【2019WNEVC】德国尤里希研究中心Detlef STOLTEN：氢能与可再生能源融合技术

经国务院批准，世界新能源汽车大会（WNEVC）于2019年7月1-3日在海南博鳌隆重召开。大会着眼于全球汽车产业的转型升级和生态环境的持续改善，通过聚集全球专家智慧和产业精英，共同交流探讨新能源汽车在技术创新、产业创新、政策创新、市场模式创新等领域的成功经验与发展趋势，凝聚产业共识，明晰汽车产业转型升级的方向，探索电动化、智能化、共享化协同发展的有效路径。在“氢能及燃料电池技术创新”的主题峰会上，德国尤里希研究中心电化学过程工程研究所主任Detlef STOLTEN发表了演讲，内容如下：

女士们、先生们，大家早上好。

今天我要天的是氢相关的基础设施，在德国有人一直反对氢能源发展，因为相关设施非常笨重也非常危险，不像其他基础设施那样安全可靠。对此我持有不同意见，氢能源的未来一定是非常美好的。

首先我想问的是，能源转型背后的动力是什么，为什么要这样做呢？因为是有一些原因的，我们当地排放有问题，还有气候变化的问题，很重要的一点就是在亚洲我们需要发展这种商业机会，这种商业机会是非常巨大的，发展这个机会的同时也可以让我们的环境变得更加干净。我们要降低二氧化碳的排放，就是要使排放量减少，无论是用电还是用燃料电池，默认就是我们都是为了减少二氧化碳排放。我想强调的是，首先要减少核危险以及致癌和有毒物质、致畸的燃料。像有些燃料，比如苯不允许存在，因为它是致癌的。不能有放射性物质，例如甲烷30，它是有辐射性的，不可以将氢气从甲烷提取。

氢气的发展是怎样的呢？这是我们最主要的图表，这个图表告诉我们我们也有一些新的输入，整个线是非常平稳的，但是这个需求线也是有些波动的，这就是来自德国的真实的一些数据，我们也有残余负荷，也有正的残余负荷，我们需要去完成更多的储蓄，包括有更多的能源生产、能源电解以及电网的建设。我们通过两种方式生产氢气，第一种方式进入到负荷，然后有一个很长的负荷时间增加负荷，或者只是在最高峰的时候满足这样的电网，然后去接受它的产业负荷。我们再用剩下的那些材料去进行电化，这是我们做的电解方式。第二个方式是在一些人口很多的地方，还有一些可再生燃料，我们有发电的地方，也有电网，在中间可以储蓄大量的氢气，或者在洞穴里面用业态的方式储蓄下来，这是两个不同的储蓄方式。我们的客户在整个产业中，也是可以有自己的仓储，我们也需要燃料用在飞机上，我们需要用二氧化碳和氢气共同做成混合的燃料，也要以氢气为基本的化学，这不仅仅是在运输方面要运用到。现在有很明显的讨论就是将氢气放在运输系统中，这是德国出来的一个材料，这些都是税前的计算，整个成本是16分/kWh，柴油机现在8分/kWh，总共生产成本是17.5分，我们用的是非常传统的方法生产，如果把这种成本减少，成本减少就可以将这个系统运用起来。现在是有3000万欧元投资，在2.5分的时候生产天然气，现在这个成本在产业中销售是不可能的，因为现在成本相对来说太高了，在运输方面，他们愿意在20-22分支付。

另外一点是效率，像燃料电池不是那么的高效。我们看一下数据，现在的车的燃料效率是80%，燃料电池的效率只有38%，很多物质会流失，中间需要加很多东西。对比内燃机，燃料机是68%，可以快速重新补充，相对来说用电池的话整个走得速度和里程也是很低的。如果用二氧化碳为基准燃料的内燃机，整个效率只有9%，像生物燃料内燃机效率就是13%，这里有一个非常清晰的愿景，如果我们只是想要短期发展，现在当然是用内燃机是可以的，长期来说我们要提高整个燃料效率才能走得更远。

大多数情况下，最适用的能源途径就是最有效的，直接用电源。第二个方法就是电池储蓄，但是储氢不能做得那么简单，可以做长期储蓄和季节性储蓄。整个储蓄非常昂贵。接下来是用氢储蓄，其中一个我们没有讲得太多，就是今天代表都没有说过，可再生能源的贸易和交易，我们用可再生能源交易在一些领域里面，我们可以在家庭生产出来能源以及其他地方所需要的能源进行交易，在一些地方价格非常有波动性，整年使用效率、使用储蓄也是不断波动，所以我们可以做可再生能源贸易，氢气也是可以交换的内容，还有就是做甲烷的储蓄。我想给大家一些提示，我们用了模型看可再生能源在里面的一些研究，土地的使用成本。用很低的成本就可以产生出非常便宜的风能，还有就是像丹麦、英国、爱尔兰、荷兰，他们生产风能的成本也是非常低的，每千瓦时低于5分。像土耳其，土耳其有非常多有风的地方，风能非常丰富。我们有非常高的信心，就是在风能上面可以用很低的成本发风能能源，还有就是在太阳能上面，每千瓦时只需要2.5分成本。我们看一下成本的分布，电是一大块，电解成本并不是非常大的一块，还有压缩成本以及管道运输成本还有液态氢的存储以及运输船只的成本。其实电解本身并不是非常大的一块，这些成本我们看一下各不相同，但是前几年的成本数字非常接近，我们要对这些成本继续进行分解，压缩成本绿色的非常低，这部分成本基本可以不用再考虑该如何降低，刚才说的液氢存储是3%，这也非常低，如果集装箱尺寸非常大，海运运输成本也非常低，因为我们可以有非常大的船只、非常大的运输空间降低运输成本。其实在有些成本方面我们可以将其经常忽略掉，如果需要长期储存需要非常大的场地和设施。

接下来看一下全球能源供应链，氢能源应该是该供应链的一部分，不同国家有不同发展潜力、不同发展情况。我们看一下来自NEDO的朋友提到加氢站，加氢站需要大规模部署，加氢站安全性要保证。如果在加氢站将氢能源保存很久，氢能源未来发展会很好。有时候我们要考虑工业上某些设施的使用，比如锅炉这样的装置，我们看一下成本，存储和运输方面在日本和德国数字有所不同，但是也是比较类似的。我们再看一下成本分层，在港口设施方面的成本以及后续的运输成本，在不同的地方都会有不同的数字，我们看一下英国、挪威还有智利等地，数字都各不相同。如果看一下英国的价格或者成本分层，其实是有一点糟糕的，我们再看一下全球氢能源的分布到底是怎么样的，大家可以看一下这幅地图，我们用不同颜色标明不同的地区，欧洲内部有很多制氢设施，中国也可以实现非常好的自给自足率，其他地方比如北美和南美其实氢能源分布并不平均，有很多国家和地区的流动，我们会考虑当前的能源状况，当前在油气能源上也有相似的趋势，我是说在不同国家和地区之间会有一些流动，而有些国家和地区可以实现自给自足，我们会考虑运输过程中成本到底是多少，可不可以以非常好的方式将成本降低到可接受水平。另外还要考虑路上的设施考虑什么样的产品，在冰岛，我们有非常好的设施，质量也非常好，成本也非常低，每年可以生产4-5万吨氢。德国、阿根廷国家也有不同的数据，冰岛在此方面的优势非常大，冰岛在此领域会有非常好的未来。我们也分析了其他国家数据曲线走势，其实有些类似，只是高低不同，有些国家有1/3的氢能源是在国内生产的，我们看一下将来主要的驱动因素之一就是需求，如果需求非常高，经济发展非常迅速，未来氢生产就可以更顺利，比如在中国，将来的市场非常大，需求也非常旺盛。对于氢相关基础设施，我们进行了建模，其实当前基础设施还是不足的，到未来我们很快会有2000万辆电动车，而燃料汽车还没有具体估计，我觉得数字也会非常大。随着人们出行方式的不停变化，在未来我们一定需要电动车和这样的新能源汽车，在未来我们觉得随着这些车辆的增加，氢基础设施一定会更广铺开，其成本也会逐渐降低，我们可以看一下这里，当前有氢的来源，未来会逐渐使用可再生能源产生氢，而氢的存储设施也会有大幅度改善，在未来我们会看到氢能源汽车在城市各个角落行驶。我们需要电动车，也需要燃料电池汽车，在市内短距离行驶可以依赖电动车，在稍长距离行驶中需要燃料电池汽车。

对我们来说，现在的基础设施本身就非常有价值，值得投资，这是毋庸置疑的。随着我们不停转移或者改变能源结构，将来我们可以在长期运营过程中省钱。即使我们在过去建了很多电厂，但是电厂建了以后电网怎么样运行？需要进行电网维护和稳定，这也是非常大的成本，现在投资氢基础设施，可能初期投资会有一点点大，但是往以后看，运营成本会低一些。这里有一个数字，366，这是水电解装置的数量，这里面基础设施如何改善，有这么多水电解装置只有15%用于氢基础设施，而这些基础设施只服务于德国汽车中的75%，我们希望让这些基础设施被充分利用，水电解装置可以在未来更好去利用。这对于氢能源以及相关车辆发展至关重要。另外我们还希望安装一些煤作为能源站，还有核能。如果真的使用核能，我们要非常重视安全问题，核能有些特点，我们到底需要什么呢？我们需要某种补偿，补偿的是能源结构中的不平衡，电网中负载是不一样的，有时候用电多，也时候用电少，我们希望以补偿的方式实现电网的动态平衡，这非常重要。这就需要使用相应的装置，比如气能机可以实现电能备份和补偿功能，核电发出的电也可以参与这样的平衡机制。

我们看一下氢的存储，氢的存储一直是一道话题。比如在枯竭的油气田存储氢，在含水层也可以开发相应的存储设施，在盐洞、岩洞可以存储。不同地区存储是有特点的，我们要平衡一下看一下哪些方式是最合适的。有些成本低，有些储存效果不好。岩洞比其他形式储存起来更方便，每天释放量可以高达存储气容量的11%，但是在地下可能有些地质状况需要考虑。还看到含水层的储存也有相应的缺点，含水层有多少水，水对氢的影响多大，我们会以不同的方式衡量存储成本，考虑气体的容量以及存储的成本。看一下每单位容量到底需要多少成本。在洞穴中存储可能比枯竭油气田成本更高，但是每年制氢几次提取和注入循环能力使得我们可以在总体上降低成本。

还有很多其他的特点我没有时间逐一分析。下面我们看一下管道，管道也非常重要，对于管道来说我们需要有详细的规划和设置，哪些管道用于传输，现有的管道、天然的天然气管道改造之后用于氢的传输。我想这方面有很多的长处。我们看一下当前这些管道状况如何，适不适合新的使用目的，大概80%、90%的管道资本支出是在地下相关处理的，而剩余的管道安装和管道设计以及管道材料成本占得比例非常少，在新建管道方面考虑是不是划算。天然气管道的再利用，对于德国来说，有很多这样的管道，我们看一下这些管道或者管线是不是可以以更高效的方式利用。我们看一下运输长度是多少，2020-2025年我们设计420公里距离，2035-2040或许可以达到2600公里的传输。单位距离成本也会逐渐降低，对于整个欧洲来说，有类似的情况，当前我们看到在欧盟有很少的管线可以进行改装符合我们的目的。我们现在到底在做什么努力呢？在能源变革方面，我们会制定相应的规划、范围、目标、时间线，另外会考虑制约因素和种种困难、障碍，我们再看一下目标和实施之间有什么差距。在氢能源方面，我们会看一下如何制氢，制氢技术如何发展，另外还有氢的存储、运输、氢的安全。

感谢团队的努力，感谢各位的聆听，谢谢。

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