在石油日趨短缺,環(huán)境嚴(yán)重污染,高油價給我國正常的生產(chǎn)和生活秩序帶來嚴(yán)重影響的形勢下,發(fā)展水氫燃料電池來減緩能源壓力,促進(jìn)環(huán)境保護(hù)成為一條可以預(yù)見的道路。而電力行業(yè),與普通百姓的日常生活有著非常緊密的聯(lián)系,同時又是作為能耗大戶和污染大戶在一直困擾著我們,因此使用水氫燃料電池作為清潔電力以改善這種狀況勢在必行。因此需求水氫燃料電池應(yīng)運(yùn)而生。
氫能是地球上最清潔的能源,而氫能大規(guī)模進(jìn)入市場的主要障礙之一是包括生產(chǎn)、運(yùn)輸和存儲在內(nèi)的供氫基礎(chǔ)設(shè)施的缺乏,也就是氫產(chǎn)業(yè)鏈上游和中游的完善度不足。就目前技術(shù)發(fā)展程度而言,氫的交貨成本遠(yuǎn)大于等能量水平下的汽柴油成本,而其中氫的運(yùn)輸成本在交貨成本中占約6%左右。
根據(jù)日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省的統(tǒng)計分析,2014年日本氫氣售價的構(gòu)成主要由氫氣原材料、氫氣的生產(chǎn)運(yùn)輸成本、加氫站的固定和可變成本以及加氫站運(yùn)營維護(hù)幾個部分組成。其中涉及到氫氣的制備和儲運(yùn)的成本占38%。而對比看來,汽油售價的重要組成部分則是汽油的消費(fèi)稅。
為解決氫氣的制、存、運(yùn)等問題,廣東合即得董事長向華提出“醇匯”概念,依托諾貝爾獎得主喬治-奧拉的“甲醇經(jīng)濟(jì)”理論,以“醇”為能源載體,進(jìn)行多種能源形式的轉(zhuǎn)換。當(dāng)某種形式的能源豐富時,可以將其變成“醇”,當(dāng)需要熱能或電能等能源時,再將“醇”變成相應(yīng)的能源。并已經(jīng)研發(fā)出甲醇清潔新能源水氫燃料電池,目前的技術(shù)水平在世界位列前茅,已搶先發(fā)展可以樹立自己的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和知識產(chǎn)權(quán),該水氫燃料電池?zé)o污染物排放,排放產(chǎn)物只有水和近零的CO2,為中國清潔電力實(shí)現(xiàn)“彎道超車”,讓污染漸行漸遠(yuǎn)。
水氫燃料電池是一種將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能的裝置,是采用催化重整及純化多項技術(shù)從醇水中獲得高純氫,通過質(zhì)子膜系統(tǒng)產(chǎn)生電、熱等多種能源的裝置。該設(shè)備是甲醇水蒸汽重整制氫和質(zhì)子膜發(fā)電雙系統(tǒng)的整合體,實(shí)現(xiàn)了在同一設(shè)備中可移動即時制氫和發(fā)電,無需存儲氫氣。從某種意義上來說,水氫燃料電池更可以被稱之為一個小發(fā)電廠。
甲醇作為能源的存儲和運(yùn)輸很簡單
石油、陽光等自然界原本存在的能源被稱為“一次能源”。與此相對,將一次性能源變?yōu)槲覀兎奖闶褂玫哪茉淳徒小岸文茉础?。二次能源的代表即電力。而根?jù)這種分類,甲醇也屬于二次能源。所以說,電力與甲醇屬于“同類”。
由于電力可以隨意使用,所以它成為了轉(zhuǎn)動現(xiàn)代文明各種機(jī)器的能量源,這一點(diǎn)今后也不會改變。但是,電力也有弱項。其中之一是“存儲”。要將電力原樣儲存,這幾乎是做不到的。也許你會想,蓄電池不就是儲存電力的工具嗎?實(shí)際上,蓄電池并沒有保持電力的原樣,而是把它轉(zhuǎn)變?yōu)樾铍姵貎?nèi)物質(zhì)的化學(xué)能形式來儲存的。使用蓄電池時,化學(xué)能會轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏Γòl(fā)電)。而且,遺憾的是,蓄電池中儲存的化學(xué)能數(shù)量不多。為此,要存儲大量的能源,需要的蓄電池數(shù)量非常龐大。
從運(yùn)輸?shù)慕嵌葋砜?,如果?zhǔn)備好電線,電力輸送很簡單,但是輸電損耗(電力轉(zhuǎn)化為熱量損失掉)無法避免。距離越長,輸電損耗越大。而甲醇可以進(jìn)行長距離輸送(不過輸送也需要能源)。
現(xiàn)在絕大部分電力來源于火力發(fā)電,但現(xiàn)實(shí)是,在火力發(fā)電過程中,化石燃料原本所擁有的能量一半以上轉(zhuǎn)化為熱量而散失。熱量會在現(xiàn)場慢慢散失掉,所以難以運(yùn)送到距離遠(yuǎn)的能源消耗地。另一方面,如果用甲醇重整制氫進(jìn)行燃料電池發(fā)電,不僅可以在各個家庭等能源消費(fèi)地發(fā)電,而且能當(dāng)場使用同時產(chǎn)生的熱量。這一點(diǎn)也是使用甲醇這種二次能源的有利之處。
另外,在此要強(qiáng)調(diào)我們并非在談?wù)撾娏εc甲醇何者更出色。電力有電力的優(yōu)勢,甲醇有甲醇的好處。在明確這一點(diǎn)的基礎(chǔ)上將二者有效結(jié)合才是最重要的。
電力與甲醇的比較
下圖上半部分為電力,下半部分為甲醇,分別描述了它們各自作為二次能源的特征。
電力的使用
如果將一次性能源轉(zhuǎn)化為電力使用,發(fā)電過程中約60%的能量會以熱量的形式損失。但近年來,火力發(fā)電站的效率有所提升,有些發(fā)電站的損失可以降低至40%左右。
輸電時,會有一部分電力轉(zhuǎn)化為熱量散失(在日本,平均損耗率為5%)。
甲醇的使用
將一次性能源轉(zhuǎn)化為甲醇使用時,可以將其儲存到設(shè)備內(nèi)。根據(jù)需要將甲醇運(yùn)送到能源消費(fèi)的現(xiàn)場,供各個家庭的水氫燃料電池使用等。使用水氫燃料電池產(chǎn)生的電力和發(fā)電過程中產(chǎn)生的熱量都可當(dāng)場使用,以此可以實(shí)現(xiàn)能源的有效利用。
氫能社會
真正意義上的氫能社會,其本義是使用新開發(fā)的能源,所以這些氫在一定程度上發(fā)揮了“能源代替”的作用。我們的目標(biāo)是大量生產(chǎn)二氧化碳排放量為零的氫。水氫燃料電池工作中排放的二氧化碳僅為內(nèi)燃機(jī)的1/3,且其原料甲醇在制備過程中需要利用二氧化碳,因此水氫發(fā)電機(jī)在理論上形成了一個二氧化碳排放到吸收的循環(huán)系統(tǒng)。這樣,我們才是真正意義上實(shí)現(xiàn)氫社會。
另外,目前全國建成并投入運(yùn)營的甲醇燃料生產(chǎn)中心有30多座,具備1000萬噸/年甲醇燃料的生產(chǎn)能力。在建的甲醇燃料項目20多個,建成達(dá)產(chǎn)后甲醇燃料產(chǎn)能將達(dá)到2000萬噸,基本能夠滿足現(xiàn)階段全國的產(chǎn)業(yè)化運(yùn)營。
不久的將來能否順利進(jìn)入氫能社會,目前尚不可知。前方的道路充滿曲折。但即便如此,未來能夠?qū)崿F(xiàn)可持續(xù)能源供給,同時可以降低環(huán)境負(fù)擔(dān),而且能夠較早突破技術(shù)難關(guān)的現(xiàn)實(shí)方法,現(xiàn)在看來,似乎非“醇”莫屬。
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