在本指南中,我們看看的實用性氫能源.
我們會考慮各種因素,比如成本、效率、安全與否等等。
總結:氫能實用嗎?(成本、效率、安全等)
衡量氫能的實用性:
成本
而且,例如,與其他能源相比,燃料電池的資本成本,這顯然是準確的。
首先,氫能的成本可以依賴於氫氣是如何產生的.
從天然氣等碳氫化合物中生產氫氣的成本很大程度上受天然氣價格和資本成本的影響。
因此,世界上能夠獲得廉價天然氣的國家和地區可能能夠以更低的成本生產氫氣是有道理的。
天然氣的價格也會隨時間波動,所以氫能的價格也會隨時間波動。
需要考慮的是,氫可以通過電解與碳氫化合物以外的其他能源產生的電產生。
未來,太陽能和風能等可再生能源提供的電力可能會變得更加廉價。
如果這種情況發生,通過可再生能源的電解生產氫氣的成本將會降低,從而導致整體氫能源的更便宜。
其次,從價格角度來看,氫必須能夠與替代能源和燃料來源競爭。
在這種情況下,氫能源的成本是否降低並不重要,重要的是它們是否能夠降低到超過其他替代能源的程度。
一個例子是氫燃料電池vs汽油汽車。
下麵列出的energy.gov資源更詳細地解釋了這一點
效率
效率的衡量方法多種多樣,也會受到各種因素的影響
例如,效率可以根據一次能源(如天然氣或太陽能)轉化為氫氣的效率來衡量。它也可以通過轉換方法-蒸汽重整和電解的效率來衡量。它還可以通過氫燃料轉換成汽車行駛裏程的效率,或加熱的小時數(如果作為氣體用於加熱和烹飪)來衡量。
從下麵的來源,我們看到氫的效率可能包括:
-與直接使用氫氣或在內燃機中使用氫氣相比,氫燃料電池是一種更有效的生產能源或電力的方式
電解製氫比蒸汽重整更有效
-當氫用於汽車的燃料電池時,再生製動等其他因素和功能也會影響效率。因此,在運輸或電力生產等活動中使用的其他功能也應該被考慮在內
安全
氫的兩個潛在危險可能涉及:
-從管道中泄漏——盡管相比塑料管道,氫氣可能從鐵天然氣管道中泄漏的風險更大
-點火、燃燒和爆炸——因為氫的特性。據報道,加氫站發生了爆炸。
需要注意的是,這隻是需要考慮的兩個安全因素。
本指南介紹了每種能源在更廣泛的因素下可能具有的安全性和危險性。
閱讀更多的與實用性有關的其他考慮
還有很多其他的實際考慮因素,其中包括供應的一致性、環境的可持續性、基礎設施和城市支持氫能的能力、政治等等。
閱讀更多的本指南介紹了擴大氫能規模所麵臨的主要挑戰(成本、需求、供應),以及未來如何改進氫能.
值得注意的是,與其他一些能源不同,氫能可以釋放其他能源的能力。其中一個例子是,太陽能和風能等剩餘的可再生能源可以將電能儲存為氫氣,如果它們將電能輸送到電解過程中。因此,氫可以作為一種能源儲存手段,這可能會減少對其他儲存方法的需求,如電池。通過這種方式,氫能可以是靈活的、多功能的和互補的。
*注-氫能的實用性取決於許多不同的因素,雖然可以做出概括,但實用性也取決於個別國家或邦/省(因為每個國家都有自己的挑戰)
在本指南中,我們涵蓋了氫能實用性的一些一般考慮。
氫能源的成本
從天然氣中生產氫氣
從iea.org:
天然氣製氫的生產成本受到一係列技術和經濟因素的影響,其中天然氣價格和資本支出是兩個最重要的因素。
燃料成本是最大的成本組成部分,占生產成本的45%到75%。
中東、俄羅斯和北美的天然氣價格較低,導致氫氣生產成本最低。
日本、韓國、中國和印度等天然氣進口國不得不應對更高的天然氣進口價格,這導致了更高的氫氣生產成本。
利用化石燃料以外的一次能源生產氫
從energy.gov:
從長遠來看,太陽能和生物質能可以更直接地用於生產氫氣,因為新技術使替代生產方法更具成本競爭力。
氫的能量損失
為了讓氫氣有利可圖,不僅要考慮生產成本,還要考慮運輸、儲存和消耗的能源損失。
為了使氫氣價格低廉,能源損失應該最小化——在當地生產氫氣並在生產後立即或很快使用它是實現這一目標的一種方法。
Vittana.org提供了更多關於氫的能量損失的信息:
當運輸氫氣時,預計會有20%的能量損失與它的運動有關。
在儲存運輸過程中,氫能平均每天會損失1%的生存能力。
與氫能相關的蒸發損失也可高達50%。
氫能的效率
氫能一般用於燃料電池
從wikipedia.org:
當氫與氧在電化學電池中反應並釋放能量時,能量可以以相對較高的效率被利用。
如果它隻是用於熱,通常的熱力學限製的熱效率適用
氫燃料電池汽車vs使用汽油的傳統內燃機汽車
從eia.gov:
對氫作為交通燃料的興趣是基於其在國內生產和用於高效率、零排放電動汽車燃料電池的潛力。
燃料電池的效率是使用汽油的內燃機的兩到三倍。
氫在汽車上的使用是燃料電池研究和開發的一個主要焦點
從wikipedia.org:
燃料電池由於效率高、噪音低、活動部件數量有限,是將氫氣直接轉化為電能的最具吸引力的選擇。
使用燃料電池為包括電池和電機在內的電動動力係統提供動力的效率是使用內燃機的2到3倍,盡管這種優勢在一定程度上與電動動力係統有關(例如,包括再生製動)。
這意味著,與氫內燃機相比,在燃料電池中使用氫可以獲得更大的燃料經濟性
蒸汽重整與水電解製氫的效率之比較
從wikipedia.org:
[利用天然氣的蒸汽重整製氫]的合成效率在60-75%之間
使用質子交換膜(PEM)電解槽,電解水的效率大約在70-80%之間,但有一個目標是到2030年達到82-86%的效率
氫能安全還是危險?
從wikipedia.org:
雖然氫是最小的元素,因此有稍高的傾向從古老的天然氣管道泄漏,如由鐵製成的,塑料(聚乙烯PE100)管道泄漏預計非常低,約0.001%
從wikipedia.org:
氫燃料的點火能量低,燃燒能量高,容易從油箱中泄漏,具有危險性。
據報道,加氫站發生了爆炸。
氫能的其他實際考慮
使用氫能還有許多其他實際的考慮。
其他一些例子包括但不限於:
供應
從wikipedia.org:
氫燃料站通常接受氫供應商用卡車運送的氫。
一個氫供應設施的中斷會導致多個氫燃料站關閉
環境可持續性
閱讀更多關於氫能源的可持續、可再生和清潔潛力有多大
城鎮、城市或國家的基礎設施和能力
氫能的生產和利用在很大程度上取決於每個城鎮、城市或國家所麵臨的個別因素
來源
1.https://www.eia.gov/energyexplained/hydrogen/use-of-hydrogen.php: ~:文本= % 20氫燃料% 20細胞% 20產生% 20 % 20的電力% 20結合% 20氫% 20和% 20氧氣含量,% 20小% 20 % 20 % 20的熱量。
2.https://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_fuel#Uses
3.https://www.energy.gov/eere/articles/hydrogen-clean-flexible-energy-carrier#:~:text=Hydrogen%20can%20be%20used%20in,and%20utilities%20are%20emerging%20markets
4.https://www.iea.org/reports/the-future-of-hydrogen