圖1. FH2R示范項目
石油，天然氣，煤炭等化石燃料作為當下的主要能源，使用中伴隨著的污染物排放以及其自身的枯竭問題加速了人類尋找可再生能源的步伐。雖然核能也是一種清潔能源，但是【3.11】海嘯中受災的福島核電站，依然讓一些人【談核變色】。此外，氫氣作為一種環(huán)境負荷極低的能量載體，被譽為次世代的燃料。
圖2. 氫能源社會構(gòu)想圖丨《エネルギー変換型光觸媒》第一章第七頁
直接將太陽能轉(zhuǎn)化為化學能是理想的制氫途徑，但目前利用光催化全分解水制取氫氣的技術(shù)仍然在研究開發(fā)中(ps：無犧牲劑，H2和O2比率是2比1，H2和O2的分離可以通過使用分離膜來實現(xiàn))。除了光催化分解水之外，由于近年一些可再生能源的開發(fā)，造成了在特定時期的電能產(chǎn)量過剩的問題，高效的儲存這些過剩的電力也成為了研究的焦點。鋰電池的能量儲存大概在0.36 ~ 0.90 kJ/g左右，而氫氣則是142 kJ/g，兩者差了三個數(shù)量級左右。因此，氫氣成為了理想的能量載體。
基于以上背景，日本多家機構(gòu)聯(lián)合發(fā)動了再生能源制氫示范項目“FH2R”，涉及過剩能源電解水制取氫氣，氫氣的儲存以及氫氣的實用化方面。該項目于前不久竣工。以下是相關(guān)新聞報道及FH2R的介紹。
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1. FH2R示范項目的背景
氫氣可以大量并長期儲存電能，也是一種可以長途運輸?shù)哪芰枯d體。另外，作為燃料電池中的燃料又可以發(fā)電和驅(qū)動汽車。將來，期望利用源自可再生能源的氫氣來建立從生產(chǎn)到使用的無二氧化碳（CO2）的氫氣供應系統(tǒng)。
此外，日本政府于2017年12月頒布的《氫能源基本戰(zhàn)略》中指出，隨著可再生能源的引入和輸出控制量的增加，利用可長期大規(guī)模儲存電力的氫氣（Powder-to-Gas）進行過剩能源的儲存是必要的。所以，對于氫氣的能量存儲和利用，不僅要利用電力系統(tǒng)的供需平衡調(diào)整功能（需求響應）來最大化輸出波動較大的可再生能源，而且還要根據(jù)氫的供需預測來優(yōu)化系統(tǒng)的運行，這也是該示范項目中重點研究的對象。
有鑒于此，日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機構(gòu)（NEDO），東芝能源系統(tǒng)，東北電力，以及巖谷產(chǎn)業(yè)，于2018年以來，在福島縣浪江町建設了世界最大級（10 MW），可利用再生能源制取氫氣的FH2R（FukushimaHydrogen Energy Research Field）示范項目，于2020年二月底竣工并投入運行（圖1）。
該設施旨在通過調(diào)整電力系統(tǒng)的供需平衡，在不使用蓄電池的情況下最大限度地利用輸出波動較大的可再生能源，并建立清潔，低成本的制氫技術(shù)。產(chǎn)生的氫氣將用于固定燃料電池的發(fā)電，以及燃料電池汽車和燃料電池公共汽車。
2. FH2R的概要
FH2R使用安裝在180,000 m2場地上的20MW光伏電力，通過世界一流的10 MW氫氣生產(chǎn)系統(tǒng)電解水，每小時產(chǎn)量達1200 Nm3，并能儲存和供應氫氣。
氫氣的生產(chǎn)和儲存基于市場氫氣需求預測系統(tǒng)。另外，通過調(diào)整制氫設備產(chǎn)生的氫氣量來調(diào)整電力系統(tǒng)的供需平衡。該示范操作的最大挑戰(zhàn)是，在不使用蓄電池的情況下，使用氫能操作系統(tǒng)實現(xiàn)制氫/儲氫與電源/需求平衡調(diào)整的最佳組合。
圖3. 氫能的生產(chǎn)、儲存、運輸及供給
FH2R未來將進行示范操作，以驗證將電力系統(tǒng)的需求響應和氫氣供需與具有不同運行周期的設備相結(jié)合的最佳運行控制技術(shù)。
另外，F(xiàn)H2R產(chǎn)生的氫氣將主要使用壓縮氫氣拖車和可搬式超低溫容器進行運輸，提供給福島縣和東京等地區(qū)的客戶。
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寫在最后：
FH2R項目是光伏驅(qū)動的，而在中國遼闊的土地上光照資源相當豐富，相關(guān)技術(shù)（包括發(fā)電、產(chǎn)氫、儲存運送、供需優(yōu)化調(diào)整系統(tǒng)等）大有用武之地。對此，你有什么看法？歡迎留言探討。
本文參考自：
日本New Energyand Industrial Technology Development Organization
