氢能

把佛山打造成全国氢能产业创新发展高地

2020-04-20 16:01:20 佛山日报 作者:高慧超

核心提示

近年来,中央相继发布《国家创新驱动发展战略纲要》 等系列政策文件,将氢能的综合利用作为重点发展方向,将发展氢能汽车列入国家新能源汽车产业政策重点支持的技术路线。作为最早布局氢能产业的城市之一,佛山一直非常支持该产业的发展。清华大学氢燃料电池联合实验室主任、全国燃料电池标委会委员兼联络员王诚日前接受《佛山日报·理论周刊》专访表示,佛山发展氢能产业优势明显,建议佛山发展氢能产业要跟整个珠三角联动,和周边城市抱团,同时加强和各大高校的产学研合作,攻关关键技术,把自身打造成全国氢能产业创新发展高地。

专家简介

王诚,清华大学氢燃料电池联合实验室主任,全国燃料电池标委会委员,全国氢能标委会委员、中国可再生能源协会氢能专委会委员。长期致力于氢燃料电池研究,主要研究方向为燃料电池关键材料与部件、电堆集成技术及其前瞻性技术。近年来承担了国家重点科研计划“基于新材料体系的大功率燃料电池电堆研发”等多项重点科研任务,发表SCI论文102篇,获发明专利75件(其中美国专利10项)。

1、白热化竞争下蕴藏弯道超车机遇

在所有新能源中,氢能优势明显,目前氢能产业的全球化竞争日趋白热化,但中国发展氢能仍大有可为。中国是世界上最大的产氢国,也是全球最大的燃料电池商用车市场和制造基地,氢能风口下,蕴藏着中国汽车产业弯道超车的重要机遇。

记者:当前,寻找新能源成为了世界各国致力攻坚的方向,您认为氢能在未来能源应用市场上会占据一个怎样的位置?中国氢能产业发展情况如何?

王诚:作为不可再生能源,矿物能源的储量不断减少,开发新能源是主权国家掀起能源革命、推动产业转型升级、保障国家实现能源自主的重要方向。氢能具有能量密度大、燃烧热值高、来源广、可电可燃、清洁等特点。氢作为与电可相互转换的储能介质,未来结合大规模光伏、风电,实现电网和气网互联互通,将在新能源占主导的未来能源体系中发挥重要作用。

氢气的特性使其非常适合用于燃料电池发电,氢燃料电池能量转换效率理论值高达80%以上,实际使用效率是普通内燃机的2-3倍,具有很高的能量转换效率; 同时氢气具有很高的比能量,氢能与燃料电池集成的动力系统整体重量比能量可达锂离子电池的3倍以上,汽车加氢几分钟续航近千公里。

可以说,氢能是未来汽车产业竞争的战略制高点。

如今,西方发达国家已将氢能上升到国家能源战略高度,氢燃料电池正在新能源汽车、热电联供、分布式发电、叉车电源、潜艇、航天等领域开始广泛应用。从国际氢能产业发展态势看,美国在燃料电池技术上处于领跑地位,日韩在燃料电池汽车规模化量产上拔得头筹。截至2019年底,全球燃料电池汽车销售累计约20000多辆。

但中国发展氢能仍大有可为。中国目前是世界上最大的产氢国,年产氢近2200万吨,占世界产氢量的34%。同时中国还是全球最大的燃料电池商用车市场和制造基地,氢能风口下,蕴藏着中国汽车产业弯道超车的重要机遇。

如今,中央政府和地方都在大力推进氢能产业发展。2019年全国两会上,政府工作报告中首次加入了“推动充电、加氢等设施建设”的内容,将“氢能热”推向高潮。按照《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书》提出的目标,到2030年,燃料电池车保有量将达200万辆,加氢站数量达到1000座,产业产值突破1万亿元。

2、氢燃料电池核心技术待攻关

佛山发展氢能产业最大的优势在于政府扶持和鼓励力度非常大,氢燃料电池汽车产业链较为齐全,产业应用尤其突出。但目前国内氢能产业发展存在共性痛点:核心技术缺失。

记者:近年来,佛山市也在大力发展氢能产业,佛山发展氢能产业有什么优势和不足?氢能产业发展目前存在什么痛点?

王诚:佛山发展氢能产业最大的优势在于政府扶持和鼓励力度非常大,燃料电池汽车产业链较为齐全,产业应用尤其突出。氢能的产业链较长,从氢气制取、储运、加注,燃料电池电堆、辅机子系统、电控的氢燃料电池系统到整车生产,涉及几十个环节。佛山基本上形成了氢能产业的集聚,还与云浮共建氢能产业基地,进一步吸引相关企业集聚,产业发展基础良好。

目前,佛山氢能产业商业应用已经初现规模,佛山高明区氢能有轨电车已正式投入商业运营。2020年,佛山全市计划投放氢能汽车超1000辆,加氢站的建设也在加速。从2016年至今,全国销售的氢能汽车总量,佛山占比居前。佛山发展氢能产业的不足在于本地的氢资源不丰富,需要从外地采购氢源,而氢气的运输具有一定难度。

而且,目前国内氢能产业发展还存在共性痛点,即核心技术缺失。

目前,氢能产业链企业主要分布在下游应用环节,氢能储运、加注基础设施薄弱,燃料电池材料部件成为“卡脖子”环节。国内燃料电池发动机的材料与零部件产业化滞后,总体技术水平落后于日韩等发达国家。我国当前燃料电池发动机的成本和寿命距离国际商业化指标整体上仍有较大差距。

氢燃料电池上游产业化水平低,催化剂、质子交换膜、气体扩散层、膜电极等材料部件具有较高的技术壁垒,缺乏量产技术与规模生产能力。如国产催化剂量产技术匮乏,工程化应用经验不足;国产质子膜还需要在薄型化、一致性和耐久性上下功夫;国内膜电极厂家缺乏低铂载量和高耐久性技术,产能上还需要规模化。长期以来,我国氢燃料电池系统关键材料部件依赖进口。进口导致高成本,氢燃料电池车的成本不下降,就无法实现产业规模化。同时,燃料电池材料部件需要依靠高精尖的制造装备来实现,而目前该类制造装备也有量产瓶颈。

燃料电池制造属轻工业领域,对氢燃料电池产业制造而言,材料是基础,设计是灵魂,工艺是关键,测试是保障,安全是前提,国内企业必须将每一环的核心技术都掌握在自己手里,才能可持续地推进氢能产业发展。

3、产业链联动 打造珠三角“氢走廊”

佛山发展氢能产业要跟整个珠三角联动,和周边城市抱团发展。包括氢能产业基础设施的统筹和互联,加氢站的建设、氢气运输路线的规划等都进行统一的部署,与广深联合进行核心技术的攻关,打造珠三角“氢走廊”,发挥更大的产业集聚效应。

记者:您认为佛山应该如何把握氢能发展的机遇和挑战,快速提高氢能产业发展水平?

王诚:氢能产业链很长、技术门槛高,下一步,佛山发展氢能产业要跟整个珠三角联动,和周边城市抱团发展。佛山周边的云浮、茂名等地区都在全力发展氢能产业,广深在氢能产业的科技创新上较为领先,如南方科技大学正在攻关膜电极关键材料。佛山可以与广深联合进行核心技术的攻关,积极参与氢能产业链延伸,包括氢能产业基础设施的统筹和互联,加氢站的建设、氢气运输路线的规划等都进行统一的部署,打造珠三角“氢走廊”,发挥更大的产业集聚效应。

佛山氢气资源较为缺乏的问题,也可以通过城市间联动进行解决。粤西的氢气资源很丰富,若能够建立起通畅的氢气运输管道,就可以很好地缓解佛山的缺氢之忧。

另外,佛山政府部门目前对氢能产业的很多补贴都是针对氢能整车厂,但整车厂其实并不掌握氢能汽车的核心技术,佛山应该加大对氢能产业核心零部件制造企业的补贴和对自主知识产权产品的补贴,这样企业才会把更多精力放在技术研发上。

氢能产业装备制造的发展也要跟上步伐。制造氢燃料电池的核心零部件对设备精度要求非常高,如极板压制的精度要达到10微米,质子交换膜厚度偏差不超过1微米,这都对装备制造提出了极高的要求。佛山发展这样的高精尖装备制造业,不仅可以筑牢氢能产业的装备基础,也可以对其他产业发展产生引领带动作用,此类尖端制造技术将能极大地赋能佛山机器人、芯片等智能制造产业发展。

最后,佛山氢能产业走出去的步伐可以进一步加快,尽管佛山政府通过氢燃料电池公交车招标等方式,给氢能产业输送了不少血液,但唯有“造血”才能真正解决企业发展的资金难题。一些北方城市如北京、济南、石家庄、太原、大同等环保压力较大,佛山企业可以主攻这些市场,通过市场化运营做大做强,才能进一步回笼资金,加大科技研发投入。

4、加强产学研合作 吸引高校学子 佛山创业

清华大学佛山先进制造研究院可以根据这些共性问题,设立一些研发专项,按比例配套资金对此进行扶持,采用先补贴方式,保障研发资金及时到位,可以极大地加快共性通用技术的突破速度。

记者:作为高校实验室负责人,您认为佛山还应该如何进一步推动佛山氢能产业的产学研合作?

王诚:氢能产业所面临的卡脖子核心技术问题,还是要通过加强基础研发来解决,实现从基础研究到技术应用的全线贯通,这就必须要加强产学研合作,充分利用高校的人才优势、基础研究优势和学科优势。尤其在关键材料、核心部件的量产技术等方面,可以和清华大学等高校的科研机构进行研发攻关。

目前,佛山已经建有仙湖实验室和清华大学佛山先进制造研究院,它们都聚焦氢能产业关键技术进行研发攻关。不过,佛山和清华大学佛山先进制造研究院产学研的合作方式,基本是通过企业项目来进行的。氢能企业针对自身遇到的一些技术问题进行申报,通过评审后进行立项,高校再参与研发攻关,取得了一定的成果后再给予项目补贴。这种合作方式的优势是可以快速解决一些有针对性的个性技术问题,但是不利于共性技术问题的解决。

但是,氢能产业发展过程中,需要面对很多共性技术问题,包括催化剂量产技术,低成本、高耐久性膜电极的量产技术,电堆工程化技术等,对于这些问题,上述合作方式不仅分散资金,还容易导致浪费。建议清华大学佛山先进制造研究院可以根据这些共性问题,设立一些研发专项,按比例配套资金对此进行扶持,采用先补贴方式,保障研发资金及时到位,可以极大地加快共性关键技术的突破速度。

要想进一步深化产学研合作,吸引高校学子到当地就业必不可少。随着氢能产业的热度不断升温,不少学生从氢能科研方向毕业后,都对这个产业充满激情,也非常看好该产业的发展前景。由于氢能产业的投资热度和社会关注度都比较高,学生们创业的愿望比较强烈。佛山对于清华大学氢能科研方向的毕业生吸引力总体较强,如果能够建立一个针对氢能产业创业的孵化器,解决学生对创业资金和用地的需求,相信能够吸引不少学子来佛山创业,形成人才集聚效应,为佛山氢能产业发展不断输送创新资源,同时还能撬动清华教工,为氢能产业化提供强大的后方技术支持。


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