公用事业公司是时候学会爱上氢了

氢有很多可取之处，尤其是在电力事业方面。首先，氢在减少碳排放、同时维持或提高发达经济体或新兴经济体生活水平方面的巨大前景。再加上实现长期设想的“氢经济”所需的大部分技术已经存在，你就开始理解为什么现在人们对氢的兴趣激增了。

然而，经过几十年的乐观预测，通往普及氢经济的道路——以及公用事业公司将在其中扮演的角色——似乎仍然相当不明朗。工程师们很久以前就想出了如何生产、运输和使用氢。中国现在的产量超过2000万公吨而美国大约有900万吨。然而，几乎所有的氢都被用于提炼石油、生产化学品和化肥、处理金属和其他工业用途。美国有大约2,500公里的氢管道在运行，而且有一个强大的基础设施，可以将氢运输到那些管道没有经济意义的地方。

在电网中，氢最初可能会被用来储存电力。但这将是一种相当非传统的存储方式。在需求低但发电量高的时期，例如太阳能或风能等可再生能源，可以在商业规模的电解槽厂生产氢气。然后，当需求很高时，氢可以通过与燃料电池中的环境氧反应来提供电力为涡轮机供电．

但氢燃料可能在交通运输领域产生最大的影响，至少在最初阶段是这样。虽然有些应用是未来的氢动力客机例如，其他的已经在使用，并似乎准备快速增长。

证据A:燃料电池卡车。一辆纯电池驱动的卡车通常无法在相同的路线上与同一辆卡车的柴油动力版本运送相同的货物。但如果拆除部分电池，代之以燃料电池和氢气罐，电动卡车的竞争力就会大得多。这是因为使用氢气比单独使用电池更小、更轻。更好的是，燃料电池动力系统可以设计为电池充电途中而且，用氢气加油所需的时间与用柴油加油差不多，仍然明显快于给电池充电。

2021年4月14日，在中国河北省唐山市的一个加油站，一辆燃料电池卡车正在加氢。杨石药/新华社/学生

因此，燃料电池卡车是今天在路上几乎每个卡车制造商都在开发氢燃料版本的汽车。中国有一个50多亿美元的计划，发展国内氢加强型电动卡车工业。

为什么这对电力公司很重要?为这些汽车提供动力的氢可能来自风能、太阳能设施或核电站。但它将通过氢分配基础设施进行分配。电力行业的输电和配电部分将被排除在外。因此，加氢电动汽车在供应商之间的收入分配与纯电池电动汽车不同。

一些密切相关的政治问题使问题更加复杂。例如，美国政府正在考虑鼓励推广纯电池电动汽车充电站。但这里的一个巨大挑战是在不扭曲适当的技术进化的情况下提供激励，以最好地满足市场的需求。

各国经常根据自己对未来能够和应该是什么样子的看法来评估和规划基础设施投资。因此，德国和日本的人口都约为美国的三分之一，但这两个国家的人均加氢站和充电站数量都比美国多。就绝对数量而言，美国的充电站数量大约是美国的两倍日本虽然只有德国的三分之二，但人口却多得多。考虑到这些国家的抽样(诚然很小)，似乎工业化国家之间还没有就不同类型的电动汽车充电站的最佳数量和比例达成共识，以定位一个国家的未来增长。

问题是，技术和市场需求并不是一成不变的。所以基础设施的决策真的很棘手。考虑到20年代末^th世纪，电话是有线仪器，电视是无线的。

卡车的情况与公用事业公司面临的情况类似。全球都在努力实现电力脱碳，这有利于更多地使用太阳能和风能。不幸的是，最好的太阳能和风能资源很少在人口中心附近。解决办法是修建更多的高压输电线路。但它们价格昂贵，在政治上有争议，而且不美观。因此，另一种选择是:在风能和太阳能发电场生产氢气，并将其运输到人口中心，用管道、船舶和卡车来分发氢气，取代高压输电线。

Suiso Frontier是世界上第一艘用于运输液氢的船。该船由川崎重工建造，可装载1250立方米的液化气。共同社/盖蒂图片社

毫无疑问，氢气运输是一个新兴的行业。川崎重工已经是了运输液氢从澳大利亚坐船到日本。与日本一样，欧盟也认识到需要进口风能和太阳能来实现其雄心勃勃的脱碳目标。智利和沙特阿拉伯等不同国家现在都在努力成为全球氢出口国。世界各地的港口管理者正在合作开发最佳实践，为全球氢市场做准备。

除了加强输配电基础设施外，氢还可以为电力公司提供长期储存风能和太阳能产生的电能。特别是，在地下储存大量的氢气，例如在现有的地质构造中，可以使风能和太阳能成为全年24/7可调度的能源。

如今，使应用程序停留在演示阶段的是高成本，而不是技术成熟度。在这里，从环境的角度来说，并不是所有的氢都是平等的，这一点很重要。制氢遵循一个颜色代码这让我们知道了排放了多少碳。棕色氢是由煤气化产生的;灰色由蒸汽重整天然气。如果氢来自化石燃料原料，但碳在生产过程中被捕获，则它会获得蓝色标记。绿色氢来自可再生能源提供的电解(但值得注意的是，不核)。今天,然而,连百分之一都没有氢的能量是绿色的。现在，在各国政府和工业界的资助下，全球都在努力使绿色氢气在成本上具有竞争力。

例如，中国政府报道的项目规模接近150亿美元，德国接近100亿美元，日本约5亿美元，美国近2亿美元。美国是大型投资者中沉睡的巨人，因为它拥有经济实力、自然资源和基础设施，可以成为一个主要参与者。不过，到目前为止，美国政府似乎满足于进行足够的投资，成为一个快速的追随者。当然，如果氢能发挥其潜力，美国可以从中国、德国和日本进口成本更低的技术，这些国家都有向美国出口先进技术产品的记录。

行业承诺对成功至关重要。一个关键的例子是氢理事会。它是由13家公司于2017年在瑞士达沃斯举行的世界经济论坛上成立的。今天，包括许多世界领先的天然气、石油和汽车公司在内的100多家公司正在投入企业资源，扩大氢的商业使用。

这种集中的全球努力可能意味着，不同的领导人和技术专家已经得出结论，有可能让氢成为21个国家的独特特征^圣世纪的网格。

罗伯特Hebner他是德克萨斯大学奥斯汀分校机电学中心主任。Hebner是IEEE的会员，曾任职于IEEE董事会，也是IEEE的前成员亚博真人yabo.at编辑委员会。