中國儲能網(wǎng)訊：如果要在本世紀將全球氣溫升高控制在2攝氏度之內，在不采取二氧化碳收集和利用手段的情況下，全球有將近2/3的化石能源儲量得不到開發(fā)，其中包括33%的原油、50%的天然氣和80%的煤炭?！鰵淠茏鳛楣J的清潔、零碳能源正脫穎而出。
氫是一種來源廣泛且無污染的能源載體，它可以由電力和水轉化而來，也可以由化石能源轉化或者裂解而來,使用方式多元，可以用于燃料電池技術發(fā)電，使用過程中不產(chǎn)生污染物，比電力易儲存。氫氣單位質量包含的熱量是所有化石燃料和生物燃料中最高的，達到143兆焦/千克，同樣質量的氫燃燒的放熱大約是焦炭的4.5倍、汽油的3倍和酒精的3.9倍。而同樣以氫能源為動力源的汽車全生命周期碳排放最低。
燃料電池車迎來發(fā)展機遇期
對于氫氣的使用來說，除了用于化工產(chǎn)品的生產(chǎn)之外，還可以用于氫燃料電池技術。目前，氫燃料電池的使用方式主要包括氫燃料電池汽車和使用氫燃料電池供熱供電。全球范圍內以氫能為動力的汽車正在迅速發(fā)展，豐田、寶馬、福特等大多數(shù)汽車廠商都已經(jīng)在研制甚至銷售氫動力汽車。美國政府的“自由汽車計劃”已經(jīng)確立了燃料電池汽車的長期目標。在中期，氫氣內燃機則可以提供一種接近于零的溫室氣體排放技術，其成本比燃料電池低，而且使用效率更高。在國際能源署（IEA）的高比例氫能消費情景中，為了達到限制全球氣溫上升2攝氏度的目標，2050年，燃料電池汽車保有量在3個關鍵乘用車市場（美國、歐洲和日本）將增加到1.13億輛，這是在2030年歐盟和美國的新燃料電池車持有人數(shù)增加到100萬、2050年達到1000萬的大背景下做出的判斷。這些燃料電池車每年將消耗1000萬噸氫氣。這也意味著節(jié)省3800萬至6800萬噸的汽油消費和1.9億噸的二氧化碳減排量。
目前已經(jīng)有一批大型跨國公司著手研究、開發(fā)和開始利用氫能源。從市場實踐層面來看，汽車產(chǎn)業(yè)將成為全球氫能技術應用領域的領頭羊。2015年年初，全球第一款量產(chǎn)的氫燃料電池汽車——豐田Mirai于日本正式上市，并于同年敲開了美國汽車市場的大門。世界最大連鎖零售公司沃爾瑪宣布其Balzac的配送中心將全部使用燃料電池卡車，因此將在7年內節(jié)省2億美元的運營成本。該配送中心的配送卡車使用的氫氣全部來自于電解水，電能則來自于可再生的水力發(fā)電。
另外，日化龍頭寶潔公司在4個站點部署了340個燃料電池叉車系統(tǒng)；思科在7個站點部署了超過600個燃料電池叉車系統(tǒng)；可口可樂公司在2個站點部署了96個燃料電池叉車系統(tǒng)。2017年，寶馬聯(lián)合戴姆勒、本田、現(xiàn)代和豐田4家汽車制造企業(yè)與其他8家企業(yè)成立“氫能委員會”，年投入14億歐元，旨在未來長期推動氫能源的使用，實現(xiàn)能源轉型和燃料電池車應用。
“化棄電為氫”成為時代新選擇
目前大部分的氫氣是由化石燃料制得的，但如果沒有輔助CCUS等措施，整個生命周期內排放的溫室氣體并不會有太多減少。例如，當氫氣由天然氣重整制成時，如果沒有碳捕捉與封存技術的應用，使用氫能源的汽車與傳統(tǒng)化石能源汽車相比僅減少10%至40%的溫室氣體排放。但使用碳捕捉與封存技術后，使用氫能源的汽車與傳統(tǒng)化石能源汽車相比可以減少80%至90%的溫室氣體排放。因此氫能源在使用過程中能否達到減排的目標很大程度上與制取途徑有關。
從成本角度分析，煤炭制取氫氣的成本為每千克1.67美元，卻有高達196千克/吉焦的二氧化碳排放量，天然氣制取氫氣成本為每千克1.67美元，雖然溫室氣體排放量較小，但我國是天然氣緊缺的國家，由此來看由天然氣和煤炭大量制取氫氣都有明顯缺點。電解水制取氫氣會消耗大量的電能，由于電價較高導致了電解水制氫成本過高。因此找到一種低碳環(huán)保同時能夠大量制取氫氣的方法是面臨的挑戰(zhàn)之一。從電能獲取的角度來考慮，我國屬于高棄風、棄光率的國家，因此，如果用這部分電力就地電解水制氫后儲存或輸送，具有較高的利用價值。
氫氣被定義為一種二次能源，主要原因是氫氣與電力一樣都是良好能源的載體，然而氫氣目前在我國主要是用于化工行業(yè)，真正將其作為能源的載體用于能源系統(tǒng)中幾乎沒有。目前有一種成熟的儲能技術就是電轉氣，這是將電能轉化為氣體燃料，解決再生能源電力儲存難題的一項技術。其利用方法主要有兩種：一是將氫和二氧化碳相結合，把這兩種氣體采用甲烷化反應如薩巴捷反應轉化為甲烷，或者采用生物甲烷化（會造成8%額外能量損失），然后輸入天然氣管網(wǎng)；第二種則是一種新概念，即將不能上網(wǎng)的可再生電力就地電解水制取氫氣后儲存，為可再生能源調峰。由于我國可再生能源分布不均、負荷需求不平衡以及輸送通道的制約，影響其消納和利用率。2016年全國“棄水、棄風、棄光”電量共計近1100億千瓦時，超過當年三峽電站發(fā)電量約170億千瓦時。在此背景下利用氫儲能技術“化棄電為氫”成為了一種潛在的選擇。
“化棄電為氫”不僅能提高電網(wǎng)的“彈性系數(shù)”，提升電網(wǎng)的恢復能力，同時將可再生能源發(fā)電產(chǎn)生的冗余電力轉化為氫氣儲存，在用電高峰或緊急災害時期通過燃料電池發(fā)電提供所需電能。目前，日本的東芝公司已經(jīng)有了較為成熟的商業(yè)模式，并且已經(jīng)川崎市示范運營了該系統(tǒng)。
我國對于氫能源的利用仍然處于起步階段，發(fā)展方向、目標和定位正逐步明確。在2017年國家發(fā)改委及能源局發(fā)布的《推進并網(wǎng)型微電網(wǎng)建設試行辦法》中明確提出了要發(fā)揮燃料電池在分布式能源中的作用，使之成為微型電網(wǎng)的重要組成部分?？梢钥闯?，氫能源的定位是電網(wǎng)多元化的有力補充，雖然并沒有提及把氫儲能技術與可再生能源發(fā)電相結合，但隨著氫能源基礎設施的不斷完善，“化棄電為氫”一定會受到更多關注。 (作者馮敬軒為中國石油大學(北京)博士研究生)
背景鏈接
國外大石油公司氫能業(yè)務
道達爾
截至2017年6月，道達爾已經(jīng)在德國建成了10座加氫站；道達爾與林德公司、寶馬公司在氫氣加注技術方面展開了合作。
殼牌
殼牌已經(jīng)開始在氫能各個領域進行布局。2016年，殼牌與川崎重工簽署協(xié)議，合作開發(fā)液氫運輸船。2017年2月，殼牌與豐田正式達成合作協(xié)議，在加州建造7座加氫站，并將在2024年增加至100座。
BP
BP已經(jīng)在世界范圍內參與了眾多的氫能示范項目，包括同戴姆勒·克萊斯勒和福特公司合作研究先進燃料電池技術，投資350萬美元在北京中關村建成了中國第一座加氫站。BP與通用電氣（GE）達成了電廠建設協(xié)議，雙方將聯(lián)合開發(fā)和建設氫電廠，以減少溫室氣體二氧化碳的排放。
