不能直接用？為什么光伏發(fā)電后，要用電制取氫氣，再用氫氣發(fā)電？

在新疆阿克蘇地區(qū)的庫車市牙哈鎮(zhèn)，一片望不到邊的深藍色光伏板鋪滿了戈壁。這個由中石化投資近30億元建成的綠氫示范項目，從2021年11月30日啟動，到2023年6月30日順利產(chǎn)氫，再到當(dāng)年8月30日全面投產(chǎn)，用了不到兩年時間就跑通了全流程。

可不少人看到這條新聞后一臉疑惑：光伏發(fā)出來的電，直接送進電網(wǎng)用不好嗎？非要拿去電解水制氫，然后再用氫氣發(fā)電，這一通折騰圖啥？近30億的投入難道是打水漂？

想弄明白這個問題，得先從新疆這塊地方說起。發(fā)電的路子其實不少，但每種都有軟肋。

燒煤燒油的火電，臟、貴，碳排放高得嚇人；風(fēng)電看老天爺臉色，風(fēng)一停就抓瞎；潮汐發(fā)電得修攔海大壩，動輒幾十億，后期維護又貴，很難大規(guī)模鋪開。相比之下太陽能就靠譜得多，只要太陽還掛在天上，原料就用不完，發(fā)電過程也不產(chǎn)生污染。而新疆偏偏就是全國日照最慷慨的地方——遠離海洋、非季風(fēng)區(qū)、降水稀少，全年晴天占比超過80%，年日照時長普遍在2550到3500小時之間，加上地廣人稀、海拔高、空氣稀薄，直接輻射極強，是搞光伏的天然寶地。

但光有資源不夠，問題就出在這兒：電太多，反而是種煩惱。這話聽著奇怪，可懂行的人都知道，電能這東西極難儲存。

理論上超導(dǎo)線圈能存電，可維持超導(dǎo)需要極低溫環(huán)境，投入成本遠高于電能本身的價值。所以從工程角度說，直接存電基本行不通。

既然直接存不了，就只能換個法子間接存。河北承德的豐寧抽水蓄能電站就是個典型例子，這座總投資近200億的大工程，用100度電抽水上山，等需要時再放水發(fā)電拿回75度，看起來虧了25度，可它解決了電網(wǎng)調(diào)峰的大難題。

抽水蓄能屬于物理儲能，壓縮空氣、飛輪儲能也都是這一類。而庫車項目搞的光伏制氫，屬于化學(xué)儲能——把用不完的綠電，變成能裝進罐子里、能通過管道輸送的氫氣存起來，需要時再拿出來用。

這就說到了氫這個"未來能源"的核心話題。氫是宇宙中最簡單也最豐富的元素，但因為反應(yīng)性太強，自然界里幾乎找不到游離態(tài)的氫，必須從水或其他化合物里提取。

而提取氫本身就是個耗能大戶。目前全球生產(chǎn)的氫氣，絕大多數(shù)其實并不"綠"——業(yè)內(nèi)按來源把氫分了顏色：褐氫是煤氣化產(chǎn)的；灰氫占了全球產(chǎn)量四分之三，通過"蒸汽甲烷重整"從天然氣里提取；這兩種工藝都會排放大量二氧化碳。

藍氫好一點，雖然也來自化石燃料，但配了碳捕獲和封存裝置。真正的綠氫，是用風(fēng)電、光伏這類可再生能源電解水得到的氫氣，全過程幾乎不產(chǎn)生溫室氣體。

數(shù)據(jù)很能說明問題。全球每年生產(chǎn)氫氣會產(chǎn)生約8.3億噸二氧化碳，這相當(dāng)于印度尼西亞和英國兩國年排放量之和。

所以綠氫的價值就在這里——它是清潔燃燒的分子，能幫助化工、鋼鐵、長途運輸這些過去很難脫碳的行業(yè)實現(xiàn)綠色轉(zhuǎn)型，還能給房屋供暖，能儲存原本會被浪費的可再生電力。有專家算過賬，光靠可再生電力最多也就能減掉全球總排放的50%到60%，剩下那些下游產(chǎn)業(yè)的排放跟電網(wǎng)沒關(guān)系，氫很可能是唯一的解法。

氫在交通領(lǐng)域的想象空間尤其大。氫燃料電池車相比純電動車有幾個明顯優(yōu)勢：加氫只要5分鐘，充電要45分鐘；單位體積和重量的能量存儲大約是電池的五倍，車內(nèi)空間更寬敞，續(xù)航也更長。

對18輪重型卡車這類大家伙來說，如果全靠鋰電池，整輛車都得裝滿電池才夠用，司機大部分時間都得在充電樁前等著。所以氫燃料電池在長途貨運、貨運航空這些難以電氣化的場景里，被認為特別有前景。

不過這條路走得并不輕松。截至2019年底，全球上路的氫燃料電池車只有一萬八千多輛，同期電動車已經(jīng)跑到了720萬輛。

目前面向普通消費者賣氫燃料電池乘用車的車企就三家——本田、現(xiàn)代、豐田，售價都在六萬美元上下，是不少入門電動車的兩倍。加氫站也是個大坎，全球運營中的加氫站僅有400多座，美國就更少，只有40多座公共加氫站，除了一座之外全在加州。

此外氫從制取、運輸、分配到燃料電池發(fā)電，全流程要損失約70%的效率。好在氫的能量密度很高，1公斤氫氣所含能量大致相當(dāng)于1加侖汽油，而且在車上轉(zhuǎn)化為動力時效率是汽油燃燒的兩到三倍，實際用起來成本沒賬面上那么嚇人。

儲存和成本方面，技術(shù)也在快速推進。目前主流的高壓氣態(tài)儲氫，是把氫氣常溫下壓縮到35到70兆帕，裝進碳纖維纏繞的復(fù)合罐里，跟電池似的一節(jié)節(jié)碼好，設(shè)備便宜、綜合成本低。

低溫液態(tài)儲氫的儲罐造價是氣態(tài)的三倍以上，一般用在航天或大規(guī)模運輸場景。庫車項目現(xiàn)場就建了10個大型儲氫罐，儲氫能力達到21萬標(biāo)準立方米，管道輸氫能力每小時2.8萬標(biāo)準立方米，規(guī)模在國內(nèi)數(shù)一數(shù)二。

在儲能應(yīng)用上，綠氫的想象力更大。美國猶他州的"先進清潔能源儲存"項目由三菱電力和Magnum Development聯(lián)合開發(fā)，計劃在2025年投運，把電解產(chǎn)生的氫氣長期儲存在鹽穴里，規(guī)模號稱能存1000兆瓦清潔電力，是全球最大的清潔能源儲存系統(tǒng)。

同一片區(qū)域的Intermountain Power燃煤電廠——加州最后一座外部供電的煤電——原計劃2025年退役，將改用三菱電力提供的燃氣輪機，這也是全球首臺能燒天然氣加氫氣混合燃料的重型燃氣輪機，初期30%氫加70%天然氣，目標(biāo)在2045年實現(xiàn)100%綠氫。相比之下，短時儲電用電池確實成本低、效率高，但要長期存電，電池越堆越貴；而氫可以低成本長期存在地下的大型鹽丘中，這是電池比不了的優(yōu)勢。

各國都在這條賽道上搶跑。歐洲是先行者，歐盟高達1萬億歐元的"綠色協(xié)議"中，未來10年激勵措施大約有一半——接近5000億歐元——被引導(dǎo)流向氫能相關(guān)領(lǐng)域。

日本、韓國死磕燃料電池，主攻汽車市場的氫能轉(zhuǎn)型。美國方面，能源部早在2020年10月就宣布投入最多1億美元推進氫氣生產(chǎn)和燃料電池的研發(fā)。

中國的動作更是實打?qū)崱獛燔図椖烤褪亲詈玫睦C。這個項目總投資29.62億元，光伏裝機300兆瓦，年均發(fā)電量6.18億千瓦時，年產(chǎn)綠氫2萬噸，所產(chǎn)氫氣通過管道送到20多公里外的中石化塔河煉化，替代原有的天然氣制氫工藝，每年可減少二氧化碳排放48.5萬噸，相當(dāng)于種下30萬棵樹。更關(guān)鍵的是，項目所用的光伏組件、電解槽、儲氫罐、輸氫管線等重大設(shè)備和核心材料，基本都實現(xiàn)了國產(chǎn)化，一舉帶動了國內(nèi)電解槽產(chǎn)業(yè)的規(guī)模化生產(chǎn)。

當(dāng)然，作為國內(nèi)首個萬噸級綠氫項目，庫車這一路并不順。項目在建設(shè)期間就曾遭遇罕見沙塵暴襲擊，光伏電站受損嚴重。

投產(chǎn)后，產(chǎn)量也曾引發(fā)外界質(zhì)疑：運行頭一年實際只生產(chǎn)了7000多噸綠氫，與設(shè)計的2萬噸/年目標(biāo)存在差距。中石化對此回應(yīng)稱，正在配合塔河煉化一體化項目推進降本增效，根據(jù)庫車市政府2025年2月發(fā)布的信息，項目預(yù)計在2026年達到年產(chǎn)綠氫2萬噸的滿負荷目標(biāo)。這些波折其實也印證了一件事——綠氫產(chǎn)業(yè)還處在爬坡階段，一邊跑一邊優(yōu)化是常態(tài)。

回到最初那個問題：光伏發(fā)電、電解水制氫、再用氫氣發(fā)電，這一套流程真的多此一舉嗎？答案已經(jīng)清楚了。

新疆的太陽能資源太富足，白天光伏出力時段電根本用不完，直接上網(wǎng)又受電網(wǎng)調(diào)峰能力和外送通道限制，寧可棄光也不能讓電網(wǎng)崩潰。這些用不完的電如果不換種形式存下來，就是白白浪費；換成氫之后，可以塞進管道輸給煉化企業(yè)替代天然氣，可以拉去給氫燃料車加注，可以并入電廠摻燒發(fā)電，用途相當(dāng)廣。雖然中間轉(zhuǎn)換會損失效率，可總比看著陽光白白照在戈壁上、光伏板發(fā)出的電無人問津要強得多。

分析機構(gòu)測算，到2050年清潔氫有望滿足全球22%的能源需求，而現(xiàn)在這個數(shù)字只有4%。要實現(xiàn)這個跳躍并不容易——有研究估算，僅僅生產(chǎn)滿足全球四分之一能源需求的綠氫，所需的電力就將超過當(dāng)今全球所有來源發(fā)電量之和，配套的生產(chǎn)、倉儲和運輸基礎(chǔ)設(shè)施還需要投資11萬億美元。好消息是方向?qū)α耍哼^去五年電解槽價格下降了50%，可再生能源成本也下降了50%到60%，業(yè)內(nèi)相信到本世紀末這兩個數(shù)字還會再降60%到70%。

看似繞遠路的"光伏—氫—電"這條鏈條，本質(zhì)上是用一種能裝、能運、能存的化學(xué)能，接住了那些原本只能被棄掉的綠電。庫車項目的賬不能光看眼前的電解效率，得看它在新疆這樣的富光地區(qū)打通了一條完整的產(chǎn)業(yè)鏈，為國產(chǎn)電解槽、儲氫罐、輸氫管道等一整套裝備產(chǎn)業(yè)化蹚出了路。

50年后，氫很可能會像今天的電和天然氣一樣，成為生活里不可或缺的一部分。而回過頭看，那近30億元的投入，買的從來就不只是2萬噸氫氣那么簡單——買的是一條中國自己走通的綠色能源新路徑。