大家怎么看氢储能?

三个基本判断:

  • 氢储能与电化学储能互补,更适合于更长时间跨度、更长空间跨度的能量调度。因此,氢储能长期来看是有前景的。
  • 但这个长期非常长长长 —— 需要在风光发电+电化学储能+氢的制、储、运+氢的应用端基本成熟之后。简单来说,现在八字还没有一撇。
  • 虽然八字没有一撇,看起来不靠谱;但氢能作为碳中和氢+电能源体系的左右腿之一,发展的确定性还是较强的。

储能行业现状

储能有多种类型,按功率大小、储能容量、响应速度、成本进行比较如下[1] :

大家怎么看氢储能?

表格中都没有氢储能的位置,因为它过于长期了。类似的,由16个单位联名撰写的特约文章<2021年中国储能技术研究进展&燃气轮机;中[2] ,则也根本没有提到氢储能。

大家怎么看氢储能?

这么多储能类型,学起来一定很累吧? 别急,只需要记住三点[1] :

  • 抽水蓄能占大头:2000-2020年总装机规模的89.3%
  • 电化学储能快速发展:预计年复合增长率在50%-70%之间。
  • 其它储能:占比较小,发展也不快,可先忽略。

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为什么电化学储能增长快?

一句话概括,由于风力、光伏发电在小时、天、季节的时间维度上都具有波动性,需要不同时间维度的储能系统来辅助。从经济性、灵活性、储能特性来看,电化学储能适用性最强,在发电侧、电网侧、用电侧都可以发挥作用。

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风电与光伏目前还是一个弟弟,但将来会成为哥哥,而传统化石能源发电逐渐退出历史舞台。搭着风电与光伏快速增长的东风,电化学储能的增长也具有很强的确定性[3]

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为什么氢储能也可以搭上东风?

风电与光伏除了季节上的波动之外,空间分布也很不均匀,长距离的运输不可避免:

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电化学储能不太适合长时间维度、大空间维度的储能 —— 用锂电池夏天储电,冬天再用,成本上肯定不划算;西部发电,再把锂电池运到东部使用,想想也不可能。

此时,与电化学储能在时间维度、空间维度互补性极强的氢能出场了!

大家怎么看氢储能?

氢能负责长距离、大容量、长时间的储能,电化学储能负责固定位置、小容量、高频储能,配合完美!

大家怎么看氢储能?

所以说,如果碳中和是确定性的,那电化学储能也是确定性的,氢储能虽然过于长期,但也是确定性的。

氢储能要克服哪些阻碍?

前面说了,氢储能非常长期,八字还没一撇。下面咱们就缕一下,氢储能需要克服哪些阻碍吧。

1.氢的制取

本题是在讨论氢储能,但实际上氢的制取问题还很大,需要长时间才能解决 —— 看吧,制取都还没搞定,就谈储能,这确实有点太长长长期了吧!

目前氢的主要来源还是化石能源[4] :

大家怎么看氢储能?

也就是说,虽然氢气的使用很绿色,但是氢化的抽取很灰色 —— 现在主要还是灰氢。下面是灰氢、蓝氢、蓝绿氢、绿氢的分类[5] ,则我们的目标是绿氢。

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灰就灰吧,也不是不能用。先用灰氢把应用端给发展起来,再逐渐变绿,也是挺好的 —— 电动汽车不就是这么做的吗? 现在电动车渗透率已经非常高了(2022年年4.月达30%)但用电主要还是煤电;先把应用端搞定,再搞定发电端,不确定性就小了很多。

问题是,这灰氢也不便宜啊!

氢燃料重卡的燃料成本占全生命周期的46%目前 法规允许的外供加氢站价格主流区间为60-80元/公斤部分地区最低也要40元/公斤左右,补贴平均在10-12月元/公斤以重卡为例,现在百公里能耗成本要400元,同类型的柴油车为180-200元[6] 相对于柴油有竞争力的话,得2030年之后了!

文献[4]也指出了一个明路:与风光水电结合起来。这也是咱们之前已经说过的:电化学储能会伴随风电与光伏的发展。

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看远一些的话,将来还是要在风电与光伏电站附近电解水来制氢:既便宜又绿色。

大家怎么看氢储能?

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2.氢的储运

氢的储存和运输分为气氢与液氢两种形式。液氢当然更有效率,因为液氢密度分别是20/30/70MPa气氢密度的4.9、3.4、1.8倍,液氢槽车运输方式比20MPa高压气氢拖车的单车储运量提高9倍、充卸载时间减少约1.倍,液化过程中还能提高氢气纯度,一定程度上可节省提纯成本[4]

然而现实情况是:现阶段中国普遍采用20Mpa气态高压储氢与集束管车运输的方式[4]

大家怎么看氢储能?

氢气的临界温度也很低=32.97 K(-240℃)@1.293 MPa【7】也就是说,在-240℃以上再加压也不会使氢气液化,液氢的制取目前还是一个技术课题。

除此之外,政策上还没放开 —— 政策没放开通常意味着,该产业的技术阶段还比较早期。

  • 70MPa氢气:2020年7.月21日,车载储氢的国标修改,将工作压力上限从35MPa提升至70MPa《燃料电池电动汽车加氢口》(GB/T26779-2021)于2021年3.月9日发布,于10月1.日实施,规定了70MPa加氢口的技术标准。如此一来,70MPa氢气的产业化就消除了政策障碍。
  • 液氢:《氢能汽车用燃料液氢》《液氢生产系统技术规范》《液氢贮存和运输技术要求》三项国家标准获批发布,于2021年11月1.日实施[8] 根据 《道路运输条例》,液氢属于危险货品,只能由军工运输。也就是说,液氢发展仍然存在一定的阻碍,这也是与液氢技术发展阶段相适应的 —— 技术成熟了,政策自然会放开。

3.氢的应用 – 新能源汽车

咱们讨论的氢气制储运都是上游产业。如果下游产业发展不顺,那就难以形成商业闭环,上游就必须依赖补贴活下去,这样是不健康的!

所以,氢的应用端发展对整个氢能发展非常重要,最主要的就是氢燃料电池汽车的发展。关于氢与电的争论,在此就不展开了,可以参考我之前的一个回答:

新能源的三大流派:换电、充电、氢燃料,到底哪一个会是未来?

4.氢的应用 – 其它领域

除新能源汽车之外,也有一些应用领域用电难以达到要求,就必须用氢。

比如说:钢铁、石化、水泥等产品生产中,由于热能的需求量大、温度高,很难通过电气化的方式来解决,就需要高品位热能。这些地方咱们日常生活接触不到,关注不多,但耗能并不少。如果不发展氢能,这些碳中和之路上的硬骨头,就很难啃下来!

这方面国外已有一些应用,就是天然气掺氢:意大利Snam公司公司2020年1.月掺氢量提高到10%英国HyDeploy公司掺气比高达20%德国西门子的燃气轮机设备可使用掺氢量5%-50%的HCNG【4】此外就是民用的天然气管道掺氢,目前还存在一些经济性和技术问题。

全文小结

  • 氢储能与电化学储能互补,它们伴随着风电光伏的发展而发展。氢储能要晚于电化学储能,国际能源署预测2050年的电化学储能与氢能储能的装机占比为9%、6%[3]
  • 氢储能的发展是长期的,需要解决的困难是全产业链的:氢的制取、储存、运输技术,以及氢的应用端发展。所以,现在谈氢储能,视野确实有点太长长长期了!

来源:知乎 www.zhihu.com
作者:张抗抗

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延伸阅读:
关于氢储能的前景,你有哪些看法?
氢储能技术和应用方面的介绍吗?