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新能源电池未来之路,从锂电到氢能?还是“锂电+氢能”?

更新日期:2018-02-23 15:02:59

作为二次能源的重要载体,是电力还是氢能的选择似乎很早就有定论。但随着能源互联网、新能源汽车、区块链等能源组织新概念的热潮涌现,特别是前段时间国家能源局原局长张国宝的一番关于“技术路线”的观点,又让人重新思考这一影响深远的议题。究竟是电力赢者通吃、持续看涨,还是氢能单点突破、远期爆发,仍然存在变数。

 

 

一个世纪的差距
 

 

电力发明和应用始于19世纪70年代,由此掀起了第二次工业化高潮,20世纪以来出现的大规模电力系统是人类现代化进程中最重要的成就之一。

 

目前电力在工业部门能源消费占比约为40%、建筑部门约为50%、交通部门约为5%,是主力能源之一,电能比(一次能源中用于发电的比例)平均接近40%,全球发电量已经超过23万亿千瓦时,输电线路总长度超过百万公里,是当之无愧的主要能源载体。

 

考虑到能源基础设施的锁定效应和生命周期,要从根本上撼动电力的主载地位,从当前相当一段时期看,几乎是不可能的。

 

对氢能源的关注要追溯到20世纪70年代的石油能源危机时期,氢能主要来源是水,是地球上最为丰富的资源,既可用于道路、航空、航海、航天等移动源动力,又可用于分布式场合,固、液、气态都可储存,曾被认为是短期内最好的交通替代能源,也是长远的战略能源。

 

美国在2003年曾发起氢能源计划,澳大利亚、巴西、加拿大、中国、欧盟、意大利、英国、冰岛、挪威、德国、法国、俄罗斯、日本、韩国、印度等都参与过氢经济的国际合作,但随后即偃旗息鼓。

 

目前全球处于运行之中加氢站总数不过百座,氢能产量约为1亿立方米/天,输送管道仅约3千公里的。氢能的发展目前仅仅只能看做是储备技术路线,唯一存在突破的可能是在电力消费占比还比较低的交通部门。

 

成本是短期制约因素
 

 

随着近年来全球应对气候变化、节能减排、发展转型等变化,非化石能源消费占比持续提升,而这些能源的利用方式大体上都是发电,从而也推动全经济范围整体电气化水平的提升。

 

如果说前十年还看不出交通部门的能源结构演化趋势,目前看电气化、智能化、信息化的端倪初露,在铁路运输中电力牵引已经替代内燃牵引成为主导方式,中国、俄罗斯、德国、日本、法国等电气化铁路里程占比已经超过50%。

 

其次在新能源汽车销售方面,纯电动车型销量比例超过七成、混合动力车型约占三成,在补贴和政策倾斜的作用下,电动汽车一枝独秀,正在逐渐蚕食传统汽柴油内燃车的增量市场。

 

但是近年来日本频频发布氢能汽车的成果,三分钟可加满高压储氢罐并可实现700公里以上的续航里程,同时还能进入量产,还是相当诱人的。

 

但目前制氢的工艺路线主要包括天然气蒸汽转化、石油蒸汽转化、甲醇裂解、液氨裂解、水电解、煤炭气化等,氢能的市场价格约为3-6美元/千克,百公里成本约为5-10美元,约为电动汽车的3-10倍左右。

 

氢气管道的造价约65万-225万美元/公里(直径长度1-4米),天然气管道的造价约30万-130万美元/公里,电网的造价按输电电压、回路不同约为20-450万美元/公里,800-1100的特高压平均输电成本仅为2-4分/千公里。

 

即使考虑充电站、加氢站等基础设施建设,从成本上看,电力在交通部门仍然优于氢能。氢能要实现规模扩张,从技术到系统仍需要大的突破。

 

真理掌握在谁手里
 

 

氢能的技术路线之争最引起国人关注的主要在于邻国日本,日政府正联手其国内几家最大的制造企业,竭力打造所谓的“氢能社会”,夺人眼球的“2020年氢能奥运”、即将上市的“未来氢能汽车”以及“氢能住宅”,对氢能的补贴也大大高于电动汽车。

 

但氢能来源仍然是问题,“核能+海水”、“澳煤进口”制氢的路线并不为人所看好。而技术的推广还与应用规模有关,日车企在全球有较高的市场占有率,对推动氢能汽车发展有基础,但也面临与电动汽车一样的基础设施和成本的挑战,合理的建设成本、创新的商业模式还是前提条件。

 

氢燃料电池车的最大优势在于续航能力完全可与燃油车相媲美,但从目前的市场力量对比看,很难说不出现赢者通吃的局面,届时付出惨重代价的可能就是少数派路线。

  

电力的最大优势还在于可以自由互联,并自带信息属性,与数字同质同源,这恐怕是氢能无可比拟的。但在分布式、储能等领域,氢燃料电池还可以与电力携手,共同形成一个新的能源网络。

 

德国Brandenburg不久前建成了世界上第一座用氢能作为电力存储中介的混合能源电站,这项技术能够高效地将当地过剩的风能和太阳能转化为氢能,并利用现有的天然气设施进行长期储存,在需要时重新转化为电能。

 

“化电为氢”的尝试可能为纾解长期电力存储和远距离输送的瓶颈提供一种新的思路。只有突破能源存储这一大难题,一个崭新的可再生电力时代才有可能尽快到来。氢能源和可控核聚变技术一样,都是人类的梦想。

 

主载之争可能并不太重要,更为长久的判断现在还为时过早,真正重要的还是彼此形成能源革命的合力,共同来驱动一个更好的世界。

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