问题

未来你更看好现在的电池新能源吗?还是更看好氢能源?更或者是太阳能?

回答
这是一个关乎我们未来能源格局的重大议题,也是一个许多人在思考和争论的问题。从我(作为AI)的角度来看,未来能源的图景很可能是多元化的,不同技术将在不同领域发挥关键作用,而不是非此即彼的单一winner。但我可以详细地梳理一下目前来看,电池新能源、氢能源和太阳能这三者各自的优势、劣势以及它们在未来能源体系中的可能位置,希望能帮助你形成自己的判断。

一、 电池新能源(主要是锂离子电池)

优势:

成熟度和普及度: 这是当前最耀眼的新能源技术。从智能手机到电动汽车,锂离子电池已经深入到我们生活的方方面面。这带来了巨大的规模效应,使得电池的生产成本在不断下降,技术也在快速迭代。
能量密度和效率: 相比于其他储能技术,锂离子电池在能量密度(单位体积或质量储存的能量)和充放电效率上表现出色,这意味着它们能提供更长的续航里程(电动汽车)或更小的体积(便携设备)。
响应速度快: 电池的充放电速度非常快,能够瞬间提供或吸收大量能量,这对于电网的削峰填谷、稳定频率以及支持瞬时高功率需求(如电动汽车的加速)至关重要。
易于集成和控制: 电池系统的集成相对简单,控制技术也比较成熟,可以方便地连接到电网或集成到各种设备中。
应用场景广泛: 除了交通领域,电池也在储能电站、家庭储能、便携式电源等领域大放异彩。

劣势:

资源约束和环境影响: 锂、钴、镍等关键原材料的开采存在环境和地缘政治风险。大规模电池生产和报废处理也带来了新的环保挑战,回收技术仍在发展中。
能量密度天花板: 尽管能量密度在不断提升,但相比于化石燃料,电池的能量密度仍然有其物理极限。这限制了在某些对能量密度要求极高的场景(如长途重载运输、航空)的应用。
充电时间: 尽管快充技术在进步,但与加油相比,充电时间仍然较长,对于有即时能源补充需求的用户来说是一个痛点。
寿命和衰减: 电池的寿命是有限的,随着充放电次数的增加,其容量会逐渐衰减,需要定期更换,这增加了长期使用成本和废弃物处理的压力。
安全性: 高能量密度的电池在极端情况下可能存在热失控的风险,虽然安全技术也在不断进步,但这仍然是需要持续关注的问题。

未来看好度: 非常看好,但会继续演进。 锂离子电池作为当前的“主力军”,在可预见的未来仍然会是交通和储能领域的核心。但我认为它不会是唯一的答案。未来的电池技术会朝着更高能量密度、更长寿命、更快充电速度、更低成本以及更环保的材料(如固态电池、钠离子电池等)方向发展。它更像是“高效的中间站”,负责在发电端和用电端之间存储和调配能量。

二、 氢能源

优势:

零排放的终端使用: 氢气在燃烧或通过燃料电池转化时,唯一的产物是水,实现了真正的零排放。这对于减少碳排放、治理空气污染具有颠覆性意义。
高能量密度(按质量计): 氢气按质量计算的能量密度非常高,远超化石燃料和电池。这意味着在重量是关键的领域(如重型卡车、飞机、船舶),氢能有天然优势。
储能和能量转移: 氢可以被视为一种“二次能源”或“能量载体”。它可以储存起来(通过压缩、液化或化学结合),并在需要时用于发电或驱动车辆,这使得它成为解决太阳能、风能等间歇性能源长期、大规模储能的有力候选者。
多样的制备方式: 氢可以通过多种方式制备,包括电解水(绿氢)、天然气重整(灰氢/蓝氢)等。如果电解水的能源来自可再生能源(绿氢),则整个链条实现零排放。
应用场景多样: 除了交通,氢在工业(如炼钢、化工)、发电(氢燃气轮机)、建筑供暖等方面都有巨大的潜力。

劣势:

制备成本和效率: 目前,制备“绿氢”(利用可再生能源电解水)的成本仍然较高。整个制备、储存、运输、使用过程中的能量损耗也比直接使用电力要大。
储运挑战: 氢气密度低,需要高压压缩或超低温液化才能有效储存和运输,这都需要大量的能量和昂贵的设备,增加了成本和复杂性。
基础设施建设: 建立一套完善的氢能基础设施(加氢站、输氢管道等)需要巨额投资,目前还非常不成熟。
安全性: 氢气易燃易爆,虽然有成熟的安全技术,但在公众认知和实际操作中仍需要谨慎处理。
“灰氢”的碳排放: 目前市面上大部分氢气是通过化石燃料制备的“灰氢”,其生产过程会产生大量的碳排放,与减排目标背道而驰。

未来看好度: 非常看好,尤其是在特定领域和作为储能介质。 氢能源不是要取代电池,而是填补电池难以触及的“空白”。我尤其看好它在以下几个方向:
重型交通: 长途卡车、公交车、重型工程机械、船舶、甚至未来的飞机,其对能量密度和快速补能的需求,电池很难完全满足。
工业脱碳: 钢铁、化工等行业是主要的碳排放源,氢气作为还原剂或燃料,是这些行业实现脱碳的有效途径。
大规模、长周期储能: 当太阳能、风能发电量过剩时,可以将多余的电能用来制氢,将氢气储存起来,并在需要时通过燃料电池发电,这是一种理想的长周期储能方案,可以解决电网的季节性波动问题。
城市供能: 区域性制氢并在燃气管网中混合输送,或直接用于燃料电池发电供暖,也是一个潜在的应用方向。

三、 太阳能

优势:

取之不尽,用之不竭: 太阳光是地球上最丰富的可再生能源,其能量潜力巨大,只要有阳光,就能产生电力。
分布式发电的潜力: 太阳能发电可以非常灵活地部署,从大型地面电站到屋顶光伏,实现就近发电、就近消纳,减少输电损耗,提高能源利用效率。
成本快速下降: 过去十几年,太阳能光伏发电的成本下降速度惊人,已经成为许多地区最便宜的新增电力来源之一。
技术持续进步: 光伏电池的转换效率不断提升,新材料和新技术的应用(如钙钛矿电池)预示着未来成本的进一步下降和性能的提升。
对环境友好: 太阳能发电本身几乎不产生温室气体和污染物,是清洁能源的典范。

劣势:

间歇性和不稳定性: 太阳能发电受天气、昼夜等因素影响,发电量不稳定且具有间歇性,无法24小时持续稳定地提供电力。
能量密度低(指集热面积): 要产生足够的电力,需要大面积的太阳能电池板,其能量密度相对较低。
需要储能配合: 为了克服其间歇性,太阳能发电必须与储能系统(如电池、抽水蓄能、氢能等)配合使用,才能实现稳定供电。
占地面积: 大型太阳能电站需要占用较多土地,虽然可以利用荒地、屋顶、水面等,但在一些土地资源紧张的地区可能是一个限制。
受地理位置影响: 不同地区的光照资源差异很大,影响了其发电效率和经济性。

未来看好度: 绝对的基石能源,不可或缺。 我认为太阳能将是未来能源体系的“基石”之一。随着成本的持续下降和效率的不断提升,它将成为主要的发电来源。但它不能孤军奋战,必须与储能技术(特别是电池和可能的氢能)结合,才能真正发挥其潜力,为我们提供可靠、清洁的电力。分布式太阳能的发展,也将深刻改变我们对能源生产和消费的认知。

总结和展望:

如果让我来“看好”谁,我会说:

太阳能是“源头活水”: 它的潜力最大,成本最低,是未来电力供应的主要组成部分。
电池是“能量的毛细血管”: 它是实现太阳能(以及风能等)价值的关键,负责在不同时间、不同地点高效地存储和释放能量,特别是在交通和分布式储能领域。
氢能源是“重型载体和长时储能的解决方案”: 它将在电池难以满足的领域(如重载交通、工业)发挥关键作用,并且是解决可再生能源季节性波动的潜在主力。

我认为未来的能源体系更像是一个“协同作战”的生态系统:

太阳能和风能 提供主要的绿色电力。
电池 (特别是各种化学电池)负责短时、高频的储能和调峰,以及为电动汽车提供动力。
氢能源 负责为重型交通、工业提供脱碳解决方案,并作为长周期、大规模的储能介质,配合电网实现更高比例的可再生能源接入。
电网 本身需要智能化升级,以更好地管理这些分布式、间歇性的能源。

因此,我并不认为这三者之间是“谁取代谁”的关系,而更像是“谁补充谁”、“谁协同谁”的关系。

从“我”的角度(AI), 我看到的是一个更加智能、高效、多元化的能源未来。技术的进步总是沿着降低成本、提高效率、减少环境影响的轨道前进。目前来看,太阳能和电池技术的发展最为迅猛且已深入人心,它们是构建清洁能源体系的“必选项”。而氢能源虽然挑战重重,但其解决特定痛点的潜力巨大,是“锦上添花”甚至“不可或缺”的补充。

最终的赢家,将是那个能够最有效地将这些技术整合起来,为人类社会提供稳定、负担得起、清洁能源的系统。我对此充满期待。

网友意见

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不是电池新能源啊,券商的电新是电力及新能源的简称。

2030年前不好看氢能。后面再说。

从国家政策层面上来说,

太阳能是比较成熟的技术了,其中以光伏为代表。

全面推进风电、太阳能发电大规模开发和高质量发展,坚持集中式与分布式并举,加快建设风电和光伏发电基地

卷了多年以后,光伏电池片在进入PERC技术以后基本解决了最关键的平价上网问题。

现在卷TOPCon、HJT、钙钛矿等等,不过PERC已经很能打了。

但很多PERC产线可能还会用很多很多年。

氢能源现在还完全不经济。

懒得分析了,就说时间点吧,中国氢能什么协会预计:

2030-2035 年实现氢能源燃料电池汽车的大规模应用,氢能源汽车保有量达到 100万辆左右。2025 年加氢站至少 1,000 座,成本下降至 40 元/kg;2035 年加氢站至少5,000 座,成本下降至 25 元/kg。

根据国家规划,到2030年还是探索应用:

加快氢能技术研发和示范应用,探索在工业、交通运输、建筑等领域规模化应用。

这个保有量还比不上目前用锂电的汽车的两三个月销量。

贼惨。

至于有人说氢燃料电池用在重卡上。

目前燃料电池输出功率不够的。

储氢能力也不够的。

不要乱说。

电池这块倒不如太阳能那么能打。

主要还是锂矿在海外。

光伏这一堆东西都属于炼沙子就能做出来的。

电池不行,电池得炼矿,矿不在国内就莫得办法。

折腾钠电池也是莫得办法,毕竟自主可控(bushi)。


大概就这些。

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这题下面,做投资的朋友比较多。但我希望,你们能多听听我们真正做技术的人的观点。


首先讲一句,化学电池和氢能/太阳能,这本身就是两个概念。因为化学电池比如锂电池更多是提供一个储能的环境,而氢能,太阳能,以及风电,生物柴油,包括传统的煤电火电水电,更多是给你在发电。这就好比电脑的硬盘和内存的关系(虽然他们都叫存储器)。


我的回答就一句话:在新能源这个行业,什么东西可以做成工程,那就用什么。而目前来看,以半导体工程为基础的太阳能电池,尤其是硅电池及其变种,是被认为在新能源行业里,最为成熟的一套工程方法。


同时,在化学电池行业,锂电池是目前,比较成熟的一种技术。但是很遗憾,我不是化学电池方面的专家,这方面我不会多谈。


但是请你们一定要记住,我的定语是,目前来看,半导体工程硅电池,是最为成熟的方法,但我绝对没有否认,比如,钙钛矿系列电池产生重大突破,或者氢能源产生重大突破的可能性。不管这种可能性是10%,1%还是0.1%。


我给各位举个例子,在当年日本的战国时代,织田信长明明已经几乎实现了天下布武的理想,但是突然之间,手下明智光秀发动了一场本能寺之变,杀织田信长。日本的天下格局,从此再次大变。


现在明白我意思了吧?不管,硅基以及化合物基太阳能电池技术在目前发展看起来是多么的成熟和靠谱,我们都不可以完全拒绝相信,其他技术发生重大突破的可能性。


比如钙钛矿系列的材料,是否真的存在一种稳定的工程路径实现其稳定性的重大突破呢?


接着我要谈第二个点,那就是,新能源,从来都是一种工程技术。你要把它做出来,do it,其次是要实现廉价而鲁棒的mass production,这样的新能源才有意义。


我给大家举个例子。做太阳能电池的一定知道Shockley-Queisser limit(S-Q limit)。它指的是单PN结电池在AM1.5G的条件下所能达到的极限。目前你们投资行业炒的年度光伏之争:是TopConn还是HJT @诗与星空 它本质上还是没有突破S-Q limit的藩篱。


其实只要一旦有任何可以突破S-Q limit的太阳能电池得到量产,那么能源供应问题就会被解决一大半。包括你做氢能还有安全问题。这就好比我们有一个小目标叫做财务自由,持有多少资产,持有多少股票,持有多少比特币,持有多少房产都可以帮助我们实现这个目标。但是问题核心并不是我们要有多少比特币或者多少房产,而是我们如何去实现这一目标。


但是在实验室条件下,几十年前就有了非常成熟的方法论来实现超S-Q limit的电池的fabrication。其中最典型的案例就是热载流子电池以及多结高效电池(又名,先进高效第三代太阳能电池。我本人博士论文就是做这个第三代太阳能电池的数值建模研究工作的)。


但是这个东西,在目前你根本没法投入大规模的使用。成本原因。因为如果用比较便宜的材料比如硅做base cell的话那么需要非常昂贵的设备(其实这个实验条件目前学界还是做的不是很清楚,我导师以及美国OSU大学 ECE的教授们就是这个问题的专家,连他们都对这个工艺摸得不是很透),如果你要用一个相对成熟的工艺也就是用锗做基底的话,那么成本又是无法被cover掉的。但其实在第一个问题里面,用硅实现多结电池非常难,原因无非就是硅和化合物薄膜之间的晶格失配会达到4%,而锗只是1%。一分钱可以难倒英雄汉,就这小小的3%的效率差距照样可以卡住全世界的科技精英30年。


新能源这个东西他就是一个工程问题,就是大佐讲的打灰问题,非常唯物。你做出来,他就是有,你做不出来,他就是没有。你要辩经没用,因为热力学与统计力学定律才懒得和你辩经。


所以各位明白了吗?有很多非常难的课题,我们只要把其中的一个做成,那么就是胜利。只是从目前来看,硅基和化合物基的光伏技术是最为可靠的一种。

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