4月20日，在由氫能觀察主辦的CHEC2021世紀(jì)氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)大會上，國家電力投資集團(tuán)氫能科技發(fā)展有限公司董事、首席技術(shù)官柴茂榮針對“碳中和”目標(biāo)下的我國氫能與燃料電池發(fā)展做出了總結(jié)和展望。



“碳達(dá)峰 碳中和”

2018年，我國二氧化碳排放98.39億噸，占全球碳排放總量29.69%，人均6.98噸，是全球人均碳排放量的1.6倍。面對如此嚴(yán)峻的形勢，我國提出了“碳達(dá)峰，碳中和”目標(biāo)，由此，可再生能源開始走向歷史舞臺的中央。

根據(jù)我國目前的新能源建設(shè)情況，預(yù)估到2030年，中國單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放將比2005年下降65%以上；非化石能源占一次能源消費(fèi)比重將達(dá)到25%左右；風(fēng)電、太陽能發(fā)電總裝機(jī)容量將達(dá)到12億千瓦以上。

受風(fēng)光波動影響，氫儲能被寄予厚望。但是，我國目前的氫能與燃料電池發(fā)展現(xiàn)狀還處在起步階段，在制氫和用氫上也需要先進(jìn)材料和成熟技術(shù)的有力支撐。

目前國內(nèi)比較成熟的制氫技術(shù)是堿式電解水制氫。同時，一項可以使理論發(fā)電量的所有電力都用來制氫的技術(shù)也正在被挖掘——SOEC。除此之外，國外企業(yè)在制氫方面更多使用的酸性PEM電解水制氫技術(shù)也正在被國內(nèi)企業(yè)布局。

用氫上，主要是燃料電池的應(yīng)用。我國目前以交通運(yùn)輸為主，車型基本為大巴車和貨運(yùn)車，運(yùn)行方式基本為增程序，大鋰電池（60-120KWh）配小電堆（30-60kW）。系統(tǒng)成本高，運(yùn)行過程比功率耗氫量大。柴茂榮指出，國內(nèi)目前并沒有真正意義上的燃料電池汽車，更多的是將氫燃料電池作為一個“充電寶”來使用，沒有將氫能作為汽車主動力。而真正的燃料電池技術(shù)是燃料電池直驅(qū)技術(shù)！即氫電強(qiáng)混技術(shù)，既解決了續(xù)航問題，又解決了鋰電池安全性和鋰資源不足的問題。

燃料電池的應(yīng)用場景有固定電源用長壽命堆、增程式交通工具用電堆、直驅(qū)強(qiáng)混交通工具用電堆、飛行器等用空冷堆以及軍事等用氫氧堆。針對不同用途，燃料電池的技術(shù)要求也不同，我國目前只完成了增程序燃料電池電堆及系統(tǒng)的開發(fā)，且大部分材料都依附于國外。


“只有實現(xiàn)從材料到關(guān)鍵技術(shù)的自主可控，才能實現(xiàn)成本可控！”柴茂榮介紹了國家電投氫能公司在材料開發(fā)上的3年戰(zhàn)績，實現(xiàn)了催化劑，質(zhì)子膜，碳紙GDL，膜電極以及電堆組裝的從材料到生產(chǎn)的整套生產(chǎn)工藝，并實現(xiàn)了千臺級的量產(chǎn)；大巴車，大型無人機(jī)以及船舶等發(fā)電系統(tǒng)上實現(xiàn)示范應(yīng)用；攻克了鈦雙極板的材料、加工、沖壓、焊接和表面處理等工藝并實現(xiàn)量產(chǎn)，成為繼豐田后全球第二個掌握該技術(shù)的廠商。

除此之外，開發(fā)兆瓦級大功率燃料電池也是綠色降本路徑之一。目前的燃料電池發(fā)動機(jī)體積功率密度和燃油發(fā)動機(jī)還相差1倍，但如果考慮燃料電池發(fā)電效率，電動扭矩等，大致相當(dāng)。

2015年前，我國燃料電池主要是示范樣車為主，數(shù)量很少；2016年至2020年，清潔能源的普及使得燃料電池汽車快速增長，以城市大巴為主；2020年起，由于我國補(bǔ)貼政策的驅(qū)動，燃料電池應(yīng)用進(jìn)一步拓寬，將以商用車、重卡為主。

國家電投利用大型能源央企的技術(shù)優(yōu)勢，打通全產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵核心技術(shù)。實現(xiàn)材料級全自主化。性能指標(biāo)對標(biāo)豐田，價格以燃油發(fā)動機(jī)為最終標(biāo)準(zhǔn)。同時，國家電投開發(fā)了新的綠電制氫技術(shù)路線——兆瓦級高壓PEM制氫技術(shù)，成本為國外的1/3以下。

最后，柴茂榮展望未來能源發(fā)展趨勢，終端能源主要是電氫熱三種形式，電氫為主，而未來能源是“清潔低碳安全高效”的電氫體系。在碳達(dá)峰碳中和的目標(biāo)下，堅定不移地堅持綠氫路線，擴(kuò)大綠氫的產(chǎn)業(yè)規(guī)模和應(yīng)用途徑，進(jìn)一步降低綠氫的成本。