氫能大規(guī)模應(yīng)用為時(shí)不遠(yuǎn)

BP最新年度動(dòng)力統(tǒng)計(jì)陳述顯示，2021年，全國(guó)際直接運(yùn)用化石燃料而排放的二氧化碳到達(dá)340億噸，假如算上走漏的甲烷和其它溫室效應(yīng)氣體，總排放相當(dāng)于390億噸二氧化碳。按照現(xiàn)在的節(jié)奏，甭說(shuō)完結(jié)控溫1.5°C的方針，2°C的方針都或許失敗，借用BP首席經(jīng)濟(jì)學(xué)家Spencer Dale先生的話說(shuō)便是，國(guó)際依然走在不可持續(xù)的道路上。

怎么改弦更張才能夠走向可持續(xù)發(fā)展呢?趕快減排，盡最大量減排是唯一的挑選。溫室氣體越早減越好，因?yàn)槠淅鄯e效應(yīng)巨大。筆者認(rèn)為，綠色動(dòng)力大規(guī)劃代替化石動(dòng)力的時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。減排不僅是可行的，更是經(jīng)濟(jì)的。在這個(gè)巨大的潮流和商機(jī)面前，任何懷疑和猶疑都會(huì)成為前史性的遺憾。

毫無(wú)疑問(wèn)，綠色電力，也便是可再生的光伏太陽(yáng)能和風(fēng)能將是減排的主力軍，但在光伏和風(fēng)能裝機(jī)飛速添加的情況下，怎么能保證不再有棄光棄風(fēng)的事情?怎么處理因?yàn)楣夥惋L(fēng)能資源散布與負(fù)荷中心錯(cuò)位的問(wèn)題，是長(zhǎng)間隔高壓輸電仍是用天然氣管網(wǎng)來(lái)輸氫，哪個(gè)更合算?

別的，在終端動(dòng)力消費(fèi)電氣化率受限的情況下(假設(shè)最高到達(dá)80%)，怎么在剩余的動(dòng)力消費(fèi)范疇完結(jié)減排?還有，儲(chǔ)能在動(dòng)力轉(zhuǎn)型中有著難以替代的效果，可是假如在規(guī)劃上要進(jìn)步幾個(gè)量級(jí)，鋰電池怕是難當(dāng)大任，這還沒(méi)有考量在出產(chǎn)進(jìn)程中對(duì)環(huán)境影響的評(píng)估。此外，那些重要可是現(xiàn)在難以減排的范疇比方鋼鐵航運(yùn)等等怎么辦?處理這些問(wèn)題，氫能幾乎成了獨(dú)一無(wú)二的挑選。

可是氫能真的靠譜嗎?

綠氫出產(chǎn)本錢(qián)穩(wěn)步下降

氫能能夠簡(jiǎn)單分為灰氫(化石動(dòng)力制氫)、藍(lán)氫(化石動(dòng)力制氫+碳捕捉與封存技能)、綠氫(可再生動(dòng)力零碳排制氫)三種，可持續(xù)發(fā)展需求的是綠氫，綠氫的本錢(qián)首要取決于綠電和電解槽。

意大利天然氣管網(wǎng)公司(SNAM)原CEO馬可·阿爾維拉先生在《氫能革新》一書(shū)中，關(guān)于綠電本錢(qián)，電解槽本錢(qián)和綠氫的本錢(qián)有一個(gè)很好的總結(jié)，我借用如下：

能夠看出，在過(guò)去10年間，綠電本錢(qián)下降到了原來(lái)的十分之一。而在未來(lái)10年中，電解槽設(shè)備規(guī)劃將添加十幾倍到上百倍，而電解槽的資本開(kāi)銷(xiāo)(也便是一次性購(gòu)買(mǎi)本錢(qián))將下降到今日的1/4，這樣綠氫的出產(chǎn)本錢(qián)將下降到2021年的1/3左右，到達(dá)$2/KG,按標(biāo)準(zhǔn)熱值天然氣測(cè)算，美元人民幣匯率按1:6.8核算，2025年綠氫本錢(qián)相當(dāng)于每立方天然氣人民幣3.7元，2030年相當(dāng)于每立方天然氣2.80元人民幣。與當(dāng)下天然氣的商場(chǎng)銷(xiāo)售價(jià)格相當(dāng)。

我認(rèn)為，關(guān)于電解槽設(shè)備的資本開(kāi)銷(xiāo)測(cè)算有些保存，在我國(guó)制作的實(shí)力根底上，假如既有訂單再有補(bǔ)貼，電解槽設(shè)備本錢(qián)下降會(huì)比較快。

別的，許多人憂慮，綠氫出產(chǎn)耗水太多，這其實(shí)不必太憂慮。每噸綠氫出產(chǎn)需求耗費(fèi)淡水大約9噸左右。這樣，我國(guó)十四五氫能規(guī)劃中2025年產(chǎn)10萬(wàn)噸綠氫(相當(dāng)于3.6億方天然氣)出產(chǎn)將耗水90萬(wàn)噸，折合每方天然氣耗水2.5公斤。歐盟在RePower EU方案里提出到2030年完結(jié)1500萬(wàn)噸的氫能年產(chǎn)值，一共年耗水1.35億噸水，這可是相當(dāng)于550億方天然氣的巨量動(dòng)力。別的，綠氫運(yùn)用完畢生成物也是水，也根本完結(jié)了循環(huán)經(jīng)濟(jì)。

氫能可借力天然氣管網(wǎng)

說(shuō)完制作咱們?cè)賮?lái)看看運(yùn)送。假如是摻混到天然氣管道，那么簡(jiǎn)單說(shuō)運(yùn)送本錢(qián)和今日槽罐車(chē)比較就變得十分有競(jìng)爭(zhēng)力。能否摻混到天然氣管道?一般來(lái)說(shuō)，因?yàn)闅浞肿雍苄?，它或許穿透管道的鋼質(zhì)資料，從而引起所謂氫脆的問(wèn)題。這其實(shí)是和管道的質(zhì)料有許多聯(lián)系，假如是軟鋼，而且管壁較厚，那么發(fā)生氫脆的或許性很低而且會(huì)很慢。

SNAM公司在意大利已經(jīng)完結(jié)的試驗(yàn)標(biāo)明，意大利95%以上的天然氣管道都能夠摻混氫氣，70%以上的天然氣管道乃至能夠運(yùn)送100%的純氫。假如管道因?yàn)橘|(zhì)料的原因不能摻混，那就要看具體情況進(jìn)行晉級(jí)。這無(wú)疑會(huì)發(fā)生較大的本錢(qián)，可是管道自身也是有壽數(shù)的，也需求不斷更新。事實(shí)上，假如是新建管道，現(xiàn)在的質(zhì)料更多都是PVC塑料質(zhì)料，不僅耐用結(jié)實(shí)，輸氫徹底沒(méi)有問(wèn)題。

在管道更新方面，英國(guó)領(lǐng)跑全球，正在更新其大部分天然氣管道。歐盟也有由23家動(dòng)力運(yùn)送公司發(fā)起的氫能骨架方案，預(yù)計(jì)到2040年，歐洲將有4萬(wàn)公里的輸氫管道。

氫能的首要奇特之處還在于它能夠經(jīng)過(guò)天然氣管網(wǎng)設(shè)施(運(yùn)送存儲(chǔ)甲烷分子)，經(jīng)過(guò)氫能燃料電池與電網(wǎng)(電子活動(dòng))耦合互補(bǔ)，完結(jié)跨區(qū)域，跨季節(jié)的調(diào)節(jié)效果。這時(shí)候，就會(huì)面臨到底是經(jīng)過(guò)高壓電網(wǎng)長(zhǎng)間隔輸電，仍是經(jīng)過(guò)天然氣管網(wǎng)輸送氫能?我認(rèn)為看電網(wǎng)或許管網(wǎng)哪個(gè)更有效即可。假如是已有電網(wǎng)且容量有余，就能夠考慮輸電;假如沒(méi)有富余電網(wǎng)，可是有天然氣管網(wǎng)，那就考慮管網(wǎng)輸氫。假如都沒(méi)有，有必要新建根底設(shè)施，需求從間隔、已有配套設(shè)施、負(fù)荷中心具體需求等方面做齊備詳細(xì)的剖析，沒(méi)有唯一的答案。

無(wú)論怎么，綠電和氫能，經(jīng)過(guò)電網(wǎng)和天然氣管網(wǎng)，將成為真正的動(dòng)力雙雄。

運(yùn)送問(wèn)題處理后，便是儲(chǔ)氫的問(wèn)題了。其實(shí)天然氣管道自身便是體積巨大的儲(chǔ)氫場(chǎng)所，因?yàn)榧訅壕湍軌蛱砑庸艿览锏拇媪?。而更讓人歡喜的是，能夠?qū)滟A藏于地下鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)。鹽穴壁致密結(jié)實(shí)，能夠承受20兆帕以上的壓力，體積在幾萬(wàn)到上百萬(wàn)立方米，是儲(chǔ)氫的抱負(fù)場(chǎng)所。雪佛龍公司在美國(guó)德克薩斯利用鹽穴儲(chǔ)氫有幾十年的前史，英國(guó)有三處鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)都用來(lái)儲(chǔ)氫。

鹽穴之外，拋棄天然氣田雖然在必定的條件下能夠貯存天然氣，可是否也能用來(lái)貯存氫氣，需求仔細(xì)研究做可行性剖析。比較扎手的問(wèn)題是，氫分子十分活潑，有或許和其間的微生物，硫或許巖石中的礦物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)?？墒强傮w來(lái)說(shuō)，地下儲(chǔ)氣庫(kù)的貯藏本錢(qián)在$10/MWH,和制作運(yùn)送本錢(qián)比較仍是很小的。

處理了制作運(yùn)送貯藏的問(wèn)題，許多人依然憂慮氫是否能夠替代其他動(dòng)力，我對(duì)此十分達(dá)觀。在許多工業(yè)范疇尤其是難減排職業(yè)，還真是非氫能莫屬。

氫進(jìn)萬(wàn)家早已有之

在天然氣發(fā)電范疇，大型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電，據(jù)西門(mén)子最近的陳述，能夠摻混75%的氫。國(guó)內(nèi)也已經(jīng)有類似的試驗(yàn)，2022年6月，國(guó)家電投部屬的北京重燃已經(jīng)啟動(dòng)了燃?xì)廨啓C(jī)摻氫30%的試驗(yàn)。燃?xì)庑″仩t改為燒氫氣或許氫氣天然氣的混合氣體也都是能做到的。

在家居端，其實(shí)咱們運(yùn)用氫也早有前史。在天然氣還沒(méi)有大規(guī)劃進(jìn)入城市之前，咱們家里用的都是人工煤氣，其首要成分是氫氣和一氧化碳。現(xiàn)在假如改成氫能和天然氣，那是沒(méi)有大問(wèn)題的。

在和大眾日子密切相關(guān)的交通范疇，氫能燃料電池驅(qū)動(dòng)的車(chē)輛是否有競(jìng)爭(zhēng)力?咱們有必要仔細(xì)剖析歸納能效。內(nèi)燃機(jī)車(chē)輛總能效平均只要20%，而電動(dòng)車(chē)(乘用車(chē))平均能效能夠到達(dá)80%，燃料電池驅(qū)動(dòng)的車(chē)輛平均能效大約是36%，難以與電動(dòng)車(chē)競(jìng)爭(zhēng)。這也正是現(xiàn)在特斯拉和許多電動(dòng)車(chē)能夠光輝的原因。

可是，假如是大馬力的貨車(chē)，特別是重貨車(chē)，或許物流車(chē)，這時(shí)電池的自重就成了重大問(wèn)題，因?yàn)楹艽笠徊糠蛛娔芤脕?lái)承當(dāng)車(chē)的自重，路程必定受到限制。氫燃料電池，具有一個(gè)顯著特點(diǎn)，便是單位質(zhì)量的能量(留意不是單位體積)是最大的——每公斤氫相當(dāng)于40度電，是同樣質(zhì)量汽油的3倍，是同樣質(zhì)量鋰電池的100多倍，缺點(diǎn)是體積較大。那么在統(tǒng)籌電池體積和質(zhì)量(也便是總能量)的前提下，在體積相對(duì)較大的車(chē)輛上——貨車(chē)，特別是重卡，物流車(chē)上，氫燃料電池就會(huì)顯示較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。商場(chǎng)已經(jīng)開(kāi)端證明這一點(diǎn)，我國(guó)的路面上已經(jīng)跑著將近1萬(wàn)輛氫燃料電池物流車(chē)。

越是難減排的職業(yè)，氫能越有用

一些現(xiàn)有的職業(yè)是人類文明存在的根底，但又是難以減排的，對(duì)此氫能有或許發(fā)揮共同效果。比方鋼鐵工業(yè)，高爐現(xiàn)在首要是用焦炭作為首要燃料，鐵粉Fe2O3和一氧化碳CO發(fā)生氧化反應(yīng)來(lái)出發(fā)生鐵，溫度高達(dá)2000度，要排放巨量的二氧化碳?？墒羌偃缡怯脷渥鋈剂?，氫是復(fù)原劑，鐵粉Fe2O3和氫H2發(fā)生復(fù)原反應(yīng)，溫度只需到800-1200度，就能夠出產(chǎn)出鐵(DRI技能)。別的，廢鋼能夠在電弧爐中重新鍛造而得到循環(huán)運(yùn)用，這其間的減碳效應(yīng)也是十分可觀的。

在航運(yùn)上，綠氫既能夠經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)化為綠氨直接運(yùn)用，而且氫燃料電池還能夠作為岸電系統(tǒng)給船只充電。這能大大緩解現(xiàn)在航運(yùn)運(yùn)用重燃料油而帶來(lái)的嚴(yán)重污染。

飛翔是當(dāng)代文明的重要標(biāo)志。因?yàn)闅淠苋剂想姵伢w積較大的原因，它可認(rèn)為短途飛翔提供動(dòng)力，可是長(zhǎng)途飛翔現(xiàn)在還沒(méi)有看到牢靠的方案。可是生物航油或許能夠另辟蹊徑處理這個(gè)問(wèn)題。

航天就更清楚了，液氫一直是火箭升空的動(dòng)力之一。假如2050年到火星旅行不再是探險(xiǎn)科考，而是人類看世界的一個(gè)選項(xiàng)，氫能必定是少不了的。

在塑料，水泥范疇，雖然還沒(méi)有老練的技能立刻大規(guī)劃減排，但運(yùn)用氫作為燃料和質(zhì)料的技能有許多已經(jīng)在試驗(yàn)室里。水泥的制作辦法或許會(huì)發(fā)生革新性的變化，變成用二氧化碳作為質(zhì)料的負(fù)碳職業(yè)。

氫能將是地緣政治新的穩(wěn)定器

氫能不光是人類處理氣候變化危機(jī)的重要手段，也是許多國(guó)家的發(fā)展經(jīng)濟(jì)的重要?jiǎng)恿?。沙特今日出口石油天然氣，明日就能夠出口綠氫;北非今日經(jīng)過(guò)穿越地中海的管道向歐洲輸送天然氣，明日則能夠輸送綠氫;澳大利亞今日出口天然氣，明日也能夠出口綠氫。氫能還將是全球地緣政治新平衡的重要前言。

在歐盟急進(jìn)的動(dòng)力轉(zhuǎn)型方案中，氫能扮演重大角色，RePower EU方案里設(shè)定的方針是：到2030年自產(chǎn)500萬(wàn)噸，進(jìn)口1000萬(wàn)噸氫能。美國(guó)對(duì)氫能的方針支持力度更是前所未有。在2021年11月經(jīng)過(guò)的兩黨根底設(shè)施法案(Bipartisan Infrastructure Law)給予氫能示范項(xiàng)目95億美元預(yù)算的根底上，2022年8月出臺(tái)的通脹消減法案(Inflation Reduction Act)大幅進(jìn)步了開(kāi)銷(xiāo)力度：按全生命周期核算，假如每公斤氫的CO2排放低于0.45公斤，而且契合勞工條款，那么每公斤氫能夠享用3美元的稅收補(bǔ)貼，這會(huì)極大促進(jìn)綠氫的出產(chǎn)和使用。綠氫的規(guī)劃出產(chǎn)，會(huì)影響電解槽設(shè)備容量提高本錢(qián)降低，也會(huì)發(fā)生對(duì)光伏板的新需求。

光伏板不必說(shuō)，首要要靠我國(guó)出產(chǎn)，我認(rèn)為GW級(jí)別的電解槽也會(huì)出自我國(guó)，氫能，將寫(xiě)出全球協(xié)作的新篇章，成為全球化的新標(biāo)志。當(dāng)然這會(huì)是艱難的進(jìn)程，充滿波動(dòng)和挑戰(zhàn)。

有意思的是，在我國(guó)，地方政府和企業(yè)發(fā)展氫能的力度比中央政府更大。全國(guó)十四五動(dòng)力規(guī)劃是到2025年綠氫產(chǎn)值10萬(wàn)噸到20萬(wàn)噸，2030年沒(méi)有具體的產(chǎn)值方針。但把各省市的規(guī)劃方針加總，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了中央政府的規(guī)劃。

放眼全球，氫能全產(chǎn)業(yè)鏈技能日益進(jìn)步的老練度，出產(chǎn)地域的開(kāi)闊性，運(yùn)用的便利性和廣泛性，減排的急迫性，多國(guó)方針前所未有的扶持力度，使得氫能的大規(guī)劃使用不再是天方夜譚，而是能夠觸摸的現(xiàn)實(shí)?；蛟S，咱們?cè)?030年或許2040年回眸今日，必定會(huì)幸虧當(dāng)初挑選了氫能，才得以化解讓地球洪水滔天的氣候危機(jī)。