汽車發(fā)動機不“喝油”了，建筑取暖不燒天然氣了，重工業(yè)熱力來源告別黑煤球了……未來，替代這些傳統(tǒng)能源的有可能就是氫能和燃料電池。不久前在北京舉辦的“首屆北京未來科學城氫能與燃料電池技術(shù)發(fā)展大會”，與會專家為人們描述了這樣一幅未來圖景。
“氫能時代”來臨
氫能通常是指氫在物理與化學變化過程中釋放的能量。它更加清潔、高效并可再生，相比于潮汐能、風能等，氫能更便于儲備、運輸，同時它也是“能源互聯(lián)網(wǎng)”中的重要紐帶。氫能來源多樣，可以從化石能源中獲取，也可以從工業(yè)副產(chǎn)品、合成甲醇、生物沼氣中獲取。如今，氫能正在走向規(guī)模化、商業(yè)化。
基于這些特點，燃料電池成為氫能的重要應(yīng)用成果，具有燃料能量轉(zhuǎn)化率高、噪音低以及“零排放”等優(yōu)點，從20世紀末以來便受到各國關(guān)注，其研發(fā)、示范和商業(yè)化應(yīng)用的資金投入不斷增加。中國工程院院士湯廣福表示，能源消費正在發(fā)生變革，高效節(jié)能、智慧用能是現(xiàn)代能源消費模式的典型特征。
國際氫能委員會發(fā)布2017年發(fā)布報告稱，氫能源是能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的重要方式，預(yù)計在2050年之前，通過更大規(guī)模的普及，氫能源將占整個能源消耗量的大約20%。數(shù)據(jù)顯示，2017年全球燃料電池機組數(shù)量增長15%，達到7萬多套。
面對這一發(fā)展趨勢，美國、德國、日本、韓國等國家均在氫能基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究方面進行了大規(guī)模投入。在日本、美國、德國等地，氫燃料電池車部分已經(jīng)投入使用。豐田FCV燃料電池商業(yè)車最大續(xù)航里程約700公里，美國“尼古拉”燃料電池拖車頭最大輸出1000馬力，德國已批準燃料電池火車應(yīng)用于商業(yè)化。
不僅是汽車，發(fā)電、工業(yè)能源、建筑等，同樣是氫能和燃料電池的重要應(yīng)用領(lǐng)域。在日本，家用燃料電池熱電聯(lián)供系統(tǒng)已投入使用，使家庭有了自己的“發(fā)電站”和“供暖站”。航天領(lǐng)域，大推力火箭的動力來源也大多采用氫能。
中國企業(yè)、研究機構(gòu)也在“緊盯”氫能源。2017年7月，北京市科委、昌平區(qū)政府聯(lián)合主辦北京未來科學城氫能技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新平臺簽約儀式，推動打造代表國內(nèi)氫能領(lǐng)域最高科研水平的協(xié)同創(chuàng)新平臺，首批簽約的12家科研單位共有24個氫能研發(fā)團隊。
清華大學核能與新能源技術(shù)研究院教授毛宗強介紹，我國有超強的氫氣供應(yīng)能力，目前氫氣來源還是以煤炭、天然氣為主，可再生能源制氫尚處于示范階段。
成本高、氫站少 氫燃料電池的短板
“燃料電池汽車或者動力是我們未來車從化石燃料為主走向電動化路徑當中非常重要的途徑。”中國汽車工業(yè)協(xié)會副秘書長許艷華說。近期在由中國汽車動力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟燃料電池分會參與主辦的“第一元素” 2018氫能及燃料電池產(chǎn)業(yè)年度發(fā)展論壇上，氫燃料電池汽車未來路在何方成為最熱的話題之一。
近兩年，氫能及燃料電池行業(yè)正式進入產(chǎn)業(yè)化元年，國家與地方陸續(xù)發(fā)布了《“十三五”戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》、《汽車產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》，《上海市燃料電池汽車發(fā)展規(guī)劃》等一系列政策及規(guī)劃。氫燃料電池汽車已在上海、鄭州、張家口、佛山、云浮、十堰等多地實現(xiàn)商業(yè)化運營。國內(nèi)各大知名汽車企業(yè)紛紛布局，傳統(tǒng)能源企業(yè)、汽車零部件企業(yè)、產(chǎn)業(yè)資本也相繼在氫能及燃料電池產(chǎn)業(yè)加碼投入。
國家很早就將氫燃料電池汽車列為新能源汽車三大發(fā)展方向(包括混合動力、純電動、燃料電池)之一，然而與前兩種新能源車相比，氫燃料電池汽車至今仍處于示范運營階段。究其原因，氫燃料電池汽車的高制造成本和加氫站的布局偏少是制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素。
上海重塑能源科技有限公司是國內(nèi)有代表性的氫燃料電池系統(tǒng)研制企業(yè)。重塑能源科技商務(wù)拓展部總監(jiān)高雷告訴記者，上海已經(jīng)投入營運的500輛7.5噸載重氫燃料電池物流車，動力系統(tǒng)均由重塑提供，補貼前售價高達148萬元，補貼后仍要近40萬，而同等規(guī)格的柴油車只要十幾萬。除了研發(fā)成本高，國內(nèi)燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈不完整也是一大原因。
“像膜增濕器、氫氣循環(huán)泵等關(guān)鍵零部件，國內(nèi)幾乎買不到，都要靠國外進口。” 高雷說，氫燃料電池汽車和純電動汽車當初的困境很像，只有大規(guī)模應(yīng)用，生產(chǎn)制造成本才能降下來，“就儲氫瓶來說，量沒有上去的時候，單個價格在5萬元左右。當做到500輛的時候，價格就降到了2萬元。”
另一方面，國內(nèi)加氫站的建設(shè)也是短板之一。上海嘉定區(qū)江橋鎮(zhèn)加氫站運營方嘉氫實業(yè)副總經(jīng)理田麗莉說，建一個加氫站，涉及安監(jiān)、質(zhì)監(jiān)、消防等多個部門，對于新興事物沒有可以參照的規(guī)劃文件，審批流程遠比一般的加油站復(fù)雜。
統(tǒng)計顯示，截至2017年底，我國已經(jīng)在運行的加氫站約10座，在建的有20多座。相比之下，日本全國的加氫站已經(jīng)超過100座，僅東京地區(qū)就有14座。“加氫站太少，燃料電池汽車跑不起來。而燃料電池汽車不規(guī)模化運營，企業(yè)就沒有動力投資加氫站。如果不打破‘先有雞還是先有蛋’的僵局，氫能的利用很難開展起來。”田麗莉表示。
有研科技集團有限公司高級工程師蔣利軍稱，氫能及燃料電池在生產(chǎn)、存儲、運輸、使用等環(huán)節(jié)還面臨著供應(yīng)鏈和使用鏈協(xié)同推進的問題，氫能源的提供方和氫能應(yīng)用產(chǎn)品的生產(chǎn)方還需要形成創(chuàng)新體系。
拓領(lǐng)域、亮身份 加快探索氫能社會
首屆北京未來科學城氫能與燃料電池技術(shù)發(fā)展大會上，聯(lián)合國開發(fā)計劃署駐華代表處能源環(huán)境處高級項目主任張衛(wèi)東表示，中國的氫能和燃料電池產(chǎn)業(yè)的興起，將決定性地推動全球氫能和燃料電池研發(fā)及產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。中國有實力構(gòu)建具有中國特色的“氫能經(jīng)濟”。
“氫能經(jīng)濟”不僅要考慮氫能如何快速落地，更要將氫能放在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、能源產(chǎn)業(yè)、交通行業(yè)、服務(wù)業(yè)等整體發(fā)展的大格局下通盤考慮。張衛(wèi)東說，除了提升研發(fā)技術(shù)、改進使用材料等，氫能及燃料電池應(yīng)用實現(xiàn)成本下降的關(guān)鍵因素在于市場規(guī)模，中國恰能成為市場規(guī)模大幅增加的重要推動力。
研究機構(gòu)莫尼塔的報告指出，目前國內(nèi)市場對氫能使用存在一個明顯的誤區(qū)，即將氫局限于傳統(tǒng)化工生產(chǎn)的單一場景。事實上，氫能作為儲能介質(zhì)能夠橫跨電力、供熱和燃料三個領(lǐng)域，推動能源供應(yīng)端融合。
對于氫能和燃料電池汽車的發(fā)展，諸多與會專家提出了以下建議：
一是盡快明確氫氣的“身份”。當前，我國對氫氣按照危化品進行重點監(jiān)管，這導(dǎo)致加氫站在規(guī)劃、用地和建設(shè)層面困難重重。如果把氫氣看作一種燃料，就需要摘掉危化品的“帽子”，同時明確相應(yīng)的主管部門。
二是針對制氫、儲氫、加氫、運氫等一系列環(huán)節(jié)，明確技術(shù)標準和檢測體系。有了清晰的標準體系，整個氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展會更有方向性和針對性，也能激勵社會資本參與其中。
三是集中精力開展燃料電池系統(tǒng)的關(guān)鍵零部件技術(shù)攻關(guān)。要推動氫燃料電池汽車制造成本的下降，關(guān)鍵在于批量化生產(chǎn)和關(guān)鍵零部件技術(shù)攻關(guān)。
“燃料電池行業(yè)越來越受關(guān)注。”上海重塑能源科技有限公司董事長兼首席執(zhí)行官林琦表示，行業(yè)協(xié)會在協(xié)助產(chǎn)業(yè)打通企業(yè)到政府主管部門之間的通道、承擔行業(yè)標準制修訂工作的組織和實施、組織行業(yè)進行技術(shù)攻關(guān)等方面需承擔起應(yīng)有之責任。
