不能直接用？为什么光伏发电后，要用电制取氢气，再用氢气发电？|储氢|储能|光伏|天然气|新型能源体系|氢燃料|电解槽

在新疆阿克苏地区的库车市牙哈镇，一片望不到边的深蓝色光伏板铺满了戈壁。这个由中石化投资近30亿元建成的绿氢示范项目，从2021年11月30日启动，到2023年6月30日顺利产氢，再到当年8月30日全面投产，用了不到两年时间就跑通了全流程。

可不少人看到这条新闻后一脸疑惑：光伏发出来的电，直接送进电网用不好吗？非要拿去电解水制氢，然后再用氢气发电，这一通折腾图啥？近30亿的投入难道是打水漂？

想弄明白这个问题，得先从新疆这块地方说起。发电的路子其实不少，但每种都有软肋。

烧煤烧油的火电，脏、贵，碳排放高得吓人；风电看老天爷脸色，风一停就抓瞎；潮汐发电得修拦海大坝，动辄几十亿，后期维护又贵，很难大规模铺开。相比之下太阳能就靠谱得多，只要太阳还挂在天上，原料就用不完，发电过程也不产生污染。而新疆偏偏就是全国日照最慷慨的地方——远离海洋、非季风区、降水稀少，全年晴天占比超过80%，年日照时长普遍在2550到3500小时之间，加上地广人稀、海拔高、空气稀薄，直接辐射极强，是搞光伏的天然宝地。

但光有资源不够，问题就出在这儿：电太多，反而是种烦恼。这话听着奇怪，可懂行的人都知道，电能这东西极难储存。

理论上超导线圈能存电，可维持超导需要极低温环境，投入成本远高于电能本身的价值。所以从工程角度说，直接存电基本行不通。

既然直接存不了，就只能换个法子间接存。河北承德的丰宁抽水蓄能电站就是个典型例子，这座总投资近200亿的大工程，用100度电抽水上山，等需要时再放水发电拿回75度，看起来亏了25度，可它解决了电网调峰的大难题。

抽水蓄能属于物理储能，压缩空气、飞轮储能也都是这一类。而库车项目搞的光伏制氢，属于化学储能——把用不完的绿电，变成能装进罐子里、能通过管道输送的氢气存起来，需要时再拿出来用。

这就说到了氢这个"未来能源"的核心话题。氢是宇宙中最简单也最丰富的元素，但因为反应性太强，自然界里几乎找不到游离态的氢，必须从水或其他化合物里提取。

而提取氢本身就是个耗能大户。目前全球生产的氢气，绝大多数其实并不"绿"——业内按来源把氢分了颜色：褐氢是煤气化产的；灰氢占了全球产量四分之三，通过"蒸汽甲烷重整"从天然气里提取；这两种工艺都会排放大量二氧化碳。

蓝氢好一点，虽然也来自化石燃料，但配了碳捕获和封存装置。真正的绿氢，是用风电、光伏这类可再生能源电解水得到的氢气，全过程几乎不产生温室气体。

数据很能说明问题。全球每年生产氢气会产生约8.3亿吨二氧化碳，这相当于印度尼西亚和英国两国年排放量之和。

所以绿氢的价值就在这里——它是清洁燃烧的分子，能帮助化工、钢铁、长途运输这些过去很难脱碳的行业实现绿色转型，还能给房屋供暖，能储存原本会被浪费的可再生电力。有专家算过账，光靠可再生电力最多也就能减掉全球总排放的50%到60%，剩下那些下游产业的排放跟电网没关系，氢很可能是唯一的解法。

氢在交通领域的想象空间尤其大。氢燃料电池车相比纯电动车有几个明显优势：加氢只要5分钟，充电要45分钟；单位体积和重量的能量存储大约是电池的五倍，车内空间更宽敞，续航也更长。

对18轮重型卡车这类大家伙来说，如果全靠锂电池，整辆车都得装满电池才够用，司机大部分时间都得在充电桩前等着。所以氢燃料电池在长途货运、货运航空这些难以电气化的场景里，被认为特别有前景。

不过这条路走得并不轻松。截至2019年底，全球上路的氢燃料电池车只有一万八千多辆，同期电动车已经跑到了720万辆。

目前面向普通消费者卖氢燃料电池乘用车的车企就三家——本田、现代、丰田，售价都在六万美元上下，是不少入门电动车的两倍。加氢站也是个大坎，全球运营中的加氢站仅有400多座，美国就更少，只有40多座公共加氢站，除了一座之外全在加州。

此外氢从制取、运输、分配到燃料电池发电，全流程要损失约70%的效率。好在氢的能量密度很高，1公斤氢气所含能量大致相当于1加仑汽油，而且在车上转化为动力时效率是汽油燃烧的两到三倍，实际用起来成本没账面上那么吓人。

储存和成本方面，技术也在快速推进。目前主流的高压气态储氢，是把氢气常温下压缩到35到70兆帕，装进碳纤维缠绕的复合罐里，跟电池似的一节节码好，设备便宜、综合成本低。

低温液态储氢的储罐造价是气态的三倍以上，一般用在航天或大规模运输场景。库车项目现场就建了10个大型储氢罐，储氢能力达到21万标准立方米，管道输氢能力每小时2.8万标准立方米，规模在国内数一数二。

在储能应用上，绿氢的想象力更大。美国犹他州的"先进清洁能源储存"项目由三菱电力和Magnum Development联合开发，计划在2025年投运，把电解产生的氢气长期储存在盐穴里，规模号称能存1000兆瓦清洁电力，是全球最大的清洁能源储存系统。

同一片区域的Intermountain Power燃煤电厂——加州最后一座外部供电的煤电——原计划2025年退役，将改用三菱电力提供的燃气轮机，这也是全球首台能烧天然气加氢气混合燃料的重型燃气轮机，初期30%氢加70%天然气，目标在2045年实现100%绿氢。相比之下，短时储电用电池确实成本低、效率高，但要长期存电，电池越堆越贵；而氢可以低成本长期存在地下的大型盐丘中，这是电池比不了的优势。

各国都在这条赛道上抢跑。欧洲是先行者，欧盟高达1万亿欧元的"绿色协议"中，未来10年激励措施大约有一半——接近5000亿欧元——被引导流向氢能相关领域。

日本、韩国死磕燃料电池，主攻汽车市场的氢能转型。美国方面，能源部早在2020年10月就宣布投入最多1亿美元推进氢气生产和燃料电池的研发。

中国的动作更是实打实——库车项目就是最好的例证。这个项目总投资29.62亿元，光伏装机300兆瓦，年均发电量6.18亿千瓦时，年产绿氢2万吨，所产氢气通过管道送到20多公里外的中石化塔河炼化，替代原有的天然气制氢工艺，每年可减少二氧化碳排放48.5万吨，相当于种下30万棵树。更关键的是，项目所用的光伏组件、电解槽、储氢罐、输氢管线等重大设备和核心材料，基本都实现了国产化，一举带动了国内电解槽产业的规模化生产。

当然，作为国内首个万吨级绿氢项目，库车这一路并不顺。项目在建设期间就曾遭遇罕见沙尘暴袭击，光伏电站受损严重。

投产后，产量也曾引发外界质疑：运行头一年实际只生产了7000多吨绿氢，与设计的2万吨/年目标存在差距。中石化对此回应称，正在配合塔河炼化一体化项目推进降本增效，根据库车市政府2025年2月发布的信息，项目预计在2026年达到年产绿氢2万吨的满负荷目标。这些波折其实也印证了一件事——绿氢产业还处在爬坡阶段，一边跑一边优化是常态。

回到最初那个问题：光伏发电、电解水制氢、再用氢气发电，这一套流程真的多此一举吗？答案已经清楚了。

新疆的太阳能资源太富足，白天光伏出力时段电根本用不完，直接上网又受电网调峰能力和外送通道限制，宁可弃光也不能让电网崩溃。这些用不完的电如果不换种形式存下来，就是白白浪费；换成氢之后，可以塞进管道输给炼化企业替代天然气，可以拉去给氢燃料车加注，可以并入电厂掺烧发电，用途相当广。虽然中间转换会损失效率，可总比看着阳光白白照在戈壁上、光伏板发出的电无人问津要强得多。

分析机构测算，到2050年清洁氢有望满足全球22%的能源需求，而现在这个数字只有4%。要实现这个跳跃并不容易——有研究估算，仅仅生产满足全球四分之一能源需求的绿氢，所需的电力就将超过当今全球所有来源发电量之和，配套的生产、仓储和运输基础设施还需要投资11万亿美元。好消息是方向对了：过去五年电解槽价格下降了50%，可再生能源成本也下降了50%到60%，业内相信到本世纪末这两个数字还会再降60%到70%。