陈宏
教育背景:
博士学位:斯坦福大学工程经济系统学, 1987
硕士学位:斯坦福大学工程经济系统学, 1983
学士学位:西安交通大学数学系, 1982
研究领域:

生产与供应链管理、金融服务运营与风险管理;排队网络理论与应用;中国供应链管理最佳实践案例研究等。目前主要研究风险管理和量化金融。包括系统风险、信用风险、市场风险和运营风险管理;还有债卷定价、期货定价。



陈宏 : 【上观新闻】十年过去,氢能发展所需的“四大奇迹”发生了吗?

2月1日,上观新闻发布上海高级金融学院管理科学教授陈宏的观点文章,他在文中指出,跨越了4大挑战,实现了4大奇迹的氢能发展时代,这一次可能是真的来了。

从广东到上海,一种新能源火了,新一轮能源革命真的要来了吗?

摘要:一连串的产业落地布局、产品交付运营,不由令关注氢能发展的新能源业界遐思,氢能发展,终于可从争议漫漫的后台,走向落落大方的前台了吗?

从广东到上海,今年开年,能源领域在悄然酝酿变革。今年1月10日,中国石化、广东新州公司二环路西加氢加油站项目举行奠基仪式,根据规划,项目将设计、建造一座加氢加油合建站,加油站设计为二级站,加氢站设计为三级站。其中,成品油储量为150立方米,氢气储存量为1000千克,项目总投资约为3300万元,预计投营时间为2018年6月。此前也有媒体传出消息,至2017年底,“两桶油”在广东已布局四座加氢加油合建站项目,探索利用现有加油站增设加氢和充电功能,并有效解决加氢站的规划布局和建设问题。去年9月,佛山南海更是建成了中国首座商业化运营的加氢站。

9天之后的1月19日,在上海化工区,上汽集团与化工区管委会签署合作协议,宣布将上海化学工业区打造成氢能示范基地,并开展各类燃料电池汽车示范运行及智能网联汽车示范运行。当天,上汽大通的首批20辆使用氢能源的燃料电池车在化工区开始示范运行,预计年内将有400辆该品牌的燃料电池车交付。

这一连串的产业落地布局、产品交付运营,不由令关注氢能发展的新能源业界遐思,氢能发展,终于可从争议漫漫的后台,走向落落大方的前台了吗?由诺贝尔奖得主、前美国能源部长朱棣文“盖过章”的氢能发展“四大奇迹”前置条件,如今算实现了吗?

面对氢能,从动力十足到态度谨慎?

我们先来看看氢能发展有过的高光时刻。2003年初,美国前总统布什在国情咨文中进行了一项总计12亿美元的氢能汽车项目提议,提出要在未来20年内,让美国人开上氢燃料电池动力汽车。

2005年4月,通用汽车公司和戴姆勒-克莱斯勒公司分别与美国能源部签署合约,在未来5年内开发氢燃料电池动力汽车。

但是6年后,奥巴马政府于2009年5月宣布大幅削减用于燃料电池车辆研究的联邦预算,取消前任总统布什12亿美元的氢能汽车项目提议,并将投资于燃料电池和氢能技术的 1.69亿美元年度预算削减至40%,仅保留6820万美元。虽然当年7月美国国会否决了奥巴马削减氢能经费案,但对于能源技术这样一类具有长周期、高风险的项目而言,美国能源政策思路变化对他国的导向作用,多少还是产生了一定影响。

彼时,时任美国能源部长的诺贝尔奖得主朱棣文提出了著名的“四大奇迹”说,即氢能经济要实现发展,需要实现四个前置条件,一为如何解决氢的来源,降低大规模制氢成本,二为常温常压下氢的储存及运输,三为如何改善氢燃料电池的效率、成本和寿命问题,四为新能源及传统能源架构的相关性问题。在基础设施方面,传统电池的优势要比氢燃料电池的优势大的多,加氢站的建造成本是建普通充电桩成本的十几倍。

应该说,朱棣文的这四个前置条件,在当时的氢能发展技术环境下,是相当有依据的。

“氢能经济”(hydrogen economy)这一概念,最早是在1970年代,由冷聚变领域的先驱,南非人John O’M. Bockris教授率先提出。他说:“说穿了,‘氢能经济’的本质就是氢气被用于从可再生能源(如太阳能、风能)长距离传递能量,并大量贮存(供给城市)。”(Bockris. J., "The Origin of Ideas on a HydrogenEconomy and Its Solution to the Decay of the Environment," InternationalJournal of Hydrogen Energy, vol. 27, pp. 731-740, 2002.)

氢作为二次能源自身需要能源来产生氢,氢气经储存后运送到需要能量的地方,再用燃料电池将所储存的化学能以电能和热能的形式释放出来,从而完成了一个能量传递的过程。只有当人类先探明制氢的廉价方式,掌握储存的安全方法和运输的便捷方式,使用模式也简易,这个所谓的氢能时代才能真正到来。

奥巴马政府和朱棣文显然都认为,着力投入这一尚处于探索期的新能源发展,不如先关注更紧要更服务当下的能源解决方案。

而在近十余年间,中国氢能发展也同样出现过“路径“争议。中国"十一五"节能与新能源汽车重大项目的863计划公布、商务部计划支持氢能源汽车研发、对国内企业提供数十亿的资金支持,相关政策演进程度逐步深入。

据此环境,国内许多企业准备积极研究氢能源汽车, 至今还能看到相关报道,举例如下:《长安集团造200公里时速氢燃料车服务奥运,将于2010年实现产业化生产》、《喝 “氢”的“荣威750”亮相工博会上,最早将在北京奥运会期间上路》、《新型氢燃料电池大巴亮相 成为奥运接驳车 每辆价格高达300万元左右》、《自主氢燃料轿车从上海出发驶向北京奥运》······

不难发现,这是国内产业界欲趁着政策以及绿色奥运的东风,掀起一股氢能发展的新浪潮。事实上,在2008年的北京奥运会和2010年的上海世博会上,也确实出现了氢能燃料大巴的身影,一时风光无两。

但可能大家不知道的是,2007年3月,曾有26位国内外传统发动机专家联名给国务院写信质疑氢能源的技术前景。这封名为《开发车用动力技术、尽快减轻交通能源压力的建议》称:

"氢燃料电池汽车未来的前景,还存在很多不可预测的因素。如果氢燃料汽车研究到最后,发现需要走别的技术途径,这就使大规模投资的氢燃料汽车前功尽弃"、“如果中国盲目跟从部分跨国公司的步伐,将大量的财力、人力、物力完全"押宝"在氢能源汽车的研发上,很可能给作为支柱产业的中国汽车工业带来巨大的伤害。”

这封信提出,目前燃料电池前景还不明朗,而外国汽车公司在搞氢燃料电池汽车的事实,并不能成为中国认为燃料电池汽车是未来汽车发展方向的依据,中国汽车公司不必要花费上亿美元研发资金用于至少在50年以后才"有可能"应用的技术,而应该在成熟技术研究上多花费精力,节能降耗才是当务之急。

十年之后,氢能又要变得“很燃”吗?

一切的争议探讨,都是任何产业变迁的应有之义,一切的小心谨慎,也都是对产业安全的负责之态。而另一方面,技术更迭,也以只争朝夕的速度为自己正名。

十年过去,天翻地覆慨而慷的局面在氢能技术突破上、政策支持上,都已上演。从氢源的角度来看,我们先对比下2008年左右的美国,当时美国制氢原料主要依靠天然气,在成本投入上过大,以光伏发电将近3元人民币一度计算,用其制氢成本大概每公斤需要166元人民币。这无容置疑确实是一个过高的成本。

那么现在,中国制氢的来源和成本如何呢?首先,制氢源来自水,水资源储量非常充沛,因为地球表面71%都覆盖着水。但我们还是关注下既有资源利用,根据《中国统计年鉴2017》的数据,我国2016年工业副产氢气每年1189万吨,弃水弃风弃光电可制196万吨氢,核电弃电可制146万吨氢。按照每车每年运行300天每天用氢0.5公斤,这些既有资源分别可供7900万、1300万、970万燃料电池车行驶。

回到最初的话题,“两桶油”布局加氢站符合其产业逻辑,石化工业本身需要大量氢气,炼油厂一般都有制氢装置,作为氢气的主要来源之一,工业副产氢在中国非常丰富,石油化工、甲醇等行业生产氢气潜力近4万亿立方米。

在成本上,如果以电费0.3元每度计算,制氢成本每公斤16元。若以迪拜光伏发电每度0.17元计算,制氢成本更可以实现每公斤10元。

从供应终端来看,氢的运输及加氢站可以利用现有能源架构。本文开篇提到的加油加氢站,思路上是要利用现有加油站设施,希望实现加油加氢两不误,但需要注意的是,它只是将两者物理地放在了一起,并非一种真正的融合,一个类似的加油加氢站需要高达3300万人民币的投资。

而事实上,理想的储氢运氢技术并不仅仅是朱棣文所提出的常温常压模式,而应该是液态,因为这样就可以利用现有的以石油为基础的能源架构来实现氢能经济。如果能满足“常温常压液态储氢”条件,那么可以通过简单改造现有加油站以及利用现有运输手段,大幅降低氢能技术推广使用的成本,以加氢站为例,其成本可能只是几十万,而不是几千万!

从电动汽车本身的发展趋势来看,由于现阶段我国以火力发电为主,锂电池充电的电力来源本身就造成污染,废弃电池得不到有效的后期处理,也可能对环境造成重大污染,故而只排放水的燃料电池汽车被认为比锂电池动力汽车更清洁环保,被业界所看好。

说到这里,常会出现为人诟病的一点是,燃料电池成本居高不下,寿命也不见得够长。但随着大规模应用和新一代产品开发,这两个短板正在得到弥补。

2009年时,燃料电池的寿命是几百个小时,但丰田汽车公司Mirai上的燃料电池在作为主要汽车动力的情况下,其寿命已经可以达到5000小时以上。Mirai燃料电池的成本2014年已达到2008款燃料电池的二十分之一。丰田燃料电池汽车系统设计总经理Yasuhiro Nonobe表示,他的团队设定了一个成本目标,下一代燃料电池系统成本再降低至现今的四分之一,新系统将在2020年左右推出,一部分也是为了在2020年东京奥运会上展示未来绿色能源汽车技术,“因为奥运会是一个黄金机会”。

成本与寿命,本质上解决的乃是一个效率问题,为什么在移动交通发展史上,汽油代替了煤炭,液态燃料代替了固态燃料?与之相关,为什么内燃机代替了蒸汽机?因为前者效率更高。同样,新时代的燃料电池的效率,也远远高于内燃机。

到了这一步,解决氢能发展“四大奇迹”的最后瓶颈,只剩是否能实现“常温常压下氢的储存及运输”这一难题了。当前,高压储氢似乎是主流选择,其优点是技术相当成熟,但缺点是有安全隐患,成本较高;已知的固态储氢方法安全稳定,但成本高,储氢密度低,运输不便,效率过低;深冷液化储氢密度大、易运输,但也有安全隐患,成本居高不下。

而这一点,恰恰值得被重点提及,在常温常压液态有机储氢领域,中国的技术或已领跑同行。据我们最新掌握的情况,中国研究者和产业界已经找到了一类液态有机储氢材料(LOHC)。通过化学反应可以将氢以化学键的形式加到LOHC上,氢化后的LOHC生成氢油。由常规不饱和有机化合物组成的液态储氢材料,在常温常压下,无毒,安全稳定,储氢密度高,可逆性强,可重复使用,储存、运输、加注均可利用现有基础设施,使用氢的成本与现有汽油价格有竞争优势。需要提及的是,氢油中氢的含量高,80升含有4.8公斤氢气,约等同于丰田Mirai122升高压储氢罐所含的氢气量,却能让小车跑500-650公里,尤其在大巴和物流车上优势效果更为显著。笔者试将氢油运输及加氢流程制作成下图,现有能源构架下如何使用氢油可一目了然:

氢能产业的成熟亦伴随着政策的关注与推进。2016年4月7日,国家发改委、能源局发布《能源技术⾰命创新⾏动计划(2016-2030)》,提出氢能与燃料电池技术创新要求,研究基于可再生能源及先进核能的制氢技术、开发氢气储运的关键材料及技术设备,实现大规模、低成本氢气的制取、存储、运输、应用一体化,以及加氢站现场储氢、制氢模式的标准化和推广应用。要求研究燃料电池分布式发电技术,实现示范应用并推广。

从地方产业布局的雄心来看,2017年9月,上海市科委会同市经信委、上海市经济和信息化委员会、上海市发改委联合研究制订《上海市燃料电池汽车发展规划》,提出到2020年,燃料电池汽车全产业链年产值突破150亿元;到2025年,年产值突破1000亿元,到2030年,年产值突破3000亿元。

我们可以这样说,跨越了4大挑战,实现了4大奇迹的氢能发展时代,这一次可能是真的来了。



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