鉅大LARGE | 點擊量：724次 | 2019年01月07日
燃料電池應(yīng)和純電動是否互為補充
對話嘉賓：余卓平，同濟大學(xué)校長助理、新能源汽車與動力系統(tǒng)國家工程實驗室主任
核心觀點摘錄
【氫氣安全性并不比汽油差】
在汽車上使用氫氣與使用汽油相比，前者的安全性并不比后者差，車輛運行過程中是能夠確保氫氣安全使用的。真要是發(fā)生泄漏事故，汽油是彌漫性的，非常危險，而氫氣不是這樣。
【燃料電池成本高昂的原因】
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
目前燃料電池是很貴的，貴的原因主要是因為還沒有實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。降低燃料電池成本也有不少難點：例如，氫氣和氧氣的化學(xué)反應(yīng)需要貴金屬催化劑；燃料電池的性能衰減。
【燃料電池汽車有望率先普及的應(yīng)用場景】
燃料電池汽車和純電動汽車并不是競爭關(guān)系，而是互為補充。在中小型乘用車堅持以純電動為新能源汽車發(fā)展方向的同時，大型商用車領(lǐng)域完全可以優(yōu)先發(fā)展燃料電池汽車。
【氫氣是非常好的儲能載體】
在二次能源結(jié)構(gòu)里，氫能是可以和電能形成天然互補的能源載體。中國的可再生能源很豐富，現(xiàn)在的問題在于電能的儲存很困難，導(dǎo)致很多清潔的光電和風(fēng)電都白白浪費了，而氫氣恰恰是非常好的儲能載體。
【氫被歸類于危險化工品不利于產(chǎn)業(yè)發(fā)展】
氫氣有時候不是作為能源、而是作為化工品被看待，這是全世界的普遍狀況，在中國更為突出。按照現(xiàn)在的法規(guī)標(biāo)準，氫氣只能在化工區(qū)使用，因為它被歸類于危險化工品。
【中國發(fā)展氫能的迫切之處】
第一，中國能源需求正在持續(xù)快速增長。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和生活水平的提升，中國的能源需求將不斷增長，亟需緩解傳統(tǒng)能源壓力，以新的能源形式補足缺口；第二，中國當(dāng)前的能源結(jié)構(gòu)是以煤為主，結(jié)構(gòu)過于單一，而且面臨高碳壓力。
【氫氣的能源定位需要國家戰(zhàn)略支持】
目前加氫技術(shù)和加氫站建設(shè)技術(shù)都已經(jīng)成熟，但是加氫站的標(biāo)準規(guī)范還不健全。我國只有在國家戰(zhàn)略層面上明確氫氣的能源定位，才能在法規(guī)和標(biāo)準體系建設(shè)層面上有所發(fā)展和突破，從而最終解決加氫站建設(shè)的難題。
對話正文
趙福全：鳳凰汽車的各位網(wǎng)友，大家好！歡迎來到鳳凰汽車“趙福全研究院”高端對話欄目。我是本欄目的主持人、清華大學(xué)汽車產(chǎn)業(yè)與技術(shù)戰(zhàn)略研究院院長趙福全。今天我們非常榮幸地請到了同濟大學(xué)校長助理、新能源汽車與動力系統(tǒng)國家工程實驗室主任余卓平教授。余老師，請和網(wǎng)友們打個招呼。
余卓平：各位網(wǎng)友好！
趙福全：余老師，您從事新能源汽車相關(guān)研究工作已有20余年，是中國新能源汽車發(fā)展的親歷者和參與者，也是本領(lǐng)域主要的學(xué)者之一。特別值得一提的是，您在同濟大學(xué)輔助當(dāng)時擔(dān)任校長、后來擔(dān)任科技部部長的萬鋼（現(xiàn)任中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會主席），直接參與了很多重要的國家新能源項目，可以說為中國新能源汽車的發(fā)展做出了巨大的貢獻。
很多人以為新能源汽車就是指純電動汽車，實際上中國把純電動汽車、燃料電池汽車以及插電式混合動力汽車都定義為新能源汽車。今天主要想和您談?wù)勅剂想姵仄?。燃料電池汽車從之前的很少有人問津到現(xiàn)在的備受關(guān)注，產(chǎn)業(yè)熱度正在不斷升溫。那么，燃料電池汽車究竟是怎樣一種產(chǎn)品？請您和網(wǎng)友做個簡單的科普，給大家介紹一下燃料電池汽車的基本工作原理。
余卓平：本質(zhì)上，燃料電池與我們現(xiàn)在電動車上使用的動力電池完全不同。常規(guī)的動力電池能夠把電能儲存在其中，使用的時候再把電能釋放出來。而燃料電池實際上相當(dāng)于是一個發(fā)電機，其工作原理是電解水的逆過程。電解水是把水中的氫元素和氧元素分解開，這個化學(xué)反應(yīng)是可逆的。如果讓氫氣和氧氣發(fā)生化合反應(yīng)生成水，在反應(yīng)過程中就會產(chǎn)生電子流動從而形成電流，燃料電池就是這樣一個發(fā)電裝置。簡單來說，燃料電池的工作原理就是將氫氣作為燃料，與空氣里的氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，進行發(fā)電。從概念上講，氫氣和燃料電池的關(guān)系就像煤炭和燃氣輪機、石油和發(fā)動機的關(guān)系。
燃料電池的一大優(yōu)點是其環(huán)保特性。實際上，全球能源發(fā)展的總體趨勢就是一個“減碳加氫”的過程——能源載體從柴草到煤炭、到汽柴油、再到天然氣，可以看到這些能源載體中的碳元素越來越少，氫元素越來越多?，F(xiàn)在全球都在致力于低碳發(fā)展，但目前所使用的主要能源的含碳量依然普遍較高。按照“減碳加氫”的理念，很多人認為氫氣是未來的終極能源。需要注意的是，這不是指未來全球只用氫能源，而是從“脫碳”的角度來講，“脫碳”到極致就沒有碳元素，只剩下氫元素了，也就是說氫氣代表著“脫碳加氫”的極致狀態(tài)。
趙福全：您談到燃料電池的工作原理是氫氣和氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生電流而輸出電能。那么作為動力系統(tǒng)，燃料電池的結(jié)構(gòu)是怎樣的？動力輸出是如何實現(xiàn)的呢？
余卓平：燃料電池與發(fā)動機工作原理不一樣，不過在結(jié)構(gòu)上又有很多類似的地方。發(fā)動機是一個完整的動力裝置，燃油在發(fā)動機內(nèi)燃燒，產(chǎn)生爆炸力推動活塞和連桿運轉(zhuǎn)，將力轉(zhuǎn)化成扭矩。而燃料電池不是一個完整的動力系統(tǒng)，它只是一個發(fā)電機。當(dāng)燃料電池作為汽車動力源的時候，還需要電動機的配合，由電動機把電能變成扭矩。也就是說，燃料電池加上電動機，才是一個完整的動力裝置。
在汽車業(yè)內(nèi)，我們常說燃料電池和發(fā)動機很像，甚至把它稱為“燃料電池發(fā)動機”。有些人不理解，說燃料電池明明是發(fā)電機，為什么叫“燃料電池發(fā)動機”？這是因為在車輛工程領(lǐng)域的“燃料電池”，指的就是由燃料電池和電機組合而成的動力系統(tǒng)，從整個系統(tǒng)看，它確實相當(dāng)于發(fā)動機。
其實，發(fā)動機在本質(zhì)上也是一個化學(xué)反應(yīng)的裝置，除了產(chǎn)生能量的燃燒室以外，還有空氣供給系統(tǒng)、燃料系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)等。而在燃料電池里也有類似的這三套系統(tǒng)，燃料電池也需要燃料系統(tǒng)，不同的是它的燃料是氫氣而不是燃油；同時也需要有空氣供給系統(tǒng)，不只是進氣，燃料電池也會排放尾氣，不同的是排放出來的氣體遠比發(fā)動機尾氣清潔；此外也一樣需要熱管理系統(tǒng)。所以從車用動力源的角度來看，燃料電池和傳統(tǒng)發(fā)動機相比，除了燃燒和發(fā)電的環(huán)節(jié)不一樣，其他部分基本一致。
趙福全：您剛才提到燃料電池時，總是限定于氫燃料電池，為什么一定要把“氫”和“燃料電池”綁定呢？燃料電池不能使用其他種類的燃料嗎？
余卓平：燃料電池的屬性與所使用的燃料密切相關(guān)，車用燃料電池的主要能源就是氫氣。就像發(fā)動機分為汽油機和柴油機一樣，燃料電池也有很多種類。其中一類叫質(zhì)子交換膜燃料電池，這種燃料電池的結(jié)構(gòu)極其簡單——兩塊極板中間夾一張質(zhì)子交換膜，就組成了一個燃料電池單體，很多個單體組合在一起，就是一個電堆。質(zhì)子交換膜燃料電池利用氫氣和氧氣反應(yīng)直接發(fā)電。
燃料電池中還有其他很多種類，例如固體氧化物燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池等，固體氧化物燃料電池不但可以用氫氣作為燃料，還可以“吃粗糧”，也就是可以用天然氣、甲醇等作為燃料。因為它能在高溫下把碳氫化合物分解產(chǎn)生氫氣，所以理論上只要燃料含有氫元素就可以用于固體氧化物燃料電池。
不過，目前車用燃料電池的主流還是質(zhì)子交換膜燃料電池，因為這類燃料電池使用純氫作為燃料，排放零污染，這一點與汽車追求零排放的目標(biāo)是契合的。如果使用固體氧化物燃料電池，以甲醇或天然氣作為燃料時，那就和傳統(tǒng)發(fā)動機一樣有溫室氣體和污染物排放，因此還要開發(fā)相應(yīng)的排氣凈化處理裝置。
趙福全：余老師剛剛和大家分享了燃料電池的基本工作原理，其核心部件是一個化學(xué)反應(yīng)的發(fā)電裝置，再與電機等其他零部件組合在一起構(gòu)成動力源?；氐轿覀兤嚠a(chǎn)業(yè)，燃料電池是什么時候開始應(yīng)用的？
余卓平：對汽車產(chǎn)業(yè)而言，我們接觸到的燃料電池主要都是車用燃料電池。其實燃料電池研究是從電化學(xué)領(lǐng)域起步的，最初是電化學(xué)科學(xué)家研發(fā)出了燃料電池。而且燃料電池的使用最早也不是在汽車領(lǐng)域，而是在航天領(lǐng)域，為了能使衛(wèi)星運行的時間更長，需要一個儲能密度高的裝置作為動力源，燃料電池能夠滿足這個需求，因此得以在航天領(lǐng)域應(yīng)用。而汽車工程師們的貢獻就是把這個科研成果變成了一個可用于車輛的產(chǎn)品。
燃料電池在道路交通領(lǐng)域的首次應(yīng)用可以追溯到上個世紀末。1994年，戴姆勒（當(dāng)時稱戴姆勒-奔馳）公司發(fā)覺燃料電池是未來車用動力一個非常好的方向，就開發(fā)出全球第一輛燃料電池汽車。當(dāng)時那輛汽車的外觀類似于金杯那樣的小面包車，前面有駕駛座和副駕駛座，車廂內(nèi)其他空間全部是燃料電池裝置，包括儲存的氫氣和氧氣，這套裝置塞滿了車輛后部空間。三年后，戴姆勒公司對這套裝置進行了小型化改進，把燃料電池系統(tǒng)成功裝到了A級轎車里，而且能保證五個座位的空間，不足的是這輛車沒有行李廂，這就是當(dāng)年燃料電池汽車起步時的情況。
趙福全：這么說來，燃料電池汽車的歷史并不長。那么，目前全球車用燃料電池技術(shù)進展到了什么程度？其產(chǎn)業(yè)化情況以及競爭態(tài)勢又如何呢？
余卓平：燃料電池在汽車上使用的歷史雖然很短，只有二十多年，但是進步非?？?。燃料電池未來的發(fā)展，不僅取決于其排放的清潔性，也取決于其成本。目前燃料電池是很貴的，貴的原因主要是因為還沒有實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。展望未來，大家普遍認為車用燃料電池將是一套低成本的動力裝置。
對燃料電池未來成本持樂觀看法的原因之一，是燃料電池的零件數(shù)量很少，僅是傳統(tǒng)發(fā)動機的百分之幾，一旦大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化就可以顯著降低成本。原因之二，在于燃料電池性能衰減和壽命問題的攻關(guān)已經(jīng)初見效果。二十年來，工程技術(shù)人員一直在致力于攻關(guān)燃料電池的性能衰減和壽命難題。燃料電池剛被研發(fā)出來時，運行2000小時，其性能就會出現(xiàn)大幅度衰減。曾經(jīng)我們提出的研發(fā)目標(biāo)是使燃料電池的壽命超過5000小時，而目前通過持續(xù)的技術(shù)攻關(guān)，公交車上燃料電池的使用壽命已經(jīng)超過10000小時了。
當(dāng)然，降低燃料電池成本也有不少難點。主要是氫氣和氧氣的化學(xué)反應(yīng)需要催化劑，按現(xiàn)在的技術(shù)水平，催化劑只能使用一些貴金屬，比如鉑。鉑是稀有金屬，成本高昂。雖然經(jīng)過二十年的發(fā)展，燃料電池中鉑的用量已經(jīng)大幅下降，但成本仍然較高。目前在一些小批量商業(yè)化的燃料電池汽車上鉑用量約為0.3g/kW，按此估算，對于100kW的電堆，需要使用30克鉑，而二十年前同樣功率的電堆，鉑用量是這個數(shù)字的5倍以上。
目前實驗室做出的燃料電池鉑用量可以達到0.1g/kW的水平，這是什么概念呢？傳統(tǒng)發(fā)動機汽車通常有兩個地方要用到鉑，一個是在尾氣排放裝置中用來凈化有害物質(zhì)，另一個是汽油機點火系統(tǒng)里的點火觸點。當(dāng)燃料電池的鉑用量下降到0.1g/kW時，就和汽油機的鉑用量基本相當(dāng)了。從這個角度講，大家還是應(yīng)該有信心，未來燃料電池成本不會居高不下。只是在沒有大批量產(chǎn)業(yè)化之前，預(yù)期成本都是估算出來的，真正的成本還需要在產(chǎn)業(yè)化過程中才能確定。
提到成本，我還想說一個觀點。很多人都誤認為汽車沒什么技術(shù)含量，覺得汽車技術(shù)相對于特種航天技術(shù)來說太普通、太簡單了。但實際上，汽車核心技術(shù)絲毫不亞于特種航天技術(shù)，在某些方面，對汽車技術(shù)的要求甚至高于特種航天領(lǐng)域。一方面，對汽車產(chǎn)品性能的要求并不低于特種航天產(chǎn)品，因為汽車需要滿足各種截然不同的使用條件；另一方面，汽車技術(shù)在成本方面的要求遠高于特種航天技術(shù)，一旦成本高了，汽車就賣不出去了。作為大眾化的商品，汽車要在大規(guī)模生產(chǎn)中確保性能和降低成本，這一點與特種航天產(chǎn)業(yè)不同。在特種航天領(lǐng)域，無論是大型客機，還是火箭、衛(wèi)星，成本都不是最主要的考慮因素。最終，花費一兩年的時間，使用最好往往也最貴的零部件，只要把衛(wèi)星成功送上軌道，就圓滿完成任務(wù)了。而車企的生產(chǎn)流水線上，每天都有幾百輛甚至成千上萬輛汽車下線，每一輛汽車都要保證良好質(zhì)量和低廉成本，還要保證能夠穩(wěn)定使用10-20年，這是非常難的。
下面講講燃料電池產(chǎn)業(yè)化進展和企業(yè)競爭的情況，這些年來全球燃料電池汽車的發(fā)展經(jīng)歷了幾起幾落。上個世紀燃料電池汽車發(fā)展伊始，業(yè)界非常興奮，出現(xiàn)了第一波熱潮，持續(xù)了近十年時間。到90年代末，燃料電池技術(shù)領(lǐng)先的兩大汽車公司，一個是德國的戴姆勒，另一個是美國的通用，這兩家公司走在了世界前列。但是在奧巴馬政府上臺后，美國就暫停了對燃料電池的研發(fā)和關(guān)注。奧巴馬政府對燃料電池的發(fā)展前景有較大的質(zhì)疑，認為動力電池才是未來汽車動力源的主要方向，因此就把燃料電池的研發(fā)擱置了。當(dāng)時，受美國的影響，中國在燃料電池方面的投入也較少，沒有太多發(fā)展。
這個過程中有一件事讓我印象深刻：戴姆勒公司的一位技術(shù)主管曾跟我講，在混合動力上，我們輸給了日本，但是在燃料電池方面，我們絕對不會再輸給日本。前面提到，戴姆勒是第一家做出燃料電池汽車的公司。在2010年左右，戴姆勒曾經(jīng)做過一個“燃料電池汽車全球行”的活動，把他們最新研發(fā)的燃料電池汽車帶到全球各地，也包括中國，進行示范運營。那個時候，戴姆勒可謂信心滿滿，計劃到2014年實現(xiàn)燃料電池汽車的商業(yè)化。結(jié)果活動結(jié)束后不到一年，戴姆勒就宣布調(diào)整計劃表，改為到2017年以后實現(xiàn)燃料電池汽車商業(yè)化?，F(xiàn)在看來，他們的進度還是落在日本車企后面了。
雖然在燃料電池汽車發(fā)展初期，日本車企并沒有太多建樹，但是他們一直孜孜不倦地堅持投入，到2014年，日本已經(jīng)實現(xiàn)了燃料電池汽車商業(yè)化并正式對外銷售，一舉成為全球燃料電池技術(shù)領(lǐng)先的國家。日本豐田的燃料電池車型Mirai，更帶動了新一輪產(chǎn)業(yè)發(fā)展的熱潮。目前Mirai的售價大概在5萬美元左右，折算成人民幣就是三十幾萬元。這個價格要比特斯拉的電動車便宜，在運行中也更節(jié)能，無論是售價還是續(xù)駛里程都更有優(yōu)勢。由此也讓大家看到了燃料電池汽車的發(fā)展?jié)摿Γ谥袊鴮θ剂想姵氐钠谕苍谥鸩教岣摺?/p>
趙福全：您剛才講燃料電池汽車比傳統(tǒng)發(fā)動機汽車的結(jié)構(gòu)要簡單得多，而且從現(xiàn)在日本推出的車型來看，燃料電池汽車在價格上也可以和純電動車競爭了。那么，除了鉑的用量之外，還有哪些關(guān)鍵技術(shù)是目前阻礙燃料電池發(fā)展的瓶頸呢？
余卓平：除了鉑用量影響燃料電池的成本以外，還有一個很重要的影響因素就是燃料電池的性能衰減。剛才講到，燃料電池的壽命在公交車上已經(jīng)有了明顯突破，除了燃料電池技術(shù)本身的進步，壽命的提升也與車輛和系統(tǒng)方案的選擇有關(guān)。在燃料電池汽車技術(shù)領(lǐng)域，同濟大學(xué)是國內(nèi)起步較早的科研單位，科技部前任部長萬鋼在同濟工作時就曾經(jīng)帶領(lǐng)我們攻關(guān)燃料電池技術(shù)，當(dāng)時提出了一個稱為“電電混合”的系統(tǒng)方案，即在燃料電池以外，再配一塊動力電池，共同作為動力源。
為什么要配動力電池呢？一是可以實現(xiàn)汽車的制動能量回收，畢竟燃料電池只是一個發(fā)電裝置，不能儲能，而電動汽車提高能效的重要方法之一就是回收制動能量，所以我們提出放入一塊動力電池，作為儲能裝置。二是可以減輕燃料電池的動態(tài)負荷，這有助于提升燃料電池的壽命。二十年前燃料電池的壽命才2000小時，那時候大家都不敢奢望能做到10000小時，而現(xiàn)在我們已經(jīng)做到了。所以，燃料電池壽命即耐久性能的改善，既有燃料電池技術(shù)本身進步的原因，也有系統(tǒng)解決方案升級的貢獻。
趙福全：我們一直講中國汽車產(chǎn)業(yè)大而不強，重要原因之一就是零部件產(chǎn)業(yè)不強，那么燃料電池有哪些關(guān)鍵零部件？目前存在哪些技術(shù)瓶頸？造成這些瓶頸的因素又有哪些？
余卓平：關(guān)于燃料電池的關(guān)鍵技術(shù)，剛才一直講的都是電堆問題，還沒有講到系統(tǒng)層面。從系統(tǒng)層面看，燃料電池要有空氣供給系統(tǒng)、燃料系統(tǒng)和熱管理系統(tǒng)三大系統(tǒng)，其中熱管理系統(tǒng)相對來說難度最小，因為國內(nèi)發(fā)動機的散熱和冷卻技術(shù)已經(jīng)很成熟了，所以要解決燃料電池的熱管理問題，沒有太大的挑戰(zhàn)。
空氣供給系統(tǒng)目前面臨的困難比較大。與發(fā)動機類似，燃料電池也需要增大進氣量。發(fā)動機最初使用化油器，后來大家感到化油器的噴油量太受限了，如果使用電子噴射裝置就能做到隨時噴入所需的油量，只要把噴射泵做好即可。不過如果噴入燃燒室里的燃油多了，相應(yīng)地供給的空氣量也必須增加，于是就產(chǎn)生了渦輪增壓系統(tǒng)，有效解決了發(fā)動機進氣量的問題。目前燃料電池采用高壓供給氫氣，輸送量很大，為了使反應(yīng)高效，在氫氣量增多的同時必須增加與之反應(yīng)的氧氣量，也就是要增加空氣供給量。
這樣燃料電池就需要配備增壓裝置，也就是空氣壓縮機（簡稱空壓機），而且燃料電池所需要的進氣流量比發(fā)動機更大。難點在于燃料電池對進氣純度的要求很高，氫氣和氧氣的純度會直接影響電化學(xué)反應(yīng)的效果，氣體純度不足會導(dǎo)致電化學(xué)衰減。同時，還要求潤滑裝置中不能有潤滑油，要在無油潤滑的條件下實現(xiàn)高速運行，這是很難的。所以，高效、“無油化”的空壓機是一個技術(shù)挑戰(zhàn)。
不過，我認為這個挑戰(zhàn)未來是可以解決的。目前世界主要汽車公司中，除豐田以外，本田的燃料電池汽車也做得不錯。據(jù)我所知，本田燃料電池的空壓機是由傳統(tǒng)零部件供應(yīng)商霍尼韋爾提供的，已經(jīng)可以基本滿足燃料電池對氧氣供給的需求。同時，國內(nèi)也在加緊攻關(guān)空壓機技術(shù)，相信能夠解決這個問題。
第三個是氫氣燃料系統(tǒng)。從氫氣儲存的角度看，目前車載儲氫一般都采用氣態(tài)儲存。由于氣態(tài)儲氫的儲存密度較低，所以液態(tài)儲氫也是一個研究方向。但是液態(tài)氫需要零下200多度的溫度才能完好儲存，雖然儲存密度較高，不過液態(tài)氫的逃逸問題目前尚無法解決，在汽車上很難應(yīng)用，這樣液態(tài)儲存的技術(shù)方案基本就被排除了。當(dāng)然，液態(tài)儲存還有另一種形式就是液態(tài)有機物儲氫，這個領(lǐng)域目前還在研究當(dāng)中。
目前普遍采用的高壓氫氣儲存方式，雖然在技術(shù)上沒有太大難點，但成本偏高。國內(nèi)法規(guī)要求，高壓儲氫罐的材料只允許使用金屬類，儲氫壓力只能做到35兆帕。而國外使用樹脂類儲氫罐，儲氫壓力可以達到70兆帕。這種差距是由法規(guī)決定的，與技術(shù)水平無關(guān)。中國法規(guī)之所以這樣規(guī)定，是因為把氫氣視為危險的化工品。
實際上，就安全性來講，氫氣并不比汽油更危險。汽油作為能源使用已有一百多年的歷史了，已經(jīng)逐步建立了一套很嚴格的安全管理措施，確保我們可以很安全地使用。目前的情況是，氫氣有時候是作為能源，有時卻不是作為能源、而是作為化工品被看待，這是全世界的普遍狀況，在中國更為突出。按照現(xiàn)在的法規(guī)標(biāo)準，氫氣只能在化工區(qū)使用，因為它被歸類于危險化工品。
要解決這個問題，政府、能源行業(yè)和汽車行業(yè)等相關(guān)各方必須一起努力。原來一直是汽車產(chǎn)業(yè)自己在發(fā)展燃料電池汽車，發(fā)展到現(xiàn)在的階段，氫燃料電池汽車已經(jīng)推出了，加氫站不足就成了瓶頸，因此迫切需要能源產(chǎn)業(yè)以及政府都參加進來，共同發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)。
為此，今年年初我們提出了一個很好的概念，也得到了各方的認同。我們呼吁，國家首先要對氫能有明確的戰(zhàn)略定位，即認可氫是一種很好的能源，在二次能源結(jié)構(gòu)里，氫能是可以和電能形成天然互補的能源載體。中國的電能雖然豐富，但是目前電能的來源主要還是依靠燃煤。而煤作為能源有兩個問題，高碳以及顆粒排放污染非常嚴重。因此，我們必須逐步改變煤電為主的能源結(jié)構(gòu)。
未來能源發(fā)展的趨勢是最終走向可再生能源。以前我們是在地表下尋找能源，未來我們要在天空中尋找能源，也就是太陽能和風(fēng)能發(fā)電。目前這兩個方面，都已經(jīng)有了比較成熟的技術(shù)。實際上，中國的可再生能源很豐富，現(xiàn)在的問題在于電能的儲存很困難，導(dǎo)致很多清潔的光電和風(fēng)電都白白浪費了。而氫氣恰恰是非常好的儲能載體，我們可以用光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)生的電能來電解水，然后制成氫氣，這樣就可以把能量保存下來。所以，氫能與電能作為能源有非常好的互補關(guān)系。國家必須把氫氣作為能源來對待，按照能源而不是簡單的化工品來形成一套管理法規(guī)和標(biāo)準體系，這樣燃料電池產(chǎn)業(yè)就可以更有序地發(fā)展了。
趙福全：余老師談到，發(fā)展燃料電池汽車除了電堆技術(shù)之外，在系統(tǒng)層面還有幾個挑戰(zhàn)。熱管理系統(tǒng)總體看來問題不大；無油潤滑的空氣壓縮機是較大的難題，不過目前正在努力克服；而在氫氣儲存上，由于國內(nèi)法規(guī)要求儲氫瓶必須是金屬類的，壓力只能做到35兆帕，而國外采用樹脂儲氫瓶，壓力可以達到70兆帕，這對燃料電池技術(shù)的發(fā)展有不利的影響。也就是說，目前存在法規(guī)標(biāo)準滯后阻礙技術(shù)創(chuàng)新的問題，亟需盡快解決。
下一個問題，燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，還取決于氫的來源。除了剛剛您提到的太陽能和風(fēng)能這兩類可再生能源制氫之外，氫還有沒有其他的來源？另外，氫的不同來源給燃料電池技術(shù)本身帶來了哪些挑戰(zhàn)？不同來源的氫能經(jīng)濟性如何？各自的發(fā)展難點是什么？
余卓平：氫是一種二次能源，而不是一次能源。作為二次能源，未來氫能將會在人類的能源結(jié)構(gòu)中發(fā)揮重要作用。大家知道，電能有多種來源，包括火力發(fā)電、水力發(fā)電、核能發(fā)電、可再生能源發(fā)電以及天然氣發(fā)電等多種方式，通常能發(fā)電的形式都可以用來制氫，所以氫氣的來源非常廣泛，這其中遠期最被看好的就是可再生能源制氫。而近期則可以通過碳氫化合物來提取氫氣，當(dāng)前的能源中有很大一部分都是碳氫化合物，像汽油、甲醇、天然氣等，都可以從中制取氫氣。
目前中國是世界上產(chǎn)氫量最多的國家。一般來講，一個國家化工業(yè)的規(guī)模越大，相應(yīng)的工業(yè)副產(chǎn)氫也就越多。除了氫的來源廣泛、氫的產(chǎn)能世界第一之外，中國在制氫技術(shù)方面也發(fā)展得非常完備。盡管燃料電池對氫氣純度有嚴苛要求，我國的氫氣提純技術(shù)也完全能夠滿足，因此制氫技術(shù)問題不大。至于制氫成本，在工業(yè)副產(chǎn)氫中，煤化工制氫是最便宜的，即使算上氫氣提純的成本，也要比石油便宜。
總體來看，在制氫環(huán)節(jié)，我國在氫的來源、制氫技術(shù)等方面都沒有太大障礙，而煤制氫和可再生能源制氫的成本都比較低，足以和汽油競爭?，F(xiàn)在問題主要在制氫之后的環(huán)節(jié)，即氫氣的運輸和加注。如果拋開運輸和加注的成本，單純從燃料角度比較，氫氣是比汽油更便宜的，但是加上運輸和加注成本之后就不一定了。
趙福全：因為氫的燃點非常低，是一種易燃易爆的氣體，因此中國一直將其作為化工危險品來進行管理，社會上也往往“談氫色變”。實際上，隨著燃料電池的發(fā)展，我們應(yīng)把氫氣作為燃料、作為能源來進行管理。而這種轉(zhuǎn)變只靠汽車人努力是實現(xiàn)不了的，必須和能源產(chǎn)業(yè)以及政府達成共識、一起努力。從氫能產(chǎn)業(yè)鏈的角度看，中國具有規(guī)模龐大的化工業(yè)基礎(chǔ)，可產(chǎn)生大量工業(yè)副產(chǎn)氫，相關(guān)制氫和提純技術(shù)又比較成熟，所以制氫環(huán)節(jié)不會成為發(fā)展燃料電池的瓶頸。也就是說，在中國不會出現(xiàn)氫氣供給短缺的問題，不必擔(dān)心氫能源不足。但是制氫之后的環(huán)節(jié)，儲氫、運氫以及氫氣加注都會帶來成本的顯著增加，為什么這些環(huán)節(jié)的成本這么高呢？
余卓平：目前氣態(tài)氫只能使用管束車來運輸，因為載運量太少導(dǎo)致運輸成本偏高。其實運輸天然氣是同樣的情況，用車輛進行氣態(tài)運輸成本也較高，所以往往通過建設(shè)專門管道來進行運輸。另外一種低成本的運輸方式，就是將天然氣液化，液化天然氣可以使用大型船只來運輸，就像運石油一樣。我認為，將來氫的長距離運輸可以參照天然氣的運輸方式。
目前世界上還沒有大規(guī)模、長距離運輸氫的案例，氫的短距離運輸也沒有世界標(biāo)準，相關(guān)的法律法規(guī)都不健全?，F(xiàn)在我國正在探索上千公里長途運氫的策略，未來很可能會采用氫氣專用管道來運輸。也有專家提出借用天然氣管道，進行氫氣和天然氣的混合運輸，使用的時候再將氫氣分離出來?？傮w來看，我認為對于氫的長途運輸，管道運輸是最好的方式；或者也可以通過水運來運輸液態(tài)氫。
趙福全：我們有必要考慮上千公里的長途運輸嗎？既然氫氣無處不在，區(qū)域性的制氫和區(qū)域性的用氫有效結(jié)合，是不是一條更好的發(fā)展路徑？
余卓平：您這個問題非常好。結(jié)合未來可再生能源的發(fā)展，氫能非常適合分布式使用。因為不同地區(qū)有不同的能源結(jié)構(gòu)特點，氫氣的來源可以因地制宜，不像石油和天然氣那樣必須考慮運輸問題。像石油只有中東產(chǎn)量最豐富，天然氣也大多集中在中東或者深海。而氫氣幾乎可以說是無處不在，各地都能以不同的方式制氫，這將給能源使用模式帶來全新的變化，從而對未來社會產(chǎn)生深遠影響。
趙福全：氫作為能源，需要我們重新加以認識和利用。氫的來源很多，不同的區(qū)域適合不同的制氫方式。至于制氫之后怎樣運輸?shù)膯栴}，不同的距離也會有不同的方案。最理想的狀態(tài)是區(qū)域內(nèi)就近使用，從而節(jié)省運輸成本。但是，用戶在使用燃料電池汽車時，不可能跑到制氫的地方去加氫，所以氫氣供應(yīng)問題就突顯出來。從這個意義上講，目前加氫站也是影響燃料電池汽車普及的一大問題。您怎樣看待加氫站的普及難題？未來加氫站會如何發(fā)展？
余卓平：目前加氫技術(shù)和加氫站建設(shè)技術(shù)都已經(jīng)成熟，但是加氫站的標(biāo)準規(guī)范還不健全。正如前面提到的，中國把氫氣視為化工危險品，如果要建一個加氫站，周邊不允許有重要的建筑，也不允許在居民區(qū)附近建設(shè)。而國外普遍將氫氣視為能源，所以加氫站可以建設(shè)在居民區(qū)旁邊，也可以建設(shè)在商業(yè)區(qū)，國外認為只要有一套良好的安全管理措施，加氫站就不會出問題。我國只有在國家戰(zhàn)略層面上明確氫氣的能源定位，才能在法規(guī)和標(biāo)準體系建設(shè)層面上有所發(fā)展和突破，從而最終解決加氫站建設(shè)的難題。
實際上，在汽車上使用氫氣與使用汽油相比，前者的安全性并不比后者差，車輛運行過程中是能夠確保氫氣安全使用的。真要是發(fā)生泄漏事故，汽油是彌漫性的，非常危險，而氫氣不是這樣。我們曾經(jīng)做過實驗，用槍射擊汽油箱和氫氣罐，油箱中彈后一定會爆炸，而氫氣罐中彈后是一根火柱筆直向上，但不會爆炸。
趙福全：設(shè)想一個場景，有100輛車停在地下停車場，如果分別是100輛發(fā)動機汽車或者100輛氫燃料電池汽車，哪一種情況出現(xiàn)事故的概率更高、危險性更大？
余卓平：如果是氫氣泄漏，目前的碳纖維儲氫罐幾乎不可能爆炸。氫泄漏造成爆炸一定要有一個大空間，同時儲氫罐有裂縫，使氫氣散出，與空氣混合到一定比例，否則不存在爆炸風(fēng)險。100輛車的氫罐同時出現(xiàn)裂縫并發(fā)生爆炸，目前來看出現(xiàn)這種危險的可能性極低，近乎是不存在的。
趙福全：對于燃料電池汽車來說，制氫環(huán)節(jié)沒有太大問題；運氫環(huán)節(jié)未來可以參考天然氣的運輸方式來解決；如果法規(guī)允許，能像建設(shè)加油站一樣建設(shè)加氫站，用氫環(huán)節(jié)也不是難題。那么，中國氫燃料電池產(chǎn)業(yè)能不能實現(xiàn)更大的進步，甚至超越燃料電池技術(shù)本身，使我們真正進入到氫能社會。您判斷，我們會很快進入氫能社會嗎？也請您和大家簡要分享一下，氫能社會是一個怎樣的概念？
余卓平：剛才講到氫能和電能一樣是二次能源。我們現(xiàn)在就處在電能社會，方方面面都離不開電，這是大家都能感受到的。而在氫能社會，交通領(lǐng)域會使用氫，發(fā)電領(lǐng)域也會使用氫，燃料電池汽車會得到更大的發(fā)展。未來電網(wǎng)將會發(fā)展為“智能電網(wǎng)”，在氫燃料電池汽車普及后，每一輛車上的燃料電池都是發(fā)電機，等于到處都有發(fā)電站，這樣就不再存在電網(wǎng)的峰谷問題了。通過智能電網(wǎng)管理，可以使電網(wǎng)輸出變得非常平穩(wěn)。
燃料電池是一個發(fā)電裝置，車載燃料電池相當(dāng)于是一個幾十千瓦的分布式發(fā)電站，燃料電池汽車則是小型分布式發(fā)電站的載體，并且這個載體是可以移動的。如果用燃料電池汽車作為輔助電源，在需要時供電，那就再也不會出現(xiàn)停電的情況了。偏遠地區(qū)的城鎮(zhèn)化發(fā)展也會變得更加簡單，因為不需要架設(shè)電網(wǎng)，只要當(dāng)?shù)赜袣錃饩涂梢詽M足供電需求。可以設(shè)想一下，未來在山上建一幢小型的度假別墅，不必單獨為這個別墅架設(shè)電網(wǎng)，有一輛燃料電池汽車即可。度假的時候，開著燃料電池汽車過去，就可以直接給別墅供電。再進一步設(shè)想，未來天然氣管道很可能會通到各家各戶，而每個家庭安裝一個小型的重整制氫裝置，就可以用天然氣制氫。日本的分布式發(fā)電發(fā)展很快，發(fā)電來源就是管道輸運到家中的天然氣，可以通過天然氣重整獲得氫氣發(fā)電，也可以直接使用天然氣發(fā)電。因為前面提到過，燃料電池也有不同的類型，可以使用不同的燃料。
趙福全：氫氣的區(qū)域可取性和區(qū)域利用性有利于氫能社會的建成，氫能的提供和使用本身就可以構(gòu)成一個完整的小生態(tài)圈。中國有豐富的氫資源，有很多方式都可以制氫，不過供氫技術(shù)還沒有完全成熟，這其中蘊含著很大的商機，也是我們下一步技術(shù)創(chuàng)新的重點方向。燃料電池汽車本身還有很多挑戰(zhàn)，但是距離較大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)沒有那么遙遠了，日本車企豐田和本田已經(jīng)做出了榜樣，豐田推出的燃料電池汽車Mirai在成本上比特斯拉的電動車更有優(yōu)勢。但由于尚未充分規(guī)?；壳暗匿N售價格和實際成本之間的關(guān)系，以及未來成本的下降空間，我們還沒有辦法完全確定。
您剛才還提到國家的法規(guī)標(biāo)準跟不上燃料電池汽車的發(fā)展，在某種程度上甚至成為阻礙其商業(yè)化的因素之一。那么，國家應(yīng)該怎樣把氫作為能源進行布局，法規(guī)標(biāo)準又該如何快速跟進呢？對此，國家是不是已經(jīng)有一些舉措了？有沒有一些跡象表明，國家已在推動氫能社會的建設(shè)？
余卓平：我們一直密切關(guān)注這個問題。我認為，對于中國來講，發(fā)展氫能與燃料電池要比其他國家和地區(qū)更為迫切。主要有兩個原因：第一，中國能源需求正在持續(xù)快速增長。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和生活水平的提升，中國的能源需求將不斷增長，亟需緩解傳統(tǒng)能源壓力，以新的能源形式補足缺口；第二，中國當(dāng)前的能源結(jié)構(gòu)是以煤為主，結(jié)構(gòu)過于單一，而且面臨高碳壓力。根據(jù)巴黎協(xié)定，全球要控制溫室氣體排放，中國理應(yīng)做出大國表率，我們已承諾碳排放達峰時間，因此對清潔能源的需求是戰(zhàn)略性的。
從交通能源來看，現(xiàn)在全球交通能源主要依賴于石油。而我國雖有一定的石油資源，但相比龐大的使用量而言，仍然是一個典型的少油國家。如果我們能夠積極推動氫能和燃料電池汽車的快速發(fā)展，既可以緩解對進口石油的依賴，也可以解決大量用煤導(dǎo)致高碳排放的問題，所以中國發(fā)展氫能與燃料電池汽車具有特殊重要的戰(zhàn)略價值。
實際上，面向未來的能源轉(zhuǎn)型，我國具有很強的體制優(yōu)勢。此前，我們把能源公司、能源裝備公司、汽車公司以及很多研究機構(gòu)都整合起來，成立了一個稱為“中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟”的大平臺。國家發(fā)改委、工信部、科技部等相關(guān)部委，都作為聯(lián)盟的戰(zhàn)略指導(dǎo)部門；反過來，聯(lián)盟的研究工作將為國家提供相關(guān)的決策參考，使國家對氫能發(fā)展的戰(zhàn)略布局能夠更清晰、更宏大、更系統(tǒng)。而聯(lián)盟的重點工作內(nèi)容之一，就是相關(guān)法規(guī)標(biāo)準的制定和完善；另外，也要集中攻關(guān)一些核心技術(shù)上的瓶頸，并進行商業(yè)模式創(chuàng)新的探索等。我們非常期待通過這個平臺，從能源供給到產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，實現(xiàn)政產(chǎn)學(xué)研用緊密結(jié)合，共同推動氫能源及燃料電池汽車的發(fā)展。剛才您問到，氫能社會到底還有多遠，我的觀點是：如果不做，始終遙遠；如果現(xiàn)在就開始全力以赴去做，那么很可能原來預(yù)計30年，實際只需要20年就實現(xiàn)了。
趙福全：在中國的車用能源戰(zhàn)略中，目前純電動車作為乘用車的主要發(fā)展方向已成定局。燃料電池汽車后續(xù)也有很大的發(fā)展前景，但是技術(shù)創(chuàng)新也要考慮經(jīng)濟效益，如果不能快速實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，再好的技術(shù)也無法真正產(chǎn)生價值。您認為燃料電池汽車從哪類產(chǎn)品切入，會更有利于其快速商業(yè)化？
余卓平：我認為，除了環(huán)保優(yōu)勢以外，燃料電池最大的優(yōu)點是氫氣的能量儲存密度要比動力電池高很多。所以，對重載、長途的大型汽車，燃料電池汽車一定是更適合的選擇，因為大型汽車能耗很大，需要高能量密度的能源載體。從這個意義上講，純電動汽車并不適合長距離行駛。例如為了保證500-600公里的續(xù)駛里程，特斯拉要裝載容量達60kWh的電池組，這是非常重的負荷；如果是大型汽車，就需要搭載更多的電池。
汽車技術(shù)一個很重要的發(fā)展方向就是輕量化，因為移動運載工具自身的質(zhì)量越重，能耗就越多。如果移動運載工具的能耗主要花在工具本身而不是載運的人員或物資上，這是非常不經(jīng)濟的。所以，我認為純電動汽車不適用于長途行駛的大型汽車。如果是上下班的代步工具，每天續(xù)駛里程只有五六十公里的小型乘用車，那么純電動汽車絕對是非常好的選擇。而燃料電池更適合應(yīng)用在重載、長途的大型汽車，主要是商用車上。
需要說明的是，我認為燃料電池汽車和純電動汽車并不是競爭關(guān)系，而是互為補充。在中小型乘用車堅持以純電動為新能源汽車發(fā)展方向的同時，在不適合純電動路線的大型商用車領(lǐng)域，完全可以優(yōu)先發(fā)展燃料電池汽車。大型商用車每天的行駛里程很長，對于加氫基礎(chǔ)設(shè)施的需求較為集中，非常適合燃料電池汽車初期的發(fā)展。
趙福全：的確如此，燃料電池汽車商業(yè)化最佳的主戰(zhàn)場是商用車。隨著節(jié)能環(huán)保壓力的不斷增大，商用車也需要使用綠色能源，而純電動技術(shù)路線應(yīng)用于商用車并不適合，相比之下氫燃料電池技術(shù)路線可能是最佳的選擇。氫燃料電池不僅能量密度高，相同里程下重量遠小于動力電池，而且對加氫站的依賴也沒有那么強，只需要合理布局、定點建設(shè)少量加氫站即可滿足需要。
最后一個問題，請您展望一下，2030年前后，燃料電池汽車會發(fā)展到什么規(guī)模？市場份額又會是多少？
余卓平：如果中國明確出臺氫能戰(zhàn)略，無疑會加速燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?？梢韵胂?，在未來城市中，物流車和公交車都會采用燃料電池，污染最嚴重的重型卡車也會逐步燃料電池化。能否早日實現(xiàn)這樣的愿景，一是取決于國家戰(zhàn)略方向是否明確堅定；二是取決于相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)能否取得重大突破，目前重型卡車領(lǐng)域的燃料電池技術(shù)還不成熟。
我們預(yù)測到2030年，在乘用車領(lǐng)域，燃料電池新車的比例可以達到約3%-5%；同時，在商用車領(lǐng)域的占比會更高。
趙福全：謝謝余老師，時間過得很快。聽了您的分享，我想我們應(yīng)該對燃料電池汽車充滿期待。中國是一個大國，隨著經(jīng)濟總量不斷增加，能源需求也日益增大，對于像氫能這樣的清潔能源，我們理應(yīng)積極探索。至于氫能會不會成為未來的終極能源，我覺得這只是一個說法的問題，現(xiàn)在沒必要爭論，但氫能作為二次能源潛在的戰(zhàn)略價值之大超過想象，這是客觀事實。氫能既可以豐富中國能源多元化的布局，減少對進口石油的嚴重依賴；又可以解決環(huán)境保護的問題，改變中國能源結(jié)構(gòu)“重煤”的現(xiàn)狀。因此，發(fā)展氫能經(jīng)濟和燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)對中國具有重要戰(zhàn)略意義。
目前燃料電池技術(shù)已經(jīng)取得重大進展，后續(xù)還會有進一步的突破，但發(fā)展燃料電池汽車面臨的不只是技術(shù)問題。工程技術(shù)人員的作用固然重要，企業(yè)的投入也必不可少，但是還需要國家大戰(zhàn)略的有力支撐，因為氫能與燃料電池的發(fā)展離不開基礎(chǔ)設(shè)施，離不開完整產(chǎn)業(yè)鏈的布局，而這是由國家能源戰(zhàn)略決定的，僅靠企業(yè)家和專家努力是遠遠不夠的。國家應(yīng)盡早制定并發(fā)布氫能源以及燃料電池方面的發(fā)展戰(zhàn)略，并基于該戰(zhàn)略，盡快制定、完善和出臺相關(guān)的法規(guī)標(biāo)準，讓產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向更加明確，也讓科研人員和工程師們在產(chǎn)品研發(fā)過程中有據(jù)可依。展望未來，氫能將成為能源體系中的重要組成部分，甚至有可能成為主流能源。大家普遍認為，未來氫能一定會是主要的供給能源之一。
隨著燃料電池技術(shù)本身的進步、制氫技術(shù)的進步、儲氫技術(shù)的進步、加氫技術(shù)的進步以及產(chǎn)業(yè)化的縱深推進，相信氫能最終可以走進千家萬戶。在這個進程中，官產(chǎn)學(xué)研用各方有效分工、協(xié)同創(chuàng)新，將有力推動技術(shù)的快速突破和產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。希望大家繼續(xù)努力，共同打造一個更加綠色的社會。
