石油替代物的研制第1頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六我國遠(yuǎn)期石油替代能源的研究1世界和我國遠(yuǎn)期石油供需的預(yù)測2運(yùn)輸燃料替代方案以及石油化工產(chǎn)品的新原料和生產(chǎn)路線3氫能運(yùn)輸燃料推廣應(yīng)用展望4運(yùn)輸車輛與替代燃料的匹配和適應(yīng)性5符合我國國情的分析研究與初步建議第2頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六世界和我國遠(yuǎn)期石油供需的預(yù)測1.1原油資源和產(chǎn)能增長與下降預(yù)測1.2世界和我國原油需求預(yù)測1.3非常規(guī)石油接替程度預(yù)測第3頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六

原油資源和產(chǎn)能增長與下降預(yù)測

USGS于2000年公布資料

單位10億桶

原油天然氣凝析油合計(jì)待發(fā)現(xiàn)可采儲量732207939平均儲量增長68842730平均剩余探明可采儲量89168959累計(jì)開采量7107717最終可采儲量30213243345第4頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六原油資源和產(chǎn)能增長與下降預(yù)測第5頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六

原油資源和產(chǎn)能增長與下降預(yù)測

根據(jù)USGS資料,若年增產(chǎn)1%,則2047年峰值產(chǎn)量57億噸,若年增產(chǎn)2%,則2037年峰值產(chǎn)量73億噸.根據(jù)IEA2004年世界能源展望,2030年預(yù)測產(chǎn)量60億噸(2004年至2030年平均年增長幅度1.6%)另見下列年度間增長幅度表(2000年后為預(yù)測值),資料來自（IEA

WEO２００２）

1971/20001990/200000/1010/2020/3030/4040/501.301.300.670.750.770.01-0.55第6頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六

原油資源和產(chǎn)能增長與下降預(yù)測

我國總資源量（地質(zhì)儲量）接近千億噸但最終可采約１５０億噸探明可采儲量近７０億噸迄今已采出約４０億噸剩余探明儲量不到３０億噸，每年新增可采儲量約３億噸，剩余最終可采儲量約有１１０億噸。第7頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六世界和我國原油需求預(yù)測根據(jù)有關(guān)資料，２０３０年前供需可望平衡從下圖看出世界一次能源需求增長迅速但在２０４０年后石油所占份額將降到２０％以下第8頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六世界和我國原油需求預(yù)測發(fā)達(dá)國家仍追求更好的生活條件，從下表看出美國汽油消費(fèi)將從２０００年的4億噸增加到２０５０年的7.2億噸。美國運(yùn)輸燃料消費(fèi)量（億噸/年）年度2000（實(shí)際）2010（預(yù)測）2020（預(yù)測）2025（預(yù)測）轎車1.71.92.12.2輕型卡車1.32.12.73.1重型車1.01.71.81.9第9頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六世界和我國原油需求預(yù)測我國石油消費(fèi)預(yù)測２０２０年達(dá)到４．５億噸，其中依賴進(jìn)口量２．７億噸．２０５０年一次能源消費(fèi)估計(jì)為２０２０年的兩倍，即約４０億噸油當(dāng)量．石油消費(fèi)可能達(dá)到８億噸（人均０．５噸，大大低于目前中等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)人均２噸的水平）第10頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六

非常規(guī)石油的接替程度預(yù)測

ＩＥＡ關(guān)于非常規(guī)石油的定義１頁巖油２基于油砂的合成原油和基于重油或超重油衍生產(chǎn)品（如Ｏｒｉｍｕｌｓｉｏｎ）３煤基合成油４生物質(zhì)基合成油５天然氣基合成油第11頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六

非常規(guī)石油接替程度預(yù)測

前述第１項(xiàng)頁巖油從油母頁巖干餾得到．世界總資源為５６００億ｍ３，其中經(jīng)濟(jì)可采者２５０億ｍ３分布于美國、中國、愛沙尼亞等地，由于開采、加工成本高，除個(gè)別國家曾經(jīng)工業(yè)生產(chǎn)外，均未大規(guī)模利用。第12頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六

非常規(guī)石油接替程度預(yù)測

前述第２項(xiàng)１油砂－加拿大總資源量～４０００億ｍ３經(jīng)濟(jì)可采５００億ｍ３（其中２７７已列入原油儲量）已生產(chǎn)多年．當(dāng)前油價(jià)高，計(jì)劃擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模．一座將密度為１.０１重質(zhì)瀝青加工為密度０.８７合成原油（ＳＣＯ）年產(chǎn)量９００萬噸的工廠投資約４２億美元．２超重油－－委內(nèi)瑞拉Ｏｒｉｎｏｃｏ瀝青帶總資源量～１９００億ｍ３經(jīng)濟(jì)可采４３０億ｍ３，當(dāng)前年產(chǎn)量約３０００萬噸第13頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六運(yùn)輸燃料替代方案以及石油化工產(chǎn)品

的新原料和生產(chǎn)路線１醇醚燃料２生物柴油３煤基合成油（CTL）天然氣基合成油（GTL）４煤制氫（CTH）或天然氣（GTH）制氫，包含煤的多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)５生物質(zhì)合成油（BTL）或制氫（BTH）６利用風(fēng)能、核能、太陽能多種途徑制氫７煤或天然氣以及生物質(zhì)生產(chǎn)石油化工基本原料（例如CTO、GTO、BTC等）第14頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六

醇醚燃料

1乙醇

---應(yīng)用很久源于生物的內(nèi)燃機(jī)燃料,現(xiàn)在巴西和美國已廣泛采用,我國也已在幾個(gè)省份試用,屬于環(huán)境友好的燃料組分。一般以10%的比例摻入汽油,因乙醇發(fā)熱量較低,大約1噸乙醇可節(jié)約0.9噸汽油。通常以玉米等糧食作物為原料經(jīng)發(fā)酵過程生產(chǎn)。當(dāng)汽油價(jià)位低時(shí)難與競爭，需政府補(bǔ)貼。正在開發(fā)中的利用玉米秸稈的纖維素、半纖維素加酸或酶水解轉(zhuǎn)化成葡萄糖然后發(fā)酵的工藝可免與糧食爭原料，但成本偏高。

第15頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六醇醚燃料2甲醇

---屬于清潔型內(nèi)燃機(jī)燃料,可摻入汽油或單獨(dú)使用.不足之處是毒性大,普及應(yīng)用時(shí)難以管理.

通常以天然氣或煤炭為原料生產(chǎn).其價(jià)格受原料和裝置規(guī)模影響較大,受地區(qū)因素制約.

甲醇也可作為燃料電池的燃料.一是經(jīng)過車載轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)變?yōu)闅錃?另一種是直接做為電池燃料(DMFC).兩者都存在推廣應(yīng)用的若干問題.第16頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六醇醚燃料3

二甲醚---曾經(jīng)一度被宣傳為清潔的柴油機(jī)燃料,但因多種原因迄今未得到應(yīng)用。它的原料和生產(chǎn)途徑和甲醇類似，實(shí)際可由甲醇制成，或用合成氣“一步法”制備。有的專家曾推薦二甲醚作為替代液化天然氣的能量載體，在天然氣產(chǎn)地生產(chǎn)后便于用船長距離輸送，并論證了經(jīng)濟(jì)性。但未能實(shí)現(xiàn)。二甲醚作為民用液化石油氣的替代品，在某些地區(qū)和一定條件下可行。第17頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六

生物柴油

1已在歐洲和美國等地使用多年，屬于源于生物的環(huán)保型清潔燃料。2原料為油菜籽油、大豆油、葵花籽油、棕櫚油以及廚房回收油，將其與甲醇進(jìn)行酯交換反應(yīng)，得到脂肪酸甲酯（FAME）即生物柴油，并副產(chǎn)甘油。3通常摻入柴油中的比例10%--20%，性能變化不大，如100%代替，則存在寒冷地區(qū)或季節(jié)流動(dòng)性能不良和對橡膠材料侵蝕問題。第18頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六

生物柴油

4

原料中含不飽和脂肪酸多時(shí)，所制得的FAME氧化安定性差。5生物柴油潤滑性能好6生物柴油成本視原料價(jià)格而有差異，一般比石油柴油高（除非原油價(jià)位高時(shí)），有些國家對城市公交客車使用給以補(bǔ)貼。第19頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六乙醇汽油和生物柴油的擴(kuò)大應(yīng)用1從生物來源和清潔燃料的角度，生物柴油和乙醇汽油是很好的代用燃料。2原料的來源與各國國情密切相關(guān)，要具體分析。3乙醇的生產(chǎn)原料可擴(kuò)大到多種含纖維素物料，比較容易得到。FAME原料僅限于油料作物，數(shù)量有限。4專家估計(jì)在歐盟替代5%汽油，需占用5%耕地，替代5%柴油，需占用15%耕地；而在美國上述占用比例分別為8%和13%。5美國目標(biāo)是將生物源的替代運(yùn)輸燃料所占比例從目前的不足5%提高到2020年的10%和2030年的20%。第20頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六煤基合成油和天然氣基合成油1

直接法煤制油:

在高壓和高溫下借助催化劑和供氫劑將煤的有機(jī)物和氫氣反應(yīng)生成液體油品（從石腦油、中間餾分到重油和渣油）氣體烴，還有水、氨、硫化氫等。只有低灰分、巖相組成中鏡質(zhì)組多的煤才適合直接液化。液化油要進(jìn)一步經(jīng)過加氫精制和裂化才能獲得目的產(chǎn)品。國內(nèi)外均開發(fā)了直接液化技術(shù)，神華公司正開始建設(shè)300萬噸級大型工廠。第21頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六煤基合成油和天然氣基合成油2間接法煤制油：煤首先氣化變成含CO和H2的合成氣，在中壓中溫下靠專門催化劑進(jìn)行費(fèi)-托合成反應(yīng)生成以直鏈烴為主的氣體烴、液體烴（從石腦油、中間餾分油到石蠟）等產(chǎn)品。石蠟再進(jìn)一步加氫裂化得到以優(yōu)質(zhì)柴油為主的油品。國外已擁有成熟的生產(chǎn)技術(shù)，國內(nèi)也在進(jìn)行示范廠建設(shè)。第22頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六煤基合成油和天然氣基合成油3天然氣基合成油：天然氣部分氧化制造合成氣，氣體精制后作為費(fèi)--托合成原料，以下步驟與煤的間接法合成油相同。4綜合評述：

不論煤基或天然氣基合成油都要求低廉的原料價(jià)格，否則成本難與石油產(chǎn)品競爭。煤基合成油工廠投資每年每噸油品約在8000--10000元，比天然氣基高出近一倍。每產(chǎn)1噸油用煤3噸以上，耗新鮮水6噸以上。煤直接液化設(shè)備和工藝遠(yuǎn)較間接法復(fù)雜，對煤種要求也高，建廠宜審慎。第23頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六煤或天然氣制氫與煤的多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)1煤炭（煤水漿或干煤粉）在壓力氣化爐內(nèi)通入氧氣氣化，然后經(jīng)過精制、CO變換、脫CO2得到氫氣。傳統(tǒng)的成熟工藝已廣泛用于生產(chǎn)合成氨、甲醇等。盡管各個(gè)工藝過程有不同專利技術(shù)，但總的來說投資偏大，能耗高，生產(chǎn)成本高。只有當(dāng)煤價(jià)低廉的坑口附近建設(shè)較大規(guī)模的裝置經(jīng)濟(jì)才是合理的。無論是氣化工藝，還是氣體精制、氫氣分離以至空氣分離制氧的工藝技術(shù)都有改革或改進(jìn)余地，突破性的研究開發(fā)工作已在開展中。第24頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六煤或天然氣制氫與煤的多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)2天然氣制氫也有一套成熟工藝，即通過高溫水蒸汽轉(zhuǎn)化或加氧部分氧化得到轉(zhuǎn)化氣，然后然后經(jīng)過CO變換、變壓吸附脫CO2得到氫氣。天然氣成本對產(chǎn)品氫成本影響很大，制氫裝置規(guī)模次之。新技術(shù)如氫氣分離以至空氣分離制氧的工藝技術(shù)都有改革或改進(jìn)余地，小型化的低成本分散制氫裝置正在國外大力開發(fā)試驗(yàn)中。第25頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六煤或天然氣制氫與煤的多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)3

煤的多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)伴隨著清潔煤技術(shù)提出多年，曾經(jīng)有多種方案---在發(fā)電之外供熱（或供冷）和生產(chǎn)多種化學(xué)品（甲醇、氫、合成油、二甲醚等），近年來美國在提出Vision21的基礎(chǔ)上，具體安排FutureGen的新一代煤電聯(lián)產(chǎn)氫的實(shí)施方案，綜合熱效率可達(dá)60%。我國煤炭資源豐富，而且煤的價(jià)格低于美國，因此在產(chǎn)煤地區(qū)采用煤電聯(lián)產(chǎn)氫的技術(shù)建設(shè)大型項(xiàng)目是可行的。第26頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六生物質(zhì)合成油或制氫1生物質(zhì)資源:生物質(zhì)資源既包括人們可食用的糧食和油料作物,還保括農(nóng)村通常用為燃料的作物秸稈、林業(yè)生產(chǎn)和加工過程廢棄物，還有城市產(chǎn)生的生物質(zhì)垃圾。美國每年可利用的生物質(zhì)資源超過6億噸，折合2.5億噸油當(dāng)量,將它們合理利用構(gòu)成循環(huán)經(jīng)濟(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。我國資源與美國接近，但分布較分散。生物質(zhì)的有效利用途徑：（1）直接做燃料分散生產(chǎn)沼氣或集中產(chǎn)生電力（2）去生物質(zhì)精煉廠（Biorefinery）加工為運(yùn)輸燃料和高附加值的化工產(chǎn)品。第27頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六生物質(zhì)合成油或制氫2生物質(zhì)合成油（BTL）

生物質(zhì)首先經(jīng)過預(yù)處理和干燥等過程,然后在氣化爐內(nèi)通入氧和水蒸汽,絕大部分氣化成為CO,CO2,H2,CH4等,進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)楹铣蓺?采用費(fèi)托法合成油品.

生物質(zhì)也可先經(jīng)過熱分解得到生物油，生物焦炭和氣體。這一步可在分散的小裝置進(jìn)行，然后將油和焦集中到大型裝置加工得到BTL。第28頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六生物質(zhì)合成油或制氫3生物質(zhì)制氫（BTH）生物質(zhì)制氫兩大途徑：熱化學(xué)分解過程包括高溫氣化或中溫?zé)岱纸庖约凹铀纸獾?，先得到含CO和H2的氣體，進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為氫氣。大部過程和前述的生物質(zhì)制油過程接近。生物過程包括（1）厭氧發(fā)酵產(chǎn)生甲烷為主的氣體然后加工為氫氣；（2）利用某些微生物（如綠藻）的代謝功能，通過光化學(xué)分解反應(yīng)產(chǎn)生氫。熱化學(xué)分解過程技術(shù)基本成熟，將實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)。生物過程（1）適合做民用燃料，大規(guī)模制氫不經(jīng)濟(jì);（2）正處于基礎(chǔ)研究階段。第29頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六利用風(fēng)能、核能、太陽能制氫1風(fēng)能制氫風(fēng)能屬可再生能源，世界擁有巨大潛在能量（陸地和近海）。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)已經(jīng)成熟，正向建設(shè)大型化風(fēng)電場的方向發(fā)展。歐洲近年發(fā)展迅速，美國也急起直追，在開發(fā)大型風(fēng)力機(jī)組和降低成本方面已有長期規(guī)劃。為克服風(fēng)能供電的波動(dòng)特點(diǎn)，除在蓄電和電網(wǎng)調(diào)度上努力外，利用電網(wǎng)峰谷差的多余電力通過電解水產(chǎn)生氫氣，并將氫儲存于風(fēng)機(jī)的空心支柱內(nèi)是一優(yōu)化方案。因此努力改善電解水的工藝和設(shè)備是重要課題。第30頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六利用風(fēng)能、核能、太陽能制氫2

核能制氫常規(guī)壓水堆核電站的能量利用效率低于火力發(fā)電的大型超臨界機(jī)組。為了有效利用反應(yīng)堆的高溫位能量，采用氦氣為熱載體的高溫氣冷堆，取出650--900°C熱量供給烴的水蒸汽轉(zhuǎn)化制氫，從而節(jié)省燃料烴氣的消耗。估計(jì)每10MW熱功率的反應(yīng)堆每日可產(chǎn)氫8噸。利用高溫位核能的多種直接水分解和間接水分解以及與煤氣化或鐵礦石還原結(jié)合制氫或聯(lián)產(chǎn)甲醇和電力的多種多樣技術(shù)大多處于研究階段。第31頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六利用風(fēng)能、核能、太陽能制氫3太陽能制氫

直接利用太陽能將水分解制氫尚處于研究階段，將太陽光能濃縮上千倍的技術(shù)已有成果。探索中分解水的途徑如下：

（1）極高溫直接分解（2）光電化學(xué)分解：用特殊半導(dǎo)體材料（3）光熱化學(xué)分解：用專門的化合物體系

間接利用太陽能制氫的主要途徑是光伏發(fā)電然后電解水。技術(shù)成熟但經(jīng)濟(jì)成本過高。第32頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六

煤或天然氣以及生物質(zhì)生產(chǎn)石油化工基本原料

問題的提出：用于運(yùn)輸燃料的石油替代能源品種較多，長遠(yuǎn)目標(biāo)宜采用可再生能源生產(chǎn)，使用中不排或少排溫室氣體。但當(dāng)前廣泛使用石油化工產(chǎn)品均來自烴，大部以低碳烯烴和單環(huán)芳烴為基本原料。雖然石油化工原料只占石油消費(fèi)量的15%--20%，但今后石油供應(yīng)量下降時(shí)期未必能充分保證供應(yīng)。建議在過渡期以天然氣和煤為原料作為補(bǔ)充。辦法是將天然氣或煤首先轉(zhuǎn)化為合成氣，制成甲醇或二甲醚，然后采用MTO或MTP技術(shù)生產(chǎn)低碳烯烴。在天然氣或煤價(jià)較低的氣田或煤礦區(qū)，在目前原油價(jià)位高時(shí)，采用此技術(shù)已經(jīng)是合理的選擇。第33頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六

煤或天然氣以及生物質(zhì)生產(chǎn)石油化工基本原料

芳烴原料可由煤的直接液化所產(chǎn)重石腦油制取?？捎蒅TL或CTL所產(chǎn)直鏈烷烴C4--C8餾分可作為蒸汽裂解生產(chǎn)乙烯原料,C9—C13餾分可作為生產(chǎn)洗滌劑原料。建議遠(yuǎn)期采用可再生的生物質(zhì)作為主要來源生物質(zhì)精煉廠不論使用生物過程或熱化學(xué)過程均能得到醇類、合成氣、生物油等產(chǎn)品，進(jìn)一步加工就得到多種有用的化工產(chǎn)品。美國設(shè)想在2030年利用生物質(zhì)提供化學(xué)產(chǎn)品總量的25%，此后會不斷增多。從世界范圍看，位于熱帶和亞熱帶的國家和地區(qū)生物質(zhì)資源豐富，可望成為源于生物質(zhì)的化學(xué)品出口國（地區(qū)）。我國宜結(jié)合國情具體安排。第34頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六氫能運(yùn)輸燃料的推廣應(yīng)用問題1氫能經(jīng)濟(jì)的提出：不同觀點(diǎn)展示2國外推廣應(yīng)用氫能運(yùn)輸燃料的規(guī)劃和實(shí)施步驟3氫作為運(yùn)輸燃料的儲存和運(yùn)輸4氫能經(jīng)濟(jì)引發(fā)的一系列社會問題第35頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六氫能經(jīng)濟(jì)的提出：不同觀點(diǎn)展示1贊成理由

對原油大量進(jìn)口的國家可保證運(yùn)輸燃料自給，從而保證了本國的能源安全。原油供給的供不應(yīng)求局面遲早會出現(xiàn)，未雨綢繆是明智之舉。應(yīng)用石油運(yùn)輸燃料的負(fù)面影響，溫室氣體排放與日俱增。超前推廣應(yīng)用氫能運(yùn)輸燃料可使所在國的氫能技術(shù)處于世界領(lǐng)先地位，在今后競爭中保持優(yōu)勢。第36頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六氫能經(jīng)濟(jì)的提出：不同觀點(diǎn)展示2不同意理由:

實(shí)現(xiàn)氫能經(jīng)濟(jì)難度極大,不少廉價(jià)生產(chǎn)技術(shù)、儲存運(yùn)輸和安全使用問題有待長期攻關(guān)。廉價(jià)燃料電池汽車很難問世。社會接收困難，氫燃料商業(yè)生產(chǎn)和銷售業(yè)與氫能汽車制造業(yè)互相觀望，“蛋和雞”的先后問題。替代能源并不是“非氫莫屬”，生物能源（乙醇等）的內(nèi)燃機(jī)混合動(dòng)力汽車可能更早實(shí)現(xiàn)。汽油混合動(dòng)力汽車作為過渡。過分夸張氫能經(jīng)濟(jì)，有意掩蓋近期采用其它手段降低溫室氣體排放的意圖，純屬政治炒作。（美國）第37頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六國外推廣應(yīng)用氫能運(yùn)輸燃料的規(guī)劃和實(shí)施步驟美國以政府名義率先提出HydrogenInitiative（2003），此后美國能源部提出實(shí)施計(jì)劃<HydrogenPosturePlan>（2004），并報(bào)國家研究理事會NationalResearchCouncil原則同意。國際能源組織InternationalEnergyAgency倡導(dǎo)的Hydro-genImplementingAgreement于1977年即提出<InPersuitoftheFuture>，并由16個(gè)成員國分工進(jìn)行十多個(gè)專題的科研開發(fā)。IEA多次召開氫能會議。日本很早就成立新能源開發(fā)組織NEDO，為氫能開發(fā)取得多項(xiàng)成果。亞太APEC近年成立名為PartnershipforAdvancingToHydrogen的氫能推進(jìn)合作組織，2004年開了全會。第38頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六國外推廣應(yīng)用氫能運(yùn)輸燃料的規(guī)劃和實(shí)施步驟國外還有多個(gè)氫能學(xué)術(shù)團(tuán)體，我國也成立了氫能學(xué)會。國外氫能刊物已出版多年。2004年有兩洲七國（包括我國）氫能協(xié)會參加的第15次世界氫能會議發(fā)布了關(guān)于氫能革命的《橫濱宣言》。美國政府通過能源部具體組織實(shí)施氫能經(jīng)濟(jì)的一系列工作，包括分領(lǐng)域、分課題科研開發(fā)與應(yīng)用，有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的制定以及在社會推行氫能科普、教育工作。計(jì)劃分四步走：第一步（2000-2015年）開展科研開發(fā)工作，第二步（2010-2015年）燃料電池汽車批量進(jìn)入市場，第三步（2015-2035年）燃料電池汽車市場逐步擴(kuò)大，開始形成網(wǎng)絡(luò)，第四步（2025-2050年）逐步形成氫能經(jīng)濟(jì)。第39頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六國外推廣應(yīng)用氫能運(yùn)輸燃料的規(guī)劃和實(shí)施步驟美國能源部設(shè)想的（樂觀估計(jì)）燃料電池汽車市場銷售分額：2018年4%，2020年27%，2030年78%，2038年100%；社會保有份額：2030年20%，2040年76%，2050年度100%。NRC則區(qū)分兩種情景：一是如氫能應(yīng)用和燃料電池汽車推廣應(yīng)用不夠理想，則在2020年以后主要是混合動(dòng)力汽車逐步取代內(nèi)燃機(jī)汽車，二是燃料電池汽車和混合動(dòng)力汽車并肩發(fā)展。估計(jì)2030年歐盟燃料電池汽車社會保有份為15%,2040年達(dá)到32%。日本曾公布燃料電池汽車社會保有量預(yù)測：2005-2010年5萬輛，2011-2020年500萬輛。第40頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六

氫作為運(yùn)輸燃料的儲存和運(yùn)輸1氫的儲存：壓縮氫（35-70MPa壓力）的密度很低，即使液氫的密度也遠(yuǎn)低于汽油，大量儲存氫的難度可想而知。（1）高壓容器氣態(tài)儲存：適用于車輛、地面和地下固定容器，還有地下巖穴。（2）低壓液態(tài)儲存：適用于車輛、地面和地下固定容器。（3）固體物吸附態(tài)儲存：吸附物有多孔金屬材料，碳納米材料。（4）金屬氫化物（如NaMgH4）或化學(xué)氫化物（如NaAlH4）儲存。第41頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六

氫作為運(yùn)輸燃料的儲存和運(yùn)輸以上幾種儲存方式都存在儲存容器或吸附材料重量過大（超過氫量的20倍），車載負(fù)荷過重或儲存成本高的問題。第（1）方案略有改進(jìn)余地，第（2）方案改進(jìn)余地不大，第（3）方案正作為攻關(guān)重點(diǎn)，目標(biāo)是爭取載氫容量達(dá)到9%（重）。2氫的運(yùn)輸：（1）汽車載高壓氣體容器運(yùn)輸：適合于小量氫短距離運(yùn)輸，從分散小規(guī)模制造裝置向加氫站轉(zhuǎn)運(yùn)。適合于氫能早期進(jìn)入市場情況。第42頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六

氫作為運(yùn)輸燃料的儲存和運(yùn)輸（2）汽車或火車載液氫容器運(yùn)輸：適合于中距離氫的運(yùn)輸，因氫的液化動(dòng)力消化約為氫能量的30%，必需經(jīng)過經(jīng)濟(jì)論證。最好在加氫站將液氫直接加注到汽車上的液氫容器。（3）管道輸送：用于較長距離（1000km左右或更遠(yuǎn)）大量運(yùn)輸。適合于大型制氫裝置向外輸送?？赡茉跉淠芡茝V應(yīng)用的中后期實(shí)行。管材應(yīng)能抗氫的滲透。（4）化學(xué)氫化物輸送：先在制氫裝置調(diào)制做在液體中的懸浮物，再利用管道輸送到加氫站，然后就地加水分解產(chǎn)生氫氣，用過的懸浮液用管道送回裝置。這一技術(shù)正處于開發(fā)階段。第43頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六

氫燃料使用過程的可靠性和安全性問題1可靠性:要經(jīng)過一定數(shù)量的車輛在不同地區(qū)、不同氣候、不同工況時(shí)的行車實(shí)踐，驗(yàn)證氫燃料供應(yīng)系統(tǒng)、加氫站注氫系統(tǒng)和燃料電池車本身是否能大范圍推廣。2安全性：根據(jù)氫易泄露、易燃、易爆的物理化學(xué)特性，安全措施必須周到（尤其當(dāng)向汽車注氫過程、在車庫存放和通過隧道行車時(shí)），安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范必須完善，防火防爆的社會救護(hù)系統(tǒng)必須建立，還有安全教育必須徹底。總之，對于氫能經(jīng)濟(jì)給社會帶來的負(fù)面效應(yīng)要有充分考慮。當(dāng)然人們在工業(yè)上已有大規(guī)模生產(chǎn)使用氫氣的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，一定會很好地解決安全問題第44頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六

不同類型的替代燃料汽車評述1純電動(dòng)車（EV）、混合動(dòng)力車（HEV）、燃料電池車（FCV）的性能特點(diǎn)2推廣應(yīng)用燃料電池車存在的技術(shù)經(jīng)濟(jì)問題3汽車的能源效率和節(jié)能途徑第45頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六純電動(dòng)車、混合動(dòng)力車、燃料電池車

的性能特點(diǎn)1純電動(dòng)車純電機(jī)驅(qū)動(dòng),以蓄電池儲電。不用液體或氣體燃料，實(shí)際間接使用發(fā)電的能源。行駛中無廢氣污染（實(shí)際將污染轉(zhuǎn)移到發(fā)電廠）。操縱靈活，燥聲小。免除去加油站的麻煩。一次充電需6-8h，充電后行駛里程只150km左右，只適合中距離上班族，不適合周末長途旅游。（蓄電池雖有鉛酸、鎳氫、鋰離子多種，但充電時(shí)間難縮短）車自重大，價(jià)格高。已有幾種牌號批量生產(chǎn)（EV+，RAV4...），銷路不廣。第46頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六純電動(dòng)車、混合動(dòng)力車、燃料電池車

的性能特點(diǎn)3燃料電池汽車：不用油料或電力，當(dāng)氫來自可再生能源時(shí)，則屬完全意義上的清潔能源汽車。氫可直接來自車載氫或間接來自車載轉(zhuǎn)化器，以甲醇或石腦油為原料制取。但因車上制氫裝置的啟動(dòng)時(shí)間過長，技術(shù)障礙難突破，美國能源部已放棄此方案。另一辦法是直接把甲醇送入燃料電池分解成氫氣，但存在甲醇對電極滲漏問題，而且這種電池（DMFC）比直接用氫氣效率下降。第47頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六純電動(dòng)車、混合動(dòng)力車、燃料電池車

的性能特點(diǎn)2混合動(dòng)力車仍以內(nèi)燃機(jī)為主動(dòng)力，輔之以電機(jī)和小容量蓄電池?？苫厥掌噭x車和怠速時(shí)產(chǎn)生的能量，因此可大幅節(jié)省內(nèi)燃機(jī)燃料消耗量（約40%）。仍消耗石油資源。排放廢氣相應(yīng)下降。車自重大，價(jià)格高。已有幾種牌號批量生產(chǎn)（Prius，Accord...）可能成為今后幾十年內(nèi)燃機(jī)汽車的主要替代產(chǎn)品。開發(fā)使用來自生物能源的乙醇混合動(dòng)力車，技術(shù)經(jīng)濟(jì)難度比燃料電池汽車相對容易，也解決了溫室氣體排放問題。第48頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六推廣應(yīng)用燃料電池車存在的技術(shù)經(jīng)濟(jì)問題目前燃料電池汽車雖然已有樣車問世,但存在價(jià)格昂貴和氫能供應(yīng)問題,必須進(jìn)行一系列技術(shù)攻關(guān)和有關(guān)部門協(xié)同推進(jìn)工作才能得到推廣應(yīng)用。美國能源部對正離子交換膜燃料電池的攻關(guān)目標(biāo)是：60%的峰值效率；220W/l與325W/kg的功率密度；325W/gge的比功率。（以上為2010年目標(biāo)）電池組成本<$45/kW（2010年）<$30/kW（2015年）而目前$225/kW（主要措施是降低電極的Pt用量，從目前的0.8g/kW降到0.2g/kW以下。車載儲氫設(shè)施儲氫率2010年為6%，能量密度1.5kWh/l成本$4/kW;2015年上述指標(biāo)為9%、2.7kWh/l和$2/kW。保證連續(xù)行程300mi。第49頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六推廣應(yīng)用燃料電池車存在的技術(shù)經(jīng)濟(jì)問題美國能源部向美國國會所作的報(bào)告將燃料電池汽車在商業(yè)推廣應(yīng)用前的工作分為三期。一期（技術(shù)可行性階段）2004年終應(yīng)實(shí)現(xiàn)耐久性1000h，按年產(chǎn)50萬輛的成本$200/kW,每加侖汽油當(dāng)量氫價(jià)格$3.00（未計(jì)稅）。演示注氫站作業(yè)，主要以液氫為氫源，但考慮不同供氫方案。二期（評定燃料電池汽車在實(shí)用條件下的應(yīng)用）2009年終應(yīng)實(shí)現(xiàn)耐久性2000h，按年產(chǎn)50萬輛的成本$125/kW,每加侖汽油當(dāng)量氫價(jià)格$1.50-2.60（未計(jì)稅）溫室氣體排量120g/mi。利用不同原料（化石燃料和可再生能源）就地制氫。第50頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六推廣應(yīng)用燃料電池車存在的技術(shù)經(jīng)濟(jì)問題三期（演示燃料電池汽車群在商業(yè)應(yīng)用的可行性）2015年終應(yīng)實(shí)現(xiàn)耐久性5000h，按年產(chǎn)50萬輛的成本$30/kW,每加侖汽油當(dāng)量氫價(jià)格$1.50（未計(jì)稅）溫室氣體排量120g/mi。為了用戶方便已經(jīng)建立了足夠的注氫站，利用不同的經(jīng)濟(jì)原料制氫。如果一切按時(shí)實(shí)現(xiàn)，那末根據(jù)2015年后的具體情況，根據(jù)產(chǎn)業(yè)部門（汽車制造商和燃料制造供應(yīng)商）決策，開始投資建設(shè)足夠的制造廠和數(shù)量可觀的注氫站以及銷售服務(wù)部門，逐步向氫能經(jīng)濟(jì)過渡。第51頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六汽車的能源效率和節(jié)能途徑1直觀效率:通常用單位行駛里程的耗油量表達(dá),可用l/100km或用mi/gal（間稱mpg），還可用kJ/km表示，具體數(shù)值隨車型、老舊程度和路況而異，只供在一定條件下相互比較。美國輕型車（汽油ICEV）目前平均值為21mpg，今后由于技術(shù)進(jìn)步會提高到30mpg。HICE車已經(jīng)到44mpg。而FC車將達(dá)到50-60mpg。商品HICE轎車Insight、Prius分別為61/66和51/60mpg。FCV目前無商品，預(yù)計(jì)其mpg等于ICEV的2.25-3.0倍。第52頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六汽車的能源效率和節(jié)能途徑2理論效率效率研究按<從油井到車輪（Well-To-Wheels）>的總體思路，簡稱WTW。進(jìn)一步分解為兩項(xiàng)效率：

WTW=WTTxTTW其中TTW（從油箱到車輪）效率和汽車類型及使用燃料種類密切相關(guān)。具體數(shù)值：（引自某文獻(xiàn)）轎車類型TTW能量損失%

效率%

剎車傳動(dòng)系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)損耗怠速附屬件

ICEV6.85.85.662.417.22.2HEV14.4011.862.404.7AFCV19.1015.750.006.2第53頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六汽車的能源效率和節(jié)能途徑3節(jié)能途徑從長遠(yuǎn)打算，正確選擇汽車燃料和驅(qū)動(dòng)方式至關(guān)重要。WTW能耗以kJ/mi計(jì)算，GICEV約3800；對HFCV：分散的天然氣小規(guī)模制氫約3300，集中大規(guī)模制氫約2500，煤制氫約3300，生物質(zhì)制氫約6800，風(fēng)能電解制氫約4200；對HEV約2500；對EV：火力發(fā)電約3800?？梢姳舜酥g差別不小。在氫能汽車未普遍進(jìn)入市場前，混合動(dòng)力汽車無疑是較合理的選擇。美國2020年前卡車的改造方向主要是改用HICE。例如中型卡車的節(jié)能效果預(yù)計(jì)從10mpg提高到19.5mpg,車身如換用輕型材料,自重從5.5t降至3.8t,進(jìn)一步節(jié)能22%,合計(jì)節(jié)能達(dá)到2.4倍之多!第54頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六結(jié)合我國國情的綜合分析研究和初步建議1汽車運(yùn)輸業(yè)有害氣體和溫室氣體排放問題與降排措施。2

結(jié)合國情的多方案情景分析。3小結(jié)和建議第55頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六汽車運(yùn)輸業(yè)有害氣體和溫室氣體排放與降排措施。1有害氣體排放眾所周知近年來國外大力推行清潔空氣法,改用清潔運(yùn)輸燃料,汽油和柴油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不斷提高,基本解決了區(qū)域性和局部的空氣質(zhì)量問題。某文獻(xiàn)設(shè)定不同有害物的健康損害金額（例如單位按$/kg，有害物PM10、SOX、NOX分別采用76.75、15.62、10.65），計(jì)算結(jié)果是新配方汽油50年內(nèi)對美國人民健康損害代價(jià)是7200億美元，氫能燃料則為6370億美元。2溫室氣體排放當(dāng)前最令人們關(guān)注的是日益增長的CO2氣體排放最終將對全球氣候產(chǎn)生不利影響的重大問題。第56頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六汽車運(yùn)輸業(yè)有害氣體和溫室氣體排放與降排措施。按年排放碳量計(jì)算，美國油品生產(chǎn)及汽車運(yùn)輸業(yè)年排放近4億噸，約占美國全部排放量1/6。今后如仍發(fā)展汽油ICEV，那末到2050年，排碳將達(dá)7.3億噸。改用HEV：2050年排碳約5億噸。改用FCV：煤為氫源且不回收CO2時(shí),年排碳約4.6億噸,回收CO2時(shí)年排碳約0.6億噸。不同制氫途徑每生產(chǎn)1kg氫的排碳量：煤或天然氣原料，不回收CO2時(shí)分別為4.6或2.4kg,回收CO2時(shí)分別為0.6或0.4kg,上述條件用生物質(zhì)原料為0.4或-4.1kg。從制氫生產(chǎn)過程如何回收CO2，又如何將其安全埋存，是當(dāng)前一熱門話題。國外正大力進(jìn)行合作攻關(guān)，力求早日在技術(shù)可行和經(jīng)濟(jì)合理的前提下創(chuàng)出新路。第57頁，共64頁，2023年，2月20日，星期六結(jié)合國情的多方案情景分析1世界和我國原油資源和供應(yīng)曲線預(yù)測可采儲量情景1：50%可信度；情景2：