而且，日本由于電力短缺問題日趨嚴重，一直在推進大量采用太陽能發(fā)電等可再生能源，因此，為了實現(xiàn)電力消費削峰及電網(wǎng)穩(wěn)定而充分利用氫基礎(chǔ)設(shè)施和燃料電池的趨勢也在增強。
以氫基礎(chǔ)設(shè)施和燃料電池為核心，將氫氣作為二次能源（能源介質(zhì)）進行流通的“氫社會”即將到來，這種說法由來已久。早在2002年，豐田汽車公司和本田公司就已開始租售FCV，但后來被純電動汽車（EV）熱潮淹沒了。現(xiàn)在氫基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)有了明確的發(fā)展計劃，因此這個話題又被提了起來。
與加油站并設(shè)加氫站
氫基礎(chǔ)設(shè)施中，日本目前已建成13座加氫站，而且著眼于商用化的加氫站已經(jīng)問世。吉坤日礦日石能源公司于2013年4月19日，在海老名市中新田加油站中并設(shè)了供應(yīng)氫氣的“加氫站”（圖1）。
圖1：與加油站并設(shè)的加氫站（攝影：吉坤日礦日石能源）
這是日本首次嘗試在現(xiàn)有加油站里設(shè)置加氫站。這樣做的好處是服務(wù)效率高、方便用戶及實用性強。
該加氫站采用“異地輸送”方式，就是用專用拖車將在吉坤日礦日石能源根岸煉油廠制造的氫氣運到加氫站，儲存在儲氣罐里。充氣壓力為700個大氣壓。日本計劃將來建立與汽油供應(yīng)鏈一樣的氫供應(yīng)體制，運送制氫廠等大量、高效率生產(chǎn)的氫氣，“異地輸送”就是適合在燃料電池車全面普及后大量供應(yīng)氫氣的方式。
以前，在市區(qū)與加油站并設(shè)700氣壓加氫站受到限制，而2012年11月日本政府修改了《普通高壓氣體安全標準》后，就不再受限。
利用純氫可提高發(fā)電效率
4月19日，神奈川縣主辦了題為“神奈川掀起氫氣革命——新一代能源的主角是氫氣”的研討會。神奈川縣知事黑巖祐治親自擔任協(xié)調(diào)人，召集吉坤日礦日石能源社長一色誠一、日產(chǎn)汽車副社長山下光彥等有識之士，舉行了專題討論會，就如何在擁有制氫聯(lián)合企業(yè)、適合建設(shè)氫基礎(chǔ)設(shè)施的神奈川縣創(chuàng)建示范項目，推動FCV和固定式燃料電池的普及展開了討論。
在燃料電池的實用化方面，日本市場上已有了采用固體高分子型燃料電池（PEFC）的家用熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)“ENE-FARM”，預(yù)計2013年累計設(shè)置量將超過4萬臺。ENE-FARM使城市燃氣的主要成分甲烷在重整器中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成作為燃料電池燃料的氫氣。
如果車用氫基礎(chǔ)設(shè)施得到完善，通過將其轉(zhuǎn)用于家庭和商業(yè)用途，那么以后就無需使用重整器了。也就是說，可以通過使用“純氫”提高發(fā)電效率。
有關(guān)方面正在重新評估發(fā)電效率更高的固體氧化物型燃料電池（SOFC），日本國內(nèi)也開始投產(chǎn)家用SOFC，這些對氫基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)也將起到推動作用。如果SOFC也能使用純氫，那么發(fā)電效率就有望進一步提高。
用燃料電池車為生態(tài)屋供電
關(guān)于燃料電池，最近還有一個值得關(guān)注的動向，那就是不單獨使用燃料電池系統(tǒng)，而是將之與家庭、大廈及工廠連接起來，用于削峰和穩(wěn)定電網(wǎng)。
日本自東日本大地震后電力一直短缺，削峰需求巨大。而且，還計劃大量采用太陽能發(fā)電等輸出不穩(wěn)定的可再生能源，因此穩(wěn)定電網(wǎng)的需求也很大。
例如，本田于2013年4月宣布，作為“北九州智能社區(qū)創(chuàng)建事業(yè)”的共同實證實驗，開始利用該公司的燃料電池車“FCX Clarity”進行為家庭供電的實驗。具體就是，與地區(qū)能源管理系統(tǒng)（Community Energy Management System，CEMS）聯(lián)動，由FCX Clarity為北九州市環(huán)境博物館內(nèi)的北九州生態(tài)屋供電，以驗證電力錯峰效果（圖2）。此外，還將驗證在緊急情況下FCX Clarity作為可移動發(fā)電設(shè)備使用的實用性。
圖2：用燃料電池車為家庭供電（攝影：本田）
在北九州智能社區(qū)創(chuàng)建事業(yè)中，豐田采用了兩輛燃料電池叉車，通過管道輸送煉鐵廠副產(chǎn)的氫氣，建設(shè)了一座加氫站。該公司進行的實證實驗是，根據(jù)CEMS發(fā)出的指令，通過叉車在不工作時向工廠電力系統(tǒng)供電，以實現(xiàn)工廠及整個地區(qū)的錯峰。
北九州市率先啟動了“氫城項目”，已在“生命之旅博物館”設(shè)置了磷酸型燃料電池。該項目通過管道向燃料電池輸送鋼鐵廠副產(chǎn)的氫氣以進行發(fā)電，并將發(fā)電廢熱用作吸收式制冷機的熱源。并且使燃料電池與CEMS聯(lián)動，在地區(qū)內(nèi)的電力需求大時提高負荷運轉(zhuǎn)。從2013年度開始進行實證實驗，以驗證燃料電池對削峰的貢獻。
還在研究儲存氫氣
有關(guān)方面還在研究，利用剩余電力電解水，將產(chǎn)生的氫氣儲存起來，然后供給燃料電池進行發(fā)電，由此實現(xiàn)電網(wǎng)穩(wěn)定化。這充分利用了氫能源的多樣性，即電網(wǎng)的穩(wěn)定不僅可依靠化石燃料，還可利用剩余電力實現(xiàn)。
作為用于穩(wěn)定電網(wǎng)的蓄電系統(tǒng)，目前主要有NaS（鈉硫）電池及鋰離子電池等蓄電池，而這些化學(xué)電池面臨的課題是，不適合用于瞬間輸入輸出及長期（成月）蓄電，而且成本也很高。使用氫氣的蓄電系統(tǒng)則適合以天或月為單位進行蓄電，有關(guān)方面已開始進行研究開發(fā)。
比如，巖谷產(chǎn)業(yè)公司在北九州市東田地區(qū)的養(yǎng)老院“愛香苑”設(shè)置了水電解裝置、儲氫罐及燃料電池，并從2013年度開始進行實證實驗。通過與CEMS聯(lián)動和控制，在地區(qū)電力有富余時將之轉(zhuǎn)換成氫氣儲存，而在用電需求增大時啟動燃料電池供電。目標是為地區(qū)的電力供求調(diào)節(jié)做出貢獻。
歐洲也已開始嘗試利用剩余電力儲存氫氣。在丹麥的洛蘭島（Lolland），從2007年就開始用風(fēng)力發(fā)電的剩余電力等將水電解，提取氫氣，通過管道將氫氣運送到約40個家庭（圖3）。每個家庭都設(shè)有燃料電池?zé)犭娐?lián)產(chǎn)系統(tǒng)，用于供電和供熱。德國和法國也于2012年啟動了氫氣儲存計劃。德國計劃儲存大規(guī)模海上風(fēng)力發(fā)電的剩余電力，法國計劃儲存太陽能發(fā)電的剩余電力。
圖3：丹麥洛蘭島（Lolland）上設(shè)置的氫氣儲存系統(tǒng)（攝影：洛蘭島）
不過，氫氣儲存的缺點是，在電解水、儲存、燃料電池發(fā)電這個過程中會損失很多能源。但優(yōu)點是可以長期儲存，因此也有人認為，這種方法適合于風(fēng)力隨季節(jié)而變化很大的風(fēng)力發(fā)電。今后需要通過實證項目進一步明確氫氣儲存的優(yōu)缺點，以開拓最佳市場。（日經(jīng)BP清潔技術(shù)研究所研究員：藤堂安人）【日經(jīng)能源環(huán)境網(wǎng)】
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