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什么才是未来能源?氢还是电

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什么才是未来能源?氢还是电

黄海汽车氢能,氢能车,吉利氢能汽车  未来能源主力是电力,其次是可存储的可再生能源(如光热、水电、生物质),然后是二甲醚、甲醇等可再生二次能源,最后才是昂贵的氢能。

  首选认清楚,未来我们需要的是什么?我们需要的是能源。比如电力、石油和煤炭等等形式的能源。而电力是最佳的能源形式。 如果有足够多的电力,为什么还要氢能?

  其次想清楚,能源从哪里来?按2018年BP公司能源年鉴,已探明储量的石油天然气煤炭按当前消耗速度,石油储量仅仅够用50年、天然气够用50.2年,煤炭够用134年。当50后,石油天然气耗尽,煤炭的消耗速度将加剧。也就是说,如果没有更多商业开采探明储量。化石能源工业将在百年内消失。未来我们能源的源头只有太阳能、核能和地热。

  想明白这两点,你会发现未来能源中,氢能就是一个捡回来的孩子。氢能如电能一样,是一个二次能源。当前,大部分能源已经电力化了。当交通工具电动化完成后,电能才是未来的主要二次能源。氢能占比会非常低。其所以需要氢能是因为电能的存储是一个很头疼的问题。

  先看一下2018电能中火电、水电、核电、风电分别占比75.08%、13.15%、4.17%、6.1%。

  当前光伏发电占比还不到1%,但可以预见未来30年内,光伏发电电量将取代火电。光伏发电度电成本低于火电,但没有阳光就没有电力,电能需要存储。如果光伏发电电量占比超过75%。那么水电、核电将无法承担储能和负荷调整的重担。因此,现在广泛的观点是让氢能储能。

  让电能去水解氢,然后存储起来,再用燃料电池发电。其实氢的来源有两个。一种是从C-H键断裂,主要从烃类物质(石油,天然气、生物质等)提取,另一种是从O-H键断裂入手制氢,主要为水分解和电解。水裂解制氢是最直接的方法,但是研究表明需要2500K以上水的分解才比较明显,考虑材料耐高温及氢氧分离技术限制,水直接分解目前技术上不可行。电解则是较为可行的办法。当然还有多达300多种途径的太阳能化学制氢。这两种获得氢,作为存储能量介质要么效率低下。

  当前规模化,工业化的高温电解产氢效率为75%,美国通用公司SPE法效率甚至高达90%。而氢燃料电池理论上达到90%以上效率。实际在60~80%之间。也就是说如果让氢能作为储能,最高理论效率有可能达到80%,当前较佳技术效率典型值45%左右。抛开昂贵的电解设备、氢燃料电池和储能器具。这个效率应该不低了。

  然而,即便从效率转换来说,氢能仍不是最佳的储能介质。一个更有效的储能方法。该方法如下图

  图2 中,生物经过厌氧发酵得到沼渣碳、沼气和沼液。沼液作为肥料回归耕地。沼渣碳和沼气里的二氧化碳在太阳能聚光光热条件反应生成一氧化碳,和通过光伏电解水得到的氢气生成二甲醚、甲醇。二甲醚、甲醇再通过LY混动车发电,或者燃料电池发电。这样的系统的“STS”效率比氢能更高(“STS”即solar to service。即太阳能转换为服务人们生产生活的有用功)。

  在这个系统中,太阳能在聚光光热生产一氧化碳过程中,已经被有效储存。可以解决夜晚的电力需求。二氧化碳和碳生产一氧化碳过程也储存了一部分太阳能。再变成二甲醚、甲醇等可以长时间存储的介质,储存器具也比氢能要求低。

  这样的系统,效率最高会是多少呢?目前没有工程数据,按照光电年效率可高达19%来评估,光热储能肯定比氢能要好,而移动能源中二甲醚、甲醇也同样比氢能好。