我们还进行了负载测试。我们看到它的一个稳定运行在低负载的时候是可以达到30%的一个负载实现稳定运行,而且HTO小于1%,这就说明安全没有问题。

  以上信息意味着我们有着高效率以及多样性的水电解质,可以用来使用来完成这种水电解技术。基于我们的技术,我们还将整个系统进行了一个融合,使用绿氢应用到整个系统里面,开展了长期的大规模的能源储氢项目,因为在未来我们需要去生产氢并且进行储氢,我们现在的这种PV也就是光伏板的效率是不够的,它没有办法帮助进行能源储存,必须要通过绿氢的方式把能量能源能够储存下来。

  从绿氢生产端来看,它对于储能来说是非常重要的一部分。从用户端来看,我们可以称其为绿氢的使用分配。在中间可以看到电网,可以去选择要产生怎样的电力,通过可以设定不同的路线图,根据不同的具体情况有不同的选择。

  在日本,他们使用的是氨进行电力生产,因为他们的氢是不能国内生产的,必须要通过货运方式进口。对于日本来说,他们需要通过氨的形式来去进行氢的使用。

  在中国,我们有大量的风能或光伏能地区,比如内蒙古,一般情况下如风能或光伏发电,都需要通过热电厂来实现电的灵活应用。在中国我们就认为这是很好的直接使用氢能的方式,可以直接用氢能生产去替代煤炭使用,因为中国的情况和日本是不同的,所以我们可以选择这条路线。

  大家看到是我们对于绿氢能源储能的电池设计,我们将光伏、热泵、水电解质进行融合,提高效率,实现长期大规模储能。

  下一步我们要进一步延长电池燃料电池的耐久性。我们的短期的目标是25,000小时,而在2030年,我们的目标是要实现30,000到35,000小时的耐久性,去满足重卡需求,因为重卡可能需要150万公里的行驶里程,所以要持续提高电池耐久性。

  第二步我们要做的提高效率。在未来,我们一定要优化效率,我们的目标是要将电池组额定效率从50%提高到60%,并且不断减少电力损耗。

  第三步我们要进一步降低成本。大家可以看这个曲线年,我们的目标是要进一步降低成本,到不足1000美元每千瓦时。

  第四步是进一步拓展应用场景。我们有很多不同的电厂,它们的配电系统可以应用到不同车辆上去,甚至可以应用到一些其他空间项目空间中去,比如像宇宙太空,它的一些应用也可以使用这种绿氢,我们要做的是去建立一个绿氢能源产业链的整合式应用网络。比如说我们从可再生能源一直到产氢、储氢,甚至到不同应用,比如原材料、能源储存、电池、氢能发电等等,这些都是氢能未来的一些应用场景,我们要把它进行融合,从而进一步促进绿氢应用,并实现长距离大规模储能。

  在中国,我们需要10%的可再生能源电力的生产来应用到这种长期储能,到2060年,我们需要1.5万亿千瓦时的储能设施,所以我们有极大的市场需求。在未来,中国的煤炭发电将会进行改进,改进为以氢能为基础的发电或发热电厂。

  接下来对未来展望,对于氢能产业链来说,我们整个行业和燃料电池的一个关注点,在于电解技术创新,这方面我们做了很多贡献。

  对于整个氢能价值链,目前的价值认知是能够意识到绿氢带给我们的战略价值和商业价值。对于商业价值,核心考量是绿氢成本,这一成本需要进一步降低,从而产生绿色发电。绿色发电的电价应该低于0.5元人民币,达到与煤炭发电价格相持平。如果我们可以去进行绿色产电,绿氢其实是有着极大的商业价值,因为它可以实现和煤炭发电差不多的一个价格,同时对环境没有影响。

  氢能产业链也受到了低碳氢能的生产需求,它将会有大规模商业示范应用,成为主要的领导力,促进整个绿色氢能产业链全面变革。我们大家都认为绿氢有着非常光明的未来,谢谢大家的倾听。