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所謂的光伏制氫并非全新的概念，其研究主要集中在熱化學(xué)法制氫、光電化學(xué)分解法制氫、光催化法制氫、人工光合作用制氫和生物制氫等。這其中，將光伏發(fā)電和電解水組合制氫組合成系統(tǒng)的技術(shù)，是主流發(fā)展方向。在國(guó)際市場(chǎng)上，光伏制氫已經(jīng)開(kāi)始得到落地。最著名的當(dāng)屬日本的福島氫能源研究基地，該基地為世界上規(guī)模最大的可再生能源制氫工廠，占地總面積為22萬(wàn)平方米。其中，18萬(wàn)平方米為光伏發(fā)電區(qū)域，4萬(wàn)平方米為制氫車(chē)間，系統(tǒng)裝置具備1萬(wàn)千瓦制氫能力。

研究員史英哲在接受記者采訪時(shí)表示，儲(chǔ)能和應(yīng)用場(chǎng)景一直是制約光伏行業(yè)發(fā)展的因素之一。儲(chǔ)能方面科技賦能訴求強(qiáng)烈，建議重點(diǎn)關(guān)注相關(guān)公司在高效率高安全性大容量?jī)?chǔ)能、氫能及燃料電池、高效率光伏發(fā)電材料、新型絕緣材料、超導(dǎo)材料、寬禁帶電力電子器件等技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)和應(yīng)用。在下游應(yīng)用端，除了電力消費(fèi)市場(chǎng)，光伏發(fā)電應(yīng)用重點(diǎn)領(lǐng)域還包括建筑和交通等。

史英哲說(shuō)：“分布式光伏可以與建筑及充電設(shè)施等結(jié)合，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能發(fā)電的就地消納，如公園、學(xué)校、醫(yī)院、交通場(chǎng)站等公共建筑，應(yīng)該是最先大力發(fā)展分布式光伏的場(chǎng)合。集中光伏電站方面，可以利用西部太陽(yáng)能發(fā)電成本低的優(yōu)勢(shì)開(kāi)展光伏制氫、光伏制燃料等應(yīng)用，利用氫能易于存儲(chǔ)的優(yōu)勢(shì)，解決西部地區(qū)電力系統(tǒng)消納光伏發(fā)電空間小的問(wèn)題，拓展我國(guó)西部地區(qū)光伏發(fā)電的發(fā)展路徑。”

本文梳理了世界上最大的光伏制氫裝置——福島氫能研究項(xiàng)目（FH2R）的有關(guān)情況，便于大家更深入地了解光伏制氫。
2020年3月7日，日本新能源與產(chǎn)業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)組織（NEDO），東芝能源系統(tǒng)與解決方案公司，東北電力公司和巖谷公司舉行了福島氫能研究項(xiàng)目（FH2R）開(kāi)幕式。FH2R項(xiàng)目自2018年7月在南江（Namie）啟動(dòng)，2020年2月底完成10MW級(jí)制氫裝置建設(shè)并試運(yùn)營(yíng)，10MW電解槽裝置，每小時(shí)可產(chǎn)生高達(dá)1，200 標(biāo)方的氫氣，這是世界上最大的光伏制氫裝置。該項(xiàng)目占地220，000平米，其中光伏電場(chǎng)占地180，000平米，研發(fā)以及制氫設(shè)施占地40，000平米。

整個(gè)制氫工廠分為四大設(shè)施，分別是制氫車(chē)間、儲(chǔ)氣罐區(qū)、壓縮與出貨運(yùn)輸站、綜合管理中心。

（FH2R項(xiàng)目系統(tǒng)概要）

FH2R項(xiàng)目配備20MW的光伏發(fā)電系統(tǒng)以及10MW的電解槽裝置，每小時(shí)可產(chǎn)生高達(dá)1200 標(biāo)方的氫氣（額定功率運(yùn)行）。項(xiàng)目占地220，000平米，其中光伏電場(chǎng)占地180，000平米，研發(fā)以及制氫設(shè)施占地40，000平米。FH2R產(chǎn)生的氫氣將為固定式氫燃料電池系統(tǒng)以及燃料電池汽車(chē)和公共汽車(chē)等提供動(dòng)力。

FH2R項(xiàng)目一方面根據(jù)下游市場(chǎng)供需預(yù)測(cè)系統(tǒng)開(kāi)展生產(chǎn)和存儲(chǔ)，同時(shí)亦可通過(guò)調(diào)節(jié)氫氣生產(chǎn)單元來(lái)滿足電網(wǎng)控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)需求。當(dāng)前測(cè)試階段最重要的挑戰(zhàn)是使用氫能管理系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)氫的生產(chǎn)和存儲(chǔ)以及電網(wǎng)供需動(dòng)態(tài)平衡的最佳組合，從而無(wú)需使用蓄電池。為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，測(cè)試將開(kāi)始確定最佳的運(yùn)行控制技術(shù)，該技術(shù)使用各自具有不同運(yùn)行周期的設(shè)備單元將電網(wǎng)需求響應(yīng)與氫氣供求響應(yīng)相結(jié)合。

FH2R項(xiàng)目距離福島縣、仙臺(tái)市以及東京市的距離分別為70公里、100公里和250公里。氫氣將主要通過(guò)長(zhǎng)管拖車(chē)運(yùn)送給上述地區(qū)的用戶。

FH2R項(xiàng)目中，東芝將牽頭整個(gè)項(xiàng)目建設(shè)，并開(kāi)發(fā)氫能管理系統(tǒng)；東北電力將專注于能源管理系統(tǒng)（EMS）監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集（SCADA）系統(tǒng)以及與電網(wǎng)相關(guān)的事項(xiàng)；巖谷公司將研究氫的需求和供應(yīng)預(yù)測(cè)系統(tǒng)，以及氫運(yùn)輸和存儲(chǔ)。堿性電解水系統(tǒng)源自朝日Kasei公司先進(jìn)的氯堿電解技術(shù)。

福島縣原來(lái)是日本的電力大縣，縣內(nèi)有福島第一核電站和第二核電站，第一核電站在2011年的大地震大海嘯襲擊下發(fā)生核泄漏之后，已經(jīng)全部廢爐。第二核電站停止發(fā)電中。所以，“電力大縣”之名已經(jīng)名存實(shí)亡。根據(jù)2016年9月制定的《福島新能源社會(huì)計(jì)劃》，福島將推動(dòng)氫能實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用。制氫工廠的建設(shè)，不僅是福島災(zāi)后重建的重要一環(huán)，更是恢復(fù)“電力大縣”地位的一大舉措。讓環(huán)保安全的氫能源來(lái)代替核電，構(gòu)建面向未來(lái)的能源生產(chǎn)與供應(yīng)體系，讓日本脫離“核電社會(huì)”，邁向“氫能社會(huì)”，福島的這一座制氫工廠，會(huì)成為一大象征。

運(yùn)氫車(chē)是特別開(kāi)發(fā)的車(chē)輛，整個(gè)氣罐后側(cè)安裝有輪胎，也就是說(shuō)，氫氣從儲(chǔ)氣罐里進(jìn)入壓縮機(jī)壓縮之后，直接灌注到運(yùn)輸氣罐中，而卡車(chē)車(chē)體直接將氣罐掛靠后，就可以拉走，而不需要現(xiàn)場(chǎng)灌充，最大限度保證氫氣灌充與運(yùn)輸?shù)陌踩�性�?/p>

氫氣運(yùn)輸車(chē)全長(zhǎng)9．390米，重量為20噸，可灌充壓力為19．6Mpa的氫氣0．237噸（2642Nm3）。整個(gè)運(yùn)輸站可以同時(shí)對(duì)12輛運(yùn)氫車(chē)實(shí)施灌充。

FH2R項(xiàng)目技術(shù)概況