清华大学毛宗强：氢能发展是人类能源发展历史的必然
2016-11-28 15:15:40
摘要：毛宗强表示，我国政府高度重视把氢能与燃料电池提升到引领产业的颠覆性技术，提高发展速度。地方政府和企业着手氢能与燃料电池产业化，氢能发展是人类能源历史的必然。
以下为毛宗强教授演讲文字实录：
毛宗强：为什么氢能能够得到重视？氢能和氢社会的关系、中国氢能之路、小结。氢能得到重视根本是由于环境问题，应对气候变化是全球战略的需求，气候变化是大家公人的，再升高2度，整个海平面还有大的升高，很多国家都没有了，咱们国家很多地方也被淹没了，为了控制气温必须要去碳化。2014年11月20日中美签署了温室气体排放的协议，中国的碳排放量2030年左右峰值，2015年12月12日由200家第二方巴黎气候变化大会上一直同意通过了巴黎协定，各个国家都要减排。第三件事，巴黎协定在2016年4月22日175个国家签署，咱们国家也签署了。今年11月4日，在人类应对气候变化的历史意义巴黎协定正式签约了，现在有一个不和谐的声音，美国要上任的总统对它什么态度还不是很明朗，不管一个人态度怎样，整个大的趋势是不会改变的。
氢，氢的生命周期，氢就是水加上各种一次和二次能源就可以得到氢气，包括新能源、化学能源甚至包括电，得到了氢以后就可以发电、发热、交通、商业和工厂等等。不管怎么用最后又变成水，氢在生命周期中没有带来半点的二氧化碳这是无碳的能源载体。第一来源很广，有水就会有氢，氢是和平能源，是对国家来说，中国是发展中国家，我们要发展需要用能源，我们用能源并不是跟化石能源争夺，到处都有和平的能源，可以和平崛起；自由能源，氢能谁都可以搞，只要有水和其他的一次、二次能源都可以制造氢气，而不需要现有的化石能源集中在垄断的公司手中，特别是对民企抱有很大的希望。
氢作为氢气可以储存，可以发电、发热也可以作为燃料，氢是比较友好的材料，氢是可再生能源的桥梁，可再生能源本身不稳定性带来的不方便用，而要把不方便不稳定性，包括时间、地域不稳定因为氢而变得稳定了，氢是零污染、零碳的原料。
为什么氢要受到重视呢？如图，世界能源历史发展图，横坐标是年代，1840到2040，1840年之后是煤迅速的上升，达到了世界上65%的能源来源于煤炭，这是指全世界的能源形势，煤炭到了顶风以后又开始下降，2020年达到了20%，接下来是石油，之后是天然气，从能源图上看出，世界能源的发展历史似乎是从固体煤炭发展到液体再发展的气体，这是发展的过程，所以我们认为氢气是下一个能源。
这些燃料中氢原子的数目可碳原子比例，煤是一个氢气原子一个碳原子，到了石油是两个氢原子一个碳原子，天然气是主要是甲烷是四个氢原子一个碳原子。因为我是1993年从英国拿了学位回来，本来是搞核的，那个年代核很困难，没有钱，我们领导就讲是不是两手准备，你看看下一个大方向是什么，我就调研氢，花了三个月的时间进行调研，要选择氢能，我觉得从历史上看是必然的。
氢能涉及到很多的国际组织的重视，氢能经济国际合作伙伴，这是政府间组织，中国是首先的响应，2003年成立了，它在全世界GDP占了85%，全世界人口占85亿等等，实际上是超级的能源消耗的共同体，这些能效消耗共同体想用氢能代替，这是组织政府间组织重要的意义，2003年希望20年后希望有氢能开的车成为现实，今天是2016年氢能的汽车已经走向市场。2023年氢能汽车在道路上跑的会更加多。
氢能和氢社会，氢能首先有个供应链，可以分成三块，一块是制造氢能、另一块是氢能储存和运输，第三是氢能的应用，这三块紧密相连才能使氢能发挥作用。
氢的制造方面，化石能源加水、电解水等等方法都可以，有机物分解，拿甲醇直接分解就可以，金属粉末是铝加水得到氢，这些是小众的，大众的方法是化石能源加水，目前为止全世界的氢96%来自于化石能源和水反应、4%是电解水。
储运，我讲的是工业储运而且是市场化的储运方法，高压气瓶，储氢合金还有是液氢，氢冷却到零下253度就会变成液体，它的体积很小。
利用，一块是特别热的燃料电池，燃料电池是发电机，只要给氢气、氧气，就可以发生电；另外是烧锅炉和内燃机。
整个供应链有制造、储运和利用合在一起。
国际的情况发展很快，热电联供，日本家用的热电联产已经出售了15万套，电效率55%、热点效率95%，可以用8万小时，启动很快，2015年日本政府给了很多补贴，目前售价是160万日元一套，热水储罐，燃料电池发电的过程中发热，把热存在储罐里供家庭使用。热电联供，把家用的天然气充分的制氢，第二是氢气变成直流电，第三是电器转化装置，直流电变成可用的电压送往相关的地方。
美国有超过7500台的氢燃料的叉车，主要的特点是零排放，两分钟充氢气就可以完成了，可以在零下30度工作，在冷库中可以非常的方便。
氢燃料电池车，丰田FCV 纯燃料电池，氢气作为能源燃料作为动力，2014年12月底上市，价格是5.75万美元，预计2025年会降低到2万美元，估计2020年产能3万台，其他的通用、福特等等厂家都在计划2017到2018年准备要上市相关的氢能汽车，车是氢重要的应用场合，有很大的经济效益和社会效益。
加氢站，国际加氢站的情况，如图，绿色是已经现在能够用的加氢站，金黄色的是计划中的加氢站，各个国家在大力发展加氢站而且有长远的规划，美国、德国都有国家的规划，德国有18座加氢站对外开放，计划到2023年要建造400个加氢站，日本2016年计划一百家加氢站正在建的86座，日本是大力发展燃料电池的加氢站。中国目前只有三座，到2017年有大于十座，到2025年会达到三百座。
氢能发展以后设想到氢能社会，将来是在社会中用电力和氢能两个在一起，可以叫电力网络加氢能网络。氢能社会有工业、农业和交通都在里面，农业主要是从可再生能源，可再生能源可以发电，因为是个电力网络，可再生能源也可以制氢，氢能网络自己还可以用其他的方法来制氢。氢能网络和电力网络互相连通，氢能社会是电力网络+氢能网络，也会加上互联网。
中国的氢能之路，表现在以下的方面，中国政府现在开始对氢能格外的重视，如图，今年一年国家的政策和文件，以前就发过，发改委、科技部等等不算，今年5月20日中共中央发文，国家创新驱动发展战略纲要，文件专门讲了若干个东西，其中包括机器人等等，其中氢能和燃料电池也要进行发展。
2016年6月1日发改委国家能源局发布了能源技术革命创新行动，详细讲了氢能的规划和指标，2016年6月1日给出路线图，能源技术重点革命创新路线图，其中指出了氢能与燃料电池，6月12日发改委、工信部、能源部，印发了能源装备实施方案。今年8月8日，中共中央国务院再次印发了“十三五”国际创新规划，一年内密集的除了跟氢能与燃料电池有关的文件，这是很大的鼓舞和激发中国氢能发展的积极性和动力。
2016年政府将氢能与燃料电池作为引领产业变革颠覆性技术，这项技术发展是现有产业规则会归零，而且指出要开发氢能与燃料电池和新一代技术，各个地方的开发区要敢于探索示范，我认为中国氢能特别是燃料电池今年特别热，除了有国外的热，国家一系列的文件是非常重要的推动力，没有这些问题不太可能达到现在的程度。
社会团体，在以前咱们国家没有路线图，没有车和基础设施的路线图，今年都出台了，2016年10月26日中国汽车工程学会发布了氢能与新能源汽车技术路线图，是五百位专家工作一年得出的成果，这本路线图有好几百页，其中公布了一个PPT和基础设施，同年10月28日中国标准化研究院和全国氢能标准化研究会，共同发布了中国氢能产业发展基础设施蓝皮书，这两个文件发布也是指明了方向。
氢气是中国的特色，中国氢能之路特色是氢气的来源，路线图讲了2016年的状况、2020年的状况、2025年状况，2016年是成本逐步的降低，安全性稳步提高，成本是怎么弄的，都有一步一步的路线，氢来源的特点，氢是中国最大的工厂，工业发展水平很高，美国和欧洲已经转移，中国大量的工厂在开工，废气很多。
燃料电池车，燃料电池发展中国之路是近五年小功率燃料电池和大功率电池组合混合式的动力推动，如公共汽车等等领域进行示范，2020到2025年会以中等大小的燃料电池和加上中等大小电池进行较大规模商业化生产，希望15年后用全功能的燃料电池作为特征，我们有信息可以走自己的路，一步一步的，2025年和2030年的规划，加氢站希望在2020年达到一百座、2025年超过三百座，加氢站的数字和基础设施路线图是一致的。
新能源汽车路线图把天然气汽车放入，作为一个节能的汽车也是我要强调的，天然气汽车很容易跟氢气混合一起进行用，天然气汽车根据路线图的分担，2030年天然气汽车占全国产量的8%，2030年预计全国3800万辆汽车，8%这一年会生产304万辆天然气车。氢气跟天然气的混合燃料，氢气是需要时间和加氢站和比较贵的车，氢气和天然气混合燃料是用现有内燃机车（很便宜），国际上也是认可的，美国国家能源实验室在2013年3月份的报告，讲在美国能源部组织下美国国家能源可再生协会发布对氢气和天然气混合燃料的报告，七个方面的评论，结论 是非常好的。我们已经在做了，HCNG最大的加氢站山西已经运营了四年，用了大卡车和轿车上已经非常成功了，最大的好处是减排可以比纯天然气减少了50%，利用的案例如图。
国内燃料电池发展有不少可圈可点的地方，燃料电池火车头，是2015年3月19日世界第一列氢能燃料电池车，时速是70公里每小时，这个车间年造十辆，主要是佛山和云浮市的轻轨。唐山汽车车辆厂2016年建造了燃料电池车，佛山推动氢能是国家一系列的文件没有出台以前，他们盯着巨大的压力，很有远见坚持到现在。大巴一百千瓦，已经建成的年产五千辆大巴的生产基地开放也盖好了，计划明年7月1日燃料电池生产线会投产，已经获得了很大的订单，并且开通了燃料电池大巴车的示范线。
如图，UNDP—GEF—MOST第3期的项目已经开启、今年9月28日在佛山首次开通的燃料电池开通、浮云市开通氢能源公交线路，我国2兆瓦的氢燃料电站，今年11月14日全国首座2兆瓦氢能电站交付。
中国加氢站，中国的氢能加氢站的情况，红色是在服役的，在建的是绿色，北京也有在建的，还有一些规划的是空心的。中国加氢站的大概情况，北京、上海、郑州分别有一座加氢站，在建的六座，包括大连、佛山南海、佛山高明区、云浮、如皋等等，还包括上海、广东、山东等地的规划项目。
金融界的参与使中国的氢能更加的热火朝天，今年5月8号长江经济带形成产业投资，武汉有5个亿，这是由长江成长资本和武汉工业研究院一起弄的、7月18日佛山搞了氢能源产业基金，重点投氢能与燃料电池、今年7月19日，东莞成立100亿产业基金，计划通过母基金的运作争取放大一千亿，最终带动一万亿的社会资本投入到产业。金融界的投资热也出现了。
新的产业联盟不断涌现，这个月11月4日中国汽车工业协会审议通过了中国氢能源汽车产业联盟设立策划书，这是理事会通过的，标志着中国氢能源产业汽车协会要成立了，今年12月8日中国汽车工程学会发起成立了国际燃料电池协会，11月26号中国能源研究会燃料电池学会成立，燃料电池委员会理事长是佟院士，他也是中国工程院矿业与能源所的所长。
小结，我国政府高度重视把氢能与燃料电池提升到引领产业的颠覆性技术，提高发展速度。地方政府和企业着手氢能与燃料电池产业化，金融界也参与了氢能与燃料电池的发展，氢能发展是人类能源历史的必然，现在虽然有美国的特朗普的上台，但是这并不会改变这个必然，国际能源潮流中国氢能之路是由浅绿到深绿逐步的过渡，前景是光明的。(能源新闻网)
