雷洪钧：电是二次能源，也是用户端终极能源形式
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来源：新车网
时间：2018-11-26
当前在讨论氢能产业及氢能汽车的发展时，有专家提出，氢是终极能源；也有专家质疑地提出，氢不是终极能源。笔者的理解是，提出“终极能源”这个概念还是有积极意义的：如何理解“终极能源”，对目前能源结构转型的理论探讨很有帮助。笔者经过认真研究，得出的结论是，电是二次能源，也是用户端终极能源形式。
一、如何理解“终极能源”的概念
地球上的能源来自天上的太阳，这是基本常识。如果认为太阳有无限的生命力，地球上的能源就不会枯竭。这个道理在逻辑上是行得通的。但是就具体能源形式而言，煤炭、天然气、石油等化石能源，最终将会枯竭。这个道理，大家也基本认可。后来有报道说，地球对天然气、石油等化石能源有自我修复能力，说科威特和伊拉克的油田能持续出油，不会枯竭。进而提出了“天然气、石油枯竭是骗局“的结论。到目前为止，也没有权威的专家出面，予以肯定或者否定。
但是，行业内外对如下客观事实的认可，还是基本一致的。
①人们对幸福生活的追求，人类消耗化石能源速度越来越快了。化石能源，消耗的量也是越来越大；
②化石能源的源消耗现状，对人类的生存环境即主要是指空气、水、土壤三个方面，破坏力度也是空前的；
③当前过度消耗化石能源直接导致城市空气污染的日益加重，问题已经比较严重。
为了改变目前对化石能源依赖度，政治家提出了发展新能源的理念。但是什么是新能源呢?这个是科学家要回答的问题。科学家已经早提出了“能量守恒定律”，即能源消耗的过程是能量形式的转化而已。用科学家观点解释，能源只有形式的不同，没有新旧之分。于是科学家又提出了“清洁能源”的概念，这里的清洁是相对人生存环境而源的。无论是“新能源或者清洁能源”的提法，到了工程技术层面，就是“要用新形式的能源，来保证人类生存环境是清洁的、是绿色的”。见图1。
接下来，用一用句话表述：目前能源结构必须要优化，优化就是要转型。往哪个方向转型？如何转？于是主张发展氢能产业及氢能汽车的人，提出了“氢是终极能源”。其意思是其他能源要朝氢能方向转型。如果“氢是终极能源”的提法是正确的、科学的，自然一件大好事。
二、“氢是终极能源”吗？
自然界里，氢分子结构最简单，常态下是气态的。在常态下，人们可以直接用地面上的木材（草）烧水、做饭；地下煤、天然气、石油等化石能源可以直接做为工业用。在中学化学课本里，有电解水产生氢气（见图2），氢气是可以燃烧的实验。但是能燃烧的物质，不一定是能源，比如说，木材（草）。
什么是能源呢？关于能源的定义，目前约有20种。通俗的解释：能源是自然界中能为人类提供某种形式能量的物质资源。实际上，这个物质资源要能上升到国家掌控层面的高度来，才是目前要讨论的、通常意义上的能源。或者说，能源是国家战略层面要把控的物质。
对氢能开发和利用，目前已经提高到了国家能源战略层面了。当然，对今天而言，氢能是能源了，是国家层面提倡、要重点开发和利用的能源了。
但是，氢是终极能源吗？这个要科学论证了。显然，目前下这个结论为时过早。但是下面的结论，还是可以得到认可的：
①常态下，氢气是可以燃烧的，是符合人们对能源概念的一般性理解；
②电解水产生氢气，也是常见的、工业上的生产方式，即电能消耗后，可以变成氢能。于是太阳能、风能（见图3）转化成电，进一步再转变成氢能。
③化石能源加工过程中有富氢产生，也是能源的转化。
氢能被人类利用的形式基本有两种，一是氢气燃烧做功，历史上有过氢气内燃机。
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目前也有不少科学家在研发这类发动机，供车用。二是通过电化学的方法，氢气加氧气变成水和电能。这个装置，就是目前大家在讨论的氢燃料电池。
氢能燃烧做功，其他能源也在燃烧做功。这一点，就不能说氢是终极能源。氢气加氧气变成水和电能，接下来，最后是电在做功。这就再次说明，氢不是终极能源。但是氢气已经是比较清洁的能源了。
三、氢气可以做二次能源，同时是比较优秀的储能介质
电不是分子层面的物质，看不见，摸不着。所以说，电自己没有能力将自己的能量存储起来。电能必须转化，借电池的正负极物质存储能量。氢气是分子层面的物质，氢气自己具有能量。其能量大小与其物质（分子数量）多少成正比。
可以这样理解，氢源于其他能源的转化，在单位体积内，氢气分子数量越多，其存储能量越多。用高压办法存储在工业罐瓶里（见图4），可以提高氢能比重（密度）。
换一句话，氢气可以做二次能源，同时也是比较优秀的储能介质。氢气作为能源存储介质，有独特的优势：
①氢是气体，可以压缩气体、还可以是液体。这个比压缩空气、压缩惰性气体有优势；
②氢气可以通过电化学的办法，直接将氢能转化成电能。天然气做不到，必须要燃烧做功，再才能发电。
在大力提倡新能源推广应用的今天，太阳能、风能等，并不具备直接提供给终端用户使用的能力。即使发了电，这个电上网比较困难，离终端用户距离较远。终端用户对这种电，也只能望梅止渴。
于是，能看到氢气的是比较优秀的储能介质，尤其是电能存储介质，其意义重大。
化学存储电能的装置是电池，氢气是物理存储电能的介质，氢燃料电池是电化学方法，能把氢能转化为电能，电能再做功，服务于终端用用户。
四、经过上面的推导，得出的结论
①电是二次能源，也是用户端终极能源形式；
②氢气可以做二次能源，同时是比较优秀的储能介质；
③氢气可以做功，但是终极能源，用氢气发电是最好的模式。
理解了电是用户端终极能源形式，其意义重大：
①发展新能源汽车，就是发展电动汽车；
②发展电动汽车，就可以拉动不同的新能源的充分利用；
③氢能汽车也是电动汽车的一种；
④保持内燃机模式的混合、增程动力的电动汽车，是权宜之计，是三电技术和氢能技术不太成熟期的过渡产品。
注：本文作者雷洪钧博士为扬子江汽车公司高级工程师，中科智能网联汽车科学院院长，中国新能源企业家俱乐部专家委员会主任（为12月份的“2018中国新能源企业家俱乐部（SNEC）年会”提供支持）。
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