燃料電池走向普及之丹麥

據日經技術在線報道：氫的利用與燃料電池的普及大幅相關。全球各地開始探索符合地區特性的氫利用手法（圖1）。尤其是在歐洲
，氫的利用作為利用可再生能源剩餘電力的有效手段受到了矚目。

圖1：關於氫的世界動向

全球開始圍繞氫利用大展身手

在歐洲，可再生能源比例正在快速提高。例如，德國計劃2030年把可再生能源在總發電量中所占的比例提高到50％。丹麥提出了2050年之前擺脫化石燃料的目標，可再生能源的比例與德國一樣
，計劃2035年之前提高到50％。

因yin此ci，在zai歐ou洲zhou，風feng力li發fa電dian和he光guang伏fu發fa電dian等deng輸shu出chu變bian動dong較jiao大da的de可ke再zai生sheng能neng源yuan的de比bi例li越yue來lai越yue高gao
，如ru何he利li用yong剩sheng餘yu電dian力li成cheng為wei課ke題ti。比bi如ru在zai德de國guo，剩sheng餘yu電dian力li就jiu無wu法fa定ding價jia出chu售shou
，所suo以yi構gou築zhu采cai用yong剩sheng餘yu電dian力li的de新xin業ye務wu模mo式shi頗po為wei重zhong要yao。

於是，歐洲陸續啟動了利用剩餘電力電解水生成氫，然後以多種形式利用氫的實證試驗。

本文邀請撰寫氫基礎設施調查報告《世界氫基礎設施項目總覽》的單位——日經BP清潔技術研究所，來介紹一下在氫利用方麵采取了先進措施的丹麥、德國和美國的事例。

丹麥
，將介紹2007年啟動實證試驗的洛蘭島氫項目案例。德國
，將介紹通過用剩餘電力生成的氫和CO2製造甲烷（CH4），旨在實現“零碳”社會的案例。

另外，美國從保障國家安全的角度出發，為降低對化石燃料的依賴，開始構築氫基礎設施。本文將介紹率先致力於普及燃料電池車（FCV）的加利福尼亞州的案例。

丹麥：洛蘭島氫項目利用可再生能源生成氫

丹麥提出了2050年之前擺脫化石燃料的目標
，目前，以風力發電和生物質發電為中心
，該國的可再生能源在供電中所占的比例已經達到約30％。另外，最近幾年還迅速導入了光伏發電。現在，容易受天氣影響的風力發電和光伏發電在係統電力中所占的比例提高到了20％左右。

丹麥政府計劃確立2035年之前把風力發電等輸出變動較大的可再生能源在供電中所占的比例提高到50％。其(qi)實(shi)，盛(sheng)行(xing)風(feng)力(li)發(fa)電(dian)的(de)洛(luo)蘭(lan)島(dao)已(yi)經(jing)啟(qi)動(dong)了(le)氫(qing)項(xiang)目(mu)驗(yan)證(zheng)實(shi)驗(yan)，利(li)用(yong)氫(qing)作(zuo)為(wei)儲(chu)藏(zang)風(feng)力(li)發(fa)電(dian)剩(sheng)餘(yu)電(dian)力(li)的(de)介(jie)質(zhi)。具(ju)體(ti)做(zuo)法(fa)就(jiu)是(shi)

，利(li)用(yong)風(feng)力(li)發(fa)電(dian)和(he)太(tai)陽(yang)能(neng)發(fa)電(dian)的(de)剩(sheng)餘(yu)電(dian)力(li)電(dian)解(jie)水(shui)製(zhi)造(zao)氫(qing)，然(ran)後(hou)將(jiang)氫(qing)儲(chu)藏(zang)在(zai)氫(qing)氣(qi)罐(guan)中(zhong)。反(fan)之(zhi)，當(dang)電(dian)力(li)供(gong)應(ying)不(bu)足(zu)時(shi)，則(ze)利(li)用(yong)儲(chu)藏(zang)的(de)氫(qing)讓(rang)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)發(fa)電(dian)
，使(shi)用(yong)電(dian)力(li)和(he)廢(fei)熱(re)。

已推進到第三階段

洛蘭島氫項目於2007年5月啟動，實驗基地位於洛蘭島最大的城市納克斯考以南5km遠的Vestenskov地區。在遠離居住區的沿海空地上，設置了水電解裝置以及壓縮該裝置生成的氫進行儲藏的氫燃料罐（圖2）。生成的氫還會導入住宅中，通過住宅內的燃料電池發電，提供電力和熱。

圖2：通過電解水製造和儲藏氫

丹麥Vestenskov設置了水電解裝置以及壓縮電解的氫進行儲藏的儲氫罐

buguo，youyuhaimeiyouliyongqingdenengyuanxitongxiangguanbiaozhun，erqiejuminjiaodeqingweixiandeguanniangenshendigu，yincigaixiangmushifenjieduanshishide，xianzaizhengxiangdisijieduanmaijin。

在2007年剛剛啟動的第一階段，並沒有在住宅中設置燃料電池係統。而是先把燃料電池、用於將發電電力轉換成交流的逆變器

，以及廢熱回收裝置收納在玻璃櫃中，方便市民參觀。

在從2008年開始的第二階段，在普通住宅的5戶家庭裏設置了冰箱大小的燃料電池係統實際進行使用。采用額定輸出功率為1.5kW的固體高分子型燃料電池（PEFC）。

從2011年開始的第三階段，設置燃料電池係統的住宅數量增加到了35戶
，其中約一半家庭為改良型燃料電池係統。開發該燃料電池的是丹麥的風險企業IRD Fuel Cells。係統價格目前為10.9萬克朗。

IRD Fuel Cells的產品以燃料電池組為主，另外還自行製造MEA（膜電極組件）（圖3）。隔膜采用石墨，電解質膜采用碳化氫類高分子。以氫為燃料時的發電效率約為45％，把廢熱作為70℃的熱水使用時的綜合熱效率達到94％。耐久性“已實際達到2萬小時，確立了4萬小時穩定工作的眉目”（IRD Fuel Cells）。

圖3：第三階段利用的燃料電池係統

第三階段利用的燃料電池係統是IRDFuel Cells公司生產的（a），從MEA到燃料電池組均由該公司自主製造（b）。

第(di)三(san)階(jie)段(duan)以(yi)前(qian)一(yi)直(zhi)以(yi)與(yu)現(xian)有(you)區(qu)域(yu)供(gong)熱(re)係(xi)統(tong)的(de)聯(lian)動(dong)為(wei)目(mu)標(biao)，在(zai)遠(yuan)離(li)住(zhu)宅(zhai)的(de)場(chang)所(suo)設(she)置(zhi)電(dian)解(jie)水(shui)裝(zhuang)置(zhi)。從(cong)此(ci)處(chu)利(li)用(yong)專(zhuan)用(yong)管(guan)道(dao)把(ba)氫(qing)輸(shu)送(song)到(dao)住(zhu)宅(zhai)中(zhong)。從(cong)2013年底開始啟動的第四階段
，將在約1萬wan戶hu住zhu宅zhai中zhong設she置zhi內nei置zhi小xiao型xing水shui電dian解jie裝zhuang置zhi的de燃ran料liao電dian池chi係xi統tong。以yi無wu法fa利li用yong區qu域yu供gong熱re係xi統tong的de住zhu宅zhai為wei目mu標biao，製zhi氫qing時shi的de廢fei熱re也ye以yi熱re水shui的de形xing式shi儲chu藏zang在zai住zhu宅zhai內nei的de罐guan中zhong。雖sui然ran燃ran料liao電dian池chi係xi統tong的de價jia格ge升sheng高gao了le，但dan無wu需xu從cong住zhu宅zhai外wai鋪pu設she氫qing管guan道dao，施shi工gong費fei低di。

丹麥為擺脫對化石燃料的依賴
，將從2015年開始禁用供暖用煤油鍋爐。使用電解水生成的氫的燃料電池係統在利用剩餘電力的同時
，還有望取代煤油鍋爐。

據IRD Fuel Cells公司介紹，從電解水生成氫，到利用燃料電池發電的效率為37％。不過，通過回收這一係列過程中產生的廢熱，綜合效率可以提高到85％。另外
，第三階段以前的驗證實驗使用的氫管道采用鋼製造
，在保證安全性的前提下，第四階段預定使用樹脂管道。

力爭使設置價格降到6萬克朗以下

canjiadisanjieduanyanzhengshiyandeyihuzhujiaweiyujiaowai，buzaiquyugongrefuwudefanweinei，ciqianyizhishishezhimeiyouguolu，yonglaigongyingreshuihegongnuan。zhejiazhuhumanyidibiaoshi
，“改用燃料電池後，排出的廢氣清潔了。嚴冬時節的暖氣會供給足量的熱水”。

zaidanmai
，ruguozhuzhaineimeiyoudianlixuqiu
，zhixuyaoreshui，ranliaodianchifadiandedianlikeyichushou。qingguandaoyizhimaishedaozhuzhaidixia，zaizhuzhaineicongtianhuabanlianjiedaoranliaodianchixitongshang（圖4）。為防備萬一出現氫泄露，在鄰近天花板的牆壁上設置了換氣口，房頂背麵安裝有氫傳感器。

圖4：從天花板設置氫管道

氫管道一直埋設到住宅地下，在住宅內從天花板連接燃料電池係統

在該住宅內設置並運行燃料電池係統的是丹麥大型電力零售商SEAS-NVE公司。如果基於燃料電池的熱電聯產實現普及，電力銷量就會減少，不過“要是家用燃料電池早晚都會普及，那我們就率先開展設備的銷售和設置業務”（該公司的項目開發負責人）。

在第三階段的驗證實驗中，設置資金由政府全額補助
，包括施工費在內
，每戶約花費13萬克朗。該公司認為，如果銷售和設置價格能降到6萬克朗以下，不依賴補助金也能實現普及。