世界上最大的电解水制氢项目正式竣工，氢能入户不是梦！

Ceria

2020-03-13

图1. FH2R示范项目

石油，天然气，煤炭等化石燃料作为当下的主要能源，使用中伴随着的污染物排放以及其自身的枯竭问题加速了人类寻找可再生能源的步伐。虽然核能也是一种清洁能源，但是【3.11】海啸中受灾的福岛核电站，依然让一些人【谈核变色】。此外，氢气作为一种环境负荷极低的能量载体，被誉为次世代的燃料。

图2. 氢能源社会构想图丨《エネルギー変換型光触媒》第一章第七页

直接将太阳能转化为化学能是理想的制氢途径，但目前利用光催化全分解水制取氢气的技术仍然在研究开发中(ps：无牺牲剂，H₂和O₂比率是2比1，H₂和O₂的分离可以通过使用分离膜来实现)。除了光催化分解水之外，由于近年一些可再生能源的开发，造成了在特定时期的电能产量过剩的问题，高效的储存这些过剩的电力也成为了研究的焦点。锂电池的能量储存大概在0.36 ~ 0.90 kJ/g左右，而氢气则是142 kJ/g，两者差了三个数量级左右。因此，氢气成为了理想的能量载体。

基于以上背景，日本多家机构联合发动了再生能源制氢示范项目“FH2R”，涉及过剩能源电解水制取氢气，氢气的储存以及氢气的实用化方面。该项目于前不久竣工。以下是相关新闻报道及FH2R的介绍。

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1. FH2R示范项目的背景

氢气可以大量并长期储存电能，也是一种可以长途运输的能量载体。另外，作为燃料电池中的燃料又可以发电和驱动汽车。将来，期望利用源自可再生能源的氢气来建立从生产到使用的无二氧化碳（CO₂）的氢气供应系统。

此外，日本政府于2017年12月颁布的《氢能源基本战略》中指出，随着可再生能源的引入和输出控制量的增加，利用可长期大规模储存电力的氢气（Powder-to-Gas）进行过剩能源的储存是必要的。所以，对于氢气的能量存储和利用，不仅要利用电力系统的供需平衡调整功能（需求响应）来最大化输出波动较大的可再生能源，而且还要根据氢的供需预测来优化系统的运行，这也是该示范项目中重点研究的对象。

有鉴于此，日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO），东芝能源系统，东北电力，以及岩谷产业，于2018年以来，在福岛县浪江町建设了世界最大级（10 MW），可利用再生能源制取氢气的FH2R（FukushimaHydrogen Energy Research Field）示范项目，于2020年二月底竣工并投入运行（图1）。

该设施旨在通过调整电力系统的供需平衡，在不使用蓄电池的情况下最大限度地利用输出波动较大的可再生能源，并建立清洁，低成本的制氢技术。产生的氢气将用于固定燃料电池的发电，以及燃料电池汽车和燃料电池公共汽车。

2. FH2R的概要

FH2R使用安装在180,000 m²场地上的20MW光伏电力，通过世界一流的10 MW氢气生产系统电解水，每小时产量达1200 Nm³，并能储存和供应氢气。

氢气的生产和储存基于市场氢气需求预测系统。另外，通过调整制氢设备产生的氢气量来调整电力系统的供需平衡。该示范操作的最大挑战是，在不使用蓄电池的情况下，使用氢能操作系统实现制氢/储氢与电源/需求平衡调整的最佳组合。

图3. 氢能的生产、储存、运输及供给

FH2R未来将进行示范操作，以验证将电力系统的需求响应和氢气供需与具有不同运行周期的设备相结合的最佳运行控制技术。

另外，FH2R产生的氢气将主要使用压缩氢气拖车和可搬式超低温容器进行运输，提供给福岛县和东京等地区的客户。

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写在最后：

FH2R项目是光伏驱动的，而在中国辽阔的土地上光照资源相当丰富，相关技术（包括发电、产氢、储存运送、供需优化调整系统等）大有用武之地。对此，你有什么看法？欢迎留言探讨。

本文参考自：

日本New Energyand Industrial Technology Development Organization