光+氫+儲技術(shù)解析

在科技的發(fā)展道路上，離不開能源的助力，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發(fā)新能源，這就再當(dāng)下最需要研發(fā)太陽能的使用。有一種新型的光伏+正受到關(guān)注，那就是光伏+氫能+儲能。所謂光伏制氫，就是使用光伏發(fā)電，將水通過光伏電電解得到氫氣和氧氣。所謂光氫儲，其核心思想是當(dāng)光伏充足但無法上網(wǎng)、需要棄光時，利用光電將水電解制成氫氣(和氧氣)，將氫氣儲存起來;當(dāng)需要電能時，將儲存的氫氣通過不同方式(內(nèi)燃機、燃料電池或其他方式)轉(zhuǎn)換為電能輸送上網(wǎng)。

然而，在最近的一次會議上，中國工程院院士楊裕生認為這種想法就是個笑話。

氫能利用最大的問題是轉(zhuǎn)化效率和經(jīng)濟效益

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。這一轉(zhuǎn)化過程是需要消耗能量的，而且同時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)濟效率。楊裕生院士認為，如果光伏期望通過氫能實現(xiàn)儲能，前提是光氫儲的轉(zhuǎn)化效率和經(jīng)濟效益要大于光+X+儲。

而這個在現(xiàn)實中無疑是個偽命題。

根據(jù)楊裕生院士的介紹，光氫儲的三個階段分別如下：

1. 從電網(wǎng)上取電通過電解水制氫的能量轉(zhuǎn)換效率較高，約達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機，粗略算來只剩不到0.3度;4. 最終光氫儲的能量轉(zhuǎn)化效率低于30%。

而實現(xiàn)光伏+儲能還有其它很多方式，如儲能電池、機械儲能、物理儲能、化學(xué)儲能等。以儲能電池為例：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，送到電動車上電動機的電能將近0.9度，即光-電池-儲能的能量轉(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)濟效率也不會樂觀?？梢?，從發(fā)展電動車節(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%，于是有人就說氫能燃料電池電動車的能量轉(zhuǎn)換效率“很高”，但這些人忽略了氫能轉(zhuǎn)移過程中的能耗。除了光氫儲，楊院士對高溫氣冷堆制氫儲能也進行了分析。要將千度的高溫?zé)崮苋〕鰜矸纸馑茪?，再用氫能取作為儲能發(fā)電，為何不直接用高溫?zé)崮苋グl(fā)電?

光氫儲對解決棄光意義不大

當(dāng)前確實不少地區(qū)存在光伏電站棄風(fēng)棄光問題。對此，楊院士認為：

第一，我國“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，必須遠距離輸送到燃料電池電動車盛行的地區(qū)，耗能自不在話下，而高壓純氫對管道鋼的氫脆更是一個難關(guān)。

第二，我們還要看到，我國“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“棄風(fēng)”“棄光”可用了，因為輸電相比于輸氫，無論是設(shè)備的建設(shè)還是運行，都要合理得多。

第三，德國為了減少對進口天然氣的依賴，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10%，不存在高壓純氫對管道鋼的氫脆問題。而且，德國國土東西寬不過500公里、南北長700余公里，天然氣管道密布，沒有我國“三北”地區(qū)與燃料電池可能盛行地區(qū)間的長距離輸送問題。在德國合理可行，不等于在我國亦然。

而如果用氫能作為棄風(fēng)棄光后的削峰填谷儲能解決方案，其40%的最終能效是沒有任何意義的。即便不是電池儲能，用其它機械儲能(如之前介紹的搬磚儲能)、水利儲能，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

光氫儲經(jīng)濟效益不好，并不代表光伏制氫是無意義的。氫能作為一種二次能量來源補充，工業(yè)及國民經(jīng)濟中需要氫，這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)前的光伏電先用來制氫，既減輕了對電網(wǎng)的沖擊，又增加了光伏電的效益。

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