2013年12月16日08:51
氢是理想的蓄电池
氢作为储存可再生能源电力的手段也备受期待。如果可再生能源采用量扩大，吸收输出功率变动及储存剩余电力将成为亟需解决的课题。通过利用氢有可能解决这些问题。
东芝公司开发出了新技术，利用可再生能源电力制造氢进行储存，以替代蓄电池。储存的氢设想用于固体氧化物型燃料电池（SOFC）的燃料，同时供应热量和电力。
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重工企业和汽车企业目前正在验证充分利用氢扩大可再生能源采用量的系统。验证结果显示，使用氢可以低成本存储可再生能源剩余电力等。出处：HyGrid研究会 |
东芝电力系统公司电力及社会体系技术开发中心高功能绝缘材料开发部主管龟田常冶说：“采用了与普通水电解方式相比能源效率较高、有助实现二氧化碳减排的方式。”
这项新技术就是使用与SOFC同样的陶瓷单元的“固体氧化物电解池”（SOEC）。通过将SOFC发电产生的几百度高温热量用于水电解反应，提高了能源效率。
东芝称，将可再生能源电力转变为氢、再重新转变为电力的能源损失为20％。而普通水电解方式的损失为40％。锂离子电池的损失为4％，但另一方面，其成本较高，难以实现大容量蓄电系统。能够储存1000千瓦电力的NaS电池发生的损失为10%到40％。虽然成本也比较低，但可蓄电时间仅为10小时左右。如果是氢，还可采用一千到几十万千瓦、规模更大的系统，储存5天到7天。东芝今后将继续推进实证业务，力争在2020年代实现实用化。
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与锂离子电池、NaS电池及抽蓄发电相比，制造氢储存可再生能源电力能够在长时间内存储更多电力。“SMES”指的是超导蓄电系统。 出处：东芝 |
氢的这些特性也能用于能源融通。作为其先例而备受关注的，是德国已开始实施的“Power to gas”（P2G）项目。该国最大的电力企业意昂公司于2013年6月，在德国东北部启用了利用可再生能源制造氢的成套设备。将氢输入天然气管道，用于燃气轮机发电及锅炉燃料。从水分解设备附近的2000千瓦风电场接受电力供应。
意昂开展的业务实际上是P2G项目的一部分。此外，德国国内还出现了利用剩余可再生能源电力制造氢的业务。
德国通过采取积极采用可再生能源的政策措施，在风况较好的北部地区建设了多个风电场。不过，电力需求地集中在南部地区。而且，还存在中部地区输电网容量较低，无法从北部向南部融通电力的情况。为了解决这一问题，官民联盟合作启动了相关业务。在北部利用风力发电制造氢，通过纵横东南西北的管线进行输送，从而实现了在全国用于发电等。
在日本，川崎重工和丰田等参加的“HyGrid研究会”也提出了相同机制的可行性提案。由在能源领域开展调查研究业务的Technova公司担任秘书处。
该研究会称，可再生能源丰富、但输电网较为薄弱的地区有望成为氢供给源，在广域经济圈内构筑互通有无的体制具有可行性。
比如，东北地区及北海道似可成为氢制造候选地。HyGrid研究会计划2015年以后，通过技术实证试验，探讨市场及相关商务模式。
多种多样的氢运输方法
另外，HyGrid研究会还在研究通过转变为氨等化学原料，使氢更易于运输的手法。这个思路与千代田化工建设公司开发的、使用“有机化学氢化物法”的氢运输及储存技术相同。
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“氢密度”越高，越可运输大量的氢。“沸点”与常温之间的差较小、“提取氢所需的能源”越少，储存及运输等所需的能源消费量越少。出处：日本科学技术振兴机构（JST） |
与压缩氢、液体氢和甲基环己烷（MCH）相比，氨的氢运输量（氢密度）较大。并且，还可削减运输及储存所需的压缩和液化能源。此外，氨即使不经过提取氢的工序，也能直接用于燃气轮机发电燃料。
日本科学技术振兴机构（JST）环境能源研究开发推进部ALCA能源载体项目事务所运营总管秋鹿研一说：“在氢的储存及运输方面，存在氨及MCH等多种手段。用户可根据具体用途及市场，选择最佳手法，实现能源效率更高的氢利用。”作为日本文部科学省及经济产业省等的研究项目，JST目前正在调查氨等能源载体。
氢也是宇宙中最为丰富的元素。如果能够用于实现低碳社会，对于人类来说将是一大喜讯。不过，要充分加以利用还面临许多课题。期待日本的技术能在解决这个问题方面发挥重要作用。
日本必须制定到2050年的长期减排目标
日本需长期削减温室气体排放量。在不利用氢的情况下，日本的电价可能会暴涨。
如果不使用氢，到2050年电价将会暴涨──2013年4月，日本能源经济研究所在一篇题为《旨在2050年实现低碳社会的氢能源定位及采用预测》的论文中，作出这样的分析。如果日本为2050年制定了大胆的二氧化碳减排目标，应该采用何种电源构成？论文对此进行了预测。
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出处：日本能源经济研究所《旨在2050年实现低碳社会的氢能源定位及采用预测》 情况0是指到2050年没有设定大胆目标的情况；情况1是指设定了到2050年二氧化碳减排65％的目标，并且使用氢的情况；情况2是指设定了到2050年二氧化碳减排65％的目标，没有使用氢的情况。 |
将目标设定为二氧化碳较1990年减排65％以上，使用氢的情况作为“情况1”；将设定同一目标但不使用氢的情况作为“情况2”；将没有设定这一大胆目标的情况作为“情况0”。
在使用氢与未使用氢的情况下，出现较大差别是在2050年。虽然天然气火力发电站会捕集封存二氧化碳，但情况1的火力发电燃料会从天然气向氢转换，利用氢生成的发电量将占到整体的16％。
如果是情况1和情况2，日本会征收碳税等，导致火力发电成本增加。因此，电价与没有设定大胆目标时相比，每千瓦时会提高35.4日元。如果使用氢，则涨幅可控制在3.7日元。
论文指出，在核电利用无望扩大的情况下，“讨论长期的二氧化碳减排目标时，应该认识到氢是实现目标的手段之一” 。
电价上涨会增加家庭的负担、阻碍企业活动。为了兼顾全球变暖对策及经济发展，需要推进可选择氢的技术开发以及基础设施建设。（作者：马场未希，日经能源环境网 供稿）
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