


我們先看看從可再生能(néng)源到氫能(néng)適用端的能量轉化全貌:

我們從製氫出發開始看,有(yǒu)兩條主流的技(jì)術路線最終以為燃料電池提供動力為(wéi)終點,分別為
路線一 (高壓氣氫): 電解水 → 高壓儲運(yùn) → 燃料電池,這條路徑的能量總效(xiào)率大約為32%。
路(lù)線二 (液氫): 電解水 → 液化 → 儲運 → 燃(rán)料電池,因為使用(yòng)相對高能耗的“液化”環節(jiē),總效率會降至約26%。
如圖可知,液氫路(lù)線的能量利用率居然低了整整6個百分點。
問題來了,既然更“費(fèi)電”,我們為什麽還要投入巨大的精力去發展液氫技(jì)術呢?
在深入討論之前,我們先(xiān)把前提定義好(技術人員慣(guàn)例 ):鋰電池和其他電池技術不是我們今天的主角。簡單說一下為何,鋰電池作為(wéi)新能(néng)源領域的巨頭(tóu),技術成熟,能量效率高,是小規模、輕負荷(hé)應用場(chǎng)景的絕佳選擇。但其能量密度(特別是(shì)重量密度)的物理瓶頸,使其在重載(zǎi)和超長續航場景中顯得力不從心(xīn)。所以,我(wǒ)們今天將聚焦於氫能的內部路線之爭,高壓 v.s 液化。實際上,這個說明白了,鋰電(diàn)池的問題基本也清楚了。
先說結(jié)論:液氫的核心優勢,不體現在“效(xiào)率”,而在於另一個至關重要的物理屬性——密度。
先說兩個數據,高壓氣氫,加壓到700 bar,密度約為42 kg/m2。大家都知道氫脆,在如此高(gāo)的壓力下,儲罐必須使用(yòng)昂貴(guì)的碳纖維(wéi),導致儲罐本身的重量占比很大。這也是工程(chéng)師一直(zhí)努力想要給儲罐減重的原因。所以長管拖車自重不(bú)小,但是實(shí)際運輸的氫(qīng)氣量卻有限。
液氫,密度大概在70.8 kg/m2,相比較氣氫密度提升明顯。雖然(rán)儲罐需要極好的絕熱設計,但是整(zhěng)體可以更輕、更(gèng)規整。
這時候,工程師就要開始做取舍了,能源場景沒有免費的(de)午餐。簡(jiǎn)單來說,液氫用一部分“能量效率”換取了無可比擬的“儲運密度”。正是這種取舍,讓它在某些特定場景下,成為了唯一(yī)的解決方案。我們來看看:
大規(guī)模長途運輸
想象一下,我(wǒ)們要將西部地區用風光(guāng)資源(yuán)生產的大量綠氫,運(yùn)往數千公裏外的(de)東部城市群。我們考慮在(zài)沒有條件大規模建設輸氫管道的(de)情況(這是另外一(yī)個課題了)
高壓氣氫拖車:受限於壓力容器(qì)的重量和體積,一輛長管拖車最多隻能運輸約500公斤氫氣。
液氫槽車:由於密(mì)度極高,一輛(liàng)低溫液體槽車可以(yǐ)輕鬆運輸4-5噸液氫。
單車(chē)運量相(xiàng)差近10倍!
這意味著,液氫大幅降低了長(zhǎng)途運輸的單位成本、車(chē)輛(liàng)需(xū)求和運輸過程中的碳排放。它扮演了氫能物流體係中“批發商”的角色,是打通氫(qīng)能“大動脈”的(de)關(guān)鍵。舍了一部分(fèn)效率,得到更大規模。

其中,藍色代表高壓氣氫的運輸成本線;橙色為液氫運輸成本(běn)線。
成本對比的(de)臨界點大概在300 km處。
重型交通的“續航王者”——卡車、船舶
對於追求高效率運營的重型卡車和遠洋船舶而言,每(měi)一(yī)寸空間和每(měi)一公斤載荷都至關重要。
鋰電池(chí)(按(àn)照(zhào)現(xiàn)在主流(liú)技術):要滿足重卡1000公裏的(de)續航(háng),電(diàn)池包的重量將達到驚人(rén)的數噸,嚴重侵占載貨空間,經濟性大打折扣。
高壓(yā)氣氫:同(tóng)樣為了長續航,需要捆綁大量沉(chén)重的儲氫瓶,在空間(jiān)和載重上(shàng)挑戰不小。IV型瓶開始越來(lái)越普(pǔ)及,甚至V型瓶都在市場化過程中,未來有很大(dà)進步空間。
液氫:其輕質、緊湊的低溫儲罐,可以在不犧牲過多載荷(hé)的前提下,儲存足夠的燃料,輕鬆實現1000公裏以(yǐ)上的續航目標。
對於商業運輸而言(yán),液氫帶來的長續航和高載(zǎi)荷,是無法抗拒的誘惑。當(dāng)然,氫氣也要足夠便宜啊。


航空航天
這是液氫技術優勢最無可爭議的領(lǐng)域。
對於追求輕量化的飛機而言,笨重的高壓儲氣瓶和鋰電池都難以(yǐ)勝任。而液氫,擁有所有燃料中最高的(de)質量能量密度(是航空煤油的近3倍),使其成為未(wèi)來氫動力飛機(jī)已知的(de)最優技術路徑。

從稍長且發展的角度看,液氫並非取代高壓氣氫,更不是要和鋰電池擅長的領域(yù)一較高(gāo)下(xià)。液氫更多的是一(yī)種戰略性選擇(zé),瞄(miáo)準的是(shì)能源轉型中氫能規模化且獨具液氫優勢的應用場景——重(chóng)型交通、長途物流、航空航運。在這些領域,儲運密度壓倒一切,液氫是幾乎唯一可以實現(xiàn)深度脫碳的鑰匙(shí)。

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