2023年3月28日，北京氫能產(chǎn)業(yè)大會暨京津冀氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展高峰論壇在京順利舉辦。工業(yè)和信息化部、國家能源局、交通運(yùn)輸部、科學(xué)技術(shù)部等部委領(lǐng)導(dǎo)，北京市經(jīng)濟(jì)和信息化局、北京市科學(xué)技術(shù)委員會、中關(guān)村科技園區(qū)管理委員會領(lǐng)導(dǎo)，氫能產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域?qū)＜?、重點(diǎn)區(qū)域、行業(yè)組織、央企及龍頭企業(yè)代表出席會議。

　　清華大學(xué)能源與動(dòng)力工程系的韓敏芳做了報(bào)告，以下是內(nèi)容摘要：

　　今天匯報(bào)主要是三個(gè)方面，碳中和背景下我們面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)和我們希望的途徑。

　　自從2020年中國提出“雙碳”目標(biāo)以來，我們面臨巨大的壓力，與發(fā)達(dá)國家相比我們這個(gè)減排的壓力是非常大的，我們一定要探究二氧化碳的主要來源，探究好來源以后我們才去找對策。世界范圍內(nèi)二氧化碳的主要來源還是來源于化石燃料的使用，到中國就更具體的來源于煤炭，使用煤炭為主的能源，大概在中國總的排放當(dāng)中80%以上是來源于使用煤炭作為能源、資源。在這個(gè)行業(yè)來說，又是用煤發(fā)電和供熱產(chǎn)生的二氧化碳又占據(jù)了50%以上，相當(dāng)于煤發(fā)電和供熱產(chǎn)生的二氧化碳占據(jù)了中國二氧化碳的年排放的一半以上，我們找到根源以后我們就要對癥下藥，對癥下藥作為科技領(lǐng)域，科學(xué)家這個(gè)層面一定要在技術(shù)層面上尋找突破，就要改變傳統(tǒng)的，通過煤燃燒來實(shí)現(xiàn)發(fā)電這樣的一種方式為燃料電池發(fā)電，就是要把燃料電池這種發(fā)電方式，直接把燃料的化學(xué)一步轉(zhuǎn)化為電能，不要再繞那么多彎了，這樣最直接的效果就是發(fā)電效率高。

　　怎么樣實(shí)現(xiàn)更高效率的發(fā)電，除了我們大家更熟悉的傳導(dǎo)氫離子的氫燃料電池以外，還可以有傳導(dǎo)多種離子的燃料電池，今天說的這個(gè)就是傳導(dǎo)氧離子的燃料電池，它叫固體氧化物燃料電池。氧離子傳導(dǎo)它就是從空氣一側(cè)，從陰極一側(cè)傳導(dǎo)到陽極一層，因?yàn)檠蹼x子來了以后它幾乎可以氧化幾乎所有種類的燃料，那么這樣的話它很簡單的就是說燃料適應(yīng)性廣，既可以采用我們現(xiàn)在的氫氣，副產(chǎn)氫，還可以采用各種燃料，凡是稱為燃料都可以用，燃料適應(yīng)性廣，很容易與現(xiàn)有能源系統(tǒng)兼容，那么要想傳導(dǎo)氧離子就要在高溫下運(yùn)行，高溫下運(yùn)行技術(shù)難度加大，但是它動(dòng)力學(xué)過程加快，所以它可以實(shí)現(xiàn)的是高效的發(fā)電。那么固體氧化物燃料電池目前可以實(shí)現(xiàn)的世界上最高的發(fā)電效率。

　　這是發(fā)電效率的比較，我們可以看到，有顏色的圈圈就是多種種類的燃料電池可以實(shí)現(xiàn)的發(fā)電效率，普遍高于傳統(tǒng)的熱機(jī)系統(tǒng)的。

　　那么在所有的燃料電池當(dāng)中固體氧化物燃料電池獨(dú)樹一幟，它的發(fā)電效率最高，尤其是它還可以和燃?xì)饴?lián)機(jī)這個(gè)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)在目前最高的發(fā)電效率。

　　世界范圍內(nèi)已經(jīng)在2010年前后實(shí)現(xiàn)了固體氧化物燃料電池發(fā)電的商業(yè)化運(yùn)行，從小到一個(gè)千瓦，日本運(yùn)行的是700瓦的發(fā)電系統(tǒng)，大到幾百千瓦的單機(jī)系統(tǒng)和兆瓦級的電站都已經(jīng)在運(yùn)行了，不但實(shí)現(xiàn)了高效的發(fā)電效率，發(fā)電效率從小型的一個(gè)千瓦到大型的都可以實(shí)現(xiàn)到55%到65%，甚至更高，聯(lián)動(dòng)以后是可以達(dá)到70幾的。

　　同時(shí)還有非常好的減碳效果，我們說它可以實(shí)現(xiàn)大概差不多是30-50%的二氧化碳減排，這是針對不同的應(yīng)用場景來實(shí)現(xiàn)的。那么世界上已經(jīng)走出了非常好的一條成功的路徑，那么迫切需要在中國的發(fā)展，我們看到在世界范圍內(nèi)，第一張圖它是作為燃料電池，作為分布式供能發(fā)電這個(gè)方式，它是作為主要的應(yīng)用，它大概占到了60%、70%，交通占到25%左右，剩下還有像便攜式電源占5%左右，這是全球范圍內(nèi)，我們?nèi)剂想姵胤植际桨l(fā)電是它主要的應(yīng)用場景。

　　那么尤其是在剛剛結(jié)束的日本的東京奧運(yùn)會和咱們北京的冬奧會上，都做了燃料電池應(yīng)用最主要的展示。那么在日本的奧運(yùn)會當(dāng)中除了做了車載系統(tǒng)，比方說500輛乘用車、100輛客車的展示之外，更主要的是平臺奧運(yùn)島上做了一個(gè)5600戶熱電聯(lián)供整體系統(tǒng)的展示，整體在島上所有用的都是燃料電池的發(fā)電車載系統(tǒng)。我們中國是在這一次非常大的成功是做了全球最大數(shù)量的展示的氫燃料電池汽車，尤其是在商用車這個(gè)領(lǐng)域。所以說對比全球的應(yīng)用我們中國在過去過程當(dāng)中是嚴(yán)重忽略了燃料電池在分布式供能方面的應(yīng)用，也需要作為未來更主要的發(fā)展方向予以推廣的。

　　那么也在這個(gè)過程中我們是對比幾個(gè)案例。與日本剛才說的小型的熱電聯(lián)供系統(tǒng)放在家里的，700瓦的發(fā)電，過去幾年當(dāng)中每年差不多是4-5萬套的安裝速度來發(fā)展。當(dāng)然這里頭對比的是豐田的乘用車和現(xiàn)代的兩款乘用車，日本和韓國主要都是做的To C的，包括日本的熱電聯(lián)供都是To C層面的，現(xiàn)代這個(gè)車后來居上，發(fā)展更快，發(fā)展最高的是豐田的。我們希望中國能通過商用車的發(fā)展走出一條獨(dú)特自己的發(fā)展道路，這個(gè)也是國家和我們技術(shù)領(lǐng)域都非常充滿了信心，就像剛才心超主任也說到我們國家在鋰電池汽車、電動(dòng)車領(lǐng)域已經(jīng)取得了非常大的成功，我們也非常希望中國在氫燃料電池汽車領(lǐng)域走出自己獨(dú)特的一條路線，這是這樣的一個(gè)情況。

　　當(dāng)然過去一兩年當(dāng)中，我們這個(gè)行業(yè)很熱，除了車載體系熱，減碳的目標(biāo)也熱，經(jīng)常有熱聯(lián)事件發(fā)生，我也是頻繁的被邀請做各種觀點(diǎn)的評價(jià)和探討，所以說去年還是挺辛苦的，好幾篇的約稿文章，包括從綠色奧運(yùn)中閃亮走出的燃料電池發(fā)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)前景可期，這是發(fā)在咱們汽車的藍(lán)皮書上。碳中和愿景下采用氨做燃料相關(guān)技術(shù)的熱點(diǎn)分析，這也是包括我們經(jīng)信局，包括科委很關(guān)心的一些事情，我也是因?yàn)榉捶磸?fù)復(fù)被問，所有做的這些都是在中文上被一些熱點(diǎn)的關(guān)注，這都是約稿文章，包括中科院的院刊，包括清華新創(chuàng)立的能源領(lǐng)域的刊物，大家有興趣可以具體的去分享，不展開了。

　　另一方面，所有的電化學(xué)器件都是可逆運(yùn)行的，比如說正向可以發(fā)電，逆向可以電解，就像我們的鋰電池一樣，重電和發(fā)電，當(dāng)然燃料電池也不例外，所有的我們給它燃料就可以產(chǎn)生電了，給了電以后可以把它電解，電解水可以得到氫氣，如果我們電解二氧化碳就可以得到一氧化碳了，是一個(gè)很好的途徑。

　　比較下來高溫運(yùn)行的固體氧化物電解池，到它的電解電壓，1.2中型電壓，1.29是最低的，相當(dāng)于堿性電解和質(zhì)子交換膜電解它可以做到更低的成本和更高的效率，最具有未來競爭前景的，這是它的一個(gè)優(yōu)勢。

　　另外一方面相比于低溫電解池來說，電解二氧化碳，固體氧化物燃料電解池可以直接電解二氧化碳，可以從上面看到當(dāng)電解水的時(shí)候它的中性電壓是1.29，到電解二氧化碳的時(shí)候1.47，幾乎沒大的差別，但是要低溫做的話，我們要做到三點(diǎn)幾，幾乎不可能的。

　　這種情況下就給我們提供了很好的途徑，我們可以電解水制氫儲氫，我們可以供電水和二氧化碳，把二氧化碳轉(zhuǎn)化為合成氣，氫氣和一氧化碳，合成氣以后我們所有的煤化工和石油化工發(fā)展的源頭了。

　　科學(xué)家發(fā)現(xiàn)燃料電池可以在一臺器件上，一臺機(jī)器上實(shí)現(xiàn)正向和逆向的運(yùn)行，正向發(fā)電，逆向電解，就在不同的時(shí)間段，重要的發(fā)現(xiàn)在于在這種運(yùn)行過程中穩(wěn)定性更好，相比于單獨(dú)一項(xiàng)工作它長期的穩(wěn)定性更好，這一點(diǎn)為我們走向產(chǎn)業(yè)應(yīng)用提供了非常大的技術(shù)支撐，我們就可以在同一臺器件上，比如說我們和太陽能的結(jié)合，白天的時(shí)候我們是電解，晚上的時(shí)候讓它發(fā)電，這樣的一些方式，風(fēng)能也一樣，不間斷，更重要的是我們可以同時(shí)來處理二氧化碳，處理二氧化碳，我們對二氧化碳很難搞，我們又離不了它，到什么時(shí)候我們二氧化碳一直會在這個(gè)地球上會存在的，離不了它，所以我們要做的減碳富碳技術(shù)，把它分解成一氧化碳尋找合適的途徑。這樣的話有這樣的一個(gè)裝置來實(shí)現(xiàn)它的中和和平衡的情況，這個(gè)我們已經(jīng)做了比較久的時(shí)間了，趁現(xiàn)在這個(gè)熱潮。

　　有了這樣的一個(gè)基礎(chǔ)和理念之后，我們就可以和現(xiàn)在幾乎所有的能源體系進(jìn)行兼容包括所有的體系融合到一起。

　　有了這些技術(shù)的認(rèn)識我們要思考的是中國低碳能源的戰(zhàn)略，那么因?yàn)榻裉爝@么大的一個(gè)課堂我給幾條思索的途徑。

　　首先面對中國煤炭，中國高碳能源低碳利用的新途徑，這個(gè)是大家看到，這是2012年提出來的，中國的煤很多發(fā)電，我們首先煤氣化以后有燃料電池發(fā)電，因?yàn)槿剂想姵厥且粋€(gè)化學(xué)反應(yīng)器件，它不可能像燃燒一樣直接把燃料都轉(zhuǎn)化成熱，它一定有合適的燃料利用率的。這種情況下它還有一個(gè)尾氣的排放，不同于氫燃料電池可以在氫電極上做無限的循環(huán)，所以說它會有發(fā)燃料(音)出來，發(fā)燃料出來我們就可以聯(lián)動(dòng)氣聯(lián)機(jī)，我們就可以聯(lián)動(dòng)氣聯(lián)機(jī)，日本是聯(lián)動(dòng)的微燃機(jī)，三菱做的微燃機(jī)，中國微燃機(jī)今年剛發(fā)布了一個(gè)征求指南稿，希望做燃機(jī)的聯(lián)動(dòng)，當(dāng)然也可以燃機(jī)變成熱，做蒸汽的聯(lián)動(dòng)?？傊@個(gè)圖上最底下的一條紅線通過燃料電池實(shí)現(xiàn)的高效發(fā)電，發(fā)電以后燃料電池發(fā)電好處是它的產(chǎn)物就是二氧化碳和水，并且它不和空氣所混合的，我們很容易得到高純度的二氧化碳。

　　上面那條線我們可以用可再生資源的電力，尤其是三氣電力直接電解水和二氧化碳，得到合成氣息得到合成氣，得到合成氣以后可以兼容所有的合成系統(tǒng)。

　　以這個(gè)思路體系為基礎(chǔ)，我們就開始做的中國的第一個(gè)973和現(xiàn)在的重點(diǎn)專項(xiàng)項(xiàng)目的推動(dòng)，這是它的發(fā)展。

　　第二個(gè)思路就是中國西部資源化的充分利用問題，我們有傳統(tǒng)的西氣東輸、西電東送，但是三氣電力在西部是很發(fā)達(dá)的，還要考慮西部原地的消化問題，尤其是我們提出來西部的跨際儲能、我們怎么把風(fēng)水氣的水電用到枯水區(qū)，把有限夏天的光源系統(tǒng)用到冷的時(shí)候，這是一個(gè)思路。

　　再就是和太陽能的一個(gè)結(jié)合，比方說我們剛剛說發(fā)電電解剛才說了，我們更喜歡的用的是太陽光伏這個(gè)電，實(shí)際上太陽光里頭更容易用的是熱，我們可以用光電和光熱共同來結(jié)合，實(shí)現(xiàn)它的長時(shí)間的供電。

　　其實(shí)這樣的電站在美國，在夏威夷島上美國都有示范電站在運(yùn)行，我們只是在中國要推動(dòng)它，尋找一個(gè)合適的場景，所以我就把它放到了超臨近空間，長續(xù)航時(shí)間的一個(gè)運(yùn)行。

　　最后一個(gè)是和流程制造業(yè)的結(jié)合，比方說我們和輕冶金、冶金行業(yè)的結(jié)合，在碳排放當(dāng)中，排第三行業(yè)的就是鋼鐵行業(yè)，11噸鋼鐵，14噸二氧化碳的排放，那么我們一個(gè)趨勢就要用輕冶金代替碳冶金，輕冶金代替碳冶金就要原地制備氫，可再生資源很多來制氫，制了氫以后就直接用輕冶金煉鋼這個(gè)事情。重要的一個(gè)事情從系統(tǒng)工程的考慮來說，這種大的鋼鐵行業(yè)以及行業(yè)當(dāng)中它都是高熱的行業(yè)，有很多廢熱，包括我前面講到的太陽熱的問題，高度電解是要800度運(yùn)行，比方說在3伏左右，三點(diǎn)幾度電一方氫的時(shí)候，如果兼容一些廢熱的話，可以把它的電解效率做的超過1，這是整個(gè)行業(yè)當(dāng)中更好的建設(shè)和節(jié)能，所以這些項(xiàng)目也都是在做。

　　最后我們就提出來，這是2016年做完第一個(gè)973的時(shí)候提出來的，我們基于碳中和分布式能源轉(zhuǎn)化易儲存，我簡單做個(gè)解釋。

　　左邊這條紅色的線我們就是用傳統(tǒng)的各種能源作為燃料的我們來發(fā)電，我們來做分布式發(fā)電，分布式發(fā)電可以實(shí)現(xiàn)更好的高效率和它的碳排放、碳減排，下邊這條線從紅過渡到綠是傳統(tǒng)的煤化工、石油化工工藝，煤化工、石油化工第一步把化石燃料變成合成氣，有了合成氣以后通過付托合成可以合成我們幾乎想要的所有的化工品和我們所有的燃料，比方說煤制烯烴，煤制甲醇這些體系大家熟悉的，這是我們傳統(tǒng)的一條路線。

　　右邊綠色的這條線它是可再生資源開始，通過供電解、水和二氧化碳得到的是合成氣，這里還有一個(gè)更主要的特點(diǎn)，在電解過程中氫氣和一氧化碳幾乎是很大比例內(nèi)是任意可調(diào)的，可調(diào)的過程中使得我們傳統(tǒng)的費(fèi)托合成當(dāng)中要簡化很多。煤化工比例是固定的，還要做單獨(dú)的加氫，煤制化工品的過程中是存在不同加氫的過程，這個(gè)我們就一步可以實(shí)現(xiàn)希望要的途徑，可以把二氧化碳吃掉，以后所有的化工合成就從二氧化碳和可再生資源電力開始就行了。

　　上面一行就是剛才說的煤冶金、儲能這樣的一些方式，這樣一條路線都是替國家來考慮的，所以我覺得當(dāng)代世界要求科學(xué)家要頂天立地，既有前沿的戰(zhàn)略視角，國家整個(gè)能源體系怎么做，并且我們要持續(xù)的說，國家各方面什么時(shí)候能認(rèn)識到或者意識到去做這是另一個(gè)過程，但是我們認(rèn)識到以后要堅(jiān)定的去說。同時(shí)我們還要腳踏實(shí)地，千里之行始于足下，我們要實(shí)實(shí)在在的把這個(gè)技術(shù)做好，那么在所有的燃料電池技術(shù)當(dāng)中，我們今天分享的高溫，它是所有的電化學(xué)器件當(dāng)中難度最高的一個(gè)，這一點(diǎn)在我們學(xué)術(shù)界大家可以挑戰(zhàn)任何一個(gè)，大家可以來華山論劍。

　　這個(gè)是非常難的，在國外商業(yè)應(yīng)用十幾年以后，它所有的技術(shù)和產(chǎn)品到現(xiàn)在仍然是不給中國的，那么剛才已經(jīng)講了，它可以從小型到大型一直在應(yīng)用，應(yīng)用的很好，成本下降的也很快，發(fā)電效率持續(xù)提高，也很快。所以它非常難，難到了我們要建一個(gè)電站，是要從電極材料做起的，并且它是一個(gè)高溫的工程技術(shù)，不像我們做鋰電池做了一個(gè)電池器件就可以直接賣了，做完一個(gè)電池以后還是不Work的，還要做到發(fā)電系統(tǒng)，我是從材料學(xué)出身，做到能源與動(dòng)力系統(tǒng)，要把這個(gè)做到頭這樣一個(gè)發(fā)電的過程。

　　電解體系也是一樣，從材料到構(gòu)建，到整個(gè)體系的系統(tǒng)一直在做這個(gè)。

　　我們簡單匯報(bào)一下產(chǎn)業(yè)進(jìn)展的情況，大家很關(guān)心。那么我們是第一個(gè)做固體氧化物燃料電池，從實(shí)驗(yàn)室到中試，再到產(chǎn)業(yè)，是在2010年就開始了這樣的一個(gè)歷程，2010年開展這項(xiàng)歷程是基于前面10多年的科學(xué)研究的認(rèn)識。第二基于對全球視野的觀察，在那個(gè)前后世界上都用到了，但中國一點(diǎn)都沒有，我們是一年磨一劍，到2019年開始建全產(chǎn)業(yè)鏈，目前是在江蘇建成了它的全產(chǎn)業(yè)鏈，包括整個(gè)到發(fā)電系統(tǒng)，包括一個(gè)重整期所有產(chǎn)業(yè)鏈的配套，剛才建秋教授講的是它汽車是從后端集成商業(yè)模式一直做到前邊要做膜電極，我們這個(gè)很清楚，后邊做不了，必須要從前面一點(diǎn)一點(diǎn)的材料，從電解質(zhì)材料、電機(jī)材料做成電池，再做到整體系統(tǒng)，配合到所有的產(chǎn)業(yè)鏈索性這個(gè)產(chǎn)業(yè)目前在非常大的發(fā)展和啟動(dòng)，“十四五”期間科技部是第一次的同時(shí)在2021、2022年包括今年布局好幾個(gè)項(xiàng)目同時(shí)支持這個(gè)領(lǐng)域方方面面的發(fā)展，國家也認(rèn)識到這個(gè)重要。北京市這個(gè)產(chǎn)業(yè)我們也是非常重視，我們現(xiàn)在也會在北京做它整體的集成，比如說2022年對標(biāo)日本的體系，我們完成1000-5000瓦，最近是從5000-25千瓦過程的下降，最后一點(diǎn)時(shí)間我也得把握好時(shí)間，最后一點(diǎn)時(shí)間也做個(gè)廣告，我們這個(gè)聯(lián)盟是2021年4月份成立的，因?yàn)橐咔榻衲杲K于是首屆的我們大的論壇各方面的活動(dòng)就開始啟動(dòng)，也非常感謝各位到場的。

　　同時(shí)我們還有一個(gè)能源局批復(fù)的能源行業(yè)的高溫燃料電池標(biāo)準(zhǔn)委員會，這個(gè)委員會剛剛說了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都沒有，我們產(chǎn)業(yè)也要?jiǎng)?，今年是五年了，要換屆，在今年的4月份我們要在合肥召開我們標(biāo)委會的工作會議和換屆的討論會，也非常歡迎大家踴躍的加入我們標(biāo)準(zhǔn)委員會。

　　同時(shí)我們還有一個(gè)中國能源研究會燃料電池專委會二級學(xué)會，去年完成的換屆，現(xiàn)在是第二屆，在座的好幾位也是我們的副主任委員，今年的5月份就是我們會在榆林召開年會，也是各方面的學(xué)術(shù)活動(dòng)，也非常歡迎大家的積極參與，也非常感謝大家各方面的支持，這是大概例行標(biāo)準(zhǔn)的情況，一屆當(dāng)中從術(shù)語開始做起的，推行了一系列的標(biāo)準(zhǔn)，能源局把的還是非常嚴(yán)的。

　　也非常感謝北京市經(jīng)信局和科委的支持，那么我們北京市是在2021年發(fā)布的氫能產(chǎn)業(yè)實(shí)施方案，這是全國第一個(gè)不是以汽車燃料電池城市群以外的氫能全面利用的這樣一個(gè)實(shí)施方案，非常的重要，當(dāng)時(shí)是我們經(jīng)信局材料處冷處這一塊支持下，非常有表率作用和前沿作用。在2021年發(fā)布以后，過去和今年我們推動(dòng)了一系列示范項(xiàng)目，城市群以外示范項(xiàng)目。

　　為什么非常有前沿性?2021年發(fā)布的，國家2022年3月份發(fā)布國家的中長期發(fā)展規(guī)劃，國家這個(gè)中長期發(fā)展規(guī)劃是把氫能所謂利用方面都囊括在一起了，所以我們做了一個(gè)很好前沿的引導(dǎo)，也充分體現(xiàn)了我們北京市在這一方的高瞻遠(yuǎn)矚和前沿性。