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“終極能源”會(huì)迎來應(yīng)用大爆發(fā)嗎？
作者 | 莊禾晴
編輯 | 楊楊
徐文璞、李智穎、易思琳對(duì)本文亦有貢獻(xiàn)
*本文為甲子光年特約作者莊禾晴獨(dú)家供稿。莊禾晴為前媒體人、前投資人，燃料電池項(xiàng)目創(chuàng)業(yè)者，現(xiàn)在香港大學(xué)經(jīng)濟(jì)學(xué)碩士在讀。
每一次能源的“脫碳”都會(huì)改變?nèi)祟愇拿鞯陌l(fā)展進(jìn)程，每一次能源的轉(zhuǎn)換都伴隨著一個(gè)大國的復(fù)興或崛起。
19世紀(jì)，工業(yè)革命發(fā)端于大不列顛島，木柴到煤炭的轉(zhuǎn)換讓“日不落帝國”冉冉升起；20世紀(jì)，油氣對(duì)煤炭的替代揭開了電氣時(shí)代的序幕，期間美國一躍成為世界第一工業(yè)強(qiáng)國和經(jīng)濟(jì)體，為稱霸世界埋下伏筆；21世紀(jì)新能源革命勢不可擋，中國也有機(jī)會(huì)憑借光伏和新能源汽車后來居上。
但新能源的戰(zhàn)事遠(yuǎn)未結(jié)束。“碳中和”引發(fā)了新一輪能源與材料的革命，成了現(xiàn)階段為數(shù)不多的超車大機(jī)遇。一場圍繞著碳中和的新能源晉級(jí)賽已經(jīng)拉開序幕。中國在聯(lián)合國大會(huì)提出“2030年碳達(dá)峰，2060年碳中和”、歐洲擬將“2050年實(shí)現(xiàn)碳中和”寫進(jìn)法案、美國自拜登上臺(tái)的第一天就重返巴黎協(xié)定，承諾“到2050年，讓美國實(shí)現(xiàn)碳中和”。
這場新能源革命中國已走了幾十年，如今每一步腳印都被清晰地串聯(lián)了起來：從大力發(fā)展光伏到構(gòu)建特高壓網(wǎng)絡(luò)、再到扶持新能源汽車，一副能源宏圖展現(xiàn)在眼前。但拼接這塊能源版圖時(shí)，兩個(gè)潛在問題也逐漸暴露出來：一個(gè)是大量的可再生能源棄電，一個(gè)是新能源汽車難以突破的續(xù)航難題。
于是，“氫”能再度被寄予厚望。在近日的中國發(fā)展高層論壇上，中國南方科技大學(xué)校長、中國科學(xué)院院士薛其坤就說：“按照熱力學(xué)的物理學(xué)規(guī)律，任何能源使用過程中都會(huì)造成浪費(fèi)，造成二氧化碳等污染。所以，我們還是要回歸初心，從最基本的愛因斯坦的核聚變出發(fā)，回到太陽，利用地球上人類宇宙中最簡單的元素氫發(fā)展最清潔、最有效、最長久的太陽能光電制氫的氫能源技術(shù)。”
中國氫能產(chǎn)業(yè)的元年，實(shí)際上是更早的2019年。一直以來，氫能的商用化都有許多爭議。在支持者眼中，氫燃料電池的能量密度是鋰電池的100多倍，且燃燒后除了水什么都不會(huì)留下；在反對(duì)陣營中，馬斯克曾向投資者保證“燃料電池沒有未來”，大眾汽車集團(tuán)CEO赫伯特·迪斯也曾對(duì)媒體說：你們不會(huì)看到任何氫能源的乘用車。
但氫并非真的一無是處。即使在唱衰聲音集中的乘用車應(yīng)用領(lǐng)域，氫燃料電池也能避開與鋰電池的正面交鋒，選擇在長續(xù)航及大功率市場突破，成了物流、重卡、公交車等商用車的燃油替代方案。此外，在固定電源及無人機(jī)等其他應(yīng)用領(lǐng)域中，氫燃料電池的優(yōu)勢也無人能敵。實(shí)際上在質(zhì)疑聲中，氫能仍一邊通過消納棄電及延伸鋰電池的續(xù)航切入新能源產(chǎn)業(yè)鏈，一邊積極探索著電網(wǎng)之外的新型能源世界。
但想要從零開始建立一個(gè)能源網(wǎng)絡(luò)談何容易？氫能產(chǎn)業(yè)鏈比鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈更長、復(fù)雜度更大、成本更高，讓其迄今難以被大規(guī)模應(yīng)用。氫網(wǎng)的搭建注定是一場持久戰(zhàn)。所幸，目前有兩股強(qiáng)大的力量正從兩個(gè)方向推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈的形成和拓展：在上游，宏觀政策為氫能作指引；在下游，政府及企業(yè)合力探索應(yīng)用場景。
如今“電能-鋰電池”的發(fā)展格局已經(jīng)明朗，“氫能-氫燃料電池”的前景依然不清晰。現(xiàn)階段，成為電網(wǎng)及鋰電池的“替補(bǔ)”角色，是氫能明確能走下去的方向。但在更大的未知應(yīng)用領(lǐng)域中，氫能未來會(huì)有一個(gè)什么樣的格局？這需要有足夠想象力。
1.減碳大機(jī)遇
2019年，“氫能”首次寫入了我國政府工作報(bào)告，報(bào)告提出了“推動(dòng)充電、加氫等設(shè)施建設(shè)”。
這與減碳的大目標(biāo)直接相關(guān)。在中國向碳中和目標(biāo)邁進(jìn)的過程中，可再生能源將扮演至關(guān)重要的角色。作為碳排放量位居世界第一的國家，電力行業(yè)在中國二氧化碳排放結(jié)構(gòu)中的占比超過一半，通過可再生能源替代傳統(tǒng)火力發(fā)電成了最直接的減碳手段。
為了達(dá)到《巴黎協(xié)定》的目標(biāo)，中國在去年的氣候峰會(huì)上承諾，到2030年非化石能源占一次能源消費(fèi)比重達(dá)到25%，風(fēng)電、太陽能發(fā)電總裝機(jī)容量將達(dá)到12萬億千瓦。
在以光伏為代表的可再生能源領(lǐng)域，中國的實(shí)力幾乎無人能敵，但過快的發(fā)展速度也帶來了相應(yīng)的“后遺癥”。據(jù)全國新能源消納監(jiān)測預(yù)警中心數(shù)據(jù)，2020年全國棄風(fēng)電量166.1億千瓦時(shí)，全國棄光電量為52.6億千瓦時(shí)。
隨著可再生能源逐漸替代火力發(fā)電，將有大量棄電亟需進(jìn)行儲(chǔ)存，而在電網(wǎng)之外的另一端，氫網(wǎng)也正為電解水制氫的高額成本焦頭爛額。當(dāng)電與氫相遇，電網(wǎng)的儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)與氫網(wǎng)的制氫產(chǎn)業(yè)極有可能互助互利，即采用可再生能源發(fā)電進(jìn)行電解制氫。這能解決目前遇到的眾多問題。
由于可再生能源的邊際成本接近于零，其定價(jià)低于其他電力的市場定價(jià)，甚至能夠達(dá)到負(fù)定價(jià)，利用可再生能源進(jìn)行制氫將極具經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。
以大工業(yè)電價(jià)均價(jià)0.61元/kWh計(jì)算，當(dāng)前電解水制氫的成本為3.69元/立方米。當(dāng)用電價(jià)格低于0.50元/kWh時(shí)，電解水制備的氫氣成本可與汽油相當(dāng) [1]。
可再生能源讓氫能產(chǎn)業(yè)鏈上游看到了降低成本的希望。據(jù)中國氫聯(lián)盟預(yù)測，到2050年，大約70%的氫將由可再生能源生產(chǎn)。另一方面，氫能也可以反哺“棄電”——無論是儲(chǔ)能密度還是儲(chǔ)存時(shí)間，氫氣都具備絕佳的儲(chǔ)能優(yōu)勢。
