氫能大規(guī)模應(yīng)用為時不遠

BP最新年度動力統(tǒng)計陳述顯示，2021年，全國際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(yīng)氣體，總排放相當于390億噸二氧化碳。按照現(xiàn)在的節(jié)奏，甭說完結(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)濟學家Spencer Dale先生的話說便是，國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，因為其累積效應(yīng)巨大。筆者認為，綠色動力大規(guī)劃代替化石動力的時代已經(jīng)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，任何懷疑和猶疑都會成為前史性的遺憾。

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添加的情況下，怎么能保證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(假設(shè)最高到達80%)，怎么在剩余的動力消費范疇完結(jié)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，氫能幾乎成了獨一無二的挑選。

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，可持續(xù)發(fā)展需求的是綠氫，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《氫能革新》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，在過去10年間，綠電本錢下降到了原來的十分之一。而在未來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,按標準熱值天然氣測算，美元人民幣匯率按1:6.8核算，2025年綠氫本錢相當于每立方天然氣人民幣3.7元，2030年相當于每立方天然氣2.80元人民幣。與當下天然氣的商場銷售價格相當。

我認為，關(guān)于電解槽設(shè)備的資本開銷測算有些保存，在我國制作的實力根底上，假如既有訂單再有補貼，電解槽設(shè)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，這其實不必太憂慮。每噸綠氫出產(chǎn)需求耗費淡水大約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(相當于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年完結(jié)1500萬噸的氫能年產(chǎn)值，一共年耗水1.35億噸水，這可是相當于550億方天然氣的巨量動力。別的，綠氫運用完畢生成物也是水，也根本完結(jié)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)資料，從而引起所謂氫脆的問題。這其實是和管道的質(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很慢。

SNAM公司在意大利已經(jīng)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。假如管道因為質(zhì)料的原因不能摻混，那就要看具體情況進行晉級。這無疑會發(fā)生較大的本錢，可是管道自身也是有壽數(shù)的，也需求不斷更新。事實上，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，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，預(yù)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(shè)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，完結(jié)跨區(qū)域，跨季節(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)輸送氫能?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。假如都沒有，有必要新建根底設(shè)施，需求從間隔、已有配套設(shè)施、負荷中心具體需求等方面做齊備詳細的剖析，沒有唯一的答案。

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

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，因為加壓就能夠添加管道里的存量。而更讓人歡喜的是，能夠?qū)滟A藏于地下鹽穴儲氣庫。鹽穴壁致密結(jié)實，能夠承受20兆帕以上的壓力，體積在幾萬到上百萬立方米，是儲氫的抱負場所。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，拋棄天然氣田雖然在必定的條件下能夠貯存天然氣，可是否也能用來貯存氫氣，需求仔細研究做可行性剖析。比較扎手的問題是，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)發(fā)生化學反應(yīng)?？墒强傮w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)也已經(jīng)有類似的試驗，2022年6月，國家電投部屬的北京重燃已經(jīng)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?，F(xiàn)在假如改成氫能和天然氣，那是沒有大問題的。

在和大眾日子密切相關(guān)的交通范疇，氫能燃料電池驅(qū)動的車輛是否有競爭力?咱們有必要仔細剖析歸納能效。內(nèi)燃機車輛總能效平均只要20%，而電動車(乘用車)平均能效能夠到達80%，燃料電池驅(qū)動的車輛平均能效大約是36%，難以與電動車競爭。這也正是現(xiàn)在特斯拉和許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當車的自重，路程必定受到限制。氫燃料電池，具有一個顯著特點，便是單位質(zhì)量的能量(留意不是單位體積)是最大的——每公斤氫相當于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，氫燃料電池就會顯示較強的競爭力。商場已經(jīng)開端證明這一點，我國的路面上已經(jīng)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)是人類文明存在的根底，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發(fā)生氧化反應(yīng)來出發(fā)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希瑲涫菑?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)運用，這其間的減碳效應(yīng)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，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，它可認為短途飛翔提供動力，可是長途飛翔現(xiàn)在還沒有看到牢靠的方案?？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，而是人類看世界的一個選項，氫能必定是少不了的。

在塑料，水泥范疇，雖然還沒有老練的技能立刻大規(guī)劃減排，但運用氫作為燃料和質(zhì)料的技能有許多已經(jīng)在試驗室里。水泥的制作辦法或許會發(fā)生革新性的變化，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變化危機的重要手段，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。

在歐盟急進的動力轉(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)500萬噸，進口1000萬噸氫能。美國對氫能的方針支持力度更是前所未有。在2021年11月經(jīng)過的兩黨根底設(shè)施法案(Bipartisan Infrastructure Law)給予氫能示范項目95億美元預(yù)算的根底上，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美元的稅收補貼，這會極大促進綠氫的出產(chǎn)和使用。綠氫的規(guī)劃出產(chǎn)，會影響電解槽設(shè)備容量提高本錢降低，也會發(fā)生對光伏板的新需求。

光伏板不必說，首要要靠我國出產(chǎn)，我認為GW級別的電解槽也會出自我國，氫能，將寫出全球協(xié)作的新篇章，成為全球化的新標志。當然這會是艱難的進程，充滿波動和挑戰(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)鏈技能日益進步的老練度，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?；蛟S，咱們在2030年或許2040年回眸今日，必定會幸虧當初挑選了氫能，才得以化解讓地球洪水滔天的氣候危機。