這是氫能的生命周期,大家要知道。第三個(gè)是氫能,氫能是從水跟其他的一次能源就是得到氫能,氫能是二次能源,它需要一次能源制造,它可以作為能源使用,作為化工原料使用,不管怎么使用最后氫又變成水,這是一個(gè)循環(huán)。所以氫從可再生資源得到電再得到氫,這個(gè)符合我們可持續(xù)發(fā)展,就是符合氫能的倫理。所以有水就有氫,水來(lái)源廣,和平能源。水占了地球表面的72%,所以水就是氫礦,因?yàn)樗采w的表面非常廣,不像石油就集中在一個(gè)地方,在這種情況下,我們把水或者氫叫做和平能源,不至于打仗。另外氫的用途很多,可電、可熱,可交通燃料。氫氣可大規(guī)模儲(chǔ)存,電很難儲(chǔ)存,現(xiàn)在最好的方法就是儲(chǔ)能電站,但是受到地理?xiàng)l件的限制。另外氫能的能量密度也是比較高。
這個(gè)是2015年IEA的報(bào)告,能源分了三個(gè)層次,一個(gè)是熱能,電能,還有一個(gè)是交通燃料,現(xiàn)有的能源并不足以全覆蓋,只有石油可以提供電、熱、燃料,煤只能提供電和熱,但是當(dāng)氫出現(xiàn)以后,氫就可以起到三個(gè)作用,又可以發(fā)電,又可以發(fā)熱,還可以作為交通燃料使用及所以氫能是多用途的。
這是世界能源發(fā)展的歷史,這個(gè)圖很經(jīng)典,橫坐標(biāo)是年代,縱坐標(biāo)是世界能源的比例。在工業(yè)革命1960年的時(shí)候,當(dāng)時(shí)世界主要能源是柴火占了80%,煤炭占了20%,但是到了1930年代,柴火已經(jīng)迅速下降,原因有兩條,第一量跟不上,第二能量密度不夠,然后煤炭迅速崛起,到現(xiàn)在是石油、天然氣時(shí)代,黃的是我們正在走的可再生能源時(shí)代。可以有幾個(gè)變化,能源發(fā)展的歷史看出來(lái)碳是越來(lái)越少,而氫是越來(lái)越多,到了石油,就是兩個(gè)氫一個(gè)碳,到了天然氣就是四個(gè)氫一個(gè)碳,所以氫是越來(lái)越多的,將來(lái)如果到了氫時(shí)代,這個(gè)氫是無(wú)窮的了,沒(méi)有碳了,這是一個(gè)歷史的發(fā)展過(guò)程。從能量密度來(lái)看,這是木材,三元,鋰電池,標(biāo)煤,原油,天然氣,氫氣,氫氣是所有能源里質(zhì)量能源比最高的一個(gè),氫可以達(dá)到143,鋰電池能量密度只有1.08左右,非常低,所以鋰電池是氫的130分之一,非常低。我個(gè)人看法,現(xiàn)在追求電動(dòng)車長(zhǎng)的續(xù)航里程很困難。
第二講講氫的制備和儲(chǔ)運(yùn)。我給大家看一張圖,中間是氫氣,氫氣和電可呼喚,電解水可以得到氫,氫可以通過(guò)燃料電池發(fā)電,電一次可再生資源,就是風(fēng)能、海洋能、水能、地?zé)崮埽@些能源只能發(fā)電,這些電可變成氫。還有太陽(yáng)能和核能,生物質(zhì)能都可以產(chǎn)生清楚,媒、石油、天然氣可以生成柴油、汽油、醇類,所以氫的制造方法多種多樣,只要有水,都能制造氫,所以氫是和平能源,別人是無(wú)法卡你的。
談?wù)剼淠艿膫惱?,剛才講了各種各樣的制氫方法,我們的目標(biāo)就是搞無(wú)碳?xì)?,太?yáng)氫,我在2010年出了一本書,無(wú)碳能源太陽(yáng)氫,就是由太陽(yáng)產(chǎn)生可再生資源就可以得到氫和電,氫和電是我們未來(lái)能源主要的兩個(gè)支柱。氫的儲(chǔ)存,以前講有三種,今天我特別講到第四種,第一就是氣態(tài),第二就是液氫,把冷卻到負(fù)253度,第三個(gè)就是固體的。第四個(gè)就是我們需要建立大規(guī)模長(zhǎng)期的儲(chǔ)存能量,轉(zhuǎn)換成氨,甲醇等長(zhǎng)期、大規(guī)模儲(chǔ)存,儲(chǔ)量時(shí)間非常長(zhǎng),能量也非常大。這是國(guó)際研究的結(jié)果,縱坐標(biāo)是儲(chǔ)存能量的功率,從兆瓦到GW,橫坐標(biāo)是時(shí)間,分鐘到小時(shí)到天到星期到月,各種各樣的儲(chǔ)存,電池儲(chǔ)氫是天級(jí)的,壓縮氫氣可以儲(chǔ)存星期,也是一百找萬(wàn)左右,蓄水電站可以儲(chǔ)一兩個(gè)星期左右,GW級(jí)的,但是氫是黃色的,非常廣,可以儲(chǔ)存一兩個(gè)月都可以,而且儲(chǔ)存是GW級(jí)的,很大規(guī)模,這個(gè)對(duì)于國(guó)家來(lái)講非常非常重要。再講運(yùn)輸,車船運(yùn)或者管道運(yùn)輸,或者是海上運(yùn)輸,這個(gè)不細(xì)講。
第三方面講講氫能應(yīng)用,兩個(gè)方面,一個(gè)作為燃料,一個(gè)作用能源。作為燃料就是左邊往右邊走,氫可以做成合成氨、甲醇、二甲醚,煤制油,石油加氫精制等。作為能源來(lái)講就是燒,用在內(nèi)燃機(jī),鍋爐,窯爐,內(nèi)燃機(jī)都可以,還有就是燃料電池,涉及到點(diǎn)化學(xué)方法,直接發(fā)電得到了電和熱。氫能的用途非常多,我們看到的交通,看到氫氣的車僅僅是一部分,這個(gè)圖是世界能源委員會(huì)預(yù)測(cè)的,到2050年氫能的情況,估計(jì)是全世界能源的18%由氫提供,氫用來(lái)第一發(fā)電,這是大規(guī)模發(fā)電,占11%,用在交通方面,包括現(xiàn)在的車,將來(lái)的船甚至飛機(jī),僅僅占28.6%,到了工業(yè)能源占20.8恩%,建筑商占14.3%,化工原料也是一個(gè)重要的出路,占24.7%,所以氫的用途多種多樣,因?yàn)楝F(xiàn)在關(guān)注燃料電池,關(guān)注交通,這還是可以理解的,但是思路一定要廣。氫在減排的路上,氫起非常大的作用,第一個(gè)就是用氫電代替煤電,現(xiàn)在可再生資源能夠上網(wǎng),就是煤電起了很大的作用,將來(lái)減少每天就需要把氫提上去。第二就是氫燃料電池分布式發(fā)電,保障電力安全。PTG、PTX吸納更多的可再生資源電力。氫能代替交通領(lǐng)域的化石燃料。氫能為建筑物提供熱電聯(lián)供,氫氣代替焦炭煉鐵,直接與CO2反應(yīng),生成穩(wěn)定的碳?xì)浠衔铩_@是燃料電池的應(yīng)用,從1W到百W到千W,這個(gè)圖深都可以看到有樣品,甚至有商品。比如舉個(gè)例子,最后面那個(gè)潛艇,大家知道常規(guī)潛艇還是用柴油做動(dòng)力,現(xiàn)在燃料電池也作為備用電力,這個(gè)燃料電池就是現(xiàn)在用的燃料電池,它工作溫度只有80度,一點(diǎn)聲音也沒(méi)有,在海洋幾十米甚至上百米的水下根本探測(cè)不出來(lái),所以已經(jīng)商業(yè)化,德國(guó)已經(jīng)做出來(lái),并且出售。我們清華大學(xué)1993年開(kāi)始做燃料電池,目前在催化劑、膜電極方面就是應(yīng)用。
最后就是回答一些問(wèn)題,這樣是我自己的看法,一個(gè)問(wèn)題,有人說(shuō)燃料電池適合日本,因?yàn)槿毡臼且粋€(gè)條,建一個(gè)加氫站就覆蓋一大片,我說(shuō)這不是這樣,咱們現(xiàn)在有12萬(wàn)個(gè)加油站,遍布了全國(guó),并不是因?yàn)槿毡菊L(zhǎng)適合燃料電池,中國(guó)同樣適合,氫能是普世性的。第二加氫站的數(shù)量和燃料電池的數(shù)量不是線性關(guān)系是指數(shù)的關(guān)系。將來(lái)發(fā)展下去,等車達(dá)到了千萬(wàn)量級(jí)的時(shí)候,加氫站系統(tǒng)比加油站系統(tǒng)便宜,就是給這個(gè)數(shù)據(jù)。還有一個(gè)問(wèn)題,氫燃料電池適合有錢的地方,是何人多的地方,我說(shuō)不是,情是普適的,不僅僅是適合日本,另外氫的發(fā)展包括燃料電池是有階段的,中國(guó)也是先東后西,先南后北,先經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá),再欠發(fā)達(dá),是有一個(gè)過(guò)程的。
還有人講,氫需要一個(gè)支撐網(wǎng)絡(luò),現(xiàn)在石油已經(jīng)有網(wǎng)絡(luò)了,還有必要投資這么大嗎?中國(guó)是這樣的情況,隨著新技術(shù)的出現(xiàn)你必須跟上,氫能我剛才講了,氫能代表方向,這個(gè)已經(jīng)出來(lái)了,而且有人做出了樣板,比如日本做的很好,將來(lái)落后就很危險(xiǎn),雖然已經(jīng)有了燃油網(wǎng)絡(luò),但是還是要朝氫能上走。
還有一個(gè)講的,氫發(fā)電繞來(lái)繞去的,從可再生資源發(fā)電制氫,氫再發(fā)電,整個(gè)效率只有30%,這個(gè)不太核算。我的回答是這樣,這個(gè)電,不同地方電價(jià)格不一樣,車上的電和電網(wǎng)的電是完全不同的事情,電網(wǎng)的電比較便宜,但是車上的電不一樣,現(xiàn)在我國(guó)是煤電為主,但是也在變化,發(fā)改委能源所在我們那作報(bào)講了2050年我們國(guó)家可再生資源電力占比達(dá)到83%,這么多電不穩(wěn)定怎么辦,就需要?dú)潆姶骐?,所以氫發(fā)電雖然有效率的損耗,但是還是必須的。
另外還有人講,燃料電池目前還是需要鋰離子電池的,這個(gè)說(shuō)的是對(duì)的,我們現(xiàn)在推動(dòng)的燃料電池都是氫電混合,這里提到燃料電池和鋰離子電池的關(guān)系,我一直在各種場(chǎng)合講,它們的關(guān)系是兄弟關(guān)系,因?yàn)槿剂想姵睾弯囯x子電池有三個(gè)電子非常重要,一個(gè)是電極,這是一樣的,一個(gè)電控,還有一個(gè)是燃料電池,燃料電池車也用了一部分鋰離子電池,所以我覺(jué)得是兄弟關(guān)系。
還有一個(gè)說(shuō)法,咱們是不是將來(lái)會(huì)被日本制約,我覺(jué)得這種擔(dān)心可以理解,咱們發(fā)展的晚一點(diǎn),但是咱們發(fā)展的速度比較快,另外我國(guó)目前來(lái)看已經(jīng)具備了燃料電池商用車,主要是燃料電池大壩和燃料電池物流車,到目前為止是燃料電池商用車運(yùn)營(yíng)最多的國(guó)家,大概近千輛車,下一步朝乘用車發(fā)展,我們采取又競(jìng)爭(zhēng)又合作的辦法,不會(huì)受制于某個(gè)國(guó)家。
還有人提出來(lái),馬斯克說(shuō)過(guò)一句話,我覺(jué)得他說(shuō)話代表個(gè)人意見(jiàn),他說(shuō)人不是神,智者千慮必比有一失。還有就是壓縮空氣,我引用了美國(guó)生物學(xué)者的意見(jiàn),空氣壓縮機(jī)是轉(zhuǎn)化電能效率最低的機(jī)器之一,所以整個(gè)系統(tǒng)建了以后自然而然氫能就來(lái)了。
還有一個(gè),加氫快,電池車加的慢,但是電池車充電站很多就可以克服這個(gè)缺點(diǎn),我說(shuō)這是兩個(gè)不同的概念,充電樁數(shù)量跟充電時(shí)間和充氣時(shí)間是兩個(gè)概念,充氣時(shí)間少,燃料電池符合汽油車的習(xí)慣,這是非常重要的。在高速公路服務(wù)區(qū)不可能建很多的充電樁,那么多車到了,充半個(gè)小時(shí)就受不了,快速加氣就可以解決很多問(wèn)題。
還有人提出來(lái)燃料電池易燃易爆,所以如果把燃料電池車放到地下車庫(kù)根本不行。我說(shuō)這個(gè)問(wèn)題提的對(duì),因?yàn)檫^(guò)去沒(méi)有把燃料電池車放到地庫(kù),所以地庫(kù)的設(shè)計(jì)并不符合燃料電池車的存放標(biāo)準(zhǔn),實(shí)際國(guó)家有標(biāo)準(zhǔn)的,只要增加換氣的次數(shù),地下車庫(kù)放停燃料電池車是照樣可以的。而且將來(lái)地下車庫(kù)的空氣換多了更好,就憑這一條燃料電池車無(wú)法推廣,不是這樣的。
還有一個(gè)講到成本,覺(jué)得燃料電池,日本的車是一立方米氫氣跑五公里,就變成一塊錢一公里,而燃料電池比較貴,是不是,但我覺(jué)得是這樣,它的數(shù)據(jù)是有問(wèn)題的,日本的車差不多1立方米氫氣跑10公里,這樣的話價(jià)錢就少下來(lái)了,另外氫價(jià)錢也是不斷下降,現(xiàn)在是5000日元一公斤,將來(lái)會(huì)進(jìn)一步降低到3000。還有一個(gè),價(jià)格不是唯一的目標(biāo),騎自行車就不用能源了,騎自行車跑的比較近,而且不太舒適,不太方便,所以價(jià)格是次要的標(biāo)準(zhǔn)。