澳大利亚国家工程院外籍院士刘科：碳中和的现实与路径

2021年11月15日，中国新能源发展论坛在盐城召开。

本次论坛由中国电力企业联合会和盐城市人民政府共同主办，论坛以“双碳赋能、智领未来”为主题，旨在持续搭建新能源领域交流合作平台，围绕发展前景、机遇挑战、技术前言、行业热点等议题共同研讨、集思广益，加快推动新能源产业转型升级，助力早日实现碳达峰、碳中和目标。

近年来，盐城积极践行“四个革命，一个合作”能源安全新战略和贯彻落实“2030碳达峰，2060碳中和”的双碳目标，致力于打造引领全球新能源产业发展的风向标和要素资源对接的新高地，一座国际绿色能源之城正在快速崛起。

澳大利亚国家工程院外籍院士、南科大创新创业学院院长刘科出席论坛并致辞，如下为发言实录：

尊敬的勾市长，各位来宾，今天我花20分钟时间分享碳中和与储能的新信息。

中国碳排放是103亿吨。一个三口之家是33吨，这是平均，城市中至少是一倍，城市一个人是15吨，三口之家是45吨。别看我们每天用电，能耗量非常巨大。

另外，把二氧化碳降下来要增加可再生能源，可再生能源最大的问题是风能、太阳能，风能大概23%左右，太阳能大概小一点。问题是其他没有风、没有太阳能80%的时间怎么办？那需要靠储能，所以储能的重要性在碳中和中怎么强调也不过分。

过去40年风能和太阳能发展将取得巨大进步。我当时回国时没有想到太阳能价格在11年之后降到今天的程度，最新的价格一家大央企1毛4分2，还要给当地交3分的资源税，这是十年前我没有想到的。

但风能和太阳能尽管发展了四十年，到了2019年疫情前总发电量是1.92亿吨标准，占了火电12%多一点，在这个前提下西部弃光、弃风现象比较严峻，因为电网超过一定的非稳定能源发再多不敢输，可能引起大面积的电网停电。我原来在GE，比如大风场边上看燃气容积整个上网电网就比较稳定。我国天然气不够，民用都不够，所以不可能有这么多天然气。大火电厂不可能像风一样的速度。这就导致风能、太阳能，如果储能问题不解决，再发展，弃光弃风已经很严峻。我预测随着碳中和各大央企会投资一大堆西部太阳能、沿海的风能和西部的风能。投了之后很有可能上不了网，一堆废电。就像火电厂，按道理一年8762小时，前十年大量的火电厂顶多发3000多的电，这是资产巨大浪费，如果做不好将来在风能太阳能有一大堆资产浪费。

储能研究有很多渠道，应该百花齐放，但手机、电动车等没有问题，目前大规模储电还是一百年前的储电。我们在研究储电的同时，其他储能手段也要考虑。在很大规模时，单独靠储电至少发展了一百年，今天的成本还是下不来。我前段时间在科技部开会，我非常敬仰的科学家提到储电问题解决了。我说，没有解决，如果解决了今天马上就产生了几个宁德时代。长三角、珠三角最近峰谷电价从3毛钱到1.7元了。发一度电才1毛1分2，如果1.7元卖，成了5毛钱一度，成本高了5倍，没有产生峰谷电价指数这么高，说明储电的成本太高，否则国家的峰谷电价不可能这么高。所以储能的使命是一定要把价格降下来。当然对不同规模的储能技术有不同的选择，而且考虑不同的赛道。

短期内如何实现？储能是大概念，包括压缩空气储电等百花齐放，将来可能在不同的储电技术和储能技术有应用场景，很难一个打遍天下，但需要一个大概念。如果光靠储电解决碳中和还有多路要走。

如何做？其中潜在的道路可以探讨。西部的风能、太阳能是否能以液体的形式储存下来，也是储能的形式？为什么之前做氢能？因为西部弃光弃风太严重，与其弃掉，不如电解制氢，因为氢能开车，全国建了37个氢能产业园，图画描述很美妙，但事实是用电解制氢怎么拉过来，隧道不让你做，如果隧道爆掉，高速公路要封几个月，长距离的输氢管线长距离还没有，短距离有，因为管线需要很多量，氢的分子太小，太容易泄露。在露天问题不大，一旦封闭空间是爆炸范围最大的气体。

怎么办？我国有很大的产业叫煤制甲醇。这个产业怎么来？早年各大公司包括煤老板到当地拿煤田的时候，当地政府可以批煤田但要上一个项目，即煤制甲醇，现在全中国有9000万吨的产能，是汽油产能的1/4。所以产生了甲醇制烯烃，很多煤化工从这里产生。如果碳中和真正实施下去的话，煤制甲醇厂都要关门，几千亿的资产全部没用了，因为每吨甲醇放3.5吨的二氧化碳，有些甚至更多。怎么办？氢能是电解水制氢，氢输不过来，宝贵的氧气就排空了，但煤制甲醇等方面，最宝贵的东西是两个：氧气和氢气。因为气化必须要纯氧，产生氢气和一氧化碳。但是制甲醇需要两个氢，但这里只有一个氢怎么办？把生产的宝贵的一氧化碳和水反应消耗一半的一氧化碳变化制氢，两个合起来排，一吨甲醇3.5（产生）吨二氧化碳。假设今天氧气是绿电来的，这样不需要排二氧化碳。原来4摩尔的碳生产1摩尔甲醇，今天1摩尔的碳生产1摩尔甲醇，绿色甲醇能量绝大部分来源于太阳能或者风能，把上不了网的电变成液体，液体大部分的能量来源于太阳能，小部分来源于煤，世界二氧化碳太多不行，没有也不行，如果中国从煤炭经济转为绿色甲醇经济可以用1/5的碳排放解决所有的用电问题。

我们换一个赛道。一方面适合电池储的地方做电池储，有水坝的地方有位差的地方做储水储能。小规模用电池，电池速度快，比如小区。但有煤的地方，煤炭在西部，风能太阳能在西部，转成绿色液体管路一铺就流下来了。为什么转成液体？丁磊网易请我做了演讲《电动车的历史与未来》，我提到很重要的因素是能源的载体有四个条件：1、体积能量密度必须足够大。2、路上可以管路输送。3、海上可以跨海输送。4、快速储存，电是好输不好储，氢气是既不好输，也不好储，只有把它转成绿色的液体既好输，又好储。

做能源有一个很重要的概念，我曾经谈到，其实电动车一点都不新，一百年前纽约、伦敦、巴黎大街上跑的电动车远远多于燃油车，因为铅酸电池1859年发明，早于内燃机二十多年。有了铅酸电池，加一个电动车，高尔夫球场开的车就有了。一百年纽约、伦敦、巴黎大街大部分跑电动车，为什么后来二三十年电动车销声匿迹了？很重要是两个参数，首先是液体能源的发明，炼油工业起来了，汽车轮船重一点问题不大，但油箱不能无穷大，每立方米的氢气只有3.2，天然气每立方米只有10，铅酸电池1859发明每立方米90千瓦时，从1859年开始上万亿的研发经费开发电池，今天最好的锂电池每公斤就260千瓦时，每立方米大概三白到五百之间，每立方的甲醇4300，每立方米的汽油是8600，这不是在一个数量级，差了很多倍。

另外，为什么是液体能源？我当时到南科大，2016年我把三个能源界的好朋友请到南科大参加南科大新能源揭牌仪式。我们当时做能源研讨会。在会上我开玩笑问大家，因为深圳很长一段时间的加油是7块钱一升，假设油从休士顿油拉过来应该是多少钱？你觉得其中有多少的运费？有些说5块，有些3.5，最便宜是1块，真正答案是7分钱不到。当时在场人员不相信，后来一算帐大家都明白了。大船装液体有30万吨，相当于4亿升。一旦转成液体，全世界任何地方管道运到码头很便宜，码头一接，不要人工，路上耗的是油钱和船的折旧费，一条大船拉40亿升，跑一趟用不到4000万的油钱。这是世界上产石油只有这几个地方，但世界任何角落都可以开车的根本原因，因为液体是最好的储能的载体。

一旦把风能太阳能转成绿色的液体，如果转成绿色的液体，就李书福的内燃机开车都是清洁能源。这条路值得今后探索。因为一旦转成液体，西气东输的管线已经有了，天然气每立方米10千瓦时，甲醇是4300，用西气东输边上很小的管线可以输西气东输几倍的能量。输管线最贵的是征地和立项，如果只是在西气东输绑一个小管线成本很低，自动流到北上广深海拔低的地方，到那个地方之后既可以开车，又可以发电。

未来中国真正的汽车产业我个人觉得应该走插电式绿色甲醇混合动力，为什么？要快充的话对电网的冲击很大，这个成本很高。二是快充对电池的要求很高，电动车是很好的技术，但是今天在深圳买一个电动车不敢开到广州，开去了回不来，首先要找充电站，而且要充将近一个小时，最好的办法是晚上在家门口停车地建一个便宜的慢充站，但车上永远装50升绿色的甲醇，没有电的时候甲醇自己可以发电了，给电池充电，这是绿色甲醇插电式混合动力。

十年前我参与国家关于未来汽车的研讨会，当时我问大家：为什么不做插电式混合动力？当时的答案是汽油机竞争不过美国、日本，柴油机竞争不过欧洲，混合动力丰田走在我们前面，所以我们要弯道超车做纯电动。当时听起来好像很有道理，但是那个道理不对劲，如果技术不行永远竞争不过。当时不做混合动力，觉得这个技术太难，丰田干成了我们追不上，我说这不是不做的原因。但我们国家把战略砸到纯电动的同时，伟大民营企业家王传福做成了混合动力，晚上慢慢充电，30天不充电光靠油也可以开。其实电动车是很好的技术，经常来回上下班很便宜很环保，现在百公里油耗3升多，如果百公里油耗换成绿色甲醇，碳中和问题就解决了。短期之内李书福在甲醇汽车投了将近百亿，他原来为了解决中国石油不够，现在碳中和一来，煤制甲醇要死掉怎么干？干绿色甲醇，用风能、太阳能、便宜的碳和便宜的城市垃圾干纯绿色，我没有干也是1/5。

电力工业怎么做？这是我们实验室的，2.5千瓦一台，一个别墅，一个家庭有2.5千瓦就够了，绿色甲醇和水反应制氢，氢发电供电。甲醇和水反应的不到300度，在冬天余热可以供热。燃料电池是80度发电，原理是燃烧发电，这是做氢能的根本原因。

今天中国是煤炭经济，在西部烧了一百万大卡的煤发不到40万大卡的电，60多万大卡以热的形式浪费了，因为热输不过来。假设转成绿色甲醇在西部，用一点点碳固定成液体管路输送到你家，到你家门口发电效率是火电的一半，一半碳就减下来了。另外64%扔掉了，现在热可以放到家门口，冬天供暖，夏天制冷，用中国不到1/5的碳排放解决用电和制冷供暖问题，一个家庭有一台就可以，只要绿色甲醇输到你们家门口。

我们在广州40多个基站供电了几年，基站对供电要求很高，山顶的基站用我这个比拉电便宜，我按300度收钱，铁塔公司不干了，现在三大运营商和铁塔公司已经欠了国网数百亿的电费，如果拉闸全国断网。给大楼拉电和给基站拉电成本差不多。这种情况怎么办？分布式，可以做一台10千瓦更便宜，我们不做备用电源，做了4套2.5千瓦，4台车同时坏的概率是零，如果坏了几个小时之内可以置换。该技术已经商业化很多年，我们只是推广的问题。今天可以用劣质煤制甲醇，把便宜的太阳能和甲醇结合起来，今天用煤制甲醇每百万大卡的甲醇成本是氢的一半，一万大卡气跑多少公里，一百万大卡甲醇就跑多少动力。我们用太阳能做，因为比用煤做贵，但做出来每百万大卡成本比汽油便宜。如果用绿色甲醇驱动中国的汽车和发电，石油不用进口了。所以我的文章得到很多领导人关注的原因。

这是山顶的基站，今后一个别墅，一个家庭一台就够了，未来需要用电网就用电网，需要储电就储电，需要压缩空气就压缩空气。如果有水的地方，抽水储电没有问题，对于局部的地方，用电池储也可以。今后多大规模用电池将来也要研究，但储能的市场太大了，而且今天论坛作为储能是正确的，因为储能技术不突破，风能太阳能再便宜也只能解决20%的问题，80%解决不了。在座的各位肩负着如何八仙过海，各显其能，把储能成本降下来，只有储能成本降下来，风能、太阳能才能大放异彩。我主要分享这么多，谢谢！