随著现代化工业的发展,不可再生的化石能源越来越少,仅可再支撑几百年。氢能作为一种新兴清洁能源出现在人们视野,电解水作为其中一个重要方面也受到人们的关注。通电,分解水,制氢气,再用氢气发电。根据能量守恒定律,用氢来发的电不会比产氢耗的电量多,而产生电又需要消耗能源。这,到底是为什么呢?


先说结论,氢能被政府多次提上议事日程,各种鼓励发展,直接原因是储能发展的需要,根本原因是能源转型的需求。

下来说一下我的理解

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1:我国的能源转型,从以化石能源为主向以可再生能源为主转型。

这个我觉得应该不需要细说,无论是从环保还是从能源供给的安全性上来考虑,能源转型都是必须要走的路子。

十九大的报告:「构建清洁低碳安全高效能源体系」

2:能源转型怎么走?最简单粗暴的就是压火电,上风电光伏。

这是从2009年开始的新增装机容量,单位是万千瓦。注意光伏的增量,要不是18年531新政踩刹车,眼瞅著一半的新增装机马上就都是光伏了。

3:风电光伏装机占比提高后,对电网的调峰提出了巨大的挑战。

2018年各种发电类型的装机比例如下图所示,风电加光伏已经快到20%了。

电网的调峰压力非常大,巨大。弃风弃光弃水问题很严重。为了解决弃电问题,火电灵活性改造,跨区绿电交易等措施一个接一个,但是截止到2018年,仍然有3%的弃光和7%的弃风。

4:怎么解决?发展储能

储能是提高电网调节能力的最佳手段之一。目前应用最多的是抽水蓄能,其次也有储热、电化学电池、压缩空气的各种技术路线。

本质上电制氢也是储能的一种。

在电网下调峰能力不足的时候(即出现弃电的时候),将弃电部分用来制氢,或者在夜间负荷低的时候,用低价电制氢,在需要的时候,不管是发电还是直接燃烧,取用储存的能量,可以有效的解决弃电的问题。

====假装这里有个分割线====

氢气作为一种高品位的二次能源,虽然是化石能源,但是其最终产物是水,环保性极佳。虽然存在制取、运输、储存和终端使用等一系列问题,但是从长远来看,在不稳定可再生能源占比逐年提高的未来,任何一种储能设施,只要其性能优越,经济性尚可,都会被推广使用。

以抽水蓄能为例,进去4度电,出来3度电,看上去也是亏本的,但是其作用不可替代。

====还想说点什么的分割线====

日本对于氢能的利用,应该说是全世界最执著的国家之一。早在2014年4月制定的「第四次能源基本计划」,日本政府就明确提出了加速建设和发展「氢能社会」的战略方向。所谓「氢能社会」是指将氢能作为燃料广泛应用于社会日常生活和经济产业活动之中,与电力、热力共同构成二次能源的三大支柱。

我国地大,不需要日本一样可以赌博式压宝,但是也不能只盯著眼前的几分地。发展氢能,是我国能源转型的一大助力。一旦取得技术上的突破,再大力发展,也不至于被远远甩在后面。


这样来想,首先,用燃煤发电,再电解制氢,再燃料电池发电,确实得不偿失;从另一个方面考虑,就比较好理解了,目前,我国存在大量的风力及太阳能等可再生能源电站,由于电网的问题,光伏、风电往往会出现弃风、弃光现象,如果我们把这部分的弃风、弃光用来发电,并且制氢、储存是不是就解决问题了?很重要的一点,氢是可以储存的。


你说的用电制氢,在用氢制电的方法的存在是人类技术太弱的表现。现今用电制氢的电大多是风光电,而风光电有一个最大的缺点是太不稳定了,导致国家电网拒绝接收风光电,于是为了使风光电电的稳定性满足国家电网对电的稳定性要求,风光电企业通过各种考虑,最终选择了先将风光电制氢,在将氢制电的方法使风电稳定性提高。


以我所看,用风光电制氢,在用氢制电的方法有点愚蠢,如果是我,我就绝不采用这种方法。现今中国每年消耗大量铝,而铝的生产中会消耗大量能源,其中又以铝的电解所耗的能源最多,而现今中国的电大多是由燃煤发电而来,这就导致铝的生产很不环保,所以我就有一个想法,风光电由于不稳定没人要,铝的电解又需要大量电力,那么为什么不能将风光电与铝的电解结合起来,利用环保的风光电来电解铝,但是由于风光电的不稳定性,需要对铝的电解工艺进行改进,使电解铝厂能够适应不稳定的风光电。


请提问者帮我解答一下,,

为什么我看到在许多场景下,先充电,再用电啊。。。这个现象很普遍啊。

你说的步骤中减少了几个环节,所以看起来让人不能理解。能源消耗有很多维度,「量」只是一个统计结果,实际应用中制约因素非常多,比如能源响应速度,功率,价格,稳定性等等非常多。氢是一种高品位能源,尤其是液化或者通过某种介质固态存储更是能量密度高得不行,那么用一些不那么有价值的电换这种怎么看都好的能源是不是很划算?

电是二次能源,也是一种高品位能源,为什么说有一些电不那么好呢?比如风电光伏天生带有波动性,电网很头疼,甚至要用储能电站甚至天然气发电机组来平衡新能源带来的波动;比如核电,体量大得不行,但是发电功率不是说调就能调的,就算用电需求没那么高的时候也得任由核电继续猛发;还有一些特殊情况,比如你在一座海岛上,电网拼死拼活给你拉了一根线过来,但是只有10kva,你在岛上搞一些黑科技,需要110kva的负荷,那咋办?这时候10kva的电在你眼里是不是「不好的电」?遇到以上情况的时候,把这些电接到水里慢慢电解出氢气存起来,需要的时候再用氢气发出满足你要求的电是不是看起来没那么违背常识了?


割裂开来讲的话

前者是为了充分利用可再生资源和满足后者的洁净氢需求

后者则是环境保护 能源危机和燃料电池技术日趋成熟三者的共同结果

至于题主的疑问点 可以从这两个方面粗暴回答

1 任何热机都不是100%效率 但我们仍然需要用热机实现能量形式的转化 储能方式也是这样 ——更何况氢氧燃料电池本身的能量转化效率本身并不低

2 电解水消耗的电能是不少 这也会让很多人认为电解水成本高 不过现在一般考虑使用风电 光伏等电能来电解水 这部分电能具有天然的波动性 进入电网不仅难以产生经济效益 还会影响电网稳定性 因此这部分能源往往会成为弃风 弃光 弃电 但如果能够利用起来这部分能源 那么从经济层面上甚至可以说制氢的能源投入是接近零成本的


题主最后提的问题,前面自己的叙述不是已经给出答案了么,还问什么?

「随著现代化工业的发展,不可再生的化石能源越来越少,仅可再支撑几百年。」——这就是主要理由之一。

当前和环保、可再生、重复利用这些辞汇相关的能源无一不是高成本。风电、光伏、垃圾发电这些都是靠政府强力补贴起来的,虽然现在风、光补贴在逐渐退出中,但不可否认其实是补贴促成了这些设施的初期大规模建设。想环保就暂时别提转换效率、投入产出比这些了,当前,可能多年以后还是这样。

当年风、光建设初期的时候答主听过一次发改委某技术干部的讲座。此人是个40多岁的海归,当时反对大规模推广风、光而提倡多建核电。他对风、光之类发出来的电叫「垃圾电」,原因是这些东西发电太不可靠,对电网干扰严重。电网大负荷的时候刚好没风或者缺光,关键时刻指望不上;低负荷的时候可能反而来劲了,只能丢弃。想熨平这些「垃圾电」的干扰,电解水储能算是方法之一。

另外,电动汽车当前以锂电池型的为主。锂电池这东西说白了就是能量罐子,能量密度越高,爆炸能力越强。充电时间太长是软肋,快充又容易出事,特斯拉刚又著了一辆。氢燃料电池没这些问题。看近期的宣传,政府似乎对国内的氢燃料电池有著重研发推广的意思。


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