迈克尔·巴纳德是一位气候未来学家、战略家和作家,专注于未来40~80 年的脱碳情景预测。巴纳德的另一篇文章,关于为什么氢能不会变得便宜的技术经济评估,让氢能倡导者的反应一如既往。他们专注于分析中的细枝末节,并将每个观点视为孤立存在的。

这种模式证实了一些重要的事情。这场辩论不是关于某项技术或某个假设,而是关于人们是否愿意进行系统性思考。

从 BTU 比较看氢能的先天劣势

能源载体的成败取决于多个条件是否同时满足。氢能作为广泛的能源载体需要许多条件同时成立。

现有证据表明这些条件还无法同时满足。

劳伦特·塞加伦的一个简单比较是个有用的起点。他经常比较氢能和石油每BTU能量的成本。即使在假设氢能便宜的乐观情景下,每BTU的成本仍然是石油、天然气或电力的数倍。

这种比较绕过了关于电解槽设计或储存路径的常规辩论,将问题简化为基本的能源价值。

氢能一开始就处于劣势,系统的其余部分必须弥补这一劣势。接下来的章节将解释为什么系统无法缩小这一差距。

氢能只在这些行业不可替代

氢能在几个工业过程中仍然是必需的。化肥、石化产品和生物燃料生产目前依赖氢能,未来也将继续依赖,尽管用量可能会不如预期。

这些行业需要低碳氢能来实现气候目标。

这里的讨论的重点不涉及这些用途。

重点聚焦在氢能是否能成为供暖、运输和电力的常用能源载体。

要在这些领域全面替代现有能源,七个独立的条件必须同时成立。

每一个都很重要,当任何一个失败时,链条就会断裂。

七个必要条件

第一个条件:是电解槽必须遵循使太阳能电池板和电池变得可负担的同样成本轨迹。这需要全球累计产量快速翻倍。太阳能之所以达到这种规模,是因为消费市场将需求推向了数百吉瓦。

电池通过消费电子产品和电动汽车走了类似的道路。电解槽的产量远远达不到这个水平。它们的翻倍速度很慢,每次翻倍的学习曲线远低于固态太阳能电池板或电池,而且它们的折扣率反映了这一现实——这是引发反应的文章中的一个关键点。

如果电解槽成本没有快速下降,氢能就无法成为廉价的能源载体。(编者按:作者不看好电解槽降本趋势)

第二个条件:是电解槽必须在资本成本中占主导地位,这样堆栈价格下降才能对整体项目产生重大影响。

但情况并非如此。堆栈只是复杂系统的一部分。水净化、压缩、冷却、储存处理、变压器、开关设备和安全系统增加了大量成本,这些成本不会随着堆栈价格下降而下降。

这些是组装成大型工业设施的商品化组件。即使电解槽变得便宜得多,总资本成本也只会小幅变动。除非堆栈是最大的成本组成部分,否则氢能无法成为廉价的能源载体,而事实并非如此。(编者按:作者认为电解槽在制氢系统中不是成本主要部分)

第三个条件:是弃用的可再生电力必须在正确的地点以正确的数量可用。只有当氢能生产能够在大部分时间使用接近零成本的电力时,才能实现低成本。

弃电发生在偏远地区或缺乏负荷和输电的电网部分。工业氢能需求存在于截然不同的地方。

没有简单的方法来匹配这两个现实。除非几乎免费的电力既充足又在需求附近可用,否则氢能无法作为能源载体扩大规模,而这种情况并不会发生。(编者按:作者认为绿电资源和用氢场景距离远的问题无解)

第四个条件:是氢能必须便于分配。生产和需求很少在同一地点,因此廉价分配至关重要。用卡车运输氢能的成本比生产氢能的成本还高。

建造管道会带来泄漏挑战、脆化问题和持续的压缩成本。即使是管理良好的管道,与输送电子或天然气相比,输送氢能的成本也很高。除非距离不重要,否则氢能无法成为廉价的能源载体,而距离确实重要。(编者按:作者认为只能就近用氢)

第五个条件:是氢能储存必须便宜且在许多地方可用。能源载体不仅必须在空间上移动能源,还必须在时间上移动能源。

压缩氢气罐很昂贵。液态氢储存更加昂贵,并且会产生巨大的能量损失。化学载体增加了转换步骤和安全问题。

盐穴成本低,但只存在于少数地区,而且通常远离工业区。如果没有低成本的储存选择,氢能就无法承担广泛能源载体的任何预期角色。(编者按:作者认为没有低成本的氢储存,氢能发展难)

第六个条件:是氢能需求必须在供暖、交通和工业领域增长,以便管道和储存网络有足够的吞吐量才能具有成本效益。

天然气管道之所以有意义,是因为住宅、商业建筑、发电厂和工业都使用同一种燃料。氢能没有这种需求特征。

氢能家庭供暖试验已被取消,现在超过60 项独立研究发现它在建筑供暖方面没有成本竞争力。Arup的安全工作发现,氢能的爆炸力潜力远高于天然气,需要在任何使用它的建筑中设置大型被动通风孔。

氢能车辆即使在曾经得到支持的地方也在退缩,甚至中国的重型燃料电池车辆在今年前九个月的销量下降了45%。电池电动公交车在全球销售中占主导地位。

工业加热正在转向电力系统。如果没有主要的终端用途,管道骨干网就不会出现,而没有管道骨干网,分配成本就会保持高位。(编者按:作者认为来自供暖、交通和工业领域对氢能的需求没有增长)

第七个条件:是低成本可再生电力不能被更高价值的负荷占用。电力有许多用途,具有强大的支付意愿。

电动汽车、热泵、数据中心、工业设备和电池充电器都会比氢能生产商出价更高。氢能需要非常低的电力成本来克服其效率损失。

只要更高价值的负荷占用最低成本的可再生电力,氢能生产商就永远无法获得成为有竞争力的能源载体所需的低电价。(编者按:作者认为绿电会优先被更多比制氢有效的形式利用)

迈克尔·巴纳德的结论

氢能在几个行业中发挥着重要作用,并将继续如此,但这一角色并不能使其成为广泛的能源载体。

七个条件必须都齐备,氢能才能达到那个位置(能源重要组成部分)。

这些条件在现实世界中还无法都具备。要进入能源系统,看重的是效率、可扩展性、低分配成本和强大的终端使用需求。

现在看,电力符合这些标准,氢能不符合。

【信息来源:cleantechnica | 作者:迈克尔·巴纳德】