2013年12月16日08:51
氫是理想的蓄電池
氫作為儲存可再生能源電力的手段也備受期待。如果可再生能源採用量擴大，吸收輸出功率變動及儲存剩余電力將成為亟需解決的課題。通過利用氫有可能解決這些問題。
東芝公司開發出了新技術，利用可再生能源電力制造氫進行儲存，以替代蓄電池。儲存的氫設想用於固體氧化物型燃料電池（SOFC）的燃料，同時供應熱量和電力。
 |
|
重工企業和汽車企業目前正在驗証充分利用氫擴大可再生能源採用量的系統。驗証結果顯示，使用氫可以低成本存儲可再生能源剩余電力等。出處：HyGrid研究會 |
東芝電力系統公司電力及社會體系技術開發中心高功能絕緣材料開發部主管龜田常冶說：“採用了與普通水電解方式相比能源效率較高、有助實現二氧化碳減排的方式。”
這項新技術就是使用與SOFC同樣的陶瓷單元的“固體氧化物電解池”（SOEC）。通過將SOFC發電產生的幾百度高溫熱量用於水電解反應，提高了能源效率。
東芝稱，將可再生能源電力轉變為氫、再重新轉變為電力的能源損失為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，難以實現大容量蓄電系統。能夠儲存1000千瓦電力的NaS電池發生的損失為10%到40％。雖然成本也比較低，但可蓄電時間僅為10小時左右。如果是氫，還可採用一千到幾十萬千瓦、規模更大的系統，儲存5天到7天。東芝今后將繼續推進實証業務，力爭在2020年代實現實用化。
 |
|
與鋰離子電池、NaS電池及抽蓄發電相比，制造氫儲存可再生能源電力能夠在長時間內存儲更多電力。“SMES”指的是超導蓄電系統。 出處：東芝 |
氫的這些特性也能用於能源融通。作為其先例而備受關注的，是德國已開始實施的“Power to gas”（P2G）項目。該國最大的電力企業意昂公司於2013年6月，在德國東北部啟用了利用可再生能源制造氫的成套設備。將氫輸入天然氣管道，用於燃氣輪機發電及鍋爐燃料。從水分解設備附近的2000千瓦風電場接受電力供應。
意昂開展的業務實際上是P2G項目的一部分。此外，德國國內還出現了利用剩余可再生能源電力制造氫的業務。
德國通過採取積極採用可再生能源的政策措施，在風況較好的北部地區建設了多個風電場。不過，電力需求地集中在南部地區。而且，還存在中部地區輸電網容量較低，無法從北部向南部融通電力的情況。為了解決這一問題，官民聯盟合作啟動了相關業務。在北部利用風力發電制造氫，通過縱橫東南西北的管線進行輸送，從而實現了在全國用於發電等。
在日本，川崎重工和豐田等參加的“HyGrid研究會”也提出了相同機制的可行性提案。由在能源領域開展調查研究業務的Technova公司擔任秘書處。
該研究會稱，可再生能源豐富、但輸電網較為薄弱的地區有望成為氫供給源，在廣域經濟圈內構筑互通有無的體制具有可行性。
比如，東北地區及北海道似可成為氫制造候選地。HyGrid研究會計劃2015年以后，通過技術實証試驗，探討市場及相關商務模式。
多種多樣的氫運輸方法
另外，HyGrid研究會還在研究通過轉變為氨等化學原料，使氫更易於運輸的手法。這個思路與千代田化工建設公司開發的、使用“有機化學氫化物法”的氫運輸及儲存技術相同。
 |
|
“氫密度”越高，越可運輸大量的氫。“沸點”與常溫之間的差較小、“提取氫所需的能源”越少，儲存及運輸等所需的能源消費量越少。出處：日本科學技術振興機構（JST） |
與壓縮氫、液體氫和甲基環己烷（MCH）相比，氨的氫運輸量（氫密度）較大。並且，還可削減運輸及儲存所需的壓縮和液化能源。此外，氨即使不經過提取氫的工序，也能直接用於燃氣輪機發電燃料。
日本科學技術振興機構（JST）環境能源研究開發推進部ALCA能源載體項目事務所運營總管秋鹿研一說：“在氫的儲存及運輸方面，存在氨及MCH等多種手段。用戶可根據具體用途及市場，選擇最佳手法，實現能源效率更高的氫利用。”作為日本文部科學省及經濟產業省等的研究項目，JST目前正在調查氨等能源載體。
氫也是宇宙中最為豐富的元素。如果能夠用於實現低碳社會，對於人類來說將是一大喜訊。不過，要充分加以利用還面臨許多課題。期待日本的技術能在解決這個問題方面發揮重要作用。
日本必須制定到2050年的長期減排目標
日本需長期削減溫室氣體排放量。在不利用氫的情況下，日本的電價可能會暴漲。
如果不使用氫，到2050年電價將會暴漲──2013年4月，日本能源經濟研究所在一篇題為《旨在2050年實現低碳社會的氫能源定位及採用預測》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，應該採用何種電源構成？論文對此進行了預測。
 |
|
出處：日本能源經濟研究所《旨在2050年實現低碳社會的氫能源定位及採用預測》 情況0是指到2050年沒有設定大膽目標的情況﹔情況1是指設定了到2050年二氧化碳減排65％的目標，並且使用氫的情況﹔情況2是指設定了到2050年二氧化碳減排65％的目標，沒有使用氫的情況。 |
將目標設定為二氧化碳較1990年減排65％以上，使用氫的情況作為“情況1”﹔將設定同一目標但不使用氫的情況作為“情況2”﹔將沒有設定這一大膽目標的情況作為“情況0”。
在使用氫與未使用氫的情況下，出現較大差別是在2050年。雖然天然氣火力發電站會捕集封存二氧化碳，但情況1的火力發電燃料會從天然氣向氫轉換，利用氫生成的發電量將佔到整體的16％。
如果是情況1和情況2，日本會征收碳稅等，導致火力發電成本增加。因此，電價與沒有設定大膽目標時相比，每千瓦時會提高35.4日元。如果使用氫，則漲幅可控制在3.7日元。
論文指出，在核電利用無望擴大的情況下，“討論長期的二氧化碳減排目標時，應該認識到氫是實現目標的手段之一” 。
電價上漲會增加家庭的負擔、阻礙企業活動。為了兼顧全球變暖對策及經濟發展，需要推進可選擇氫的技術開發以及基礎設施建設。（作者：馬場未希，日經能源環境網 供稿）
 |
