10月18日—19日,2021第九屆汽車與環境論壇暨第13屆全球汽車產業峰會隆重召開。本次論壇主要圍繞中國汽車產業發展、動力總成電氣化、ADAS與自動駕駛、芯片與汽車基礎軟件、智能座艙等行業熱點話題展開,旨在共同探討新形勢下中國汽車產業有序發展的新思路。
下面是長城集團未勢能源科技有限公司總裁陳雪松在此次論壇上的發言。
長城集團未勢能源科技有限公司總裁 陳雪松
謝謝周總的介紹,也感謝會務組的邀請,能夠有機會跟大家探討氫能和氫能汽車。
剛才辛軍總也講,氫燃料電池車目前階段相當于十年前的電動車,我對這個比喻還是比較認同的。從規模上來講,傳統汽車現在是千萬量級,電動車是百萬量級,氫能車全球也就幾萬量級。其中做的最好的是豐田汽車和現代汽車,在全球現在一年各銷量1萬輛左右,而中國氫能汽車這么多年累計的數量也就1萬輛左右,所以氫能汽車在汽車論壇大講臺上還算是一個小眾市場。
今天我想跟大家分享的題目也是我二十多年來從業的體驗吧。從人類發展的能源革命和工業革命來說,都是先有了能源,比如說有了煤炭、石油、電,后來才衍生出驅動技術蒸汽機、內燃機,電動車。而氫能雖然發現的很早,但主要用在化工方面,用在交通領域作為燃料是車走在了能源前面,所以會出現氫能汽車的推廣缺少加氫站、氫能汽車商業化規模擴展速度很大程度上取決于基礎設施普及率。
今天的演講主題我提煉成8個字,“氫能之道,氫車之路”。大家都知道世間本來沒有路,人們沿著這條道走多了就變成了路。氫能汽車已經引領了氫燃料在交通領域的應用,我覺得氫能應該是大發展,是未來氫能汽車大規模商業化應用的基礎。
氫能之道另外一個含義是,大家都說氫是清潔的能源,對于“能源”這個詞一般的概念是從地底下挖出來的自然存在的物質。而氫雖然無處不在,但是在自然界卻不是以一種分子自由形態存在,而是以原子形式與其他的元素結合,所以說氫能不是一次能源,但是利用太陽能把水分解產生的氫就變成了一種能源。
為什么叫氫能之道呢?大家都讀過老子的《道德經》,道生一,一生二,二生三,三生萬物,我覺得這個比喻是非常合適的。未來氫能與再生能源相結合,從能源角度來說會遠遠超出我們的需求。但是再生能源是有波動性的,解決波動性很大的問題就是要找到大規模長期儲能的方式,我認為氫能作為一種儲能是一個非常好的發展方向,這也是全球各國,包括中國在能源規劃方面重要的組成部分。
下面講三個方面:一氫二儲,氫電互補和長城長征。氫和電大家都在爭論哪一條技術路線更好?實際上并不是由此及彼,而是互補的。
現在全球都在努力減少溫室氣體二氧化碳排放,把氣溫升高的幅度控制在低于2度。國際組織對各國現有排放和未來減碳規劃分析,1.5-1.8度的升溫通過各種手段還是有可能實現,但是需要大量投資。
估計到2050年可再生能源占比將達到18-22%,預計二氧化碳可以減少60-70億噸。我們國家講雙碳,實際上西方沒有雙碳概念,就是碳中和,因為他們已經達到碳排放的高峰,而中國到2030年才能達到碳的最大排放量,然后再進行碳中和。
目前,占世界經濟總量75%以上20個國家/地區建立能源法案、能源戰略、技術路線圖等途徑積極發展氫能。能源和交通領域處在百年未遇的大變革,是各個國家大的經濟支柱,所以氫能作為未來產業,成為大國博弈的新焦點,都上升為國家戰略。從2000年以后,各國都制定了非常多減碳的新能源政策。
從我們國家來看,目前有29個省/直轄市出臺的政策涉及到氫能產業發展,超過48個城市發布了氫能政策,推動氫能產業發展。2018年以后,中國氫氣產量增長迅速,2020年增長率達到13.6%,產能達到2500萬噸,2030年需求量將達到7315萬噸,終端能源消費占比約為5%,可再生氫產量約為500萬噸,主要通過電解水制氫來產生,大致需求電解水制氫裝機量80GW。
這里面用了2060年的數據預測,2019年行業白皮書中預測中國2050年氫氣需求量大概在6000萬噸,占能源結構10%,但是參照國際發達國家2050年可再生能源占比18-22%,2020年行業白皮書中預測中國在終端能源消費中占比約為20%需要1.3億噸氫氣。那個時候工業領域用氫占比大致是7794萬噸,占氫總需求量60%,交通運輸領域用氫4051萬噸,建筑和其他用氫領域是585萬噸,發電和電解水制氫大致需要600萬噸。
雖然太陽能照到地球能量非常大,但是要想把它利用起來也有區域問題,我們國家無論風能也好,太陽能也好,主要還是在西、北部(80%),而75%能源需求是在經濟發達的東部,存在著能源產出和能源使用運輸的問題,這個過程中氫能實際上會起到非常大的作用,它具有長期大規模儲運的特性,構建新型高效、清潔的氫網+電網能源儲運體系,可以解決可再生能源間歇性和波動性助力未來能源清潔化和碳中和目標的實現。
可以看到2020年以后,第一個五年風能和太陽能裝機量增加一倍,后面十年又增加一倍,再后面十五年再增加一倍。我記得五年前參加行業會議,大家都說國家有大量的棄風棄電,大概有20%左右。國家建設大規模超高壓輸電線路,現在基本上棄風棄電比例縮小到5%。但是根據未來可再生能源發展規模和電力行業增容對比,電網不能100%消納可再生能源這個問題會越來越突出,所以要用氫網+電網來解決削峰填谷的問題。
氫儲運,現在大部分使用的是氣態存儲,使用方便,但是如果長距離運輸氣態氫能量密度太低。現在有液態氫儲運技術,當然在氫氣液化過程中會有一定的能量損失,但是從能源儲運角度來說還是有一定優勢的。
其它儲氫形式也有很多,但這些能量形式其實跟不上車的動態響應。比如說乘用車講究車的加速性,需要瞬間釋放出大量的氫氣才能夠滿足發電的需求,所以從技術方面來說,最終車上還是要有高壓的氣氫。現在我們有化石能源作為化工原料,未來如果化石能源消耗殆盡,就要用一碳化學產生長鏈,這里面就需要氫作為補充生成碳氫化合物。現在還有一種概念,用氫和二氧化碳結合產生合成氣體用在鋼鐵行業,因為氫可以起到還原劑的作用,把鐵礦石還原成鐵。
氫電互補,主要強調兩點,從儲能側和應用側,剛才講到了氫能是作為長期大規模儲存,以月、以季度為計算,而電池儲能是以小時和天來計算。從能量級別來說,氫能是大規模的,電池估計可以做到GW (10的9次方)級已經是相當大的規模,而氫能可以做到TW (10的12次方)級。從重量來算,氫能熱值是最高的,甚至是汽油的4倍。轉換效率低一些,畢竟是從電到了氫。,電長期不用會有損失的,氫可以長期儲存,大規模的運輸。從應用端現在普遍的認同在短距離小功率級車用電比較好一點,距離長、大功率用燃料電池動力更加適合。
從車輛端來看,現在國內商用車都是100千瓦左右,這個只能適用于區域性和短途的場景。上千公里卡車要用氫能和大功率氫能發動機,根據市場應用的統計數字,至少需要200-260千瓦以上,這樣才能保持SOC。從行業來說,車端應用還是大規模大功率的燃料電池。我們也做了一些調查,從客戶接受產品、成本、出行半徑等來看,燃料補充便利性、基礎設施、耐久及經濟型等方面,燃料電池長途重卡有優勢。
隨著重量增加、距離增加,藍線低于灰色和紅線,這也體現了氫能作為能源和燃料電池,未來市場空間還是很大,雖然現階段還沒有規模。
簡單對比一下電能和氫能,在德國或者中東有1000瓦太陽能轉化為電能以后每年跑6000公里左右,如果氫和電加起來可以多跑600多公里。從排放來講,氫能排放是最小的,當然假設氫是必須來自可再生能源,如果有50%是再生能源,50%傳統能源的話,它的排放比例還是高于電池的,當然電池的電假設應該也是來自于可再生能源。
長城在這方面做了很長時間的布局。4月份長城集團發布了氫能戰略,主要分三個階段,認為到2025年還是屬于技術突破階段,后期才可能是商業驅動,那個時候大致是數百萬輛。2035-2050年,全球可能會有上千萬輛。現在國家示范城市政策還是鼓勵做技術突破的。
長城在新能源方面的布局,傳統車基本上是搞電動化、智能化,下面兩個是蜂巢能源和未勢能源,布局也是全棧布局。開發階段采用垂直全產業布局也是長城氫能業務的競爭優勢,一是開發周期短,迭代速度快,二是自主可控,成本低。,但是現在和后期進入商業化階段,我們還是要融入產業鏈,為產業賦能和引入外部供應商。
發展經歷上,從2016年開始成立項目組,2017年加入國際氫能組織,2018年氫能中心正式運營,2019成立未勢能源,目的是隨著技術和產品成熟度逐漸接近市場商業化,未來兩三年之內實現車輛商業化。
我們目前已經投入了20億,因為產品開發必須要大的投入,產品才能夠通過體系化開發,滿足高性能,高可靠性要求。未來實現商業化可能還要投30億,進一步開發新的產品,以及擴大規模。這里也提到了上燃動力,通過他們的開發實現了我們大功率發動機的商業化。
我們也有全球化布局,在歐洲、北美、中國上海、保定、日本等地,我們現在有500多人,目前開發有三大平臺八大件,這些產品都具有非常先進的性能和可靠性。
氫能和燃料電池可以助力減碳脫碳,是中國能源和交通變革、實現雙碳目標主要的路徑。大規模、長時間、遠距離氫能儲運和應用是解決可再生能源波動性一個很好的解決方法。氫和電的結合可以充分發揮燃料電池高能量密度和動力電池高功率密度的特點,全面覆蓋整車功率范圍需求。
長城集團以“構建永續美好氫社會”為目標提出了三段式發展進程。目前通過研發投入逐步在突破技術瓶頸,填補國內相關零部件和整車開發的空白,現在已經有車輛投入使用了,前一段時間在雄安的一條專線上投入了100輛重卡。發動機系統和儲氫系統是100千瓦和110千瓦,配合三家整車企業商用車,專門為雄安運輸沙石物料,每充一次性可以跑三個來回,這是很好的場景應用,對于產品耐久性、可靠性、安全性是很好的嘗試。通過真實場景的運行,可以更好地開發下一代產品,比如說如何提高經濟性,目前差不多百公里耗10公斤氫氣,未來進一步提高效率,目標達到百公里8公斤。如果氫氣價格能夠降到30塊錢,因為國家政策要求35塊錢以下,這個場景還是有非常好的經濟性,這樣的話未來在礦區、碼頭、物流等場景實際上會起到很大的降本作用。
謝謝大家的聆聽。
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