当前科技只着眼于单个环节的。
如提高光伏发电效率、提高汽油发动机热效率。未曾将从太阳能到有用功当成一个系统研究。
晶硅、薄膜、钙钛矿结构等等光伏技术,聚光光热技术、锂电池、锂硫固态、氟阴离子、氢氧燃料等电池技术和新能源汽车。
研究者投入了巨大成本、大量的人力物力精力。即便超越固态电池的宁德时代凝聚态电池出现了。高达0.5WH/KG的能量密度。
但是、研究人员未曾认识到一个可怕的事实,
不管他们多么努力,方向选择错了。研究出来的技术都是昙花一现。
如何才能找对技术方向呢。
以氢能源为例。未来能源?你有没有搞错!
氢能作为二次能源载体,被人误认为是未来的最佳能源。
这种错误的想法源自两个事实,
一个是氢能量密度高达143MJ/KG,另外一个氢的燃料电池理论效率高达80%。
论据是正确的,结论却错了。
氢气作为车载能源,将储罐+氢气作为整体,其能量密度远低于汽油、甲醇。氢燃料电池系统的整体STS效率也不高。
所以氢能毫无竞争力,也不会是车载能源技术方向,更加不会是大规模储能的方向。
图1太阳能可再生燃料利用系统图示
详见如下分析。
常见能源载体的能量密度。
我们先看看常见的氢气储存技术。
A. 高压储氢:氢质量含量1~5.8wt%,压力为35/45/70/90MPa,目前已经商业化。对于氢能汽车中的高压储罐,一般有35Mpa和70Mpa两种,储氢重量密度达到了5.7wt%。
B. 液化储氢:氢质量含量>5wt%,将纯氢冷却至-253℃储存,超低温消耗能量大,成本高,多用于航天、军工领域。
C. 固态吸附储氢:氢质量含量5.3~9wt%,以碳材料为主进行物理储氢,环境为77k、4MPa。
D. 液态有机化合物储氢:氢质量含量6~8wt%,常温常压,储氢容量大。
E. 金属氢化物储氢:氢质量含量1.4~3.6wt%,常温常压,安全性好。
F. 自然储氢:包括水储氢、甲醇储氢等。其中,水储氢为11.1wt%,常温常压,以电解水制氢为主。甲醇储氢的氢质量含量为12.5wt%,常温常压,能量密度高,低成本,大规模甲醇制氢技术早已实现商业化,微型化甲醇制氢技术已实现突破,商业化价值极高。
六种储氢技术实现中,甲醇的储氢质量占比百分数最高达12.5%,甲醇的能量密度是20MJ/KG,热重整后得到氢能有损失,但也是氢能达到的最大能量密度。
而且甲醇储能成本最低,常温常压下可以存储数年。甲醇还是液态阳光,可以作为二次能源大规模储能。
显然,氢,作为能源载体。考虑储罐后,其整体能量密度不及汽油一半,也低于甲醇。此外,还要考虑氢能冷却压缩灌装造成的能量损失。单质氢气的极度危险性。
那么氢氧燃料电池的能量转换效率高呢?电池发电环节,氢能效率高,并不能弥补整体系统的能量效率。
借助“油井-车轮”(WTW)效率理念。本文提出“STS”即solar to service。
即将太阳能转换为服务人们生产生活的有用功。
STS的效率中,氢能因为经过了太阳能发电、电解水、燃料电池转换电能,这个中间多了一个氢形态的变换环节。其STS效率也低于光伏、更低于太阳能生产甲醇,甲醇直燃、内燃、重整制氢的效率。
什么才是未来的能源?
在所有非直接利用太阳能利用方式中太阳能光伏、光热的效率最高。
电能、热能都是服务人们生产生活的有效形式。
优先使用光伏、风电等能源。