光+氫+儲(chǔ)技術(shù)解析

在科技的發(fā)展道路上，離不開(kāi)能源的助力，特別是再科技飛速發(fā)展的今天，而地球上的能源有限，就需要科研人員不斷開(kāi)發(fā)新能源，這就再當(dāng)下最需要研發(fā)太陽(yáng)能的使用。有一種新型的光伏+正受到關(guān)注，那就是光伏+氫能+儲(chǔ)能。所謂光伏制氫，就是使用光伏發(fā)電，將水通過(guò)光伏電電解得到氫氣和氧氣。所謂光氫儲(chǔ)，其核心思想是當(dāng)光伏充足但無(wú)法上網(wǎng)、需要棄光時(shí)，利用光電將水電解制成氫氣(和氧氣)，將氫氣儲(chǔ)存起來(lái);當(dāng)需要電能時(shí)，將儲(chǔ)存的氫氣通過(guò)不同方式(內(nèi)燃機(jī)、燃料電池或其他方式)轉(zhuǎn)換為電能輸送上網(wǎng)。

然而，在最近的一次會(huì)議上，中國(guó)工程院院士楊裕生認(rèn)為這種想法就是個(gè)笑話。

氫能利用最大的問(wèn)題是轉(zhuǎn)化效率和經(jīng)濟(jì)效益

氫能不是一次能源，它像電能一樣屬于二次能源，要由一次能源轉(zhuǎn)化而來(lái)。這一轉(zhuǎn)化過(guò)程是需要消耗能量的，而且同時(shí)必然有一部分能量要變?yōu)?ldquo;廢能”，所以必須講究能量轉(zhuǎn)換效率。能量轉(zhuǎn)換是要花錢的，所以還必須講究經(jīng)濟(jì)效率。楊裕生院士認(rèn)為，如果光伏期望通過(guò)氫能實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能，前提是光氫儲(chǔ)的轉(zhuǎn)化效率和經(jīng)濟(jì)效益要大于光+X+儲(chǔ)。

而這個(gè)在現(xiàn)實(shí)中無(wú)疑是個(gè)偽命題。

根據(jù)楊裕生院士的介紹，光氫儲(chǔ)的三個(gè)階段分別如下：

1. 從電網(wǎng)上取電通過(guò)電解水制氫的能量轉(zhuǎn)換效率較高，約達(dá)85%;2. 將氫在燃料電池中發(fā)電，能量轉(zhuǎn)換效率約50%;3. 燃料電池自身消耗的電能、氫氣從電解池的低壓狀態(tài)壓縮到輸送的高壓狀態(tài)消耗的能量、輸送高壓氫氣到加氫站所消耗的能量、加氫站給車上儲(chǔ)氫罐充氫所消耗的能量等等。如此七折八扣后，電解水制氫所耗的一度電送到車上電動(dòng)機(jī)，粗略算來(lái)只剩不到0.3度;4. 最終光氫儲(chǔ)的能量轉(zhuǎn)化效率低于30%。

而實(shí)現(xiàn)光伏+儲(chǔ)能還有其它很多方式，如儲(chǔ)能電池、機(jī)械儲(chǔ)能、物理儲(chǔ)能、化學(xué)儲(chǔ)能等。以儲(chǔ)能電池為例：從電網(wǎng)上取電一度，經(jīng)充電器的AC-DC變換和車上電池的充電—放電，兩環(huán)節(jié)的能量轉(zhuǎn)換效率都在95%左右，送到電動(dòng)車上電動(dòng)機(jī)的電能將近0.9度，即光-電池-儲(chǔ)能的能量轉(zhuǎn)化效率約90%左右。

近三倍的能量轉(zhuǎn)換效率差別一目了然，意味著節(jié)能減排效果相差懸殊。能量轉(zhuǎn)換效率既然不高，經(jīng)濟(jì)效率也不會(huì)樂(lè)觀?？梢?jiàn)，從發(fā)展電動(dòng)車節(jié)能減排的初心考慮，“由電網(wǎng)上取電—電解水制氫—氫能燃料電池”的路線是不可取的。

電—氫—電的能量轉(zhuǎn)換總效率稍大于40%，于是有人就說(shuō)氫能燃料電池電動(dòng)車的能量轉(zhuǎn)換效率“很高”，但這些人忽略了氫能轉(zhuǎn)移過(guò)程中的能耗。除了光氫儲(chǔ)，楊院士對(duì)高溫氣冷堆制氫儲(chǔ)能也進(jìn)行了分析。要將千度的高溫?zé)崮苋〕鰜?lái)分解水制氫，再用氫能取作為儲(chǔ)能發(fā)電，為何不直接用高溫?zé)崮苋グl(fā)電?

光氫儲(chǔ)對(duì)解決棄光意義不大

當(dāng)前確實(shí)不少地區(qū)存在光伏電站棄風(fēng)棄光問(wèn)題。對(duì)此，楊院士認(rèn)為：

第一，我國(guó)“三北”地區(qū)的棄風(fēng)、棄光電解出的氫，在“三北”地區(qū)是消耗不了的，必須遠(yuǎn)距離輸送到燃料電池電動(dòng)車盛行的地區(qū)，耗能自不在話下，而高壓純氫對(duì)管道鋼的氫脆更是一個(gè)難關(guān)。

第二，我們還要看到，我國(guó)“三北”地區(qū)的“棄風(fēng)”“棄光”是不正常、短期的現(xiàn)象，一旦造成這種現(xiàn)象的人為和技術(shù)原因消除了，也就無(wú)“棄風(fēng)”“棄光”可用了，因?yàn)檩旊娤啾扔谳敋洌瑹o(wú)論是設(shè)備的建設(shè)還是運(yùn)行，都要合理得多。

第三，德國(guó)為了減少對(duì)進(jìn)口天然氣的依賴，用可再生能源發(fā)電、電解水制氫，將氫氣摻入天然氣中作燃料，濃度不超過(guò)10%，不存在高壓純氫對(duì)管道鋼的氫脆問(wèn)題。而且，德國(guó)國(guó)土東西寬不過(guò)500公里、南北長(zhǎng)700余公里，天然氣管道密布，沒(méi)有我國(guó)“三北”地區(qū)與燃料電池可能盛行地區(qū)間的長(zhǎng)距離輸送問(wèn)題。在德國(guó)合理可行，不等于在我國(guó)亦然。

而如果用氫能作為棄風(fēng)棄光后的削峰填谷儲(chǔ)能解決方案，其40%的最終能效是沒(méi)有任何意義的。即便不是電池儲(chǔ)能，用其它機(jī)械儲(chǔ)能(如之前介紹的搬磚儲(chǔ)能)、水利儲(chǔ)能，其安全性、工藝可操作性性能比氫能要方便得多。

光伏制氫不等于光氫儲(chǔ)

光氫儲(chǔ)經(jīng)濟(jì)效益不好，并不代表光伏制氫是無(wú)意義的。氫能作為一種二次能量來(lái)源補(bǔ)充，工業(yè)及國(guó)民經(jīng)濟(jì)中需要?dú)洌@種情況下用光伏電或風(fēng)電制氫，比從電網(wǎng)取電制氫是更有意義的。比如棄風(fēng)棄光總是存在，可以合理地使用棄風(fēng)棄光;比如與其使用并網(wǎng)電制氫，不如將并網(wǎng)前的光伏電先用來(lái)制氫，既減輕了對(duì)電網(wǎng)的沖擊，又增加了光伏電的效益。

光出清經(jīng)濟(jì)效益不好，也不代表用氫能發(fā)電是無(wú)意義的?？傆懈碑a(chǎn)物氫氣，這些氫氣收集起來(lái)作為儲(chǔ)能發(fā)電也是一件有意義的事情。所以光氫儲(chǔ)不劃算，是反對(duì)純粹為了儲(chǔ)能意義的光伏制氫，反對(duì)將氫能作為解決光儲(chǔ)媒介的主要手段，不是反對(duì)光伏制氫，也不是反對(duì)氫能發(fā)電。相信再過(guò)幾年到幾十年，當(dāng)人類利用太陽(yáng)能的技術(shù)很成熟的時(shí)候，這樣就有了無(wú)窮盡的能源供給社會(huì)的使用，再當(dāng)下就需要研究者更加努力研究新技術(shù)。