氫能大規(guī)模應用為時不遠

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BP最新年度動力統(tǒng)計陳述顯現(xiàn)，2021年，全世界直接運用化石燃料而排放的二氧化碳到達340億噸，假如算上走漏的甲烷和其它溫室效應氣體，總排放適當于390億噸二氧化碳。按照現(xiàn)在的節(jié)奏，別說實現(xiàn)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)濟學家Spencer Dale先生的話說便是，世界依然走在不行繼續(xù)的道路上。

怎么改弦易轍才能夠走向可繼續(xù)發(fā)展呢?盡快減排，盡最大量減排是僅有的挑選。溫室氣體越早減越好，因為其累積效應巨大。筆者認為，綠色動力大規(guī)劃替代化石動力的時代現(xiàn)已到來。減排不僅是可行的，更是經(jīng)濟的。在這個巨大的潮流和商機面前，任何懷疑和猶豫都會成為前史性的惋惜。

毫無疑問，綠色電力，也便是可再生的光伏太陽能和風能將是減排的主力軍，但在光伏和風能裝機飛速增長的情況下，怎么能確保不再有棄光棄風的事情?怎么處理因為光伏和風能資源散布與負荷中心錯位的問題，是長間隔高壓輸電仍是用天然氣管網(wǎng)來輸氫，哪個更合算?

別的，在終端動力消費電氣化率受限的情況下(假定最高到達80%)，怎么在剩下的動力消費范疇實現(xiàn)減排?還有，儲能在動力轉(zhuǎn)型中有著難以替代的效果，可是假如在規(guī)劃上要進步幾個量級，鋰電池怕是難當大任，這還沒有考量在出產(chǎn)進程中對環(huán)境影響的評估。此外，那些重要可是現(xiàn)在難以減排的范疇比方鋼鐵航運等等怎么辦?處理這些問題，氫能簡直成了絕無僅有的挑選。

可是氫能真的靠譜嗎?

綠氫出產(chǎn)本錢穩(wěn)步下降

氫能能夠簡單分為灰氫(化石動力制氫)、藍氫(化石動力制氫+碳捕捉與封存技能)、綠氫(可再生動力零碳排制氫)三種，可繼續(xù)發(fā)展需要的是綠氫，綠氫的本錢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《氫能革命》一書中，關(guān)于綠電本錢，電解槽本錢和綠氫的本錢有一個很好的總結(jié)，我借用如下：

能夠看出，在曩昔10年間，綠電本錢下降到了本來的十分之一。而在未來10年中，電解槽設備規(guī)劃將增加十幾倍到上百倍，而電解槽的資本開銷(也便是一次性購買本錢)將下降到今日的1/4，這樣綠氫的出產(chǎn)本錢將下降到2021年的1/3左右，到達$2/KG,按規(guī)范熱值天然氣測算，美元人民幣匯率按1:6.8計算，2025年綠氫本錢適當于每立方天然氣人民幣3.7元，2030年適當于每立方天然氣2.80元人民幣。與當下天然氣的商場銷售價格適當。

我認為，關(guān)于電解槽設備的資本開銷測算有些保守，在我國制作的實力基礎上，假如既有訂單再有補助，電解槽設備本錢下降會比較快。

別的，許多人憂慮，綠氫出產(chǎn)耗水太多，這其實不用太憂慮。每噸綠氫出產(chǎn)需要消耗淡水大約9噸左右。這樣，我國十四五氫能規(guī)劃中2025年產(chǎn)10萬噸綠氫(適當于3.6億方天然氣)出產(chǎn)將耗水90萬噸，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年實現(xiàn)1500萬噸的氫能年產(chǎn)值，總共年耗水1.35億噸水，這可是適當于550億方天然氣的巨量動力。別的，綠氫運用結(jié)束生成物也是水，也根本實現(xiàn)了循環(huán)經(jīng)濟。

氫能可借力天然氣管網(wǎng)

說完制作咱們再來看看運送。假如是摻混到天然氣管道，那么簡單說運送本錢和今日槽罐車比較就變得十分有競爭力。能否摻混到天然氣管道?一般來說，因為氫分子很小，它或許穿透管道的鋼質(zhì)材料，從而引起所謂氫脆的問題。這其實是和管道的材質(zhì)有許多關(guān)系，假如是軟鋼，并且管壁較厚，那么產(chǎn)生氫脆的或許性很低并且會很慢。

SNAM公司在意大利現(xiàn)已完結(jié)的試驗標明，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送100%的純氫。假如管道因為材質(zhì)的原因不能摻混，那就要看詳細情況進行升級。這無疑會產(chǎn)生較大的本錢，可是管道自身也是有壽命的，也需要不斷更新。事實上，假如是新建管道，現(xiàn)在的材質(zhì)更多都是PVC塑料材質(zhì)，不僅耐用結(jié)實，輸氫徹底沒有問題。

在管道更新方面，英國領(lǐng)跑全球，正在更新其大部分天然氣管道。歐盟也有由23家動力運送公司發(fā)起的氫能骨架方案，估計到2040年，歐洲將有4萬公里的輸氫管道。

氫能的首要奇特之處還在于它能夠經(jīng)過天然氣管網(wǎng)設施(運送存儲甲烷分子)，經(jīng)過氫能燃料電池與電網(wǎng)(電子活動)耦合互補，實現(xiàn)跨區(qū)域，跨時節(jié)的調(diào)節(jié)效果。這時候，就會面臨到底是經(jīng)過高壓電網(wǎng)長間隔輸電，仍是經(jīng)過天然氣管網(wǎng)運送氫能?我認為看電網(wǎng)或許管網(wǎng)哪個更有效即可。假如是已有電網(wǎng)且容量有余，就能夠考慮輸電;假如沒有充裕電網(wǎng)，可是有天然氣管網(wǎng)，那就考慮管網(wǎng)輸氫。假如都沒有，必須新建基礎設施，需要從間隔、已有配套設施、負荷中心詳細需求等方面做完備詳細的剖析，沒有僅有的答案。

無論怎么，綠電和氫能，經(jīng)過電網(wǎng)和天然氣管網(wǎng)，將成為真實的動力雙雄。

運送問題處理后，便是儲氫的問題了。其實天然氣管道自身便是體積巨大的儲氫場所，因為加壓就能夠增加管道里的存量。而更讓人欣喜的是，能夠?qū)滟A藏于地下鹽穴儲氣庫。鹽穴壁細密結(jié)實，能夠接受20兆帕以上的壓力，體積在幾萬到上百萬立方米，是儲氫的理想場所。雪佛龍公司在美國德克薩斯利用鹽穴儲氫有幾十年的前史，英國有三處鹽穴儲氣庫都用來儲氫。

鹽穴之外，廢棄天然氣田盡管在必定的條件下能夠貯存天然氣，可是否也能用來貯存氫氣，需要仔細研究做可行性剖析。比較棘手的問題是，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)產(chǎn)生化學反響。可是總體來說，地下儲氣庫的貯藏本錢在$10/MWH,和制作運送本錢比較仍是很小的。

處理了制作運送貯藏的問題，許多人依然憂慮氫是否能夠替代其他動力，我對此十分達觀。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。

氫進萬家早已有之

在天然氣發(fā)電范疇，大型燃氣輪機發(fā)電，據(jù)西門子最近的陳述，能夠摻混75%的氫。國內(nèi)也現(xiàn)已有類似的試驗，2022年6月，國家電投部屬的北京重燃現(xiàn)已啟動了燃氣輪機摻氫30%的試驗。燃氣小鍋爐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，其實咱們運用氫也早有前史。在天然氣還沒有大規(guī)劃進入城市之前，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，那是沒有大問題的。

在和群眾生活密切相關(guān)的交通范疇，氫能燃料電池驅(qū)動的車輛是否有競爭力?咱們必須仔細剖析歸納能效。內(nèi)燃機車輛總能效均勻只有20%，而電動車(乘用車)均勻能效能夠到達80%，燃料電池驅(qū)動的車輛均勻能效大約是36%，難以與電動車競爭。這也正是現(xiàn)在特斯拉和眾多電動車能夠光輝的原因。

可是，假如是大馬力的貨車，特別是重貨車，或許物流車，這時電池的自重就成了重大問題，因為很大一部分電能要用來承擔車的自重，里程必定受到限制。氫燃料電池，具有一個顯著特點，便是單位質(zhì)量的能量(注意不是單位體積)是最大的——每公斤氫適當于40度電，是相同質(zhì)量汽油的3倍，是相同質(zhì)量鋰電池的100多倍，缺點是體積較大。那么在統(tǒng)籌電池體積和質(zhì)量(也便是總能量)的前提下，在體積相對較大的車輛上——貨車，特別是重卡，物流車上，氫燃料電池就會顯現(xiàn)較強的競爭力。商場現(xiàn)已開端證明這一點，我國的路面上現(xiàn)已跑著將近1萬輛氫燃料電池物流車。

越是難減排的職業(yè)，氫能越有用

一些現(xiàn)有的職業(yè)是人類文明存在的基礎，但又是難以減排的，對此氫能有或許發(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產(chǎn)生氧化反響來出產(chǎn)生鐵，溫度高達2000度，要排放巨量的二氧化碳?？墒羌偃缡怯脷渥鋈剂?，氫是復原劑，鐵粉Fe2O3和氫H2產(chǎn)生復原反響，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)運用，這其間的減碳效應也是十分可觀的。

在航運上，綠氫既能夠經(jīng)過轉(zhuǎn)化為綠氨直接運用，并且氫燃料電池還能夠作為岸電體系給船舶充電。這能大大緩解現(xiàn)在航運運用重燃料油而帶來的嚴重污染。

飛翔是當代文明的重要標志。因為氫能燃料電池體積較大的原因，它能夠為短途飛翔提供動力，可是長途飛翔現(xiàn)在還沒有看到可靠的方案?？墒巧锖接突蛟S能夠另辟蹊徑處理這個問題。

航天就更清楚了，液氫一直是火箭升空的動力之一。假如2050年到火星旅行不再是探險科考，而是人類看宇宙的一個選項，氫能必定是少不了的。

在塑料，水泥范疇，盡管還沒有成熟的技能馬上大規(guī)劃減排，但運用氫作為燃料和質(zhì)料的技能有許多現(xiàn)已在試驗室里。水泥的制作方法或許會產(chǎn)生革命性的改變，變成用二氧化碳作為質(zhì)料的負碳職業(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改變危機的重要手段，也是許多國家的發(fā)展經(jīng)濟的重要動力。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)過穿越地中海的管道向歐洲運送天然氣，明日則能夠運送綠氫;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媒介。

在歐盟激進的動力轉(zhuǎn)型方案中，氫能扮演重大角色，RePower EU方案里設定的方針是：到2030年自產(chǎn)500萬噸，進口1000萬噸氫能。美國對氫能的政策支撐力度更是前所未有。在2021年11月經(jīng)過的兩黨基礎設施法案(Bipartisan Infrastructure Law)給予氫能演示項目95億美元預算的基礎上，2022年8月出臺的通脹消減法案(Inflation Reduction Act)大幅進步了開銷力度：按全生命周期計算，假如每公斤氫的CO2排放低于0.45公斤，并且契合勞工條款，那么每公斤氫能夠享受3美元的稅收補助，這會極大促進綠氫的出產(chǎn)和運用。綠氫的規(guī)劃出產(chǎn)，會刺激電解槽設備容量提升本錢下降，也會產(chǎn)生對光伏板的新需求。

光伏板不用說，首要要靠我國出產(chǎn)，我認為GW等級的電解槽也會出自我國，氫能，將寫出全球合作的新篇章，成為全球化的新標志。當然這會是艱難的進程，充溢波動和挑戰(zhàn)。

有意思的是，在我國，地方政府和企業(yè)發(fā)展氫能的力度比中央政府更大。全國十四五動力規(guī)劃是到2025年綠氫產(chǎn)值10萬噸到20萬噸，2030年沒有詳細的產(chǎn)值方針。但把各省市的規(guī)劃方針加總，現(xiàn)已遠遠超過了中央政府的規(guī)劃。

放眼全球，氫能全產(chǎn)業(yè)鏈技能日益進步的成熟度，出產(chǎn)地域的開闊性，運用的便利性和廣泛性，減排的急迫性，多國政策前所未有的扶持力度，使得氫能的大規(guī)劃運用不再是天方夜譚，而是能夠接觸的現(xiàn)實?；蛟S，咱們在2030年或許2040年回眸今日，必定會慶幸最初挑選了氫能，才得以化解讓地球洪水滔天的氣候危機。