风能：后门对燃料电池的尊重？

那么，您听说过那个男孩哭过“燃料电池汽车可行性”的故事吗？

不用担心，这不是在重述。这是对燃料电池在寻求清洁技术人群尊重方面面临的障碍之一的调查。即，氢能清洁吗？

如今，大多数产生的氢气都是通过蒸汽甲烷重整或SMR工艺从化石天然气中产生的，除非能够以可再生能源竞争性地产生氢气，否则燃料电池技术本身就有可能触及化石地位。

图1。SMR和电解反应制氢

披露事项

燃料电池是一种极化技术（嘿，就像太阳镜一样！）部分归功于男孩们几十年前就哭了“燃料电池汽车的可行性”。Bullsh * t双方的主张都无济于事，丰田公司在反电动汽车广告活动中的出奇的错误建议使它损失了通过普锐斯赢得的部分善意。

在过去的15年中，我从事燃料电池的研究，并且确实看到了这项技术的前景，事实证明该技术非常适合某些领域。例如，在日本已售出超过100,000个微型CHP（热电联产）燃料电池。这些提供了家庭的所有热水需求，以及最初的700瓦左右的电能。虽然像myin-laws这样的全太阳能家庭可能在日本成为常态，但微型热电联产有望在多单元住宅（公寓/公寓）中以及在气候较为寒冷和多云的环境中（如欧洲）发展起来。

我还拥有插电式混合动力汽车，记载了加拿大的电动汽车销售情况，并视电池为我们最好，最快的方法，以减少全球范围内的交通排放。

现在，尽管成本较高且“风轮机到轮胎”效率较低，但伊斯蒂尔仍然认为燃料电池汽车将在交通运输减碳中起到补充作用。

在许多方面，近视与绿色和平组织的观点一致。绿色和平组织在其《 2012年能源发展报告》第11.3.1节（第288页）中指出：

“将来可能无法仅通过可充电电池为所有用途的LDV [轻型车辆]供电。因此，需要氢作为可再生燃料，特别是对于包括轻型商用车在内的大型LDV而言。”

有关科学家联盟在很大程度上表示赞同。

为什么要担心氢从哪里来？

由于燃料电池汽车将很幸运地在未来十年内达到全球汽车销售的四舍五入水平，因此读者对于氢的来源问题尚无定论是可以原谅的。当我们可以解决今天的麻烦时，为什么还要谈论明天的假设？

从现在开始到2017年底，还有几个明天，丰田计划在美国销售多达3000辆Mirai FCEV。该汽车每公斤氢气（H2）可获得约60英里的行驶距离，因此，假设驾驶员每年行驶12,000英里（比加利福尼亚州的平均水平还低，以反映加油基础设施有限），我们可以估计丰田的燃料电池先行者将使用约1.5吨每天的氢气量。[1]在两年内。也许。如果一切都按计划进行。过去通常没有。甚至现在。（我爱我的燃料电池，但我要诚实点，是吗？）

但是，在一个快速增长的市场中，燃料电池如今使用的氢已经是现在的4倍，价值超过10,000辆乘用车FCEV。这是仓库叉车市场。

叉车因素

该部门的负责人Plug Power于2014年底在北美各地的配送中心拥有约5,000辆燃料电池叉车，预计到今年年底将增长到约8,000辆。

[披露：您的贡献者不拥有Plug Power，Toyota或本文中提及的任何其他公司的股票。除此之外，投资是他的核心能力之一！]

无论廉价的锂离子电池得到什么，燃料电池都可能在这一领域占据主导地位，因为将电池充电区域从其仓库中撕裂可以有效地使公司将每个电池“扩大” 5至10％。与铅酸电池和电力相比，由此产生的生产率节省比燃料电池和氢气的成本溢价更大。

但是回到氢。

如果由可再生电力产生，则可能需要40到45兆瓦的风力发电场才能电解每天6吨（并且还在不断增加）的氢气。[2]

虽然规模不大，但也不小。再增加几年的叉车增长并投入一些FCEV，我们正在寻找足够的电力需求，氢气生产商（如Praxair或Air Liquide等特种气体公司）可以开始与可再生能源签署PPA（电力购买协议）开发人员。

当然，只有当电解产生的可再生氢证明比天然气产生的化石氢便宜时，才会发生这种情况。那么，这些如何堆叠？

化石北美...

大量生产化学品的成本通常会简化为原料成本，加上摊销建造该设备所产生的资本成本。（人工成本往往接近0％。）

关于资本成本，在尾注[2]中引用的Nicholas / Ogden论文的表6表明，新电解池和新SMR装置的资本成本大致可比，电解池可能更高。

剩下的就是原料成本。

我已根据该表的表7估算了可再生和化石氢的原料成本。下面的屏幕截图来自可在www.tinyurl.com/FCStats（在“可再生氢”选项卡上）获得的电子表格。

鉴于北美以压裂为原料的天然气价格低廉，在可预见的将来，化石氢将比可再生氢便宜。氢气生产商必须签署相当于1.1美分/千瓦时的风能PPA才能进行试射。

不幸的是，美国的PPA普遍仍在2美分或3美分以上，而这得益于风力发电税收抵免。

碳税不太可能产生变化，因为20美元/吨的CO2价格只会使化石氢的生产成本从约0.63美元/千克增加到0.74美元/千克。为了使可再生氢在2美分/ kWh的电力下具有竞争力，碳价格必须在100美元/吨以上。（我们可以做梦……）

Praxair于2010年10月发布的白皮书[3]确实估计，SMR工厂中产生的50％至90％的二氧化碳可以以每吨40至50美元的碳价捕获。不幸的是，制氢厂无法产生足够的二氧化碳以使其值得运输，而且完全有可能将天然气注入老化的井中……在那里它将有助于将更多的石油驱出地面（这一过程称为“强化石油采收” ）。

因此，如果没有更高的天然气价格（无论是从钻井经济学还是从碳定价），在美国，氢气很可能将继续源自化石。也许这就是为什么加利福尼亚能源委员会立法规定，通过其补贴站出售的氢的33％必须来自可再生资源；政策制定者可能已经意识到，没有立法，这将只是另一种化石燃料。

图2。氢原料成本；完整的电子表格（和链接）可从www.tinyurl.com/FCStats获得

……还有可再生欧洲？

然而，欧洲则不同。天然气成本大约是原来的三倍-各国对减少对俄罗斯供应的依赖非常感兴趣。

如果欧洲的特种煤气厂可以以3美分/ kWh的价格供应可再生电力，那么当需要提高产量或更换老化设施时，选择SMR电解则可能会更便宜。

欧洲的批发电价还不是很低，但是瑞典和挪威的可再生电力证书已经在适当的范围内，随着即将到来的风能项目有望推低价格。

仍然存在皱纹–公用事业是否可以使行业获得批发价或可再生电力证书定价？–但是成本是正确的选择。可能获得廉价批发电力的先进公用事业公司可能会与拥有适当技术和基础设施的电解器和/或特种气体公司合作。也许在计划新设施时，碳价和/或低碳燃料标准也可能使平衡向可再生氢倾斜。

尽管有皱纹，但看来在欧洲部分地区，可再生能源衍生的氢可能比化石氢更具吸引力-不仅在理想主义或道德基础上，而且在雇佣军，利润基础上。

无论何时何地发生交叉，当地的燃料电池拥护者一定会松一口气，他们不再必须承认对燃料来自何处的有效批评。（丰田汽车无疑将在其“一切皆火”活动中展示新广告，以纪念该活动。）

尽管碳定价可能因帮助氢“清洁”而获得信誉，特别是如果试图解决逃逸的甲烷排放问题，但将风电行业稳定地逐年降低的成本逐年降低会更准确地得到风电行业的认可。它已经步入了经验曲线。

毕竟，如果没有这些降低成本的方法，导致风力发电能力的激增，反过来又阻碍了批发电价的上涨，很少有人会考虑使用干净的电割水来制氢，而氢气最终仍将继续从肮脏的洞中挖出，这些洞被深挖到地面。

致谢：作者谨感谢以下文章在本文发展过程中给予的协助：Al Burgunder（普莱克斯）；安迪·马什（Andy Marsh）（即插即用）； David Reichmuth（有关科学家联盟）； Geoff Budd（ITM Power）；迈克尔·尼古拉斯（加州大学戴维斯分校）。所有错误和不准确之处均归作者所有。

尾注：

[1] 3000辆汽车x 12,000英里/年x 1千克H2 / 60英里= 600,000千克H2 /年= 600吨/年

600吨/年x 1年/ 365天= 1.6吨/天

每公斤H2 p 60英里来自Mirai，在丰田的新闻资料中，每5公斤填充量获得300英里。

[2]根据以下论文，电解和压缩1 kg H2大约需要用电55 kWh：

迈克尔·尼古拉斯（Michael Nicholas）和琼·奥格登（Joan Ogden），《南加州近期氢燃料汽车推广情景分析》，加州大学戴维斯分校交通研究所，2010年2月。

每天要产生6000 kg H2，则需要：

6000公斤H2 x 55千瓦时/公斤H2 = 330,000千瓦时= 330兆瓦时

一天有24小时，因此氢气需要持续的功率：

330 MWh / 24h = 14兆瓦

假设一个风电场的容量系数为33％，要每天平均提供14兆瓦，其规模必须为：

14兆瓦/0.33 = 42兆瓦