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同濟大學教授明文平:氫能技術創(chuàng)新及載運動力發(fā)展態(tài)勢
日期:2022-08-29   [復制鏈接]
責任編輯:sy_sangjuanjuan 打印收藏評論(0)[訂閱到郵箱]
由中國科學技術協(xié)會、北京市人民政府、海南省人民政府、科學技術部、工業(yè)和信息化部、生態(tài)環(huán)境部、住房和城鄉(xiāng)建設部、交通運輸部、國家市場監(jiān)督管理總局、國家能源局聯(lián)合主辦的第四屆世界新能源汽車大會(WNEVC 2022)于8月26-28日在北京、海南兩地以線上、線下相結合的方式召開。其中,北京會場位于北京經濟技術開發(fā)區(qū)的亦創(chuàng)國際會展中心。
大會由中國汽車工程學會等單位承辦,將以“碳中和愿景下的全面電動化與全球合作”為主題,邀請全球各國政產學研界代表展開研討。本次大會將包含20多場會議、13,000平米技術展覽及多場同期活動,200多名政府高層領導、海外機構官員、全球企業(yè)領袖、院士及行業(yè)專家等出席大會發(fā)表演講。

其中,在8月26日舉辦的專題論壇:“交通與能源融合論壇”上,國家“十四五”氧能重點研發(fā)專項總體專家組組長、同濟大學教授明文平發(fā)表重要演講。


以下內容為現(xiàn)場演講實錄:

能源交通融合加一個線路就全面了,道路、管路會融合非常好,管路也可以輸送能量,也是交通一種方式。今天談的氫能和后面說的事是一種燃料和動力,就像電和電機。從能源核心來看,是個燃料的問題。我們消費這一側,裝在里面動力核心是什么?是把燃料變成有用功的東西,最核心科技目前是很熱門的,氣候變化就是跟太陽有關,甲烷壽命比較短但是也是非常厲害的。

發(fā)展問題和燃料安全問題對我們國家來說挑戰(zhàn)尤其大,特別是跟油氣有關,還有以煤為主的壓艙石怎樣在未來我們中國消費更多的能源情況下,把碳能夠做到中和。三個問題加在一起時間周期比國外短,所以必須要有一些創(chuàng)新前瞻的科技在部署,或者產業(yè)要加速。我們要實現(xiàn)碳中和,這一側一定是低碳化的,消費側一定是電和氫的某一種形式,當燃料的東西加在一起,這種才能實現(xiàn)我們國家整個能源碳中和的目標,所以中間也有一個線路圖的推理。

如果靠1000多個小時光伏和一年2000個小時風電很難滿足這張網的時間長度,再建儲能,比如蓄電池鈉電池可以做到1兆瓦,還能做多大?這就是問題。因此氫當成一種化學可以長時間存儲的燃料就很重要。

一輛汽車放5公斤氫,一公斤氫33度電低熱值,1臺車150千瓦時,同時把天然氣空了,換成氫,是100鈦瓦時。而液氫和氨目前已經造出的罐子,液氨最大的罐子目前可以滿足100G瓦時,因此這個時間長度上的東西,基本上差不多。只不過大家說的是這個過程怎么樣能夠高效、安全,這是科技的問題。

另外一個問題就是動力這側怎么拉動三張網的融合。國際上也說的很清楚,未來的氫至少在消費側占到15%左右,各個國家認為不同,最大的是加拿大認為有30%可輸送的能源。去年聯(lián)合國的預計有三分之二要在消費側用掉,兩種東西,一個是氫氣碰撞地面轉移電子的反應就是燃料電池,還有一種是被火苗燒掉的燃燒機械,大概三分之二用掉這。過去能源比如燒碳化鈣得到水泥這個事,現(xiàn)在連鋼鐵有機物,過去這個不歸氫管,所以站在我們國家的源側來說,什么辦法把碳降下來。能源供給側低碳化,可再生水、風、光電日益成為一次能源的主體。能源消費側零碳化:清潔電力和綠禽動力,日益成為終端能源的主體。

不能只有可再生能源電這一頭,氫也是一個載體。一個燃料電池今天做100千瓦原動機,科技本身進步是肯定的,但是還要注意,所有的電池包括鋰電池在內,它的放電是線性的,一節(jié)100瓦,兩節(jié)200瓦,它的功率是成指數的,所以它的效率不如電池化學。但是熱解也很重要。最大的工業(yè)熱解爐子,一個爐子就是800萬千瓦,所以怎么熱力解制氫,肯定是一個很大的問題,因此除了電解眼前下一步重要的問題可再生能源怎么熱解也是很重要的一個命題。

從幾臺車開始,到今天全中國有1萬輛車,剛才能源局領導講能看到運行的6000多輛,算了一下我們國家過去氫在消費側沒用的,現(xiàn)在差不多一年10萬噸氫在車上消費。而且從科技部“十四五”專項啟動以后,氨進入科技視野當成新的燃料?,F(xiàn)在全中國已經在建綠氨生產是160萬噸,相當于要消耗掉20萬噸綠氫,綠氫供給大于汽車使用。所以源頭部分雖然有3000噸氫進到合成氨合成甲醇工業(yè),但是那些都是高碳的。所以從形式看,燃料電池經過這么一站,把性能提到可靠性這一關,汽車工業(yè)開發(fā)流程非常嚴謹。

所以反過來看,我們國家能源開發(fā)機械還在攻關,重燃這件事,但是這件事進入開發(fā)流程以后,才有可能進入產品階段。真正攻克壽命所有產業(yè)一上來就問你壽命,電解水用10年、20年?燃料電池車上用10年,發(fā)電用20年?所以壽命的事需要產業(yè)界、科學術界一起推動,產業(yè)界能夠保證質量可控科學界必須原子分子納米級看待這個問題。

目前我們國家在車上一年的產量產能在3000多,目前差不多一年能賣到1500,有疫情影響在里面。這是我們國家鼓勵補貼的地方,現(xiàn)在最核心卡脖子是在材料有關的。加氫站現(xiàn)在全國是270座。大概有20座加氫站是有70兆帕,全部是氣氫拉來,對于商有車35兆帕加氫,比國外70兆帕少了一半行駛里程?,F(xiàn)在加氫站只能加100輛小車,因此對我們剛才說的,250公里的機車要2兆瓦,1小時就得用掉多少,因此這種加氫站是不是能滿足重載的車?所以給我們交通怎樣賦更多的能量,3分鐘加滿5公斤氫,這是小車的要求,3兆瓦的功率,氫是沒有問題的。可是對于49噸重卡,我們的目標是7.5公斤氫1分鐘,這才能讓你這個車和船能夠運轉起來,保證它的使用效率。這個已經在項目里“十四五”項目交通口和能源口都在支持。那意味著30到15兆瓦功率往里灌1秒鐘。因此基礎設施是一個很大的市場。當然,嚴院士說最好不要擠套,現(xiàn)在道路上看油氣合建,油氫合建也有了,所以能源和交通設施發(fā)展交替發(fā)展,這個過程中一定會發(fā)生這種情況。

電器化不多做介紹,歐陽院士一起做規(guī)劃,他比較謹慎,認為2030年我們國家100萬輛車中90萬輛是商用,10輛乘用車,這個量一般年就是耗氫500-600萬噸,我們能源希望3000萬噸一半是綠氫,這些車能滿足我們氫能總需求的四分之一,因此我們希望把這些重載的再拉起來,它的消費有多少?今天有沒有規(guī)劃?“十四五”看有這個產品研發(fā)過程和基礎設施,能為交通支撐的。

那么提出整個氫能的幾個方面,綠氫的供給是第一位的。首先燃料怎么存儲?70兆瓦的,氫有五種狀態(tài),氣態(tài)、液態(tài)、冰態(tài)和磷脂態(tài),日常用氣態(tài)、液態(tài)比較多。是不是可以做到化合態(tài)?熱力學算下來,700公斤壓力和零下253度,一公斤氫費3.4度電,做成氨一公斤氫費的電4.2度電,做甲醇費的多。

如果用我們國家擅長儲氫材料吸附,一公斤氫吸附下來的熱就是3.6公斤。熱力學算并不多,大概10%多一點能量消費。所以問題是能不能像氨這種好分子,甲醇分子不太好,一個是燒完變成碳,變成400PPM,你還得濃縮它。第二個問題是甲醇的消耗太多了,氫的能量被合成甲醇消耗太多,這個分子是不是更新?目前來說擺在這個圖上比較新,還沒有太看到。這里是具體的數,但是氨如果用內燃機,問題來了,它的熱值只有柴油一半不到。這么一來,即使你達到柴油機的效能,問題仍然是比較多的。

燃料電池效率是否做到內燃機50%?,不可能,能高一點,高到40%左右。因此這個問題對飛機來說是不敢說的原因,飛機動力可能效率還要低,做熱效力來說。所以燃料品質在終端能消費的,你要92號汽油還是95號汽油,還是燃氣用的天然氣,歸根到底是用動力定義的,而不是一次能源給你92號汽油你就照這個來。因此我們定義的便捷改質和高效動力,安全存儲和快速輸配,包括綠色制取和規(guī)模轉存?,F(xiàn)在如果按照堿水電解,這個產業(yè)出來的原因就是火力發(fā)電廠需要清洗針對工業(yè)制造。過去研究比較成熟的燃燒科學來說,中國最大的挑戰(zhàn)就是電極問題,是微鈉電極。三個電解還是主要的,熱解還要探索。是不是十四五我們可以探討,國外已經算出來了,綠氫在2030年成本等于灰氫。電解槽本身降本一定是追求的目標。

第二就是氨能安全存儲與快速輸配體系。研究內容:面向交通運輸用氫的高效儲輸需求,研發(fā)高密度的材料。還有怎么比電網輸還便宜,這是綠氫追求的目標。管道終端,美國說2030年的科技目標,前面制綠氫7塊錢一公斤,輸儲到管網末端7塊錢一公斤,算上加氫站,再加7塊錢,就是21塊錢1公斤氫,載運工具用燃料,如果按燃料電池效率算,可能比現(xiàn)在內燃機燒油還會便宜40%多。第三個是高效動力。這件事是我們是否能實現(xiàn)更長的載運,包括載運和發(fā)電過程里的效率核心。還有一點,是否能增加機電混合的路子。

我們國家從發(fā)改能源局層面,從經濟層面講氫能,氫燃料,是今年和去年的事??萍疾恳恢痹谥v,從十五就開始講,那是科技界的事。國外,國家級講應該是2002年就開始了。因此我國這種綜合場景包括碼頭場景是很少的,說白了沒有井岡山就沒有根據地,法律標準都很少。所以提出了氫進萬家,最核心就是能源交通融合一個路網一個管網。消費側的一個動能一個電和熱能怎么融合的問題。所以,山東省還是下了很大的決心的。

總的我們的目標希望在這五年,在科技部帶領和推動下,各位專家把我們國家科技水平做到國際先進水平。同時在2030到2030終端消費綠氫1.5%左右。

還有一件事情可以獲得很多油就是聯(lián)合循環(huán)。就是把熱機排放的熱,比燃料電池平時工作溫度都高,給我好了,我可以減少很多內耗的電。第二點燃料電池為了實現(xiàn)氫氣,不要白白浪費,我們氫氣剩下給你內燃機燒,這也會提高效率。

所以,我們同濟一幫專家和上海探討的時候,我們國家氫動力這一層很可能是從移動式走向分布式、集中式的過程。需要攻克的時間比較長,最核心是兩類基礎核心問題。真正的能源革命可能在路上,不是說的,等你發(fā)現(xiàn)它的時間可能已經來不及了。所以我們一定要迎頭趕上。

謝謝大家!

原標題:同濟大學教授明文平:氫能技術創(chuàng)新及載運動力發(fā)展態(tài)勢 
 
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來源:蓋世直播
 
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