而且，日本由于電力短缺問題日趨嚴(yán)重，一直在推進(jìn)大量采用太陽能發(fā)電等可再生能源，因此，為了實(shí)現(xiàn)電力消費(fèi)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(qiáng)。
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(jìn)行流通的“氫社會(huì)”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(dòng)汽車（EV）熱潮淹沒了?，F(xiàn)在氫基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)有了明確的發(fā)展計(jì)劃，因此這個(gè)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(shí)用性強(qiáng)。
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(yùn)到加氫站，儲(chǔ)存在儲(chǔ)氣罐里。充氣壓力為700個(gè)大氣壓。日本計(jì)劃將來建立與汽油供應(yīng)鏈一樣的氫供應(yīng)體制，運(yùn)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(biāo)準(zhǔn)》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(huì)。神奈川縣知事黑巖祐治親自擔(dān)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(shí)之士，舉行了專題討論會(huì)，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(xiàng)目，推動(dòng)FCV和固定式燃料電池的普及展開了討論。
在燃料電池的實(shí)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(jì)2013年累計(jì)設(shè)置量將超過4萬臺(tái)。ENE-FARM使城市燃?xì)獾闹饕煞旨淄樵谥卣髦邪l(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(dòng)作用。如果SOFC也能使用純氫，那么發(fā)電效率就有望進(jìn)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(gè)值得關(guān)注的動(dòng)向，那就是不單獨(dú)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(jì)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(shí)證實(shí)驗(yàn)，開始利用該公司的燃料電池車“FCX Clarity”進(jìn)行為家庭供電的實(shí)驗(yàn)。具體就是，與地區(qū)能源管理系統(tǒng)（Community Energy Management System，CEMS）聯(lián)動(dòng)，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(yàn)證電力錯(cuò)峰效果（圖2）。此外，還將驗(yàn)證在緊急情況下FCX Clarity作為可移動(dòng)發(fā)電設(shè)備使用的實(shí)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(jìn)行的實(shí)證實(shí)驗(yàn)是，根據(jù)CEMS發(fā)出的指令，通過叉車在不工作時(shí)向工廠電力系統(tǒng)供電，以實(shí)現(xiàn)工廠及整個(gè)地區(qū)的錯(cuò)峰。
北九州市率先啟動(dòng)了“氫城項(xiàng)目”，已在“生命之旅博物館”設(shè)置了磷酸型燃料電池。該項(xiàng)目通過管道向燃料電池輸送鋼鐵廠副產(chǎn)的氫氣以進(jìn)行發(fā)電，并將發(fā)電廢熱用作吸收式制冷機(jī)的熱源。并且使燃料電池與CEMS聯(lián)動(dòng)，在地區(qū)內(nèi)的電力需求大時(shí)提高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。從2013年度開始進(jìn)行實(shí)證實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)證燃料電池對削峰的貢獻(xiàn)。
還在研究儲(chǔ)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(chǔ)存起來，然后供給燃料電池進(jìn)行發(fā)電，由此實(shí)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(shí)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(jìn)行蓄電，有關(guān)方面已開始進(jìn)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(chǔ)氫罐及燃料電池，并從2013年度開始進(jìn)行實(shí)證實(shí)驗(yàn)。通過與CEMS聯(lián)動(dòng)和控制，在地區(qū)電力有富余時(shí)將之轉(zhuǎn)換成氫氣儲(chǔ)存，而在用電需求增大時(shí)啟動(dòng)燃料電池供電。目標(biāo)是為地區(qū)的電力供求調(diào)節(jié)做出貢獻(xiàn)。
歐洲也已開始嘗試?yán)檬Ｓ嚯娏?chǔ)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(yùn)送到約40個(gè)家庭（圖3）。每個(gè)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(dòng)了氫氣儲(chǔ)存計(jì)劃。德國計(jì)劃儲(chǔ)存大規(guī)模海上風(fēng)力發(fā)電的剩余電力，法國計(jì)劃儲(chǔ)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(chǔ)存系統(tǒng)（攝影：洛蘭島）
不過，氫氣儲(chǔ)存的缺點(diǎn)是，在電解水、儲(chǔ)存、燃料電池發(fā)電這個(gè)過程中會(huì)損失很多能源。但優(yōu)點(diǎn)是可以長期儲(chǔ)存，因此也有人認(rèn)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(shí)證項(xiàng)目進(jìn)一步明確氫氣儲(chǔ)存的優(yōu)缺點(diǎn)，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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