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    2022-09-23 16:09

    聚焦新能源丨刘科院士:氢能想发展,储运是关

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    作为世界上最清洁的能源,氢能热潮一次次兴起,又一次次回落,再一次兴起……人类对氢能探索从来没有止步,而这一次轮到我们,那么氢能发展的瓶颈到底是什么?这一次是否能够走出迷局呢?对此刘科院士发表了自己的独家观点。
    经济转型压力巨大,“碳中和”可释放天量规模
    “碳中和”是一个天量的数字,103亿吨二氧化碳除以14亿人口,人均7.4吨/年,一个三口之家排放二氧化碳就是22吨/年,家里的产品你买什么东西22吨能消耗得了?没有!我们每天用电、开车排放二氧化碳没有感觉。
     
    而且这个数据是全中国的平均,像深圳这样的城市远远高于全国平均,14亿人口还包括了6亿低收入的人群,既不用空调也不开车的人,二氧化碳的量是巨大的,能源工业是天量的工业,要实现碳中和,这块的投入是很大的,有新的产业进来就会有新的经济增长点在后面。中国前二十年主要靠房地产和基础设施,也就是钢筋水泥,这个产业在前40年中国经济增长立下了汗马功劳,我们必须承认房地产对中国经济的贡献,因为它带动了100多个行业。
    我们现在之所以可以提“碳中和”,是因为风能太阳能比较便宜了,可以用它们来取代煤炭石油天然气等化石燃料,但是一个最大的挑战就是风能和太阳能都是不稳定的,一年365天8760小时,在深圳的太阳能有效时间发电可能超不过1300小时,大概1000小时,浙江就1000小时,内蒙包头也就一年1700小时。
     
    也就是说在一年8760小时中绝大部分的区域太阳能发电是超不过1700小时的,中国最丰富的地区也就1700-1800小时,问题是其他时间将近7000小时没有太阳能没有风该怎么办?这就得靠储能。
     
    但现在所有的储能技术如电池、抽水蓄能或压缩空气都是短期储能。问题是绝大部分的时间是没有太阳能的,只有1/6、1/7的时间有太阳,储能只能几个小时,但一天24小时都要供电,所以这是最大的挑战,而且现在即使储水、储电或压缩空气储电或电池储电,抽水储能上去几个小时水就流完了,压缩空气要有岩洞也是几个小时就完了,电池储电一般就4个小时,都是一些短期储能的技术,不解决长期储能的问题,所以,现在说把火电取消掉还需要谨慎。
    目前看不到有关长期储能技术的问题讨论,只有我们在说把太阳能风电制成绿色甲醇才能够长期储存,统计来讲风和太阳能总是足够的,问题是如何将风能和太阳能储下来而且大规模储下来,就只能是将风能太阳能转换成为液体,液体用大罐储下来,等到没有风没有太阳能的时候我们拿液体来发电,把长期储能技术和短期储能技术结合,这样才有可能碳中和。
     
    但这一块大家研究得太少,所以这是一个巨大的挑战。光靠电池,几个小时可以,一旦遇上连阴雨,电池能够靠得住吗?
     
    大自然的好处是可再生,不好的地方是不可预测。就像去年夏天和今年夏天,我国水电的地方主要在南方,结果去年和今年夏天南方都不下雨,而北方太原、郑州、陕西平时雨水不多的地方,这两年下雨,而武汉、三峡的长江都快干了,如何解决可再生能源的不可预测性是“碳中和”遇到的最大挑战。
     
    有挑战就有机会,风和太阳能便宜了,怎样解决不可预测性就是要同时研发短期储能技术和长期储能技术。光靠电池短期储能是无法解决未来碳中和问题的,这就有大量的创新机会和新技术的产生。
     
    显然,氢和氢的衍生品——甲醇、液氨等都具备长期储能的能力,但氢的储运是一个难题。
    但是,氢能规模化应用的核心是,氢气在这个世界上很难储运的,有了燃料电池怎样把氢运过去,制氢把氧排空了从西边拉过来,这个图画看起来很美妙,但事实上做不到。因为氢气除非拿管线否则卡车是很难输送的,一辆49吨的车只能拉350公斤氢气,因为氢气要在200大气压或者350大气压高压,钢瓶容器很重,而且只能卸载250公斤,不能卸空,必须装100公斤来回跑。
     
    从西部制完氢就算电不要钱拉到东部路上花的有钱的能耗、污染比拉的氢气产生的能量还要高。所以氢能的核心是要解决氢气的储运问题,储运问题不解决氢能不可能大发展。
     
    对储运提出两个观点:第一绿色甲醇液体来输送氢气,另外一个就是通过绿氨。绿氨有异味,在对气味不敏感的矿山、露天,人烟比较稀少的地方是没有问题的;绿氨在人群密集的地方是比较危险的,一是如果泄漏气味刺鼻,另外它也有10个大气压的压力(汽车轮胎才6个大气压),一旦泄漏氨是有毒,人跑不了就毒死了。对城市中心气味比较敏感的地方而且要进地下车库的就用绿色甲醇作为氢的载体。
     
    甲醇输运完了随时制氢,甲醇和水反应可以制氢,甲醇本身就是氢制成的,制甲醇首先要制氢,再加一氧化碳就可以制成甲醇;然后甲醇和水反应,可以释放氢。
     
    很多人不知道一升甲醇可以放出来143克的氢,但如果把氢气冷凝成液体,一升只有72克氢气,而且冷凝的温度是-253度,-253度绝对冷凝是不可能的,要把温度降到-253度能耗很高,所以液氢在特殊情况可以,但绝大多数情况冷凝的能耗太高,所以必须用常温常压的液态载体氢储运才能够解决氢气的痛点,解决氢气供应的解决方案,不然做不大。
     
    现在小范围在露天试点用高压气体是没有问题,但未来所有的重卡都要用燃料电池这个高效系统的话,首先要解决氢气的储运问题,核心就是一点,氢气的储运不能用氢本身,是要把氢转换成一种载体,要么用绿色甲醇或绿氨。
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