光+氢+储技术解析

在科技的发展道路上，离不开能源的助力，特别是再科技飞速发展的今天，而地球上的能源有限，就需要科研人员不断开发新能源，这就再当下最需要研发太阳能的使用。有一种新型的光伏+正受到关注，那就是光伏+氢能+储能。所谓光伏制氢，就是使用光伏发电，将水通过光伏电电解得到氢气和氧气。所谓光氢储，其核心思想是当光伏充足但无法上网、需要弃光时，利用光电将水电解制成氢气(和氧气)，将氢气储存起来;当需要电能时，将储存的氢气通过不同方式(内燃机、燃料电池或其他方式)转换为电能输送上网。

然而，在最近的一次会议上，中国工程院院士杨裕生认为这种想法就是个笑话。

氢能利用最大的问题是转化效率和经济效益

氢能不是一次能源，它像电能一样属于二次能源，要由一次能源转化而来。这一转化过程是需要消耗能量的，而且同时必然有一部分能量要变为“废能”，所以必须讲究能量转换效率。能量转换是要花钱的，所以还必须讲究经济效率。杨裕生院士认为，如果光伏期望通过氢能实现储能，前提是光氢储的转化效率和经济效益要大于光+X+储。

而这个在现实中无疑是个伪命题。

根据杨裕生院士的介绍，光氢储的三个阶段分别如下：

1. 从电网上取电通过电解水制氢的能量转换效率较高，约达85%;2. 将氢在燃料电池中发电，能量转换效率约50%;3. 燃料电池自身消耗的电能、氢气从电解池的低压状态压缩到输送的高压状态消耗的能量、输送高压氢气到加氢站所消耗的能量、加氢站给车上储氢罐充氢所消耗的能量等等。如此七折八扣后，电解水制氢所耗的一度电送到车上电动机，粗略算来只剩不到0.3度;4. 最终光氢储的能量转化效率低于30%。

而实现光伏+储能还有其它很多方式，如储能电池、机械储能、物理储能、化学储能等。以储能电池为例：从电网上取电一度，经充电器的AC-DC变换和车上电池的充电—放电，两环节的能量转换效率都在95%左右，送到电动车上电动机的电能将近0.9度，即光-电池-储能的能量转化效率约90%左右。

近三倍的能量转换效率差别一目了然，意味着节能减排效果相差悬殊。能量转换效率既然不高，经济效率也不会乐观。可见，从发展电动车节能减排的初心考虑，“由电网上取电—电解水制氢—氢能燃料电池”的路线是不可取的。

电—氢—电的能量转换总效率稍大于40%，于是有人就说氢能燃料电池电动车的能量转换效率“很高”，但这些人忽略了氢能转移过程中的能耗。除了光氢储，杨院士对高温气冷堆制氢储能也进行了分析。要将千度的高温热能取出来分解水制氢，再用氢能取作为储能发电，为何不直接用高温热能去发电?

光氢储对解决弃光意义不大

当前确实不少地区存在光伏电站弃风弃光问题。对此，杨院士认为：

第一，我国“三北”地区的弃风、弃光电解出的氢，在“三北”地区是消耗不了的，必须远距离输送到燃料电池电动车盛行的地区，耗能自不在话下，而高压纯氢对管道钢的氢脆更是一个难关。

第二，我们还要看到，我国“三北”地区的“弃风”“弃光”是不正常、短期的现象，一旦造成这种现象的人为和技术原因消除了，也就无“弃风”“弃光”可用了，因为输电相比于输氢，无论是设备的建设还是运行，都要合理得多。

第三，德国为了减少对进口天然气的依赖，用可再生能源发电、电解水制氢，将氢气掺入天然气中作燃料，浓度不超过10%，不存在高压纯氢对管道钢的氢脆问题。而且，德国国土东西宽不过500公里、南北长700余公里，天然气管道密布，没有我国“三北”地区与燃料电池可能盛行地区间的长距离输送问题。在德国合理可行，不等于在我国亦然。

而如果用氢能作为弃风弃光后的削峰填谷储能解决方案，其40%的最终能效是没有任何意义的。即便不是电池储能，用其它机械储能(如之前介绍的搬砖储能)、水利储能，其安全性、工艺可操作性性能比氢能要方便得多。

光伏制氢不等于光氢储

光氢储经济效益不好，并不代表光伏制氢是无意义的。氢能作为一种二次能量来源补充，工业及国民经济中需要氢，这种情况下用光伏电或风电制氢，比从电网取电制氢是更有意义的。比如弃风弃光总是存在，可以合理地使用弃风弃光;比如与其使用并网电制氢，不如将并网前的光伏电先用来制氢，既减轻了对电网的冲击，又增加了光伏电的效益。

光出清经济效益不好，也不代表用氢能发电是无意义的。总有副产物氢气，这些氢气收集起来作为储能发电也是一件有意义的事情。所以光氢储不划算，是反对纯粹为了储能意义的光伏制氢，反对将氢能作为解决光储媒介的主要手段，不是反对光伏制氢，也不是反对氢能发电。相信再过几年到几十年，当人类利用太阳能的技术很成熟的时候，这样就有了无穷尽的能源供给社会的使用，再当下就需要研究者更加努力研究新技术。