燃料电池、氢能与电动车：2.5突破性技术

在建立能源情景的时候，一个关键问题是怎样处理所谓的“突破性”技术。突破性技术的一个很好的例子是移动电话，它迫使现在的电信公司重新考虑他们的整个商业策略，从而改变了发达国家很多人的生活和工作方式。与能源市场发展规划极度相关的移动电话可以使发展中国家的新用户越过以电话线为基础的网络。

最显著的有潜力的突破性能源技术是燃料电池，无论在什么地方只要有合适的燃料供应，它就能够按要求提供安静、清洁的电能。其应用不仅包括移动电源、汽车和远程的静止的电力，也包括跨越这些应用边界的混合系统；因此，一个小汽车可以变成一个移动发电厂，为那些缺乏电力的当地电网提供电能，或者为偏僻的住宅或者露营提供离网电力。低温燃料电池需要氢和氧（通常从空气中获得），并在使用的时候只释放水蒸气，潜在的困难是怎样产生所需要的清洁的氢，这是最主要的，以及怎样在汽车中储存足量的氢能来保证一段合理的行程。高温燃料电池可以接受碳氢化合物燃料，但是很显然，在使用的时候会释放二氧化碳到大气中。现在用来生产氢的最经济的方法是天然气蒸汽重组法，这个过程不可避免地会生成二氧化碳。“氢经济”的许多支持者都假想通过可再生电力电解最终生成大量的氢，但是根据电力部门关于电力结构的预测，可再生电力很少能超过“常规”需求的50%（也就是说，从现有的市场推断，不考虑运输部门的大量增加）。任何一种这样的转变都会对那些保守的、迟钝的电力部门造成严重的冲击。限碳世界的危害是，清洁的燃料电池车辆将引起对电力的需求，而这些电力需求只能通过保持最脏的污染厂处于运转状态来得到满足，否则这些燃料电池汽车辆就已经退出了历史的舞台。

蓄电池车辆和生物燃料生产中也出现了相似的潜在冲突，生物燃料是利用可能已经燃烧过或气化过的生物质来生成电能。(www.xing528.com)

Ogden^[6]研发了很多可能的氢能源系统结构方案。Kruger^[7]预测了世界客运车辆对用于电解氢为其提供燃料的电力需求。Dutton等人^[8]研发了一种定量的、集成能源运输模型，这种模型可以同时顾及两种需求，即运输部门生产氢气所需的额外能源需求，以及根据现有电力应用推断的同步需求的期望增长量。这种模型被用于英国的一个氢经济发展研究案例中，其背景情景与SRES情景很相似。结果表明，如果政府不干预激励，氢能是惟一可能用于利基应用的能源。但是，那样的话，到2050年前，如果政策能够使氢能需求快速增长到占据陆地运输和空运燃料的90%，那么对额外的可再生能源、核能和碳捕获能力的需求将很难满足。

假设大规模转变到以电解氢作为运输燃料，Kruger^[7]对电力基础设施的需求进行了评估。只考虑电解所需的能量（因此忽略了存储和运输最终产物氢所需要的能量），据Kruger预测，到2050年大多数（实际是90%）世界客运车辆对氢燃料的电力需求大约增加18700TW·h，大体相当于2006年的世界总发电量（见表20.2）。如果把货运车辆和快速增长的空运也包括在对现有电力需求的综合分析推断内，Dutton等人^[8]预测2050年英国的电力需求将会高达2000年的3倍。用于空运的氢能非常可能需要液化，这会增加30%的额外能耗。这些都是大规模的能源需求，比当前想象的电网需要更大规模的可再生能源基础设施。如果氢成为一种可供选择的燃料，那么可能需要更有创新性的生产方法；正在研究中的主要可选方法包括生物发酵、通过热化学循环产生的核热以及采用太阳能光催化直接分解水。