电是二次能源，也是用户端终极能源形式

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。

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。

作者简介

雷洪钧博士，扬子江汽车集团高级工程师、总经理助理（总工程师），中国国电子节能技术协会节能与新能源汽车专家委会专家，国家建设部城市车辆专家委员会理事，全国交通职业教育指导委员会汽车技术专业类指导委员会聘请的专家讲师，中国公路学会客车分会客车市场研究员，中国土木工程学会城市公交学会客车专家委会副主任，中国标准化协会理事，中国管理科学研究院担任过特聘研究员、中科电动汽车产业联盟首席研究员。