清华大学能源转型与社会发展研究中心何继江：氢能源如何赋能零碳交通建设

编者按：9月11日-14日，由国务院国资委、工业和信息化部及广州市人民政府等相关部门做指导，中国机械工业集团有限公司、中国机械国际合作股份有限公司主办的第四届广州国际新能源、节能及智能汽车展览会在广州保利世贸博展览馆举办。

期间，由车云网和中国机械国际合作股份有限公司举办，电动邦联合主办的“新生态新势能——2019新能源汽车大会”于9月12日-13日在广州保利世贸博览馆三层举行。本次大会以”新生态 新势能”为主题，邀请业内重量级专家及企业大咖参会，将围绕”后补贴时代的新能源汽车生存之道”、“智能充电的大赛道”、“新能源的氢趋势”等话题分三场进行讨论，共同探讨新生态下新能源汽车的未来发展之道。

论坛期间，清华大学能源转型与社会发展研究中心常务副主任何继江以“氢能发展与零排放交通”为主题发表了演讲，以下为演讲实录。

清华大学能源转型与社会发展研究中心常务副主任何继江

大家好。氢能在我们共同能源转型中可能占有非常重要的位置，所以我们今天探讨零排放交通与氢能的问题。

首先说一下宏观背景情况，2015年的巴黎协定习近平主席也参加了，这个协定说在本世纪下半叶要把地球温度上升控制在2度以内，争取控制在1.5度内，需要在本世纪下半叶实现全球温室气体排放净零，中间特别提出1.5度目标，以前没有做过特别研究，所以又委托IPCC用三年时间，去年（2018年）10月份在韩国仁川发布了《IPCC全球升温1.5度特别报告》。

报告说要实现1.5度目标，就要在土地、能源、工业、城市、建筑、交通和城市方面进行“快速而深远的”转型。

具体而言，到2030年，全球二氧化碳排放量比2010年水平下降约45%，到2050年左右达到“净零”排放。中国目前二氧化碳排放量每年还是有所增加，政府承诺2030年左右，碳排放达到峰值然后减少。

基于这个报告希望的，2030年减排45%，相差甚远。7月份我去英国考察了解到，英国政府受到这个《报告》后，马上组成委员会出一个应对策略，经过几个月时间，五月上旬委员会提交一个材料，应对策略是2018年英国曾经有一个气侯变化法，明确在2050年比1990年减排80%，这一次政府意见是要提高减排力度，2050年比1990年减排100%，议会很快通过了决议。

英国各界、各党派的与会代表对温室气体、气侯变化、环保问题高度重视，现在英国法律已经通过了，6月27日生效，英国国家电网也发布了研究报告，决定到2025年使电力系统具备接纳100%零碳电力系统的能力。 全国减排力度中，交通需要在里面承担更重要的角色，英国煤电大幅度减少，使电力行业不再是二氧化碳排放最大来源，而是交通。

德国电力系统转型中，风电和光伏都在德国能源中占到相当大的比重，特别是4月30日这一天。丹麦风电很多时候风电会超过全国风电负荷。

从能源系统的角度，风电、光伏可再生能源资源总量不成问题，目前来看价格也不成问题，因为光伏基本上平价。现在要考虑的是电力系统有大量的风电光伏波动性能源，系统的灵活性谁来提供？因为电力系统需要平衡，未来电力系统灵活性挖掘、管理、调度和交易。我们通过电力系统提供灵活性、热力系统提供灵活性，交通系统提供灵活性，需求侧提供灵活性。交通系统提供灵活性，其中有一个情况，比如说以电动汽车为例，我们希望未来电动汽车在中午12点光伏发电的时候去充电，这样可以解决一部分电力系统的矛盾，我们也很希望氢能汽车在这个系统中扮演更重要的角色。

我们可以通过电力系统、风电光伏、太阳能，未来的能源系统全部是可再生能源，波动性光伏可以直接用于电力系统，电动汽车可以扮演这样的角色，同时我们希望电制燃料起到灵活性角色，未来中国光伏会越来越多，或者凌晨风电越来越多。中午的光伏或者晚上风电过剩的时候，用电制氢气，或者把氢气直接用于交通系统，或者把氢气储存起来，再把它变成甲烷，甲烷再进入天然气管道，未来100%可再生能源系统，包括交通系统基本上是可以的，但是成本的问题，还需要考虑。

瑞典氢能发展比较有特色，有一个示范项目是谢莱夫特奥，夏天太阳很长，冬日的时候早晨9点35分才出太阳，下午1点27分，太阳就落山了，光照特别少，这样造成非常严重的问题，这个地方的光伏在冬天的时候只有夏天1/17，在广州冬天和夏天差别很小，但是在瑞典差别非常大，也就意味着冬天三个月光伏几乎不发电，不发电要用光伏获得能源怎么办？他们正在建设利用太阳能供暖的房屋，如果这里可以实现，地球上哪一个地方不能实现？他们用太阳能光伏+氢能组合来实现。氢能作用是跨季节储能，把夏天的能源储藏到冬天使用，显示的是储能的功率大小和储能时间长短的表格，电动汽车的电池规模相对比较小，因为没法做得很大，成本太高。相对而言储能规模可以做得大，但是没有办法跨季节，既可以很大又可以跨季节，目前氢能是非常重要的形式，在加拿大、挪威、瑞典这样的国家，发展氢能首要原因是氢能具备大规模跨界储能的能力。

日本的氢能发展，电解水制氢，如果有地震的时候人们到广场上用燃料电池供暖，这是灾备系统。

松下公司提供的氢燃料电池，功率很小，高1.6米，装在户外。现在日本有27万户左右的户用燃料电池，以天然气制氢供暖。这个东西很贵，大概19万人民币，因为电费并不多，为什么要用这么贵的氢燃料电池。我跟日本人打交道感觉出来，可能有一部分因素是因为灾备，一旦发生地震，用能源可以供应，这样价格就不是因为供电的问题，而是灾备问题，这一点和中国的思维有很大的差别。

在日本东京城里的燃料电池加氢站，中间是亚洲开发银行能源首席总监，这是原来国际能源署的陈总，我们三人去考察，有两辆出租车去加氢，液体加氢站，把零下200多液氢升温到零下40多度，现场看着很流畅，几分钟时间全部弄好。

这是我在瑞典去年考察的一个项目，位置是在哥德堡北纬57度的地方，我们去拜访了哥德堡零能耗建筑，建筑面积500平米。屋顶上中间三排是太阳能制热板，两边是光伏，南立面也是光伏，西立面也装了光伏，一共装了24.5千瓦的光伏，用光伏和光热满足500平米建筑的电、热和交通的全部需求。热系统使用热水罐，一个低温、一个高温热水罐。电系统有5千瓦的燃料电池，逻辑是在夏天的时候，白天光伏发电给建筑使用，多的电存电池里面，电池晚上给建筑供电，电池充满后，就启动电解水制氢装置，把氢气储存起来，冬天再用氢气给燃料电池供电。这是制氢装置、管道和氢瓶，氢瓶不能放在地下室，放在院子另一个小屋里面，到冬天就可以利用。房子500平米，有两辆雷诺的电动汽车，用得不多，老头已经70多岁了，夫妻俩在这儿住。有1500千瓦时电太阳能制氢，冬天用2200立方米用于冬季为房屋供应和供电，800立方米剩余氢可用于计划氢燃料电池汽车。这是24.5千瓦光伏，500平米房子，每小时2立方最大制氢能力，300帕的压力。这是一位70岁老头修了一套房子送给老婆的礼物，房子修好后，很多人来参观，大家很感兴趣，说能不能给我们搞一个？如果老头找一个人投资成立公司，给大家提供解决方案，解决方案的名字叫RE8760，一年365天，8760小时都是用可再生能源。

还有PowerCell项目，20多公斤氢能量电池可以很轻松拿起来，除了上面两个房子之外，第三个项目我也考察了。

瑞典当地政府在PowerCell公司做的加氢站，这是我8月份刚去考察的，位置是瑞典的玛丽斯塔德市，他们在这儿建了全球第一个光伏加氢站，而且无人值守，体积特别小，大概加氢站也就一个集装箱的位置，这是制氢装置，这是来源、光伏。我数了一下板子，大概200多千瓦的体量，位置就是在一个环岛的角上，因为瑞典这些地方，没有收费站，所以高速路很容易下来，离高速路很近的位置有一个环岛，环岛四周就是麦当劳、加油站，对对角的麦当劳，还有几个充电桩，这个城市提出要建电动城市，大巴车改为电动的，居民也可以用电动车，再做一个无轨充电公路，这是欧盟项目的一部分，可以让欧盟的电动车畅通整个欧洲。光伏加氢站可以避免大规模场地运输，带来的一系列成本问题和安全风险问题，当然需要合适的空间，瑞典我感觉200千瓦比较容易，在中国如果在加氢站高于200千瓦可能有一点紧张。

这是我5月1日在大同看到的，大同要搞新能源加氢站，今年五一干成了。这是制氢加氢一体站，用电网电电解水制氢，不液化，与玛丽斯塔德相比，它的装备比较大，加压系统占比较大的地方，技术路线有很大的差别，因为我不懂技术，也不知道什么情况，但是明显感觉在占地上有很大差别。大同也有几十辆氢能车也开始跑了。

交通系统中，船舶是比较重要的点，长江上有2千公里的航道，长江货运量相当于全国铁路货运量2/3，现在长江污染很严重，用氢油燃烧，空气污染很严重，油漏到长江里面去造成污染。船舶有发动机，噪声污染很严重。

现在习总书记提出长江大保护，航用能源问题是很大的问题，怎么把航用能源改为清洁系统，长江上游大量水电站。长江流域船舶二氧化碳排放量为21万吨，一氧化碳为9.4万吨，碳氢化合物为2.5万吨，氮氧化物为18.9万吨，金属离子为1.5万吨，占全国内陆河流排放量的56%，长江上游水电站“弃水”现象严重，2017年四川省放水电量约为139.96亿千瓦时。如果在中下游港口可以建一些光伏加氢站，可以对长江航用有比较好的解决。

我们再说一下技术的思考，船舶体积比较大，在船上做氢能源电池工艺难度比车辆稍微好一点，希望各位专家提出一些建议和思考。挪威在这方面已经加速了，挪威的峡湾是非常美丽的景观，为了保护峡湾，挪威宣布峡湾所有船舶必须改成零排放，用电还是用生物燃油和氢燃料电池，目前在电和氢燃料电池挪威受到更大的支持。去年9月份挪威汽车销量中，50%以上来自电动汽车，政府政策很多，一个是燃油很贵，挪威汽油价格比中国高80%，燃油很贵。而且大城市收取拥堵费，停车位燃油车也贵过电动车，大家发现新买车，买电动汽车虽然贵一点，但是比燃油汽车划算，所以大量人换成电动汽车。挪威电动交通和氢燃料电池交通，零碳交通技术路线基本上浮现出来了，因为他们本来都是氢力电力，没有燃煤电场也没有核电，96%来自水电。

中船重工提供的资料，研究的全国船舶燃料电池系统，这是中船重工做的项目，380千瓦时，75千瓦燃料电池的船舶，长江上游很多船舶，各种各样的船舶，其中有一些船舶我们认为具备条件先行一步，在座各位也可以研究一下这个机遇。

目前氢燃料电池车有补贴，船没有补贴，所以你们想做的我们一起研究一下，怎么把相关政策建议定到决策部门，给船舶增加一些补贴和相关的推动力度。

中船重工提出一个建议，他们用液体储氢，这也是可行的选择，但是工艺成熟度和成本上有待考察，远没有到马上规模化的地位。我们测算的弃水情景分析，大概是16%的水平，在长江上，或者用LNG的发动机，或者掺30%氢的燃气轮机发电，或者纯氢燃料，如果把长江的问题解决了，珠江的问题也应该可以解决。水域问题解决了，沿线加氢站建设可以带动燃料电池汽车的推广，我们的交通船舶、陆上车辆协同，共同推动零碳交通建设，这是很美好的主意。

这是我们对长江航运实行污染物排放总量控制，并纳入碳排放市场。这是我的一些思考，我个人认为在乘用车领域，还是要以电动汽车为主，氢燃料电池汽车可以发展，但是估计短时间内很难挑战电动汽车主体地位，目前中国电动汽车主要是煤电，减排效果当然就不好了，所以以后还是要在电源方面想办法，把煤电干掉，用更多清洁燃料。

无人驾驶技术、还有汽车共享技术，三项技术会重塑交通系统，因为公路与光伏技术结合，将推动交通系统走向零碳排放。大货车有可能采用以氢燃料电池为主，电动汽车为辅的方案。电气化公路与无轨电动货车，无舷充电等技术组合可以使货物车间大幅降低对燃料的依赖。铁路已经全部电动化，铁路与光伏的结合有助于铁路使用更低碳的电力。

现在交通系统中，很大的挑战是航空燃料，飞机用什么燃料的问题，这个难度很大，中短期需要提供生物燃油的比重，生物燃油从哪里来？中国地沟油是一个庞大的来源。

下一步氢燃料电池飞机上的应用中长期来看前景是可以预期的，因为火箭早就用氢能了。从中长期来看，飞机能源系统突破性创新或者交通技术巨大变革，比如说时速1200公里的超级铁路，可能对我们交通系统带来巨大的变化，现在飞欧洲10小时，飞美国十几小时压力非常巨大。

这是我今天5月份的一次考察，带着两辆电动汽车，蔚来ES8、北汽EU5，跑了六省，实测结果认为中国电动汽车已经具备长途行动的能力。下一部我们希望在更多省份，乃至到欧洲、美国共同测试电动汽车创新能力，如果你们有氢燃料电池车，也希望合适的时候敢于给我提供一辆测试一下。

我们不断实践、不断推动创新，用你们的创新再推动我们的实践，我相信我们在不久的将来，一定能实现交通系统的零碳化。欢迎大家关注清华大学能源转型社会发展研究中心。

我的报告就到这里，谢谢大家。

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