衣寶廉:純電動車安全不解決,未來將輸給氫燃料電池車

來源:中國電機工程學會  發布時間:2019-05-21

      截至目前,我國有超過25個城市宣稱,正在進行氫能和燃料電池的產業布局,部分城市還公布了未來發展的產業規劃,并稱政府將對氫能和燃料電池產業給予大力的政策扶持。一時間,城市之間爭奪氫能產業制高點的戰爭正在打響。

      中國工程院院士、燃料電池技術專家衣寶廉認為,政府發展氫能產業的熱情,一方面讓中國成了全球的焦點之一,使得人才、資金和技術不斷向中國聚集,有利于推動氫能和燃料電池產業的發展。另一方面,城市之間的競爭在加劇,可能會導致這一產業低端重復性建設問題重現,未來可能會走其他制造業的老路。

      日前,就制氫、氫氣儲存與運輸,以及燃料電池產業的技術等問題,第一元素專訪了衣寶廉院士,以下是采訪實錄。

 

建議成立氫能國家專項

    第一元素:2019年氫能被寫入了政府工作報告,但與日本、韓國等國家相比,我們發展氫能的國家戰略還未形成,是否要建立氫能發展的國家戰略?

    衣寶廉:氫能在我國能源轉型過程中起到一個橋梁作用,它是從化石能源向可再生能源過渡的中間介質。

    對我國而言,整個氫能系統發展需要有國家戰略規劃,這個規劃不能只是針對燃料電池汽車,因為氫能應用場景非常多,除了燃料電池汽車,還有冶金、燃氣輪機發電和取暖等領域。

    我們建議,針對氫能發展,國家應當成立一個重大專項,把相關的實驗都做起來,這樣我們國家的氫能才能夠發展起來。

    例如,目前國家在電動汽車方面有重大專項,但氫能不能包含在這個重大專項中。要讓大家對氫能有更深入的認識,國家可以成立一個比電動車小一點的專項,包括氫能的制備運輸等,并把氫能的各種用途都放進去,把氫能的應用先做起來。這樣才能落到實處,推動氫能產業的發展。

用補貼引導技術進步 不搞大水漫灌

    第一元素:目前我國超過20個城市制定了氫能產業發展規劃,都在試圖搶占氫能產業發展的制高點,您如何看待各地發展氫能的熱情?

    衣寶廉:針對各地在宣傳大力發展氫能,我覺得應從兩個方面理解。從正面來說,各行業的發展都是有量才有質,地方政府發展氫能的熱情,讓中國氫能和燃料電池研發成了全球關注的焦點,這從很大程度上帶動了國外先進技術、人才和資金進入中國。

    比如,豐田汽車與清華就建立了合作關系,共同研發燃料電池車;再比如,過去真正的燃料電池空壓機我國一家也沒有,現在國內已經有了8家,價格也大幅下降。因此,這對于中國燃料電池產業化發展起到了推動作用。

    但另一方面,各地都在布局氫能產業也會帶來一定的負面作用,比如相互挖人才、低水平重復建設等問題,應該引起國家的重視。

    第一元素:針對這種情況,需要怎么去解決?

    衣寶廉:氫能和燃料電池行業發展目前還需要國家補貼,因此可以用補貼這個杠桿來做技術引導,不能大水漫灌,提高補貼的門檻,不是所有燃料電池汽車都給補貼,而是要根據性能、續航里程做出判斷,而且每年要進行評定,接受補貼的企業,需要加快技術創新,每年在技術上上一個臺階,避免重蹈鋰電池車補貼的覆轍。

    為此,國家可以成立獨立的第三方的監測機構,每年對每一種車型進行監測,能否拿到補貼要讓第三方數據說話,這樣才能用補貼作為推動力,加快國內技術的進步。

制氫要首選“三棄”電量

    第一元素:很多人對制氫環節持有不同意見,比如有人認為煤制氫或者化工制氫,一樣會帶來排放問題,而電解水制氫能源消耗比較大,在制氫問題上,您有怎樣的觀點?

    衣寶廉:談制氫要先看看氫氣成本問題。目前制氫成本和運輸加注成本幾乎是1:1,煤質氫成本約2元/立方米,到了加氫站就變成了4元,按照11立方米約合一公斤計算,氫氣成本約44元/公斤,這樣計算燃料電池車燃料成本跟燃油車差不多。

    按照上述的成本,燃料電池車運營成本會非常高,跟燃油車相比沒有優勢,更不能和鋰電池汽車競爭了。目前鋰電池電動車100公里平均約15度電,而電價只有0.5元/度,每百公里只需要7.5元。

    這種情況下,制氫首選應該是棄風棄光和棄水電量制氫,這不僅能夠降低成本,也符合環保上的要求。當然需要選擇示范地區,目前電解水制氫,1立方米氫氣需要4-5度電,而1立方米氫氣用于燃料電池發電只能發2度,所以效率上比較低。

    因此,氫氣的來源上,一定是用“三棄”的電量制氫,因為這部分價格僅為0.1-0.2元/度。如果直接用電網的電制氫,經濟上根本沒有可行性。

    另外,我國的氯堿廠、重化工企業的副產氫產量非常大,這部分可以充分利用起來。就地方政府而言,發展氫能源汽車產業,首先也必須把氫源問題列入在內,要先考慮城市附近是否有氫源,是否符合低成本制氫的條件。

    就煤質氫而言,要跟電解水制氫結合起來。用電解水制氫副產的氧氣,做煤氣化,這樣可以產生高純度的二氧化碳,封存和利用都比較方便,并可以形成制氫的產業閉環。

電動車的短板是安全 燃料電池車的短板是價格

      第一元素:有觀點認為,氫燃料電池汽車未來更多替代柴油車,而純電動汽車更多代替汽油車,這種觀點您認可嗎?未來純電動汽車和氫燃料電池汽車多大意義上存在競爭關系?

      衣寶廉:這個觀點是歐陽明高院士提出來的,我基本上是同意的。燃料電池汽車優點在于儲能量高,續航里程長,與柴油車性能類似,比較容易代替柴油車。而鋰離子電動車更容易替代以市內交通為主的汽油車。

      但這個觀點還不全面,是暫時的平衡。鋰離子純電動汽車的致命問題在于安全性,按照目前萬分之一到十萬分之一的起火爆炸幾率,它是沒有前途的,早晚會被燃料電池汽車代替。

      在安全性不能解決的情況下,越追求續航里程,裝的電池越多危險性就越大。因此鋰電池車只有解決了安全的短板,才能在短程領域跟燃料電池汽車相競爭。不解決安全性,未來它不輸給燃料電池車,也會輸給其他的技術路線。

      燃料電池車的短板在于價格太高,表現在一是技術門檻高,二是貴金屬鉑用量一定要降低。目前一輛燃料電池車的價格是鋰離子電池車的1.5-2倍,如果燃料電池車成本不降下來,將來也沒有市場。因此,這兩個技術路線都有短板,誰率先解決了短板,誰可能通吃。

      第一元素:燃料電池汽車的安全性如何看?

      衣寶廉:燃料電池汽車安全性非常高,我搞了一輩子燃料電池,從沒有遇到一起安全事故。氫在敞開空間,非常安全,泄露之后馬上揮發,不會發生爆炸起火。

      國內外都進行了實驗,用槍把氫瓶打一個孔,著了火之后一條線向上沖,并不會爆炸。因此在敞開空間,氫氣車比燃油車安全性還要高。

      但是在密閉空間,一定要嚴格按照標準放置氫氣報警器,而且自動啟動排放裝置。基于此,燃料電池車最好不進入車庫,在室外最安全。因此,在電堆的研發上,一定要抗低溫,至少要零下30度以下。

      第一元素:氫能的儲運目前面臨著較大的技術難題,成本也相對較高,您認為在氫的儲運方面,未來需要在哪些方面加強技術攻關?

      衣寶廉:氫氣儲運有很多方式,其中液氫是未來儲氫和運輸的重要方式之一,日本利用的氫能就是從澳大利亞通過液氫方式輸送的,但是液氫有一個問題,在液化和利用過程中,三分之一的能量損耗掉了。

     目前還有一種方式是,利用天然氣管道運輸,德國和美國都在用天然氣管道運輸氫氣,把“三棄”電量所制的氫氣,直接輸送到天然氣管道中,目前歐洲天然氣管道的氫含量可達5%,這些氫氣可作為下游民用,也可用于燃氣輪機發電。

      另一種是有機化合物輸氫,本質上是苯和甲苯之間的轉換,但需要200度左右的高溫,儲氫可以到達5-6%,像運柴油一樣。

與日本的三方面差距

      第一元素:在燃料電池技術和研發上,我國與日本等國還存在較大差距,這種差距的核心問題是什么? 

      衣寶廉:我們跟日本的差距有以下幾個方面,一是電堆的比功率、可靠性和耐久性都與日本有差距。為什么會有這樣的差距,因為我們國家的模仿力強,但創新力比較弱。因此我們必須加強自己的創新,不能總是跟跑。

      二是日本是全球采購,關鍵的零部件不受限,而我國在采購環節會受限,因此我們要發展自己的產業鏈,而相關的產業鏈的建立才剛剛開始。只有在中國建立燃料電池堆的產業鏈,成本才能夠降下來,這是跟日本相比的第二個差距。

     三是在燃料電池的基礎研究方面我國比較弱。由于體制機制問題,在我國很多學者對基礎研究很難安下心來,比如鉑含量的降低,需要下大力氣去做基礎研究。我們的應用研究做的比較好,但基礎研究的經費來源如何處理,這都是問題。我認為科研要有分工,基礎研究是為明天、后天做準備,這個需要更高層面去協調解決。

      第一元素:發展氫能及燃料電池汽車,目前面臨的最大制約因素是什么?您有怎樣的建議?

      衣寶廉:現在國內發展氫能和燃料電池的形勢比較好,但我們這個產業的合作精神比較弱。大家看到燃料電池可能賺錢了,很多企業就自己單立門戶了,不能夠協同攻關、共同攻克難題。有時候還會相互挖墻腳,這種現象對于還處于初期的產業而言,確實是一個問題。因此我們需要協同攻關,創新發展,這是第一。

      第二,我們要建立自己的產業鏈,動員企業家投資,從關鍵部件到電堆和系統進行投資,目前這方面做的還不錯。

     第三,建議做一個示范計劃。鋰離子汽車之前搞過一個“十城千輛”的計劃,效果不錯。燃料電池汽車不會短期內產業化,也應該有個類似的計劃進行推廣,對既沒有廉價氫源,又沒有燃料電池制造產業基礎的地方,不適于選作示范城市。

      除了靠國家補貼推動技術進步以外,還希望國家選擇十個具有基礎的城市進行試驗,進而推動整個產業的發展。

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