氫是理想的蓄電池

氫作為儲(chǔ)存可再生能源電力的手段也備受期待。如果可再生能源采用量擴(kuò)大，吸收輸出功率變動(dòng)及儲(chǔ)存剩余電力將成為亟需解決的課題。通過(guò)利用氫有可能解決這些問(wèn)題。

東芝公司開(kāi)發(fā)出了新技術(shù)，利用可再生能源電力制造氫進(jìn)行儲(chǔ)存，以替代蓄電池。儲(chǔ)存的氫設(shè)想用于固體氧化物型燃料電池（SOFC）的燃料，同時(shí)供應(yīng)熱量和電力。

重工企業(yè)和汽車企業(yè)目前正在驗(yàn)證充分利用氫擴(kuò)大可再生能源采用量的系統(tǒng)。驗(yàn)證結(jié)果顯示，使用氫可以低成本存儲(chǔ)可再生能源剩余電力等。出處：HyGrid研究會(huì)

東芝電力系統(tǒng)公司電力及社會(huì)體系技術(shù)開(kāi)發(fā)中心高功能絕緣材料開(kāi)發(fā)部主管龜田常冶說(shuō)：“采用了與普通水電解方式相比能源效率較高、有助實(shí)現(xiàn)二氧化碳減排的方式�！�

這項(xiàng)新技術(shù)就是使用與SOFC同樣的陶瓷單元的“固體氧化物電解池”（SOEC）。通過(guò)將SOFC發(fā)電產(chǎn)生的幾百度高溫?zé)崃坑糜谒�電解反�?yīng)，提高了能源效率。

東芝稱，將可再生能源電力轉(zhuǎn)變?yōu)闅�、再重新轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏Φ哪茉磽p失為20％。而普通水電解方式的損失為40％。鋰離子電池的損失為4％，但另一方面，其成本較高，難以實(shí)現(xiàn)大容量蓄電系統(tǒng)。能夠儲(chǔ)存1000千瓦電力的NaS電池發(fā)生的損失為10%到40％。雖然成本也比較低，但可蓄電時(shí)間僅為10小時(shí)左右。如果是氫，還可采用一千到幾十萬(wàn)千瓦、規(guī)模更大的系統(tǒng)，儲(chǔ)存5天到7天。東芝今后將繼續(xù)推進(jìn)實(shí)證業(yè)務(wù)，力爭(zhēng)在2020年代實(shí)現(xiàn)實(shí)用化。

與鋰離子電池、NaS電池及抽蓄發(fā)電相比，制造氫儲(chǔ)存可再生能源電力能夠在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)存儲(chǔ)更多電力�！癝MES”指的是超導(dǎo)蓄電系統(tǒng)。 出處：東芝

氫的這些特性也能用于能源融通。作為其先例而備受關(guān)注的，是德國(guó)已開(kāi)始實(shí)施的“Power to gas”（P2G）項(xiàng)目。該國(guó)最大的電力企業(yè)意昂公司于2013年6月，在德國(guó)東北部啟用了利用可再生能源制造氫的成套設(shè)備。將氫輸入天然氣管道，用于燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電及鍋爐燃料。從水分解設(shè)備附近的2000千瓦風(fēng)電場(chǎng)接受電力供應(yīng)。

意昂開(kāi)展的業(yè)務(wù)實(shí)際上是P2G項(xiàng)目的一部分。此外，德國(guó)國(guó)內(nèi)還出現(xiàn)了利用剩余可再生能源電力制造氫的業(yè)務(wù)。

德國(guó)通過(guò)采取積極采用可再生能源的政策措施，在風(fēng)況較好的北部地區(qū)建設(shè)了多個(gè)風(fēng)電場(chǎng)。不過(guò)，電力需求地集中在南部地區(qū)。而且，還存在中部地區(qū)輸電網(wǎng)容量較低，無(wú)法從北部向南部融通電力的情況。為了解決這一問(wèn)題，官民聯(lián)盟合作啟動(dòng)了相關(guān)業(yè)務(wù)。在北部利用風(fēng)力發(fā)電制造氫，通過(guò)縱橫東南西北的管線進(jìn)行輸送，從而實(shí)現(xiàn)了在全國(guó)用于發(fā)電等。

在日本，川崎重工和豐田等參加的“HyGrid研究會(huì)”也提出了相同機(jī)制的可行性提案。由在能源領(lǐng)域開(kāi)展調(diào)查研究業(yè)務(wù)的Technova公司擔(dān)任秘書(shū)處。

該研究會(huì)稱，可再生能源豐富、但輸電網(wǎng)較為薄弱的地區(qū)有望成為氫供給源，在廣域經(jīng)濟(jì)圈內(nèi)構(gòu)筑互通有無(wú)的體制具有可行性。

比如，東北地區(qū)及北海道似可成為氫制造候選地。HyGrid研究會(huì)計(jì)劃2015年以后，通過(guò)技術(shù)實(shí)證試驗(yàn)，探討市場(chǎng)及相關(guān)商務(wù)模式。

多種多樣的氫運(yùn)輸方法

另外，HyGrid研究會(huì)還在研究通過(guò)轉(zhuǎn)變?yōu)榘钡然瘜W(xué)原料，使氫更易于運(yùn)輸?shù)氖址�。這個(gè)思路與千代田化工建設(shè)公司開(kāi)發(fā)的、使用“有機(jī)化學(xué)氫化物法”的氫運(yùn)輸及儲(chǔ)存技術(shù)相同。

“氫密度”越高，越可運(yùn)輸大量的氫�！胺悬c(diǎn)”與常溫之間的差較小、“提取氫所需的能源”越少，儲(chǔ)存及運(yùn)輸?shù)人�需的能源消費(fèi)量越少。出處：日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)（JST）

與壓縮氫、液體氫和甲基環(huán)己烷（MCH）相比，氨的氫運(yùn)輸量（氫密度）較大。并且，還可削減運(yùn)輸及儲(chǔ)存所需的壓縮和液化能源。此外，氨即使不經(jīng)過(guò)提取氫的工序，也能直接用于燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電燃料。

日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)（JST）環(huán)境能源研究開(kāi)發(fā)推進(jìn)部ALCA能源載體項(xiàng)目事務(wù)所運(yùn)營(yíng)總管秋鹿研一說(shuō)：“在氫的儲(chǔ)存及運(yùn)輸方面，存在氨及MCH等多種手段。用戶可根據(jù)具體用途及市場(chǎng)，選擇最佳手法，實(shí)現(xiàn)能源效率更高的氫利用�！弊鳛槿毡疚牟靠茖W(xué)省及經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省等的研究項(xiàng)目，JST目前正在調(diào)查氨等能源載體。

氫也是宇宙中最為豐富的元素。如果能夠用于實(shí)現(xiàn)低碳社會(huì)，對(duì)于人類來(lái)說(shuō)將是一大喜訊。不過(guò)，要充分加以利用還面臨許多課題。期待日本的技術(shù)能在解決這個(gè)問(wèn)題方面發(fā)揮重要作用。

日本必須制定到2050年的長(zhǎng)期減排目標(biāo)

日本需長(zhǎng)期削減溫室氣體排放量。在不利用氫的情況下，日本的電價(jià)可能會(huì)暴漲。

如果不使用氫，到2050年電價(jià)將會(huì)暴漲──2013年4月，日本能源經(jīng)濟(jì)研究所在一篇題為《旨在2050年實(shí)現(xiàn)低碳社會(huì)的氫能源定位及采用預(yù)測(cè)》的論文中，作出這樣的分析。如果日本為2050年制定了大膽的二氧化碳減排目標(biāo)，應(yīng)該采用何種電源構(gòu)成？論文對(duì)此進(jìn)行了預(yù)測(cè)。

出處：日本能源經(jīng)濟(jì)研究所《旨在2050年實(shí)現(xiàn)低碳社會(huì)的氫能源定位及采用預(yù)測(cè)》 情況0是指到2050年沒(méi)有設(shè)定大膽目標(biāo)的情況；情況1是指設(shè)定了到2050年二氧化碳減排65％的目標(biāo)，并且使用氫的情況；情況2是指設(shè)定了到2050年二氧化碳減排65％的目標(biāo)，沒(méi)有使用氫的情況。

將目標(biāo)設(shè)定為二氧化碳較1990年減排65％以上，使用氫的情況作為“情況1”；將設(shè)定同一目標(biāo)但不使用氫的情況作為“情況2”；將沒(méi)有設(shè)定這一大膽目標(biāo)的情況作為“情況0”。

在使用氫與未使用氫的情況下，出現(xiàn)較大差別是在2050年。雖然天然氣火力發(fā)電站會(huì)捕集封存二氧化碳，但情況1的火力發(fā)電燃料會(huì)從天然氣向氫轉(zhuǎn)換，利用氫生成的發(fā)電量將占到整體的16％。

如果是情況1和情況2，日本會(huì)征收碳稅等，導(dǎo)致火力發(fā)電成本增加。因此，電價(jià)與沒(méi)有設(shè)定大膽目標(biāo)時(shí)相比，每千瓦時(shí)會(huì)提高35.4日元。如果使用氫，則漲幅可控制在3.7日元。

論文指出，在核電利用無(wú)望擴(kuò)大的情況下，“討論長(zhǎng)期的二氧化碳減排目標(biāo)時(shí)，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到氫是實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的手段之一” 。

電價(jià)上漲會(huì)增加家庭的負(fù)擔(dān)、阻礙企業(yè)活動(dòng)。為了兼顧全球變暖對(duì)策及經(jīng)濟(jì)發(fā)展，需要推進(jìn)可選擇氫的技術(shù)開(kāi)發(fā)以及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。（作者：馬場(chǎng)未希，日經(jīng)能源環(huán)境網(wǎng) 供稿）