为探索氢能与燃料电池产业成长路径，构建开放共赢的发展格局。 近日，HVFC 2023中国（成都）氢能汽车及燃料电池产业发展大会（以下简称“大会”）在四川成都成功召开。
会议邀请了德国国家工程院院士、西南石油大学碳中和首席科学家、天府永兴实验室首席科学家、天府新能源研究院院长雷先章。
雷院士在致辞中指出，碳中和是一场深刻的能源革命，通过发展新能源和零碳能源，加速中国经济绿色发展，完成从工业文明向生态文明的转变，打破以美国为首的西方国家对石油的垄断，从而为中国在核心产业赛道的竞争中抢占先机。未来。
随后，雷院士介绍了欧洲的脱碳路径。
欧盟委员会于2024年12月11日发布的《欧洲绿色协议》指出，通过向清洁能源和循环经济的过渡，到2024年，欧洲将成为世界上第一个碳中和大陆;新政策草案将对欧盟经济社会发展产生深远影响，也将对中国到本世纪中叶制定长期温室气体低排放战略和“十四五”规划发挥重要作用。
雷院士分析，欧洲绿色新政有两个重要特点。
一是将欧盟2024年前实现碳中和的目标纳入法律框架，通过立法确保碳中和目标的实现。
二是针对能源、工业、建筑、交通、农业、生态环境七大重点领域，明确目标实现路径，提出落实目标的相关政策，制定路线图和发展规划。
欧洲以碳中和为目标的能源革命提出了三条路径：依靠清洁能源、绿色氢和能源效率。
路径一：以能效为核心，以节能为重点，以“循环经济”为出发点的循环能源体系，实现节能减碳、高效利用资源。
雷院士指出，我国单位GDP能耗目前是德国的29次，在低能耗的情况下，德国仍将节能减碳作为能源转型的主要任务，值得借鉴。
路径二：以清洁能源为支撑，大力推进终端能源电气化。 通过大力开发风能和太阳能资源，我们可以提供充足的绿色电力，替代化石能源，实现终端能源深度脱碳。
路径三：在工业、重交、铁路、航海、化工、冶金等难以实现电动化的领域，实施氢能替代，可以通过氢能的发展，助力工业交通、建筑民生等用能终端脱碳。
如何发展氢能产业，为实现双碳目标贡献力量？
雷贤章院士表示，能源转型不是一蹴而就的，要先建立后分解，依靠技术创新和技术突破，大力发展氢能等清洁能源，通过电与氢的耦合和协调，借助储能技术，将氢能打造成一个稳定的能源主体， 逐步完成化石能源零碳替代。
截至2024年底，我国风光发电装机容量为63亿千瓦。 到2024年，风能和太阳能发电量将达到12亿千瓦以上，约为现有风能和太阳能发电装机容量的三倍。 现有的风能和太阳能发电能力已经很难依靠电网进行消纳，在此基础上增加三倍后，电网已经不能作为吸收光伏能量的唯一途径。
因此，在实践中，除了依靠电网进行消纳外，还需要有各种手段就地消纳丰富的风电和光伏电，将当地消耗的风能、太阳能能有效地转化为其他形式的能源进行储存，如风能、太阳能就地电解水制氢等。
预计到2024年，新能源占比将超过70%，新能源就地转换和存储将是吸收丰富新能源的重要手段。
与化石燃料发电不同，风能和太阳能发电是间歇性和随机性的，无法满足电力系统的刚性供电需求。 目前，电网的稳定运行仍主要依靠火、水、核电，并根据电网的需要动态调整功率平衡。
雷宪章院士表示，氢能可以作为储能，通过燃料电池发电来补充电网的功率缺口，从而在电网清洁电力占比高的条件下，支撑电网的电力传输，保证全时域的功率平衡和动态稳定， 这是电网实现先建后断的前提。
从目前成熟的储能技术和方法来看，电池储能可以解决小时级功率波动和频率稳定问题。 为了保持以新能源为主体的新型电力系统完全适应的功率平衡，储能系统还要求储能系统具备小时级的跨日、跨周，以及大容量、跨季节的储能能力。
抽水蓄能或压缩空气储能和液态空气储能可以提供数百兆瓦甚至更高的中等功率，解决白天功率不平衡的问题。 当电网中的电力缺口达到数天和数周时，抽水蓄能和压缩空气储能的容量就会受到限制。
雷宪章院士表示，由于氢能等燃料气体可以长期储存，SOFC将成为中长期储存和跨季节储存的重要手段。 根据美国能源部公布的数据，当SOFC容量达到100kW时，成本将低于光伏和风电，甚至与燃煤电站的成本相当。
预计到2024年，我国跨季节储能需要6000亿度电，需要大力发展中长期跨季节储能技术。 目前，氢能是实现大容量跨季节储能的主要手段。 在此前提下，氢能需求将达到135亿吨，其中约1亿吨用于绿色氢气。 氢气将占最终能源消耗的15%至20%左右。 碳减排贡献率可达能源消耗总量的20%左右。
谈到绿色氢气，雷院士特别指出：“要实现绿色氢能替代，必须走电解水制氢的绿色氢能道路。 为了实现绿色氢气的大规模应用，需要解决电解水制氢成本高的问题。 如果光伏电解水制氢电价为01元，那么制氢成本约为每公斤10元。 在这种成本下，从水电解中生产氢气是经济的。 ”
成熟的电解制氢水技术主要分为以下三类：
1.碱性制氢：技术成熟，成本低，无需一流的催化剂，使用寿命长。 但该技术需要稳定的制氢电源，因此不适用于风能、太阳能等间歇性电源的制氢场景。
2.质子交换膜制氢：需要金属硅作为催化剂，因此价格昂贵，但该技术可以很好地适应风能和太阳能间歇供电制氢的场景。
3.高温固体氧化物电解制氢：采用固体陶瓷作为电解质，从长远来看，成本将不断降低，与碱性制氢和质子交换膜制氢技术相比，固体氧化物燃料电池制氢技术还具有能耗低的优点，具有良好的发展前景， 但目前的技术还不成熟。
雷院士在致辞中还指出，现有的工业、交通、建筑和民生能源消耗基本依赖化石能源。 清洁电力不具备化石燃料的燃烧特性和过去提供大规模电力的能力。 以氢代煤、以氢代油，实现能源低碳、零碳替代，是未来能源格局的必然选择。
石油、化工、冶金、建材是工业脱碳的主战场，绿色氢气是实现工业脱碳的重要手段。
氢化工：目前化石化工碳排放量约为14亿吨/年，实现绿色氢替代后，每年可减少二氧化碳4亿吨以上。
氢冶金：钢铁行业目前每年排放约18亿吨二氧化氮，使用氢气作为环氧剂每年可减少二氧化碳排放2亿吨以上。
氢气建材：水泥、玻璃、陶瓷等建材在生产过程中，必须采用窑烧工艺，使用氢氧炉后，每年可减少二氧化氮排放1亿吨以上。
预计到2024年，化工冶金建材用绿氢量将超过5000万吨/年，与目前全球氢气产量相当。
除工业部门外，交通部门也是脱碳的重要战场。
客运和重型运输使用不同类型的零碳动力，一种是动力电池，另一种是清洁能源。 这两种类型的运输可以互补地发展。
我国电池动力乘用车在产量方面已达到规模化发展，目前占全球市场的50%左右，未来还有很大的发展空间。 随着应用规模的不断扩大，电动乘用车的运营成本迅速下降，有的已降至燃油车的10%至20%。 电动乘用车低碳、低成本的特点决定了它们在短时间内很难被其他方式所取代。
另一方面，由于成本和安全问题，氢能乘用车在可预见的时间内无法与电动乘用车竞争。 但氢能非常适合为重型卡车或重型运输（如海运和航空）提供离网电力。 到2024年，道路和重型运输对绿色氢的需求将超过3500万吨/年，减少二氧化碳排放4亿吨，航运和航空深度脱碳对绿色氢的需求将超过500万吨/年。
可以看出，通过采用其他形式的清洁能源，可以与燃料电池动力系统形成复位支撑，从而实现交通深度脱碳。
此外，建筑和民生部门也是实现脱碳的重要途径。
在深入分析建筑民生领域的脱碳路径时，雷院士提到了“热能转型”这一重要概念。
雷院士分析，从欧洲的用能系统来看，电能只占中端能源的30%，而热能则贯穿整个能源系统。 合理利用工业过程产生的余热，以及自然界中存在的地热能形式的热能，可以为夏季城市提供空调，为冬季城市供暖。
该模式的核心是构建光伏热泵、储能等清洁能源自循环系统。 光伏发电可以实现自供电和并网售电，还可以带动热泵进行能源加热，多余的电力可以储存在储能设备中，在电力短缺时为能源供应做准备。 通过这种方式，可以产生低碳或零碳的供暖、能源和电力。 负碳供能模式也可以结合当地能源禀赋的特点，考虑与光伏发电、自产沼气发电合作，形成稳定的能源供应体系。
雷院士提出，在建筑脱碳和民生方面，可以借鉴德国的低碳（零碳）或负碳建筑模式，构建光伏、热泵、储能、清洁电力的自循环系统，从而实现低碳、零碳排放，改造高能效、资源节约型建筑，提高能源利用效率。 通过光伏发电、热泵、储能一体化负碳建筑标准的建立和示范，形成稳定的供能体系，推广大型热泵和储能技术，试点跨季节储热技术，充分利用地热资源和余热回收利用，实现清洁热化改造。
雷院士在致辞中表示，电氢耦合协调是实现碳达峰、碳中和目标的重要抓手，并强调以电网为基础，氢能为辅的电氢耦合协调的清洁能源传输模式，可以保障绿色能源的安全和消纳。 氢能替代是工业、交通、建筑、民生等领域实现脱碳的重要手段。
最后，雷院士表示：“绿色转型是一个过程，不是一朝一夕的事情。 在大力建设清洁能源的同时，依靠技术创新和技术突破，实现氢能、经济能源等零碳能源的产业化和规模化，逐步完成化石能源零碳替代，最终实现碳达峰、碳中和目标。 ”
作者：安毅）。