當前,人們利用一種氫能源新的應用發來來是旨在解決愈來愈明顯的環境問題。傳統領域中,氫氣擁有非常廣泛的應用,從工業生產到食物包裝,同時也是制氨原料以及生產肥料等工業領域的重要資源。在2011一年里,氫原料的工業保有量就達到了160萬噸。
在工業制造領域需求的推動下,新型低成本的制氫技術的推廣已經成為了必要的市場需求。同時在能源方面的新興市場需求也成為了氫能利用的焦點。在德國和加拿大的電廠已將高端氫能技術引入其主要發電設備,特別是利用風電廠和天然氣發電電廠。這些手段的加入提高了發電廠電網輸出的平穩性,并且實現多余電能向氫能的轉換與儲存,并在此后通過燃料電池或渦輪機產出電能,實現能量利用最大化。
對于天然氣發電廠,設備從新啟動需要消耗大量的能源,其啟動成本很高。所以當前世界上的發電廠,無論電網電量需求量,仍然長時間連續運行發電機組以減少損耗。所以在這個過程中,產生了大量的能源和能量浪費。風電電廠存在著類似于天然氣發電廠的問題。盡管風能是自然產生、免費的資源,但風能出現的時間和電網需求量不匹配,例如非峰值時間段。所以,大量的低成本新能源浪費掉,無法產生價值。
氫能解決手段
為削減成本并盡可能提高能量利用率,氫能的開發利用技術邏輯十分簡單:將額外的電能儲存起來并轉化于氫氣,后續再通過燃料電池等方式向外提供電能以應對需要。
過去兩年間,針對氫能源技術已經吸引了眾多關注了,特別是可再生氫能源技術的應用和能量的分配利用。需要強調的是,氫氣本身不是一種能量,而是載體,需要和氧氣通過催化劑的反應來釋放儲存的能量,反應通常發生于燃料電池來提供電能。而且,氫氣并不存在于任何形式的物質和原料中,需要通過裂化天然氣或者電解水來得到。起初,電解水或是裂化所需的能量來源于化石燃料的直接利用,這意味著存在著氫能到底是否能夠作為清潔能源的疑問。
氫氣作為燃料在燃燒中的產物只有水,但如果我們使用含碳豐富的燃料和資源(非清潔燃料)去生產氫氣,為何我們要將其定義為清潔能源呢?目前來說,利用清潔能源(風能,太陽能),采用電解水技術生產氫氣,可以實現真正的無污染?,F階段,越來越多的關于新能源制氫的項目正在進行。
氫能&風能
在任何行業中,補充氫能系統的優勢都比風能更加明顯。稅收的減免,財政的補貼等舉措都在鼓勵開發商,運營商等等去探索可以提高當前的/發展中的風能項目利用率的新途徑。在風能行業,人人都理解并害怕“縮減”這一概念,既公用事業公司或其他電力購買者強制關閉可再生能源基礎設施。當電網的電力供應超出負荷時,就會發生電力“縮減”,同時輸電系統無法接受風電廠或太陽能電廠的電力供應。因此當“縮減”發生時,風力渦輪機和太陽能電池板將處于閑置狀態,即使有風能或太陽能資源可以收集,也無法為電網提供能量。這就意味著,在“縮減”期間,可再生能源運營商是沒有收入的。在德克薩斯州和俄克拉荷馬州,“縮減”的發生率為50%。
一種以氫能源為基礎的儲存系統為風力發電運營商提供了針對電力“縮減”和非高峰時間段收益減少的解決方案。將“縮減”/非高峰時段所產生的價值較低能量進行儲存,然后在高峰時段利用燃料電池將它們轉化為高價值能源返還給電廠?!峨娏Σ少弲f定》 (PPAs) 中對于關稅價格差異的規定,以及燃料電池技術的很多內在特性使得氫能源成為首選的儲存能源。
氫能和儲能
氫能因為成本高在商業和政治領域不受青睞。如今,因為技術創新和新興商業模式,氫存儲重燃生機。氫存儲與可再生能源結合更具有競爭力。與其他儲能形式相比,氫存儲成本低、利潤大。
首先,制氫成本在過去十年間降低了25%,同時燃料電池技術創新提升制氫系統轉化率。目前美國的燃煤電廠平均轉化率為40%。氫存儲系統的往返轉化率(“往返”指電能-氫能-電能的能源循環)達到45%。電解制氫技術不需要額外的變壓器,可適用于風力發電的電壓和電流。因此,電解制氫技術成本降低(無需變壓器的成本)、系統整體效率提高(減少變壓過程的能量損耗)。
同時,由于燃料電池可提供穩定的能源輸入而保持長期穩定的運作,相比之下傳統電池和壓縮空氣存儲技術隨著時間變化效率和產出會有不同程度的降低,因此燃料電池發電技術對于電網的電力提供是非常適合而且高效的。
目前德國已經擁有氫能發電廠和一個新型氫能運輸項目,該項目正在建設50個新的加氫站來供應氫燃料電池汽車。在美國奧斯汀、伯明翰、克利夫蘭等城市都有氫氣公交車運營。在冰島雷克雅未克也有一個大型氫能巴士車組,并且有大量的可再生能源可以低成制造氫燃料。從2014年開始,奔馳,寶馬,豐田,通用汽車,日產,本田和福特等汽車制造商已經預測了能源市場的轉型,并開始計劃著推出氫能燃料電池車型。由此看來,氫能似乎不再是一種理想型的動力解決方案,而是一種實際的基于市場的清潔能源解決方案。

