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解析世界上最大的光伏制氢装置

2021-06-18 10:32
光伏点
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所谓的光伏制氢并非全新的概念,其研究主要集中在热化学法制氢、光电化学分解法制氢、光催化法制氢、人工光合作用制氢和生物制氢等。这其中,将光伏发电和电解水组合制氢组合成系统的技术,是主流发展方向。在国际市场上,光伏制氢已经开始得到落地。最著名的当属日本的福岛氢能源研究基地,该基地为世界上规模最大的可再生能源制氢工厂,占地总面积为22万平方米。其中,18万平方米为光伏发电区域,4万平方米为制氢车间,系统装置具备1万千瓦制氢能力。

研究员史英哲在接受记者采访时表示,储能和应用场景一直是制约光伏行业发展的因素之一。储能方面科技赋能诉求强烈,建议重点关注相关公司在高效率高安全性大容量储能、氢能及燃料电池、高效率光伏发电材料、新型绝缘材料、超导材料、宽禁带电力电子器件等技术领域的研发和应用。在下游应用端,除了电力消费市场,光伏发电应用重点领域还包括建筑和交通等。

史英哲说:“分布式光伏可以与建筑及充电设施等结合,实现太阳能发电的就地消纳,如公园、学校、医院、交通场站等公共建筑,应该是最先大力发展分布式光伏的场合。集中光伏电站方面,可以利用西部太阳能发电成本低的优势开展光伏制氢、光伏制燃料等应用,利用氢能易于存储的优势,解决西部地区电力系统消纳光伏发电空间小的问题,拓展我国西部地区光伏发电的发展路径。”

本文梳理了世界上最大的光伏制氢装置——福岛氢能研究项目(FH2R)的有关情况,便于大家更深入地了解光伏制氢。
2020年3月7日,日本新能源与产业技术开发组织(NEDO),东芝能源系统与解决方案公司,东北电力公司和岩谷公司举行了福岛氢能研究项目(FH2R)开幕式。FH2R项目自2018年7月在南江(Namie)启动,2020年2月底完成10MW级制氢装置建设并试运营,10MW电解槽装置,每小时可产生高达1,200 标方的氢气,这是世界上最大的光伏制氢装置。该项目占地220,000平米,其中光伏电场占地180,000平米,研发以及制氢设施占地40,000平米。

整个制氢工厂分为四大设施,分别是制氢车间、储气罐区、压缩与出货运输站、综合管理中心。

(FH2R项目系统概要)

FH2R项目配备20MW的光伏发电系统以及10MW的电解槽装置,每小时可产生高达1200 标方的氢气(额定功率运行)。项目占地220,000平米,其中光伏电场占地180,000平米,研发以及制氢设施占地40,000平米。FH2R产生的氢气将为固定式氢燃料电池系统以及燃料电池汽车和公共汽车等提供动力。

FH2R项目一方面根据下游市场供需预测系统开展生产和存储,同时亦可通过调节氢气生产单元来满足电网控制系统的调节需求。当前测试阶段最重要的挑战是使用氢能管理系统来实现氢的生产和存储以及电网供需动态平衡的最佳组合,从而无需使用蓄电池。为了应对这一挑战,测试将开始确定最佳的运行控制技术,该技术使用各自具有不同运行周期的设备单元将电网需求响应与氢气供求响应相结合。

FH2R项目距离福岛县、仙台市以及东京市的距离分别为70公里、100公里和250公里。氢气将主要通过长管拖车运送给上述地区的用户。

FH2R项目中,东芝将牵头整个项目建设,并开发氢能管理系统;东北电力将专注于能源管理系统(EMS)监控、数据采集(SCADA)系统以及与电网相关的事项;岩谷公司将研究氢的需求和供应预测系统,以及氢运输和存储。碱性电解水系统源自朝日Kasei公司先进的氯碱电解技术。

福岛县原来是日本的电力大县,县内有福岛第一核电站和第二核电站,第一核电站在2011年的大地震大海啸袭击下发生核泄漏之后,已经全部废炉。第二核电站停止发电中。所以,“电力大县”之名已经名存实亡。根据2016年9月制定的《福岛新能源社会计划》,福岛将推动氢能实现广泛应用。制氢工厂的建设,不仅是福岛灾后重建的重要一环,更是恢复“电力大县”地位的一大举措。让环保安全的氢能源来代替核电,构建面向未来的能源生产与供应体系,让日本脱离“核电社会”,迈向“氢能社会”,福岛的这一座制氢工厂,会成为一大象征。

运氢车是特别开发的车辆,整个气罐后侧安装有轮胎,也就是说,氢气从储气罐里进入压缩机压缩之后,直接灌注到运输气罐中,而卡车车体直接将气罐挂靠后,就可以拉走,而不需要现场灌充,最大限度保证氢气灌充与运输的安全性。

氢气运输车全长9.390米,重量为20吨,可灌充压力为19.6Mpa的氢气0.237吨(2642Nm3)。整个运输站可以同时对12辆运氢车实施灌充。


FH2R项目技术概况


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