核心閱讀

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法制氫、光電化學分解法制氫、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，是主流發(fā)展方向。在國際市場上，光伏制氫已經(jīng)開始得到落地。最著名的當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22萬平方米。其中，18萬平方米為光伏發(fā)電區(qū)域，4萬平方米為制氫車間，系統(tǒng)裝置具備1萬千瓦制氫能力。

研究員史英哲在接受記者采訪時表示，儲能和應用場景一直是制約光伏行業(yè)發(fā)展的因素之一。儲能方面科技賦能訴求強烈，建議重點關注相關公司在高效率高安全性大容量儲能、氫能及燃料電池、高效率光伏發(fā)電材料、新型絕緣材料、超導材料、寬禁帶電力電子器件等技術領域的研發(fā)和應用。在下游應用端，除了電力消費市場，光伏發(fā)電應用重點領域還包括建筑和交通等。

史英哲說：“分布式光伏可以與建筑及充電設施等結合，實現(xiàn)太陽能發(fā)電的就地消納，如公園、學校、醫(yī)院、交通場站等公共建筑，應該是最先大力發(fā)展分布式光伏的場合。集中光伏電站方面，可以利用西部太陽能發(fā)電成本低的優(yōu)勢開展光伏制氫、光伏制燃料等應用，利用氫能易于存儲的優(yōu)勢，解決西部地區(qū)電力系統(tǒng)消納光伏發(fā)電空間小的問題，拓展我國西部地區(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——福島氫能研究項目（FH2R）的有關情況，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)技術開發(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目（FH2R）開幕式。FH2R項目自2018年7月在南江（Namie）啟動，2020年2月底完成10MW級制氫裝置建設并試運營，10MW電解槽裝置，每小時可產(chǎn)生高達1，200 標方的氫氣，這是世界上最大的光伏制氫裝置。該項目占地220，000平米，其中光伏電場占地180，000平米，研發(fā)以及制氫設施占地40，000平米。

整個制氫工廠分為四大設施，分別是制氫車間、儲氣罐區(qū)、壓縮與出貨運輸站、綜合管理中心。

（FH2R項目系統(tǒng)概要）

FH2R項目配備20MW的光伏發(fā)電系統(tǒng)以及10MW的電解槽裝置，每小時可產(chǎn)生高達1200 標方的氫氣（額定功率運行）。項目占地220，000平米，其中光伏電場占地180，000平米，研發(fā)以及制氫設施占地40，000平米。FH2R產(chǎn)生的氫氣將為固定式氫燃料電池系統(tǒng)以及燃料電池汽車和公共汽車等提供動力。

FH2R項目一方面根據(jù)下游市場供需預測系統(tǒng)開展生產(chǎn)和存儲，同時亦可通過調(diào)節(jié)氫氣生產(chǎn)單元來滿足電網(wǎng)控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)需求。當前測試階段最重要的挑戰(zhàn)是使用氫能管理系統(tǒng)來實現(xiàn)氫的生產(chǎn)和存儲以及電網(wǎng)供需動態(tài)平衡的最佳組合，從而無需使用蓄電池。為了應對這一挑戰(zhàn)，測試將開始確定最佳的運行控制技術，該技術使用各自具有不同運行周期的設備單元將電網(wǎng)需求響應與氫氣供求響應相結合。

FH2R項目距離福島縣、仙臺市以及東京市的距離分別為70公里、100公里和250公里。氫氣將主要通過長管拖車運送給上述地區(qū)的用戶。

FH2R項目中，東芝將牽頭整個項目建設，并開發(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)相關的事項；巖谷公司將研究氫的需求和供應預測系統(tǒng)，以及氫運輸和存儲。堿性電解水系統(tǒng)源自朝日Kasei公司先進的氯堿電解技術。

福島縣原來是日本的電力大縣，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)名存實亡。根據(jù)2016年9月制定的《福島新能源社會計劃》，福島將推動氫能實現(xiàn)廣泛應用。制氫工廠的建設，不僅是福島災后重建的重要一環(huán)，更是恢復“電力大縣”地位的一大舉措。讓環(huán)保安全的氫能源來代替核電，構建面向未來的能源生產(chǎn)與供應體系，讓日本脫離“核電社會”，邁向“氫能社會”，福島的這一座制氫工廠，會成為一大象征。

運氫車是特別開發(fā)的車輛，整個氣罐后側(cè)安裝有輪胎，也就是說，氫氣從儲氣罐里進入壓縮機壓縮之后，直接灌注到運輸氣罐中，而卡車車體直接將氣罐掛靠后，就可以拉走，而不需要現(xiàn)場灌充，最大限度保證氫氣灌充與運輸?shù)陌踩�性�?/p>

氫氣運輸車全長9．390米，重量為20噸，可灌充壓力為19．6Mpa的氫氣0．237噸（2642Nm3）。整個運輸站可以同時對12輛運氫車實施灌充。

FH2R項目技術概況