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章桐:借“双碳”之势,加快氢燃料电池汽车在中国的发展

发布日期:2021-06-22   浏览次数:604

车网中国报道
2021年6月17日-19日,由中国汽车工业协会主办的第11届中国汽车论坛在上海嘉定举办。站在新五年起点上,本届论坛以“新起点新战略新格局——推动汽车产业高质量发展”为主题,设置“1场闭门峰会+1个大会论坛+2个中外论坛+12个主题论坛”,全面集聚政府主管领导、全球汽车企业领袖、汽车行业精英,共商汽车强国大计,落实国家提出的“碳达峰、碳中和”战略目标要求,助力构建“双循环”新发展格局。其中,在6月19日下午举办的主题论坛“碳达峰、碳中和目标下的新能源汽车发展形势”上,同济大学燃料电池汽车技术研究所所长章桐发表了主题演讲。以下内容为现场演讲实录:
各位领导、各位专家、各位朋友,大家下午好!我来自同济大学。

今天讲的题目是借“双碳”发展的契机,大力地发展氢燃料电池汽车,总共讲三个方面:

1、中国汽车产业的未来,机遇和挑战在什么地方。

2、中国的新能源汽车发展的现状。

3、“双碳”背景下的中国氢燃料电池汽车的发展。

我不是从能源行业来的,我做了40年的汽车,最近因为“双碳”比较热,本人花了一点功夫研究了一下“双碳”方面的研究报告,还有一些资料,所以今天主要是谈谈我在这方面的学习体会,跟大家分享一下,有不对的地方大家可以争论。

一、中国汽车产业的未来。

当初讨论汽车产业的未来,一直讲未来的汽车是什么样?我们谈的是大的框架,不谈整个能源行业,不谈整个产业,谈什么是可持续的交通。

交通产业要能够持续发展,面临很多挑战,我把挑战分成两大类:

1、有关可持续交通的挑战第1类。

第一个是二氧化碳排放问题,当初早些年的时候,这个话题并不是太热,但也是一个话题。

第二个污染问题,包括PM2.5、有毒气体的排放。

第三个是国家安全能源,对于石油化石能源的依赖于,这三条是当初真正推动中国做新能源汽车的主要推手。

大家都知道,在十几年前、近二十年的时候,中国的雾霾情况非常严重,推动中国的领导人下这样的决心大力发展低排放的电动车。

面临这三个挑战,我们也迎来了契机,任何一个挑战,后面都包含着一个机遇,所以怎么摆脱对化石能源的依赖,减少城市污染,减少碳排放,面临能源结构的调整。

从这个角度来说,这是中国汽车产业实现转型或者产业结构调整的重大机遇,所以这是一方面。

2、有关可持续交通的挑战第2类。

城市化、交通的安全性、交通成本。

总体上来说,交通行业面临可持续的六大挑战,面对这些挑战,中国的机遇在什么地方?我们遇到了第四次工业革命,第四次工业革命是什么?就是所谓的网络物理系统,我们在第三次工业革命只是信息革命,那是互联网行业,我们现在比互联网行业更近一步。大量的网络集成、通信软件硬件的发展,我们面临背后重大工业的革命,所以现在给中国汽车工业实现了转型升级的第二次机会,促进了中国汽车在智能化、互联方面做的发展。

总的来说,如果归纳起来,中国汽车产业在今后面临重大挑战的前提下,遇到能源革命,工业革命的机遇促成了汽车工业最后的电动化、智能化和网联化的发展,这是中国汽车的未来。

二、中国的新能源汽车发展的现状。

中国过去十几年在新能源汽车发展情况是什么样?大家也都知道中国的汽车工业、新能源汽车真正爆发是从2013年开始,我们做得很早,2000年开始布局电动汽车,汽车市场的发展从2013年开始。

2017年开始产量是2700万辆,去年汽车总产销量跟2019年持平。新能源车在2020年的时候做到130多万辆,其中纯电动100多万辆,增程式混合动力30多万辆。

今年形势比较好,前五个月,新能源汽车的产销量达到95万辆,所以谁都没想到新能源汽车在这个地方有这么长足的发展。

市场上有一些趋势可以看出来,2020年特斯拉获得市场第一。还有插电式混合动力异军突起,增长速度远远超过在纯电动车方面的发展。

不管怎么样,增程式电动车的增长、外资企业对中国市场的进入,在整个新能源市场上造成了一定的挑战。

总的来说,今年的形势非常好,这个形势是不是可以可持续下去?如果中国坚持新能源汽车的产销量,如果按照这样的速度往上涨,是不是能够用所谓的纯电动汽车,以锂电池为主的纯电动汽车包打天下,我个人还是有一定的疑虑。

总的来说,我个人的看法,充电仍是挑战,新能源汽车保有量是580万辆,绝大多数是纯电动汽车。如果纯电动汽车以我们希望的速率大幅度增长,充电的问题不可能得到完美的解决,这是我个人的看法,包括八大挑战。

于是,燃料电池汽车在这个地方应势而起。它和纯电动汽车是天然的绝配,为什么?第一,燃料电池汽车和纯电动汽车电气架构一模一样,平台化效应特别好。第二,燃料电池汽车继承了纯电动汽车的一切优点,又克服了续驶里程和充电方面的缺陷。第三,纯电动汽车和燃料电池汽车相互互补,特用的场合下有独到之处。我们做这么长时间的燃料电池汽车,我本身并不排除纯电动汽车,这两者是互补的,未来市场上一定是相辅相成、互相互补的技术路线。

为了保障中国汽车产业转型,保障未来可持续发展,以纯电驱动为主,如果想坚持走下去,不走回头路,燃料电池汽车是必走之路。

三、“双碳”背景下的中国氢燃料电池汽车的发展。

接下来谈谈燃料电池汽车在“双碳”背景下进一步的长足发展,首先是全球气候问题-能源低碳化,这个热度去年刚刚炒起来的,就是因为气候挑战。

温室气体排放,不光是二氧化碳,这里面包括二氧化碳、甲烷、氧化亚氮都是温室气体,但是二氧化碳由于含量多,对全球的温室贡献超过50%,所以大家把二氧化碳拿出来作为重点讨论。

《巴黎协定》2015年12月12日是巴黎气候大会通过的。2016年9月3日中国全国人大常委会也批准了。

关键性的指标是什么?大家都承诺力争全球的温升不超过2摄氏度,力争1.5度,当然《巴黎气候协定》主要是六条,控制温升在2度之内给大家带来非常大的挑战。

全球角度来说,如果做一个基本假设,因为大家还是要发展,经济增长如果2.6%,人口增长0.8%的情况下,这是中国石油经济研究院做的2050年中国和世界能源研究报告里提出的。如果做一个2度的场景,要想控制全球的温升不超过2度,在一次能源上,包括对2050年之间非化石能源占比达到47%,将近一半,这里面包括煤炭、石油、天然气、非化石能源的比例可以看到分别是:4%、22%、27%、47%。从碳排放角度来说,2025年要达峰。全球2050年的时候仍然有113亿吨的二氧化碳排放,如果2050年要想排放的话,相当于量减少率将近60%的任务,当然这个地方逻辑上比中国的任务相对来说容易一些。

从挑战上来说,全球市场从能源上提出基本的架构或者战略考量,我们在一次能源上要大力利用可再生能源,但是二次能源上一定要强调大规模的电力化和电气化。终端的设备电气化率,2050年的时候全球角度要达到50%,就是能用电的地方全部要用电。不能用电的地方怎么办?要用其他的能源,所以说这个地方给大家带来的挑战是什么?如果你想大规模利用可再生能源减少碳排放,给全球的挑战,用碳捕捉的技术,但是成本高、存储难;用生物质,但是资源有限;用再生能源,包括风、光、海洋,但是间歇性波动不稳定、存储难。一方面要大量利用非化石能源、可再生能源50%以上,但是可再生能源面临这样一些问题,催生出来利用氢气,氢气在这样的背景下提出来的,氢气本身是清洁高效,同时可储能、可运输、应用场景非常丰富。

总的角度来说,全球提出这样的设想,二次能源里一定是两元化,能用电的地方全部用电,不能用电的地方尽量用氢,所以从这个角度上来说,这是全球上做的总考量。

全球有些国家已经做了一些布局,有德国模式、日本模式、澳大利亚模式,分别可以看出来,日本模式作为一个例子,保障能源安全、巩固产业基础,最后还有节省二氧化碳排放,这是上次日本丰田的报告,进一步证实日本大力推动氢能源,要排除化石能源的依赖,同时想利用氢能。二氧化碳减量方面,巩固产业技术基础,可以看出日本仍然希望在技术角度,在全球占有一席之地,这是从全球角度说。

再回头看看中国,为什么“双碳”从去年开始特别热?这是2020年9月22日习近平总书记第一次在联合国大会上做了庄严承诺,中国在2030年底要力争碳达峰,2060年前努力争取碳中和,其实习总书记说话有一定的余量,没有说保障,都是力争。

不管怎么样,也是中国在这方面的坚定承诺,也影响到各个方面,特别是最近以来,大家从央企、国家各个部委、战略方针上也感受到热度,这个热度对我们来说意味着什么?石油经济研究院做了这样的假设,做了三个场景:(1)参考场景,能源体系发展方向为清洁低碳,安全高效,智能多元以及便利经济。(2)氢能社会场景,氢能社会是什么样的场景?我们基本上下定决心,在二次能源架构当中,把氢气作为重要的考量、重要的因素,仅次于电。(3)碳中和场景,节能减排方面利用现有的技术或者创新性技术,尽我们最大的努力做这件事情。

我们倒推,如果想实现碳中和的话,到2060年碳排放为零是什么样的场景?

下面的图代表了三种不同的场景,对碳排放来说,要想真正实现碳中和的话,前面各位专家说了,得提前布局,不能等到2030年碳达峰以后再做这件事情,所以2021就要开始布局,尽量把曲线做得缓一些,早布局早行动,给自己造成压力不是很大。

比如说欧盟在1980年的时候,就已经碳达峰。从1980-2050年有70年的功夫从碳达峰到碳中和,中国只有30年,因为我们还在增长,我们到30年的时候才碳达峰,2060年的时候要达到碳中和,所以我们的任务是艰巨的,难度是加倍的。

我们在2050年的时候,清洁能源要占比80%,其中非化石能源占65%,中国要想达到碳中和的情况,所以这一方倒逼煤炭的用量、石油的用量减少,其他可再生能源要达到46%以上。

这样的话,我们才有可能在2060年实现碳中和,从这个角度上来说,任务非常艰巨,这也是做了基本的盘算。从这个地方看得出来,跟全球相比,中国煤炭资源特别丰富,不能像全球角度来说煤炭用量4%,我们仍然有煤炭12%在能源架构里,但是天然气13%,而可再生能源得到大规模的增长。

这个角度来说,中国和全球的考量是一致的,二次能源里要大力利用电,另外利用氢气作为真正二次能源。

终端设备电气化率达到48.2%,非化石能源发电占比80%,而且发电设备上要采用CCUS技术,就是碳捕捉、碳存储和碳利用,所有的技术都要用上。

这里是一个中金公司做的研究报告,预测氢能发展的三个阶段,从今天开始,头十年从产氢角度做了成本的估计,2021-2030年是应用初期、2031-2050年是步入平价阶段,最终2050-2060年是全面平价阶段。按照他的预期,中国要产绿氢,利用可再生能源产生氢气的话,成本有降低的空间。

最终在交通领域,每公斤可以做到20元/kg,是加氢口的价格,而不是生产氢气的价格,生产氢气的价格还要更便宜,这是能源行业做的预测,不是汽车行业做的预测。

另外,氢气可替代大多数非电领域的需求,从交通仓储、各个方面来说,交通上对我们来说算是比较好的,因为整个交通行业对碳排放占比10-12%左右。

这个地方来说,电气化率和氢气利用率可以得到互补的场景,所以说这个地方国家电网研究院做了预测,真正想实现碳中和的总体路径,从路线图可以看得出来,前面黑的是现状,第二个往上升的是到碳达峰需要一定的增长量,因为要提高生活水平,碳排量有一定的增长。

从这个时候,分几个步骤,节能减排涉及各个方面。包括能效提升与可再生能源应用;电力部门本身的减碳,你要利用可再生能源发电;终端用能部门的电气化;非电力低碳燃料转换;直到最后还有负碳排放。负碳排放什么意思?没办法就封存起来,找个地方存起来,国外有很多研究,包括以前有矿山、煤矿、盐矿挖完以后地下是洞穴,把二氧化碳封存起来。如果我们把这件事情严肃考虑的话,要想实现碳中和还是有路径可走的,不是一头雾水没有路径可走,这是中国的碳减排。

能源网角度来说,从能源的获取到能源的转换,一直到终端用户,一定要把所谓的“一次能源和电力网、氢气网”三网融合,形成中国的全新能源架构,这个角度上来说,中国才能够实现碳中和。

对于汽车行业来说,我们只是借这个东风而已,这个地方对我个人来说特别有鼓舞作用,因为本人回国一直做燃料电池汽车的工作。之前常常遇到质疑,新能源汽车再好,技术本身再发达,氢气从什么地方来?现在我可以非常开心告诉大家,你不用问我这个问题,你去问能源行业,能源行业会把氢气给我用的,因为我从交通口利用氢气是绝小的量,他要想实现碳中和,不大规模发展氢能产业,无路可走。

从用能结构,要想实现碳中和我们要节能减排,另外架构要变,把氢气从二次能源里大力提供出来。
边的图可以看出来,整个交通领域的用能结构,只看最后的长条,碳中和的场景。2060年的时候,市场仍然有一些燃油车,从保有量来说,还要消耗石油,也有烧天然气的,但是很大的一部分是纯电和氢能。从这个比例可以看出来氢能燃料电池的比例,借“双碳”的大战略背景,可以得到很好的长足发展。

回到新能源汽车,2050年做了预测,绿颜色是纯电动汽车,浅绿是氢能汽车。总量上来说可以看得出来,2050年燃料电池汽车保有量5000万辆,还不是2050年碳中和。5000万辆,相当于保有量是5亿辆,10%的汽车是燃料电池汽车。从这个角度来说,如果从2050-2060年,结合氢气各方面来说,产业端的发展,这个量从2050-2060年会得到进一步的发展。总体来说,碳中和的场景对于新能源汽车的占比得到大规模的推动。

总结:我们要借“双碳”之势,利用氢电两次能源网的建立,从根本上促进和保障燃料电池、氢电池燃料的融合发展,保障中国汽车工业平稳、可持续的产业转型,坚持纯电驱动不动摇,燃料电池汽车和锂电池为主的纯电动汽车相互辅助的发展。

最后说说燃料电池发展的趋势,如果从产业发展角度来说,上游、中游、下游,从氢气制取、汽车技术本身、下游整车厂、用户场景这么多年得到了长足的发展。大家在别的论坛里,关于燃料电池汽车也得到很多的介绍。

目前来说,在中国有一些地域,形成了地域性优势,列举三个产业集群:京津冀、长三角、华南(以广州为中心),当然还包括其他的地方,现在大家都在拭目以待,等待五部委牵头发布中国大规模示范化的场景,或者牵头城市群。

总的来说,从目前和将来,我们希望在国家战略的领导下,在燃料电池汽车产业的领导下,经过将近四年的规模发展示范活动,在能源架构、政策扶持、技术攻关、标准体系的建设上来说,能够得到非常全面的系统化推进。从这个角度来说,氢燃料汽车能够借助于“双碳”能源架构上的重大革命和重大调整,借这个东风,燃料电池汽车必将展示它顽强的生命力。
这就是我想跟大家分享的,谢谢大家! 

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