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长城未势能源陈雪松:氢能之道,氢车之路

盖世直播 2021-10-19 12:44:56

10月18日—19日,2021第九届汽车与环境论坛暨第13届全球汽车产业峰会隆重召开。本次论坛主要围绕中国汽车产业发展、动力总成电气化、ADAS与自动驾驶、芯片与汽车基础软件、智能座舱等行业热点话题展开,旨在共同探讨新形势下中国汽车产业有序发展的新思路。下面是长城集团未势能源科技有限公司总裁陈雪松在此次论坛上的发言。

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长城集团未势能源科技有限公司总裁  陈雪松

谢谢周总的介绍,也感谢会务组的邀请,能够有机会跟大家探讨氢能和氢能汽车。

刚才辛军总也讲,氢燃料电池车目前阶段相当于十年前的电动车,我对这个比喻还是比较认同的。从规模上来讲,传统汽车现在是千万量级,电动车是百万量级,氢能车全球也就几万量级。其中做的最好的是丰田汽车和现代汽车,在全球现在一年各销量1万辆左右,而中国氢能汽车这么多年累计的数量也就1万辆左右,所以氢能汽车在汽车论坛大讲台上还算是一个小众市场。

今天我想跟大家分享的题目也是我二十多年来从业的体验吧。从人类发展的能源革命和工业革命来说,都是先有了能源,比如说有了煤炭、石油、电,后来才衍生出驱动技术蒸汽机、内燃机,电动车。而氢能虽然发现的很早,但主要用在化工方面,用在交通领域作为燃料是车走在了能源前面,所以会出现氢能汽车的推广缺少加氢站、氢能汽车商业化规模扩展速度很大程度上取决于基础设施普及率。

今天的演讲主题我提炼成8个字,“氢能之道,氢车之路”。大家都知道世间本来没有路,人们沿着这条道走多了就变成了路。氢能汽车已经引领了氢燃料在交通领域的应用,我觉得氢能应该是大发展,是未来氢能汽车大规模商业化应用的基础。

氢能之道另外一个含义是,大家都说氢是清洁的能源,对于“能源”这个词一般的概念是从地底下挖出来的自然存在的物质。而氢虽然无处不在,但是在自然界却不是以一种分子自由形态存在,而是以原子形式与其他的元素结合,所以说氢能不是一次能源,但是利用太阳能把水分解产生的氢就变成了一种能源。

为什么叫氢能之道呢?大家都读过老子的《道德经》,道生一,一生二,二生三,三生万物,我觉得这个比喻是非常合适的。未来氢能与再生能源相结合,从能源角度来说会远远超出我们的需求。但是再生能源是有波动性的,解决波动性很大的问题就是要找到大规模长期储能的方式,我认为氢能作为一种储能是一个非常好的发展方向,这也是全球各国,包括中国在能源规划方面重要的组成部分。

下面讲三个方面:一氢二储,氢电互补和长城长征。氢和电大家都在争论哪一条技术路线更好?实际上并不是由此及彼,而是互补的。

现在全球都在努力减少温室气体二氧化碳排放,把气温升高的幅度控制在低于2度。国际组织对各国现有排放和未来减碳规划分析,1.5-1.8度的升温通过各种手段还是有可能实现,但是需要大量投资。

估计到2050年可再生能源占比将达到18-22%,预计二氧化碳可以减少60-70亿吨。我们国家讲双碳,实际上西方没有双碳概念,就是碳中和,因为他们已经达到碳排放的高峰,而中国到2030年才能达到碳的最大排放量,然后再进行碳中和。

目前,占世界经济总量75%以上20个国家/地区建立能源法案、能源战略、技术路线图等途径积极发展氢能。能源和交通领域处在百年未遇的大变革,是各个国家大的经济支柱,所以氢能作为未来产业,成为大国博弈的新焦点,都上升为国家战略。从2000年以后,各国都制定了非常多减碳的新能源政策。

从我们国家来看,目前有29个省/直辖市出台的政策涉及到氢能产业发展,超过48个城市发布了氢能政策,推动氢能产业发展。2018年以后,中国氢气产量增长迅速,2020年增长率达到13.6%,产能达到2500万吨,2030年需求量将达到7315万吨,终端能源消费占比约为5%,可再生氢产量约为500万吨,主要通过电解水制氢来产生,大致需求电解水制氢装机量80GW。

这里面用了2060年的数据预测,2019年行业白皮书中预测中国2050年氢气需求量大概在6000万吨,占能源结构10%,但是参照国际发达国家2050年可再生能源占比18-22%,2020年行业白皮书中预测中国在终端能源消费中占比约为20%需要1.3亿吨氢气。那个时候工业领域用氢占比大致是7794万吨,占氢总需求量60%,交通运输领域用氢4051万吨,建筑和其他用氢领域是585万吨,发电和电解水制氢大致需要600万吨。

虽然太阳能照到地球能量非常大,但是要想把它利用起来也有区域问题,我们国家无论风能也好,太阳能也好,主要还是在西、北部(80%),而75%能源需求是在经济发达的东部,存在着能源产出和能源使用运输的问题,这个过程中氢能实际上会起到非常大的作用,它具有长期大规模储运的特性,构建新型高效、清洁的氢网+电网能源储运体系,可以解决可再生能源间歇性和波动性助力未来能源清洁化和碳中和目标的实现。

从左下角图可以看到2020年以后,第一个五年风能和太阳能装机量增加一倍,后面十年又增加一倍,再后面十五年再增加一倍。我记得五年前参加行业会议,大家都说国家有大量的弃风弃电,大概有20%左右。国家建设大规模超高压输电线路,现在基本上弃风弃电比例缩小到5%。但是根据未来可再生能源发展规模和电力行业增容对比,电网不能100%消纳可再生能源这个问题会越来越突出,所以要用氢网+电网来解决削峰填谷的问题。

氢储运,现在大部分使用的是气态存储,使用方便,但是如果长距离运输气态氢能量密度太低。现在有液态氢储运技术,当然在氢气液化过程中会有一定的能量损失,但是从能源储运角度来说还是有一定优势的。

其它储氢形式也有很多,但这些能量形式其实跟不上车的动态响应。比如说乘用车讲究车的加速性,需要瞬间释放出大量的氢气才能够满足发电的需求,所以从技术方面来说,最终车上还是要有高压的气氢。现在我们有化石能源作为化工原料,未来如果化石能源消耗殆尽,就要用一碳化学产生长链,这里面就需要氢作为补充生成碳氢化合物。现在还有一种概念,用氢和二氧化碳结合产生合成气体用在钢铁行业,因为氢可以起到还原剂的作用,把铁矿石还原成铁。

氢电互补,主要强调两点,从储能侧和应用侧,刚才讲到了氢能是作为长期大规模储存,以月、以季度为计算,而电池储能是以小时和天来计算。从能量级别来说,氢能是大规模的,电池估计可以做到GW (10的9次方)级已经是相当大的规模,而氢能可以做到TW (10的12次方)级。从重量来算,氢能热值是最高的,甚至是汽油的4倍。转换效率低一些,毕竟是从电到了氢。,电长期不用会有损失的,氢可以长期储存,大规模的运输。从应用端现在普遍的认同在短距离小功率级车用电比较好一点,距离长、大功率用燃料电池动力更加适合。

从车辆端来看,现在国内商用车都是100千瓦左右,这个只能适用于区域性和短途的场景。上千公里卡车要用氢能和大功率氢能发动机,根据市场应用的统计数字,至少需要200-260千瓦以上,这样才能保持SOC。从行业来说,车端应用还是大规模大功率的燃料电池。我们也做了一些调查,从客户接受产品、成本、出行半径等来看,燃料补充便利性、基础设施、耐久及经济型等方面,燃料电池长途重卡有优势。

从这个图来看,随着重量增加、距离增加,蓝线低于灰色和红线,这也体现了氢能作为能源和燃料电池,未来市场空间还是很大,虽然现阶段还没有规模。

这张图简单对比了一下电能和氢能,在德国或者中东有1000瓦太阳能转化为电能以后每年跑6000公里左右,如果氢和电加起来可以多跑600多公里。从排放来讲,氢能排放是最小的,当然假设氢是必须来自可再生能源,如果有50%是再生能源,50%传统能源的话,它的排放比例还是高于电池的,当然电池的电假设应该也是来自于可再生能源。

长城在这方面做了很长时间的布局。4月份长城集团发布了氢能战略,主要分三个阶段,认为到2025年还是属于技术突破阶段,后期才可能是商业驱动,那个时候大致是数百万辆。2035-2050年,全球可能会有上千万辆。现在国家示范城市政策还是鼓励做技术突破的。

长城在新能源方面的布局,传统车基本上是搞电动化、智能化,下面两个是蜂巢能源和未势能源,布局也是全栈布局。开发阶段采用垂直全产业布局也是长城氢能业务的竞争优势,一是开发周期短,迭代速度快,二是自主可控,成本低。,但是现在和后期进入商业化阶段,我们还是要融入产业链,为产业赋能和引入外部供应商。

发展经历上,从2016年开始成立项目组,2017年加入国际氢能组织,2018年氢能中心正式运营,2019成立未势能源,目的是随着技术和产品成熟度逐渐接近市场商业化,未来两三年之内实现车辆商业化。

我们目前已经投入了20亿,因为产品开发必须要大的投入,产品才能够通过体系化开发,满足高性能,高可靠性要求。未来实现商业化可能还要投30亿,进一步开发新的产品,以及扩大规模。这里也提到了上燃动力,通过他们的开发实现了我们大功率发动机的商业化。

我们也有全球化布局,在欧洲、北美、中国上海、保定、日本等地,我们现在有500多人,目前开发有三大平台八大件,这些产品都具有非常先进的性能和可靠性。

氢能和燃料电池可以助力减碳脱碳,是中国能源和交通变革、实现双碳目标主要的路径。大规模、长时间、远距离氢能储运和应用是解决可再生能源波动性一个很好的解决方法。氢和电的结合可以充分发挥燃料电池高能量密度和动力电池高功率密度的特点,全面覆盖整车功率范围需求。

长城集团以“构建永续美好氢社会”为目标提出了三段式发展进程。目前通过研发投入逐步在突破技术瓶颈,填补国内相关零部件和整车开发的空白,现在已经有车辆投入使用了,前一段时间在雄安的一条专线上投入了100辆重卡。发动机系统和储氢系统是100千瓦和110千瓦,配合三家整车企业商用车,专门为雄安运输沙石物料,每充一次性可以跑三个来回,这是很好的场景应用,对于产品耐久性、可靠性、安全性是很好的尝试。通过真实场景的运行,可以更好地开发下一代产品,比如说如何提高经济性,目前差不多百公里耗10公斤氢气,未来进一步提高效率,目标达到百公里8公斤。如果氢气价格能够降到30块钱,因为国家政策要求35块钱以下,这个场景还是有非常好的经济性,这样的话未来在矿区、码头、物流等场景实际上会起到很大的降本作用。

谢谢大家的聆听。