陳清泉院士：氫能和四網(wǎng)四流融合推進(jìn)雙碳目標(biāo)

目前，世界各國能源供需格局加快調(diào)整，綠色低碳轉(zhuǎn)型已經(jīng)成為新的共識(shí)，新能源發(fā)展進(jìn)入活躍期，數(shù)字化智能化技術(shù)推動(dòng)行業(yè)重塑。

 

氫能與電能類似，是常見的二次能源，需要通過一次能源轉(zhuǎn)化獲得。同時(shí)，氫能的能量密度高、儲(chǔ)存方式簡(jiǎn)單，是大規(guī)模、長(zhǎng)周期儲(chǔ)能的理想選擇，為可再生能源規(guī)?；{提供了解決方案。

 

我國提出，爭(zhēng)取于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和的“雙碳目標(biāo)”。為實(shí)現(xiàn)“3060雙碳目標(biāo)”，發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)是重中之重。其中，綠氫的發(fā)展尤為重要。我們要加速發(fā)展綠氫制取、儲(chǔ)運(yùn)和應(yīng)用等氫能產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)裝備。

 

實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)的重要途徑

 

過去十年，全球溫室氣體排放以1.5%速度增長(zhǎng)，2018年全球二氧化碳?xì)怏w排放375億噸，各種溫室氣體排放553億噸二氧化碳當(dāng)量。全球已有130多個(gè)國家和地區(qū)提出了實(shí)現(xiàn)碳中和的時(shí)間，發(fā)達(dá)國家多數(shù)把實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的時(shí)間定在2050年。

 

2018年，我國二氧化碳排放98.39億噸，占全球碳排放總量的29.69%，人均排放6.98噸，是全球人均排放量的1.6倍。

 

我們?cè)诔惺軞夂驗(yàn)?zāi)害和風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)，高碳粗放發(fā)展也使我國付出了沉重的資源、環(huán)境代價(jià)，制約著我國的可持續(xù)發(fā)展。積極應(yīng)對(duì)氣候變化，不僅是為了規(guī)避氣候變化的風(fēng)險(xiǎn)，也是為了提高我國經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的質(zhì)量和效益，破解資源、環(huán)境約束，事關(guān)國家發(fā)展和未來。

 

我國提出了“3060雙碳目標(biāo)”，這就要求我們力爭(zhēng)到2030年實(shí)現(xiàn)碳排放減少65%，非化石能源占比達(dá)到25%，實(shí)現(xiàn)風(fēng)光電裝機(jī)達(dá)到12億千瓦。到2060年，我國將實(shí)現(xiàn)控制化石能源的總量，提高現(xiàn)有能源體系的效率，加快發(fā)展可再生能源替代，構(gòu)建以新能源為主體的新型能源體系。

 

從碳達(dá)峰到碳中和，歐盟用時(shí)大概需要70年，日本、美國需要40年左右，而我國僅有30年時(shí)間。

 

2022年全國兩會(huì)上，政府工作報(bào)告提出，要有序推進(jìn)碳達(dá)峰碳中和工作，落實(shí)碳達(dá)峰行動(dòng)方案。同時(shí)，要推動(dòng)能源革命，確保能源供應(yīng)，立足資源稟賦，堅(jiān)持先立后破、通盤謀劃，推進(jìn)能源低碳轉(zhuǎn)型。

 

氫能源作為一種高效、清潔、可持續(xù)的能源，已得到世界各國的普遍關(guān)注，被譽(yù)為21世紀(jì)的新能源。隨著世界范圍內(nèi)對(duì)綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展重視程度的提升，氫能源的需求和應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展。發(fā)展氫經(jīng)濟(jì)是人類擺脫對(duì)化石能源的依賴、保障能源安全的重要戰(zhàn)略選擇。

 

積極踐行綠色制氫路線

 

我國的發(fā)展現(xiàn)狀和挑戰(zhàn)，表明我國化石能源只能打減量牌，我們必須要提高可再生能源的利用率，如太陽能、風(fēng)能、水力能的利用潛力要進(jìn)一步挖掘。

 

我國可再生能源有深厚的資源稟賦，相當(dāng)于我國峰值能源需求總量的2.7倍。但是可再生能源需要儲(chǔ)能來解決穩(wěn)定供應(yīng)問題。

 

氫能可以解決大規(guī)模電力的儲(chǔ)存問題，也可以解決將來單一電網(wǎng)不能解決的冶金、化工等行業(yè)的原料問題。

 

目前，我國主要有兩條綠色制氫路線。一是通過光伏、風(fēng)力發(fā)電，開展水電解制氫，實(shí)現(xiàn)綠色制氫；二是通過光合作用，利用種植植物，通過生物發(fā)酵乙醇重整制氫。

 

從現(xiàn)有情況看，我國光伏電池發(fā)電效率目前已經(jīng)可達(dá)到25%，度電成本不超過0.25元，通過可再生能源電解制氫，制氫成本有望進(jìn)一步降低和可控，是當(dāng)下比較符合國情的綠色制氫發(fā)展之路。

 

此外，我國氫氣資源十分豐富，特別是作為工業(yè)副產(chǎn)品的氫氣資源非常豐富，煤制氫產(chǎn)氫量占世界的三分之一。但副產(chǎn)氫氣的問題是它含雜質(zhì)多，不能用于質(zhì)子交換膜氫燃料電池，目前基本上用于化工和石油工業(yè)。

 

目前，我國燃料電池用氫量不到1%，主要是因?yàn)闅錃馓峒兂杀咎?，工藝難度大，壓縮耗能高，導(dǎo)致最終應(yīng)用成本高。

 

燃料電池用氫氣方面，大型化是制氫裝備用于可再生能源制氫的前提。歐美等國家制氫裝備開發(fā)較早，已有大型化成熟產(chǎn)品，但低成本技術(shù)仍未解決。

 

我國質(zhì)子交換膜關(guān)鍵材料技術(shù)和大型化方面還是有短板，低成本技術(shù)有待加強(qiáng)攻關(guān)，產(chǎn)業(yè)化速度應(yīng)該盡快提升。隨著產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，氫能產(chǎn)業(yè)核心關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)仍需加速。

 

在北京2022年冬奧會(huì)賽事保障中，國電投氫能車輛在延慶賽區(qū)、北京賽區(qū)總投入200輛，累計(jì)出車7200多次，總行駛里程超過88萬公里，是我國氫燃料電池汽車發(fā)展方面取得的重要進(jìn)展。

 

推動(dòng)四網(wǎng)四流融合

 

僅僅依靠技術(shù)不能夠解決復(fù)雜的問題和迎接新的挑戰(zhàn)，必須將人文世界、物理世界、信息世界等深度地融合，以“四網(wǎng)四流”融合推進(jìn)碳中和、促進(jìn)數(shù)字經(jīng)濟(jì)。

 

所謂“四網(wǎng)”，是指能源網(wǎng)、信息網(wǎng)、交通網(wǎng)、人文網(wǎng)；“四流”是指能源流、信息流、物質(zhì)流、價(jià)值流。

 

通過四網(wǎng)四流融合，可以將人的主觀能動(dòng)性和能源革命、信息革命、交通出行革命聯(lián)動(dòng)起來。通過建立“人-機(jī)-物”系統(tǒng)形成的新的生產(chǎn)關(guān)系，發(fā)掘第四次工業(yè)革命的數(shù)據(jù)紅利所帶來的巨大生產(chǎn)力，并在前三次工業(yè)革命生產(chǎn)力總和的基礎(chǔ)上，爆發(fā)出指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。

 

“四網(wǎng)四流”有三個(gè)載體：第一個(gè)載體是區(qū)域的智能能源管控中心；第二個(gè)載體是電動(dòng)汽車，也是移動(dòng)的載體儲(chǔ)能；第三個(gè)載體是光伏的建筑，也是一個(gè)發(fā)電廠，多余的電量可以跟電網(wǎng)連接，可以制氫，可以給電動(dòng)汽車充電。

 

在能源里，存在多種形態(tài)，通過不同能源形態(tài)的耦合，比如風(fēng)能、太陽能是間歇性的，在電網(wǎng)不能接受時(shí)，把它們拿來制氫，就把能源流變成了物質(zhì)流；等需要時(shí)，氫氣再跟氧氣結(jié)合，通過燃料電池發(fā)電，有助于解決電力能源和化工能源的矛盾問題。

 

通過“四網(wǎng)四流”形成智能能源，既能把沒有用的能源變成有用的能源，又能促進(jìn)實(shí)現(xiàn)“碳中和”。

 

而氫在其中有著重要的作用，因?yàn)闅錃獠粌H具有能源和物質(zhì)的屬性，而且具有燃料和材料的屬性，所以能夠耦合電力能源和化工能源，耦合能源流和物質(zhì)流?？梢钥隙ǎ瑲淠茉谖覈磥淼哪茉聪到y(tǒng)中的地位將越來越重要。

 

（陳清泉系中國工程院院士。內(nèi)容根據(jù)2022中國電動(dòng)汽車百人會(huì)氫能論壇上的報(bào)告整理）