彭苏萍“中国氢能源与燃料电池发展战略研究”

 我今天讲的是我国氢能与燃料电池发展战略研究，为什么做这个课题？2018年1月13日，国家能源集团牵头率先成立了中国氢能源和燃料电池产业联盟，央企能源企业和重要的科研院所都有参与，在会议上万钢副主席和工信部部长跟我说，中国氢能产业现在是地方层面发展积极性很高，但国家没有统一的发展规划，能否牵头做一个战略规划研究，给国家产业主管部门提供咨询。当时我是能源学部主任，这个事情落在我身上，到今年底将结束这个研究。今天我把一些研究成果和想法，跟大家进行汇报。

 首先是介绍氢能源与燃料电池发展背景。我国为什么要发展氢能源和燃料电池呢？因为我们能源对外依存度很高，油气最高达到了73%，现在也是71%左右，天然气对外依存度也达到了40%。我国能源的品质较低，我国碳基能源的比例达到88%，印度约为92%。但由于我国能源的体量大，在2009年后实际上CO2的排放量位居世界第一，占据世界CO2排放总量的70%。习近平总书记在巴黎协定上签字并作出承诺，两个星期之前又提出了2060年碳中和的问题。作为一个高碳能源的国家，如何做到低碳化利用，这是非常大的能源战略问题。

 我国可再生能源，装机容量是世界第一，但我国弃风、弃光相对来说超过了世界平均值9%。因为世界上运行比较好的可再生能源机组，都会存在弃风、弃光问题，也不都是100%利用的，弃风弃光率9%是比较标准的，但我国在西部地区最高超过了39%。怎么把可再生能源利用好，调峰调幅也是非常大的问题。

 实际上还有能源发展形式，是集中式还是分布式？现在国际上慢慢在向分布式发展，我们更希望有装机容量大的机组推动促进大的产业集群，但实际上可再生能源实现800公里的输送，无论是通过交通运输还是线路运输，800公里是极限，超过800公里特高压线损比交通路损还要大。由于对环境的要求、机动车的要求等原因，国内氢能应用主推是的氢燃料电池汽车，占比在我国逐渐增加。在2010年左右，中国能源68%是工业，交通是7%左右，而现在按照世界的目标，我们初步实现工业化以后，工业能源比例要降低，而交通的能源和居民的用电会增加，交通能源测算可达到20%。实际上讲到氢能，传统交通的污染最大，把它清洁化成本很高，所以为什么十年前提氢能和燃料电池首先就是在交通上提出来。分布式在美国基本上是主推的领域，所以氢能与燃料电池产业的发展在交通方面占比真的需要大一些。

 我国能源发展要围绕着低碳、安全、高效、清洁。我在这里提一下我们研究组的观点，如果说中国要感谢特朗普，那么在能源领域确实是要感谢特朗普，因为按照奥巴马和美国电力学会的指标，美国发电的CO2排放量为237克/千瓦时。273克是什么概念？按照237克/千瓦时这个标准来的话，中国所有燃煤电的技术都达不到。你们可能知道，美国是11年时间都没有建一个燃煤电厂，都是燃气电场，燃煤电厂几乎就淘汰掉了，慢慢都被淘汰。特朗普为了竞选总统，承诺四个产煤的州府，提出在能源领域里煤炭优先政策，我们作为发展中国家赶紧答应了这个条件，这给我们非常大的缓冲余地。

 氢能是二次能源，燃烧后产物是水，属于最高的终极能源，因此我们就推动起来了。氢能或者是氢能源、氢经济，都不是中国提出来。美国最先倡导，90年代初克林顿提出氢产业技术，叫做氢能源，后来小布什把氢能源推广到氢经济。但为什么没有推行下去？是因为氢气价格太高了。为什么最近又提？中国最近15年煤炭和煤化工发展迅速，煤化工用不完就提出制氢。2011年日本福岛事件后，北部地区把核电站关掉之后，北部地区缺电；而日本的电网在北部地区是60赫兹，在南部地区50赫兹，南部地区的电输送不到北部地区。因此，日本发布了一个行政命令，第一是日本宾馆的温度从以前的23度调到28度；第二是国对家燃料电池进行补贴，在日本家庭型燃料电池卖了30~40万套，里面有固体氧化物，也有一部分是氢燃料电池，推动了日本氢燃料电池产业的发展。实际上日本成为了主要的推广国家，而不是美国。现在中国、日本和韩国这几个国家能源品质相比起来都是比较差的，都是以化石能源为主。

 燃料电池为什么在美国推不起来，一是制氢成本高，再者就是燃料电池的价格太高。我们都有责任和义务把成本降下来，太贵了老百姓用不起。现在我们把燃料电池的成本降了1/3，这两三年的时间里，希望还能够继续降到1/2，可以加快燃料电池推广。燃料电池为什么好？传统燃煤电厂通过烧煤、烧锅炉、烧蒸汽，推动汽轮机发电，燃料电池是从化学能到电能，直接一次性发电，工艺流程少、成本降低，搞工程的人都知道这个道理。发电模式、发电效率做到了80%以上，这是一次发电效率。现在我国平均发电效率是38%，我们课题组已经实现了54%左右。从38%提升到54%的发电效率，相当于减少了1/3的用煤量，碳减排就变成非常简单的事情。

 燃料电池有很多种，产生商业价值的有两种，一种是质子交换膜燃料电池，另一种是固体氧化物燃料电池。最近习近平总书记去了潮州三环之后，估计固体氧化物燃料电池会热一些。8月万钢主席跟我说，固体氧化物燃料电池会列入“十四五”相关规划。固体氧化物燃料电池有两个优点，可以吃粗粮也可以吃细粮，做汽车的时候可以用氢气，分布式发电就可以使用天然气，就像是分布式的终端发电，管道一接就行了。以前我们老是说卡脖子工程，我国质子交换膜从膜到膜电极，主要是用国外的技术，目前为止固定氧化物燃料电池基本上已经国产化了，属于自主知识产权，而且它不用贵金属。固体氧化物燃料电池的发电效率最高，如果热电联动，80%以上是没有问题，第二步是要超过90%，把它稳定性、耐用性做强。

 世界上早就有氢能了，而且是相对过剩的，并不是想象中那么缺乏。全球纯氢产量7000万吨/年，主要用于化工精炼、合成氨等领域，交通领域消费量不足0.1%。氢的来源，包括76%天然气制氢，23%煤制氢，1%水电解制氢。我不建议中国搞绿氢、蓝氢、灰氢，中国要做出最便宜的氢，不形成规模难以降低氢气使用成本。而且由于距离较远，可再生能源制氢用不起来。中国储氢和运氢成本高昂，我们有责任把运氢储氢成本降下来，再者将燃料电池制造成本降下来。若是老是想着拿补贴的概念，那这个产业是做不起来的，应该把技术的稳定性和可靠性作为技术主要攻关目标。

 美国实际上氢能燃料电池技术最先进、最成熟。到2019年底，全球共有417座加氢站投入运营，为什么中国主推商用车，这是因为加氢成本低于乘用车。前几年日本在推广乘用车，为什么到今年又停了，因为乘用车的加氢成本太贵。加氢成本和燃料电池价格决定了氢能源产业和燃料电池模式，这两个是不能分开的。天然气管道公司现有管网可以实现低于20%掺氢，这是今天燃气管道公司的优势。8月中石化召开会议，想做实验，低于20%掺氢。法国天然气管道运营商做到23%，目前世界上基本上都是以20%作为极限。

 美国主要推广分布式发电，像苹果这样的大型数据中心、大型的医院也建得比较多。为什么要燃料电池发电？因为燃料电池不会造成全面的用电崩溃，燃料电池是一个一个模块，它是并联的，可能效率降低一些，但整个线路不崩溃。现在重要的场所，包括军事基地，都逐渐喜欢使用燃料电池作为分布式能源。

 中国固体氧化物燃料电池技术还是自主化比较多，习主席前几天到潮州三环提出引领的问题，现在我们不说引领，但是我们希望能够追到同一条水平线，我的目标是这样的。中国要做出大的分布式能源发电系统，要从战略、政策、技术、资金、等方面积极谋划，我们认为氢能和燃料电池还是要加强国际合作，我们毕竟走的晚一些。我们要虚心向世界上掌握先进技术的科学家和企业学习，包括运行的模式都要向他们学习。对美国公司的运行模式，我是很敬佩的。

 说到成本，中国产业界也好，学术界也好，老是提绿氢、蓝氢，后来我们提出要做便宜的、规模化的氢气。我们从技术的成熟度、成本的经济性、低碳的环保性等角度对煤制氢成本、天然气制氢成本进行分析，如果CO2问题能够克服掉或者我们能够再利用，我们还是推煤制氢。2030年以后可能非化石能源制氢好一点，但是目前为止还是化石能源制氢成本最低，技术在中国是最成熟的，是目前主要的发展方向，电解水制氢成本还是比较高。远期2050年可能是可再生能源制氢。可能我们是比较保守，但我们不希望中国工程院拿出来的报告会产生误导，我们宁愿走的稳步一点。2035年以前，中国主要的还是化学燃料制氢加CCS，经济可行性是比较好的，这是我们提出的观点，要跟中央提建议。

 供氢产业发展的问题依然突出。2035年天然气掺氢推广利用起来，如果是长距离运氢比较强的话，我们就可以向绿氢发展，这样可再生能源制氢才能推广。质子膜PEMFC目前最大的问题是成本高，关键部件的国产化率很低，我们都是给国外公司做广告、挣钱。山东的东岳，它有些膜的制备技术并不低，但因为没有经过市场的检验应用得少。我们就提出要支持民族企业，要多用它的产品，发现问题就可以改进，巴拉德也是因为用得多了，做了改进才能成熟。

 刚才讲到，我们国家现在搞SOFC是孤芳自赏，在整个国家体系里面，相比质子膜来讲要弱得多，但搞固体氧化物燃料电池，潮州三环是值得敬佩的一家企业。它是上市企业，每年都拿资金做这方面的工作，但真正的产品效益还没有上去。所以我们大家要齐心协力。现在华能集团两个董事和总经理下定决心要做，大唐在做、晋煤、中核、中广核、新奥、国家电网都开始介入，还有国电投都加入进来了。现在我都在帮国家电网、国电投推这个事情，中国固体氧化物燃料电池还是有比较好的前景。

 我们也提出今后研发重心应该怎么去做？还要加强氢能源上游、中游、下游的相互协调。我为什么对此感兴趣？因为城燃的业务布局对于能源的利用和氢能的布局，包括加氢上的布局都可以带来一系列降价的过程，可以低成本运营，这是我对燃气企业的希望，而且这也是我的寄托。我今天跟大家讲，我是跟你们一起来奋斗的。

谢谢大家！