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“氢社会”能否到来将取决于燃料电池车的成败

作者:新闻中心 来源:日经能源环境网 发布时间:2013-05-30 浏览:
     中国储能网讯:作为新一代能源系统,“燃料电池”及为其供应氢燃料的“氢基础设施”再次受到关注。2015年~2017年,日本三家汽车厂商将正式上市由燃料电池驱动的“燃料电池车”(FCV)。并且,日本10家能源供应商宣布,在2015年之前将在日本国内建成100座加氢站。日本争取在2030年之前建成5000座加氢站。 
 
    而且,日本由于电力短缺问题日趋严重,一直在推进大量采用太阳能发电等可再生能源,因此,为了实现电力消费削峰及电网稳定而充分利用氢基础设施和燃料电池的趋势也在增强。 
 
    以氢基础设施和燃料电池为核心,将氢气作为二次能源(能源介质)进行流通的“氢社会”即将到来,这种说法由来已久。早在2002年,丰田汽车公司和本田公司就已开始租售FCV,但后来被纯电动汽车(EV)热潮淹没了。现在氢基础设施建设有了明确的发展计划,因此这个话题又被提了起来。 
 
    与加油站并设加氢站 
 
    氢基础设施中,日本目前已建成13座加氢站,而且着眼于商用化的加氢站已经问世。吉坤日矿日石能源公司于2013年4月19日,在海老名市中新田加油站中并设了供应氢气的“加氢站”(图1)。 
 
    图1:与加油站并设的加氢站(摄影:吉坤日矿日石能源)
 
    这是日本首次尝试在现有加油站里设置加氢站。这样做的好处是服务效率高、方便用户及实用性强。 
 
    该加氢站采用“异地输送”方式,就是用专用拖车将在吉坤日矿日石能源根岸炼油厂制造的氢气运到加氢站,储存在储气罐里。充气压力为700个大气压。日本计划将来建立与汽油供应链一样的氢供应体制,运送制氢厂等大量、高效率生产的氢气,“异地输送”就是适合在燃料电池车全面普及后大量供应氢气的方式。 
 
    以前,在市区与加油站并设700气压加氢站受到限制,而2012年11月日本政府修改了《普通高压气体安全标准》后,就不再受限。 
 
   利用纯氢可提高发电效率 
 
    4月19日,神奈川县主办了题为“神奈川掀起氢气革命——新一代能源的主角是氢气”的研讨会。神奈川县知事黑岩祐治亲自担任协调人,召集吉坤日矿日石能源社长一色诚一、日产汽车副社长山下光彦等有识之士,举行了专题讨论会,就如何在拥有制氢联合企业、适合建设氢基础设施的神奈川县创建示范项目,推动FCV和固定式燃料电池的普及展开了讨论。 
 
    在燃料电池的实用化方面,日本市场上已有了采用固体高分子型燃料电池(PEFC)的家用热电联产系统“ENE-FARM”,预计2013年累计设置量将超过4万台。ENE-FARM使城市燃气的主要成分甲烷在重整器中发生化学反应,生成作为燃料电池燃料的氢气。 
 
    如果车用氢基础设施得到完善,通过将其转用于家庭和商业用途,那么以后就无需使用重整器了。也就是说,可以通过使用“纯氢”提高发电效率。 
 
    有关方面正在重新评估发电效率更高的固体氧化物型燃料电池(SOFC),日本国内也开始投产家用SOFC,这些对氢基础设施的建设也将起到推动作用。如果SOFC也能使用纯氢,那么发电效率就有望进一步提高。 
 
    用燃料电池车为生态屋供电
 
    关于燃料电池,最近还有一个值得关注的动向,那就是不单独使用燃料电池系统,而是将之与家庭、大厦及工厂连接起来,用于削峰和稳定电网。 
 
    日本自东日本大地震后电力一直短缺,削峰需求巨大。而且,还计划大量采用太阳能发电等输出不稳定的可再生能源,因此稳定电网的需求也很大。 
 
    例如,本田于2013年4月宣布,作为“北九州智能社区创建事业”的共同实证实验,开始利用该公司的燃料电池车“FCX Clarity”进行为家庭供电的实验。具体就是,与地区能源管理系统(Community Energy Management System,CEMS)联动,由FCX Clarity为北九州市环境博物馆内的北九州生态屋供电,以验证电力错峰效果(图2)。此外,还将验证在紧急情况下FCX Clarity作为可移动发电设备使用的实用性。 
 
    图2:用燃料电池车为家庭供电(摄影:本田)
 
    在北九州智能社区创建事业中,丰田采用了两辆燃料电池叉车,通过管道输送炼铁厂副产的氢气,建设了一座加氢站。该公司进行的实证实验是,根据CEMS发出的指令,通过叉车在不工作时向工厂电力系统供电,以实现工厂及整个地区的错峰。 
 
    北九州市率先启动了“氢城项目”,已在“生命之旅博物馆”设置了磷酸型燃料电池。该项目通过管道向燃料电池输送钢铁厂副产的氢气以进行发电,并将发电废热用作吸收式制冷机的热源。并且使燃料电池与CEMS联动,在地区内的电力需求大时提高负荷运转。从2013年度开始进行实证实验,以验证燃料电池对削峰的贡献。 
 
    还在研究储存氢气 
 
    有关方面还在研究,利用剩余电力电解水,将产生的氢气储存起来,然后供给燃料电池进行发电,由此实现电网稳定化。这充分利用了氢能源的多样性,即电网的稳定不仅可依靠化石燃料,还可利用剩余电力实现。 
 
    作为用于稳定电网的蓄电系统,目前主要有NaS(钠硫)电池及锂离子电池等蓄电池,而这些化学电池面临的课题是,不适合用于瞬间输入输出及长期(成月)蓄电,而且成本也很高。使用氢气的蓄电系统则适合以天或月为单位进行蓄电,有关方面已开始进行研究开发。 
 
    比如,岩谷产业公司在北九州市东田地区的养老院“爱香苑”设置了水电解装置、储氢罐及燃料电池,并从2013年度开始进行实证实验。通过与CEMS联动和控制,在地区电力有富余时将之转换成氢气储存,而在用电需求增大时启动燃料电池供电。目标是为地区的电力供求调节做出贡献。 
 
    欧洲也已开始尝试利用剩余电力储存氢气。在丹麦的洛兰岛(Lolland),从2007年就开始用风力发电的剩余电力等将水电解,提取氢气,通过管道将氢气运送到约40个家庭(图3)。每个家庭都设有燃料电池热电联产系统,用于供电和供热。德国和法国也于2012年启动了氢气储存计划。德国计划储存大规模海上风力发电的剩余电力,法国计划储存太阳能发电的剩余电力。 
 
    图3:丹麦洛兰岛(Lolland)上设置的氢气储存系统(摄影:洛兰岛)
 
    不过,氢气储存的缺点是,在电解水、储存、燃料电池发电这个过程中会损失很多能源。但优点是可以长期储存,因此也有人认为,这种方法适合于风力随季节而变化很大的风力发电。今后需要通过实证项目进一步明确氢气储存的优缺点,以开拓最佳市场。(日经BP清洁技术研究所研究员:藤堂安人)【日经能源环境网】 
 
    (本文版权归日经BP社所有,未经许可任何形式转载均视为侵权。) 
 
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关键字: 燃料电池

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