氢能:储电的未来?

撰文 / 朱 琳

编辑 / 张霖郁

设计 / 赵昊然

来源 / FinancialTimes,作者:Gregory Meyer、Nathalie Thomas

奥基乔比清洁能源中心2019年在佛罗里达州中部的湖泊中开放时,当时是被设计为使用化石燃料天然气的。现在,该发电厂的所有者NextEra能源公司正准备让它处理第二种燃料:氢。

氢像天然气一样燃烧,没有二氧化碳排放,可以用电分离水分子产生。这让工程师们兴奋不已,他们正在寻求解决太阳能和风能在电网中传播时的易变性问题。

他们表示,在需求淡季产生的剩余可再生电力可以为电解机提供动力,用来生产氢气,最终为需求最旺盛时的调度提供无碳能源储存。

NextEra首席财务官丽贝卡·库贾瓦(Rebecca Kujawa)表示,耗资6500万美元的奥基乔比试点项目将“利用本来会被削减的太阳能”来制造氢气,以取代部分天然气。NextEra去年曾短暂超过埃克森美孚,成为美国市值最高的能源公司。

但是,生产氢气,储存氢气,然后用它来发电,这个过程被称为“电力-天然气-电力”,既低效又昂贵。

储存再生电能的几种方式 ▼

在打破水中氢和氧之间的分子键,以及在涡轮机中燃烧产生氢的过程中,能量都会损失。麻省理工学院能源计划的研究科学家达利克·马拉普拉加达(Dharik Mallapragada)说,往返线路的发电量还不到开始时输入电量的40%。

清洁能源智库洛基山研究所高级主管托马斯·科赫·布兰克(Thomas Koch Blank)表示:“在大多数情况下,利用电力生产氢来发电是非常愚蠢的,因为在这个循环过程中有太多的损失。”

快速启动的天然气发电涡轮机已成为电网运营商在夏季炎热和冬季结冰期间保持照明的首选发电来源。

可再生或“绿色”氢也可以发挥同样的作用,但并不便宜。据摩根士丹利估计,即使生产成本下降逾三分之二,至每公斤1美元,以能源价格计算,天然气价格也将达到每百万英热单位8美元,是美国天然气基准价格的三倍。

但由于支持者认为,要想减少碳排放、避免灾难性的气候变化,氢对于世界来说是不可或缺的,美国电力行业正在启动一些项目,以证明它的可行性。

根据加州法律,到2045年,洛杉矶必须使用100%无碳能源。洛杉矶将把它在犹他州运营的一家燃煤电厂最初改为天然气发电,然后改为氢气发电。根据制造商三菱电力的说法,该电站新订购的涡轮机到2025年将能够采用30:70的氢和天然气混合,到2045年的最后期限仅能使用氢。

三菱和一家合作伙伴已提议在附近建立一处设施,储存足够产生150000MWh电力的绿色氢,可以为500万户美国家庭每天提供电力。

“氢是一种可以进行季节性储存的技术,”洛杉矶水电局的保罗舒尔茨(Paul Schultz)说。“所有这些在春季和秋季可能出现的过度发电,在夏天和冬天可再生资源匮乏的时候都可以使用。”

舒尔茨承认,氢混合燃料的成本高于天然气,“但我们对此有环保承诺”。他表示,该市已与美国能源部接洽,希望获得低成本的联邦资金,为该项目提供融资,但他拒绝透露具体数额。

三菱电力美洲公司首席执行官保罗·勃朗宁(Paul Browning)表示,尽管与天然气相比,所谓的绿色氢的成本昂贵,但它与其他形式的电力存储具有竞争力。

氢能可储存好几个月,期间不会发生能量衰减 ▼

“请记住,我们真正的目标是可再生能源,而如今这种能源被限制使用时,会被浪费100%。”他说,“我们知道我们可以做得更好。”

如果可再生能源成为发电组合中的最大份额,对长期存储的需求将变得更加迫切。太阳能和风能不会一直运转,而锂离子电池在数小时内就会耗尽。

根据电力技术公司Wartsila的研究报告,通过大规模超额建设太阳能、风能和电池设施,可以实现没有火力发电厂的零碳电网,但加州通过走电改气的道路,可以以少得多的土地和少数十亿美元达到目标。

在其他地方,在纽约上市的New Fortress Energy推出了一项生产绿色氢的业务,出售给电力、工业和运输部门,以及用天然气制造的稀缺程度较低的“蓝色”氢。

德国公用事业公司Uniper希望利用每天最高产的四个小时所产生的可再生电力来生产氢气,并将其储存在汉堡的地下建筑中,这些建筑以前是用来储存天然气的。

该公司首席执行官安德烈亚斯·希伦贝克(Andreas Schierenbeck)表示,这些氢随后可以用于交易,出售给工业客户,或者通过“峰值”电厂发电,将电力回馈给电网——尽管该项目依赖于获得政府补贴。

行业组织氢理事会在2017年的一份报告中表示,到2030年,每年可以将250至300 TWh的过剩太阳能和风能转化为氢,超过20家发电厂用清洁氢发电的总电量为100至200 TWh。相比之下,根据国际能源机构的数据,2021年全球可再生能源的发电量将接近8000 TWh。

“可再生能源的间歇性是一个问题,需要一些大型的存储容器来缓和风能和太阳能的输出,而氢气正是这个巨大的容器。”氢气委员会执行主任达里尔·威尔逊(Daryl Wilson)说,该委员会的成员包括世界上一些能源最密集的公司和石油生产商,如沙特阿美公司和英国石油公司。

NextEra没有回应记者的置评请求,它正在奥基乔比启动一个20MW的电解系统。一份监管文件显示,该工厂与NextEra建设的至少两个相邻太阳能发电厂共用一个变压器。

该公司是美国市值最大的公用事业公司,它最近披露了一些其它项目,包括一项耗资2000万美元的安装项目,利用太阳能生产氢气,并将其输送到燃料电池中以产生电力。

NextEra能源资源公司总裁约翰·凯彻姆(John Ketchum)2020年年底表示,NextEra总共有大约50个潜在的绿色氢项目正在筹备中,服务于电力、运输和工业部门。

他告诉分析师:“我们认为氢燃料确实是一个长期的解决方案。”他表示,要从电力供应中消除最后15%的碳燃料,“用电池会变得非常昂贵,而用氢燃料会便宜得多,也更容易管理。”

来源:盖世汽车大V说 作者:汽车商业评论 *本文由盖世汽车大V说专栏作者撰写发布。专栏作者为本文的真实合法性和中立性负责,观点仅代表个人,不代表盖世汽车。如需转载请联系专栏作者。

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