日本最大的碱性电解水制氢项目——FH2R项目现状速览

氢能的大规模利用是实现碳中和的重要手段之一，日益受到世界各国的关注，多个亚洲国家也相继出台了发展氢能的战略规划。2023年11月底，总部位于印尼雅加达的东盟东亚经济研究所在日本举办了第二届东亚峰会氢能研讨会，并组织参观了福岛氢能研究基地(FH2R, Fukushima Hydrogen Energy Research Field），东盟主要国家和中国、日本、印度等国的政府官员、专家等与会，交流了各国氢能政策和发展情况，中国科学院大连化学物理研究所低碳战略研究中心吕正高级工程师受邀参加了此次会议和活动。

日本是全球最为重视氢能的国家之一，2017年就发布了《氢能基本战略》。此次参观的福岛氢能研究基地的主体是10MW碱性电解水制氢、20MW光伏发电一体的可再生能源制氢项目（以下简称FH2R项目），是日本在利用可再生能源进行碱性电解水制氢方面的代表性项目，在2020年建成时也是全球规模最大的同类项目之一，受到广泛关注。此次实地参观获得了更多一手信息，供大家参考。

FH2R项目是日本新能源产业技术开发机构（NEDO）在氢能社会构筑技术开发事业布局中，氢能系统技术开发方向下部署的“利用可再生能源的氢能系统的事业模式构筑和大规模实证的技术开发”项目。项目聚焦可再生能源制氢面临的如何应对光伏、风电的波动性、间歇性，降低制氢成本等世界难题，目标是开发能够同时满足电力系统供需平衡调节、氢能制取和储存两个用途的控制系统，建造利用可再生能源大规模制氢的设施，并探索构建氢能利用和销售的商业模式。FH2R项目主要参数如表1所示。

表1 FH2R项目主要参数

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数据来源：Fukushima Hydrogen Energy Research Field介绍手册等

项目位于福岛县浪江町，由东芝能源系统与解决方案公司等5家公司合作承担。其中，东芝公司负责氢能运行系统，东北电力、东北电网负责电力控制系统，岩谷公司负责氢能供需预测系统及储运，旭化成公司负责碱性电解槽。项目2018年8月开工，2020年3月建成，总经费约10亿元人民币（200亿日元）。

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图1 FH2R项目全景3D模型

该项目碱性电解槽采用的是旭化成公司的Aqualyzer系统。电解槽由170个小室构成，功率范围为1.5-10MW，制氢能力300-2000m³/h, 额定功率6MW时为1200 m³/h，制氢耗电约为5kWh/m³，氢气纯度达到99.97%以上。据旭化成公司资料，同类设备已实现累计约12000小时的稳定运行，6kA/㎡的电流密度下电压保持在1.8V左右，运行终止时电解电压比初期上升了30mV。图2展示了碱性电解槽。

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图2 碱性电解槽

电解纯水得到的氢气经加压后，先储存于大型储氢罐中(共8个，单个容积150 m³，重量约20吨，储氢压力为0.8MPa)，需要时经提纯再加压装入集装管束运输车（20MPa，单车运氢量240kg）或集装格(20MPa，单个可装24kg氢)，供给外部的固定式燃料电池发电、加氢站、工厂等。图3展示了项目储氢罐、集装管束运输车和集装格等设施。

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图3 储氢罐、集装管束运输车和集装格

项目的电力系统与当地电网连接，光伏发出的电力可用于制氢或上网，也可以从电网购电。2023年11月28日参观当天，项目系统运行状态信息屏数据显示，制氢功率为3546kW，制氢量为513 m³/h，按此计算，此时的实际制氢耗电量约合7kWh/m³。另外，2023年以来，光伏累计发电12406MWh，从电网购电11455 MWh，向电网供电9092MWh，氢能设施用电14769 MWh。可见2023年该项目的制氢用电大部分来自电网，同时光伏发出的电力多数供给了电网，在电网供需平衡调节方面起到了一定作用。

据官方资料，2020年试运行以来，该项目已基本完成了制氢系统的主要研发目标，实现了根据指令的较高应答速度和精度的系统运行调整，可在满足当日氢能需求的前提下根据光伏发电出力变化对制氢设备运行进行调整，电解槽功率变动速度可达0.5MW/s（相当于最大功率的约5%/s）。在经济性评估方面，公开资料中目前仅对电解槽的维护费用进行了测算（约1500元人民币/(Nm³/h)/年），还没有披露制氢总成本方面的信息。

作为FH2R项目的后续，NEDO于2021年启动了大规模碱性电解水制氢系统开发和绿色化工设备的实证项目，计划在FH2R项目场地内增设合成氨生产设备，进一步开展利用绿氢制合成氨技术的示范。

日本是氢能技术发展的先进国家，其在氢能科技、产业等方面有诸多可借鉴的地方，低碳战略研究中心将会持续关注。

参考资料

[1] Fukushima Hydrogen Energy Research Field介绍手册.

[2] NEDO氢能·燃料电池成果报告会2023，利用可再生能源的氢能系统的事业模式构筑和大规模实证的技术开发项目报告，2023年7月14日.

https://hydrogen2023.nedo.go.jp/wp-content/uploads/2023/06/B2-5.pdf

[3] 关于面向实现氢能社会的社会实装模式，日本经济产业省能源资源厅，2021年8月.

https://www.meti.go.jp/shingikai/energy_environment/suiso_nenryo/pdf/027_01_00.pdf

作者简介

吕正，中国科学院大连化学物理研究所，低碳战略研究中心，博士，高级工程师。主要研究领域：能源低碳战略、能源模型、能源技术和系统分析评估。邮箱：lyuzheng@dicp.ac.cn

LYU Zheng, Ph.D. in Environment systems, Senior Engineer, Research Center of Low Carbon Strategy, Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences.

Main research fields: Energy low carbon strategy, Energy model, Energy technology and system evaluation.

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中国科学院大连化学物理研究所低碳战略研究中心，聚焦能源与碳中和战略研究、能源科技评估与系统集成规划、知识产权与成果转移转化政策研究等方向，围绕国家能源领域重大需求，开展以技术为基础的具有中科院特色的能源战略研究工作，助力国家能源产业转型升级。中心在能源科技发展规划、可再生能源发展规划、区域能源发展规划等能源战略研究以及在可再生能源发展潜力、能源技术的全生命周期综合分析方面具有丰富的研究经验，积极开拓国际合作渠道，促进能源、环境与气候变化等领域的国际交流与合作。

日本最大的碱性电解水制氢项目——FH2R项目现状速览

原文始发于微信公众号（能源训练营）：日本最大的碱性电解水制氢项目——FH2R项目现状速览

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