欧阳明高：新能源汽车与氢能燃料电池——怎么看、怎么干？

2019年6月12日，氢张家口建设规划会议和联合国开发计划署氢产业项目签约仪式顺利举行。张家口计划到2021年建成国内一流的氢能城市，到2035年建成国际知名的氢能城市。2021年、2025年、2030年和2035年，全市氢能及相关产业总产值将分别达到60亿元、260亿元、850亿元和1700亿元。会上，中科院院士、张家口氢能与可再生能源研究所首席科学家高作了主旨发言。他说，未来可再生能源的两个主要能源载体是电和氢。关于氢能，我们面临的主要挑战是氢储存和运输，包括车载储存和非车载储存和运输。寻找一种经济、高效、可行的储运模式是目前的关键。以下是这次演讲的真实记录。

尊敬的回书记，尊敬的各位来宾，早上好！很高兴参加我很少参加的氢张家口建设规划会议和联合国开发计划署氢能产业项目签约大会颁奖仪式。这是极大的荣誉。

众所周知，氢能最近非常热。我想从总体背景和我的研究经历中提三点意见。首先，我们为什么要开发新能源汽车和新能源？其次，介绍我们清华团队在这方面的工作。第三点也是最重要的一点是为什么我们选择张家口作为氢燃料电池。

第一，新能源汽车和新能源发展的总体看法。

从全球角度来看，为什么要开发新能源汽车和新能源？许多人仍然不明白，甚至有不同的看法。我想借此机会解释一下我们为什么要开发新能源汽车和新能源。

从能源运输的发展趋势来看，世界上有三种趋势:一是电气化；二是低碳化；第三，智力。从电气化的角度来看，我们都知道我们有混合动力电动汽车、纯电动汽车和氢燃料电池电动汽车，这三者都属于电气化。

电气化是权力的革命，而不是能源的革命。电力革命目前应该说已经发展得很好，技术正在逐步成熟。例如，纯电动汽车的锂离子电池应该说是电池技术在过去100年的革命，因为它的性能在10年内提高了2倍以上，成本降低了80%以上。这是一场革命。我们中国抓住了这个机会。没有这场电池革命，我们今天的新能源汽车不可能得到如此大规模的推广。现在看看外面，北京20%的汽车是纯电动汽车。

当然，另一个非常重要的东西是氢燃料电池。燃料电池技术，特别是车用质子交换膜燃料电池技术，也取得了革命性的突破和进步。当然，每个人都熟悉丰田的燃料电池技术。我相信在未来五年左右，燃料电池技术将基本成熟。

还有一种混合动力，我们不能忽视，它将在市场上占据重要地位。这并不是说马上就不会有燃油汽车，它将继续以混合动力的形式发展很长一段时间。

从权力革命的角度来看，我们说三件事谁好谁坏？找到太多的原因真的不容易，因为从效率的角度来看，这三种车是相似的。如果从生命周期效率的角度来看，混合动力汽车的效率、燃料电池汽车的效率和纯电动汽车的效率实际上很难区分。有时人们说氢燃料电池效率最高，它是以天然气为能源，因此它的效率很高。但是如果我们改变它，如果我们把天然气变成汽油和柴油，情况肯定不会是这样。因此，实际上，与电气化相匹配的三种能源，即燃料，都找到了它们的最佳组合，并最终能达到彼此基本相似的效果。因此，我们很难比较它们。

如果我们想比较它，我们必须谈论第二个转变，即低碳化的能量。所谓的低碳趋势是减少二氧化碳排放。从减少二氧化碳排放的角度来看，我们不得不提到可再生能源，即风能和太阳能的发展，尤其是光伏发电，应该说是一场革命。众所周知，现在光伏发电的效率基本上已经超过20%，下一代的技术正在向30%迈进，发电的成本相当于煤电的成本。光伏不仅是集中式光伏，也是分布式光伏。现在分布式光伏实际上比集中式光伏发展得更快。中国是世界上最大的光伏发电国，70%的产能在中国，这是中国的优势。因此，中国可再生能源的发展在世界上处于非常领先的地位。在低碳方面，中国*向世界承诺，中国将选择低碳发展道路。因此，总书记提出了能源生产和消费革命的战略构想。我认为最重要的一点是能源的低碳。如果我们把机动化和低碳化的能源结合起来，那么我们就可以互相竞争。因为只有使用可再生能源，你才能实现真正的低碳或接近零碳排放。

在这个前提下，我们可以发现锂离子电池和燃料电池在配备可再生能源时具有突出的优势。其中，纯电动汽车可能更适合分布式可再生能源，尤其是我们的锂离子储能电池和分布式光伏。就我个人而言，我认为这是一场精彩的比赛，未来还有很大的发展空间。

另一个是集中式可再生能源。例如，现在在青海，可再生能源已经可以在青海发电。我们的许多可再生能源基地建在内蒙古和青海，包括张家口。为什么这个地区适合建设？因为它有很长的照明时间，与我们的东部相比，它有很长的发电时间和较低的成本，当然还有运输问题。对于这些集中的可再生能源基地来说，使用锂离子电池储存它们并不是最好的选择。相比之下，将其转化为氢气是全球公认的主要可再生能源储存方法。虽然有许多储能方法，但氢在各方面都有优势。

因此，将可再生能源与锂离子电池和氢燃料电池结合起来有两种方法:分布式储能我们需要锂离子电池和纯电动汽车；为了集中、长期和大规模的能量储存，我们需要氢能和燃料电池。这样，我们的汽车动力和能源就成了紧密的合作，从而可以实现我们的能源低碳化。这是关于低碳化的趋势。这就是为什么我们想要开发新能源汽车。

现在还有一个非常热门的趋势就是智能化。智能化实际上是一场更大的革命和更广泛的革命。众所周知，人工智能、大数据、互联网等等正在席卷世界和各行各业。与我们相关的，比如自动驾驶，比如工业4.0，当然也包括我们的智能能源，能源互联网等等。如果我们再次联系我们的汽车，分布式光伏和电动汽车在未来的最佳前景就是所谓的移动能源互联网的形成。我们的手机现在是一个移动信息互联网，我们的汽车将成为未来的下一个巨大终端。它和手机完全一样。众所周知，华为最近将进军汽车领域。一方面，5G的发展将改善对智能汽车的网络基础设施支持。另一方面，智能手机的所有功能都将在汽车上全方位使用。此外，汽车是一个零件更多、产值更大、更全面的系统。因此，未来的汽车可能属于信息通信技术行业，因为信息通信技术已经成为汽车的核心。因此，未来旅行的所谓“新四个现代化”在全球汽车行业变得流行起来。它们是电动的、智能的、网络化的和共享的。然而，网络化和共享的旅行只强调信息革命，而不是能源革命。如果我们所有的电动汽车都停下来，连接到智能电网或由微电网组成的能源网络，那么我们的能源储存规模将是巨大的。2030年后，我们的新能源汽车总数将超过1亿辆，车载电池的总能量将超过60亿度，这是一个非常大的数字。

因此，通过智能，我们可以整合我们的能源、交通和信息的各个方面，也就是说，我们的社会在未来将是绿色、低碳和智能的，整个经济将在各个方面得到改造和升级。我们想在这个大背景下谈谈我们的氢燃料电池。每个人都会说这很遥远。事实上，我们目前正在制定“新能源汽车2035计划”。根据我个人对“2035”的基本判断，2035年将基本上包括我们的混合动力电动汽车、纯电动汽车和燃料电动汽车，占总数的90%以上。当然，石油和电力是混合的。我们的智能，如我们的汽车具有各种自动驾驶功能，也将是全面的。当然，它也包括我们能源资源的低碳化，这也将占大多数。因为根据国家发展和改革委员会公布的能源计划，到2030年，我们的非化石能源装机容量将达到50%，到2035年将占大部分装机容量。装机容量将在2030年达到50%，但不会在2035年达到。我认为2035年将达到50%。这是一个雄心勃勃的目标，但并非遥不可及。

我们必须在这个大背景下看待氢能，并在这个大背景下定位我们的氢能。什么是氢能？在可再生能源的背景下，氢是未来的两大能源载体之一。一个是电，另一个是氢。当然，我相信电仍然是主体，氢不能超过电。现在当我们谈论氢能时，我们有时会把氢能与石油、天然气和煤放在一起。我不这么认为，因为氢能只是能量的载体，是二次能源，不是一次能源。

在这个前提下，让我们看看当前氢燃料电池发展的机遇和挑战。正如我刚才所说，我们可以在大背景下看到氢能的机遇。我目前正在主持制造氢能燃料电池汽车的路线图。我们已经在2016年发布了第一版，我也担任了主席。我们计划力争到2030年氢燃料电池汽车总数达到100万辆，加氢站达到1000个。这是2016年。在当前的氢能热潮中，这是不是太低了？我不认为这是低。然而，氢能不能仅仅从汽车的角度来看，更不用说汽车了。如果我们只从汽车的角度来看氢能，这个故事很难讲。我们必须从能源、新能源和可再生能源发展的角度来看待氢能，并看到其更广泛的应用，不仅是汽车，尤其是汽车，还有商用车辆。让我们想想100万辆商用车非常大的事实。就我个人而言，我认为锂离子电池动力系统更适合替代汽油发动机，而氢燃料电池动力系统更适合替代柴油发动机。因此，除了汽车，我们还有其他东西，如轮船、飞机、潜艇、火车等等，还有发电和操作机械。因此，它的范围很广。我们不能把注意力集中在汽车上，认为所有的电动汽车都将被立即取代。我认为这不太可能。我们应该从更广阔的角度来看待氢燃料电池。

关于氢能，我们现在面临的挑战是什么？正如我刚才所说，问题不大，技术会成熟。我也不认为氢源有什么大问题。目前，经济上可行的氢源可以来自1000亿度的废气、光和水，还有800万吨的副产品氢。氢源没有问题。那么挑战在哪里？氢气的储存和运输包括车载储存和非车载储存和运输。寻找一种经济、高效、可行的储运模式是目前的关键。最近，我们一直在研究氢燃料电池汽车的路线图。我们举行了许多内部研讨会，甚至是专家级的。我们的许多专家说氢在任何方面都很好。是的，乍看之下，氢对任何事情都很擅长。然而，氢能，当你制造氢时，你会遇到许多问题，因为它太轻，技术难度相对较大。目前我们的氢能技术应该说落后于燃料电池。我们使用的氢能技术基本上是在50到100年前发明的。氢能新技术尚未成为大规模推广的主流应用技术。当然，我们有很多新的基础研究成果，比如光催化制氢，但是我们还需要进一步的工程化、实用化和商业化。

目前，主流车载储运技术是从国外燃料电池汽车发展中选择的高压气体氢气，即70 MPa型高压储氢瓶，是全球公认的主流车载储氢技术。与3型瓶相比，4型瓶的成本可降低30%，世界各地的标准和法规都是朝着这个方向制定的。然而，中国目前在这一领域还没有成熟的产品和相关的标准和法规。中长期来看，面向2030年，特别是对于长途商用车，我们将发展液态氢储存或中压深冷氢。至于车辆下的储存和运输，现在有三种类型:固体、液体和气体。我不想谈论固态。目前，还没有发现主流的固体储运技术。流动性和氢液化是我们想要发展的，但在不久的将来，我们可能无法大规模依赖它们。这就是我们想要发展的，我们想要发展到2030年。

我们最近工作的主流仍然是气态的。气态的问题是储氢密度相对较低。我们现在使用20兆帕的储氢瓶。国外已开发出50兆帕和100兆帕的储氢瓶，特别是100兆帕，可在加氢站直接装入70兆帕的储氢瓶。然而，这项技术目前在中国还不可用，因为它要求高标准和安全性。为什么这个国家推迟发布四种瓶子的标准？首先，我们没有成熟的产品。二是安全检查和评估不到位。在这方面，我们需要开放和创新，整合全球资源，并在中国建立相关的产业链。只有这样，我们才有可能解决整个氢能产业链中的一个中间瓶颈。这是关于氢能的。

其次，关于我在清华大学的团队所做的工作，我们基本上在刚才提到的概念下做了一些事情。例如，纯电动汽车有什么问题？只有一个问题，那就是电池的安全性。其他问题已经基本解决或将很快解决。我们担心的行驶里程和充电不是太大的问题。我们现在迫切需要解决的是高比能量锂离子电池的安全性。我不是说所有的电池都不安全，而是说电池的比能量越高，安全和技术要求就越高。我们生产磷酸铁锂电池和钛酸锂电池是安全的，但是如果你以811元的成本获得300瓦时/千克的比能量，此时对安全的技术要求非常高，所以我们需要突破这项技术。当我在这里说安全时，我并不是说纯电池因为安全而不能工作。绝对不是。所有的问题都需要通过科学技术来解决。我们正在各个方向做这件事。我们在清华大学建立了电池安全实验室。我的学生中大约有70%在研究电池安全。我们希望通过三到五年的努力，从技术上基本解决这个问题。

另一块混合动力主要是电控技术，所以我们有很大一部分要做的是做内燃机混合动力电控系统。

第三个方面是我们的氢燃料电池。近20年来，我们也一直在研究氢燃料电池。众所周知，丰田今年刚刚与我们建立了丰田-清华氢燃料电池研究中心。应该说，丰田现在对我们非常开放。我们和他的联合实验室可以直接给我们他的实验室数据。我们做建模，他直接给我们数据。这是一个前所未有的开端。当然，这些主要是基础和前沿研究工作。在技术创新方面，我们清华团队对氢燃料电池系统的研究与怡化通紧密相连，当然也包括上海李绅，因为它也是怡化通系统的一部分，包括新成立的膜电极公司。因为氢燃料电池，如果只有学生在学校做研究和开发，这是非常困难的，不像动力电池。对于锂离子电池，我可以要求学生独立进行研究，因为实验相对简单，实验数据可靠，而燃料电池不可靠。燃料电池涉及的参数太多了。如果你想做一个可靠的测试数据，你需要全方位的设备和大量的相关服务人员的配合，所以我们离不开怡化通公司。就工业应用而言，一个关键点是张家口。现在，我要谈谈张家口，因为氢能把我们和张家口联系在一起。事实上，我们扶植的企业先去了张家口，在那里我们建了一个发动机厂，一个制氢厂，然后我们又去了一次。

为什么是张家口？我认为有几个原因。首先，张家口是中国唯一的国家可再生能源示范区，这是独一无二的。正如我之前所说，为什么我们需要氢？因为新能源和可再生能源，我必须在可再生能源的背景下考虑氢燃料电池，所以我们一定要选择张家口，因为它是唯一的示范区。我刚才说过，锂离子电池储能和光伏发电是张家口的强项，我迫切需要整合锂离子电池和燃料电池，包括我现在已经开始的光伏发电。张家口是最好的，我相信每个人都会同意。

此外，张家口是氢燃料电池示范和推广的良好基地。首先，我们都知道冬奥会。我们将在冬奥会期间加入丰田和北汽福田，并将生产2000多辆燃料电池汽车。众所周知，一张照片前一段时间被贴在了网上。燃料电池发动机的标志是一汽东和丰田。这是我们与丰田合作的一个重大项目。为什么冬季奥运会如此重要？因为冬奥会是打造张家口氢能和可再生能源品牌的绝佳机会。可再生能源和氢能不能仅限于中国，而必须从全球角度考虑。冬奥会提供了一个极好的机会，这就是我们去的原因。其次，还有另一个优势。这是北部地区，那里冬天气温低。我们都知道在中国东北现在很少有纯电动汽车。为什么？因为锂离子电池在低温下具有较短的极板，所以电池的性能下降，而加热的能耗很高。为什么不去南方发展氢燃料电池呢？因为当氢燃料电池在那个地方与纯电力竞争时，温度适合锂离子电池，20到30度是锂离子电池非常好的工作条件。所以我们选择了张家口，通过这一点，也就是说，在推广燃料电池的初期，可能冷的地方比纯电动有竞争优势，加热燃料电池的余热就可以了。

另一个角度是整合产业整合和科技资源。科技资源。我刚才说过，氢燃料电池仍然需要在氢能技术、法规和标准以及复杂的测试方面取得突破。氢燃料电池包括燃料电池本身、氢瓶等，这需要非常复杂的测试，这需要大规模的设备投资，以及氢供应等等。因此，张家口为国家标准的测试、研究和制定提供了很好的基础。它也靠近北京。张家口建成高速铁路后，我们将在一小时内到达张家口。北京将与张家口各方面联系。张家口可以集中全部氢能相关科技资源。如果氢燃料电池测试中心设在北京，那么氢源就是问题，所以我们选择张家口的原因之一就是科技资源的整合和全球科技资源的整合。实际上，我们有一个小小的雄心，就是在那里建立一个全国性研究、测试、评估和展示的综合平台。因为从国家的角度来看，没有这样的基础就需要氢能。如果它到处开花，很容易发生事故。我们目前的氢瓶、家用三型瓶的使用寿命以及充氢和放氢的循环次数从7500次到12000次不等。我们如何使用它们？众所周知，高压容器的测试非常复杂，我们必须对生产进行一次性评估。当然，我们也希望把储能电池、光伏电池、风扇等的测试放在一起。我们为什么要这么做？我们从美国的实践中吸取了教训。美国有一个可再生能源和国家测试基地。他把所有的东西都放在里面，因为它们是相互联系的。例如，电动汽车、锂离子电池和光伏本身构成了一个大系统。众所周知，特斯拉现在出售电动汽车、房屋顶部的光伏板、锂离子储能墙和超级充电堆。这是一整套。我们将一起建立测试基地。

另一个是氢燃料电池产业链的整合。当然，这方面的工作主要不是由我的团队完成的。我们还有清华工业学院。他们设立了一个特别基金来整合全球氢燃料电池产业链，比如我刚才提到的储氢瓶。这就是他们正在推广的。因为我们需要全球资源的整合，氢能需要全球的共同努力。我们的目标是以张家口为点，以点带面，在世界范围内推出氢张家口品牌。

谢谢大家！

(本文已由高院士审阅确认)