分户制氢 自产自用 日本加速530万套入户成氢能社会先驱者

永续国际 2019/5/30 6:21:47 盖世大V说

日本燃料电池商业化应用方面世界领先,除了业务用、产业用燃料电池和燃料电池车之外,早在10年前的2009年,便开始推广“分户制氢、自产自用,燃料电池进家庭”的热电联产系统(ENE•FARM)。

在家庭利用管道天然气或液化石油气,重整制取氢气。然后将氢气输至燃料电池发电/供电,同时将发电过程中产生的热能交换成热水,供家庭生活消耗和冬季采暖时循环利用。目前“分户制氢、自产自用”的热电联产系统有30万套。2030年前装机总量将超过530万套。

图1 分户制氢、自产自用的热电联产系统进度与计划

530万套普及的结果是什么?所用家庭减少燃气消耗1/3,每年减少碳排放800万吨!为此,日本制定的第五个能源基本计划(草案)中,把ENE•FARM定位为最受欢迎和最值得推广的氢能利用技术,是日本政府指定的打造全球“氢能社会先驱”的重要举措。530万套燃料电池进入家庭,实现“分户制氢、自产自用”,是氢燃料汽车普及率所望尘莫及的。

采用“ENE•FARM”系统,可以实现由用户根据使用需求自行创造能量,以取代传统供电、用电方式。理由在于,通常使用的来自大型发电厂、通过输变电网络输送至各个家庭的电力,在发电期间产生的热量大部分不能得到充分、有效利用。除此之外,线网输变电过程中也要消耗一部分功率。

“ENE•FARM“这种新型能源利用方式被形容为”农场”式电力生产模式。寓意源于用户可以独立从氢气和氧气中获取电力和热量,等同于利用水和土壤生产农作物,自主创造“可生长”的能量。“ENE•FARM“立足于“发电/用电场所归于一”,用电场所就是发电的场所,是这种热电联产式燃料电池系统的主要特征(图2)。

      图2 实拍“分户制氢、自产自用”设备

日本政府早已将这种利用模式,上升为打造氢能社会的基本国策。也就是说,让未来社会取得能源的方式,趋于农场循环经济这一理念。

用户在家庭直接利用管道天然气或者液化石油气,重整制取氢气;然后再将氢气输入燃料电池发电/供电,并将发电过程中产生的热能交换成热水,供家庭生活消耗和冬季采暖时的循环用水(图3)。

图3 透视“分户制氢、自产自用”系统

    家庭“ENE•FARM”系统高效能源利用原理是:其一,发电的原理与水电解相反。 从城市燃气CNG或液化石油气LPG中,通过改质制取的氢气与空气中的氧气化学反应产生电。 此外,发电期间产生的接近沸腾的热水,既可以供生活使用,还可以通过热交换方式为用户提供采暖需求。如此形成一个高效率、低排放的充分能源利用系统。比起电网燃气火力发电/供电系统,“ENE•FARM”实现了创造能量和使用能量的地方同为一处,使综合能源利用效率提高至90%以上。

图4 “ENE•FARM系统运行效果”

由图4可已看出, 采用ENE•FARM系统的家庭用电实现自供的同时,使一次能源(燃气)消耗量大约降低了33%。二氧化碳排量大约减少了45%,相当于每户二氧化碳减排1,330千克/年。

而这一数字,相当于增加了2,460m2森林所吸收的二氧化碳数量(图5)。将ENE•FARM系统面向全社会推广,有助于降低资源和有效抑制防止全球气候变暖。这也是日本立志成为世界氢能社会先驱的重要举措和强大动力之所在。

图5 相当于每户再造2,460平方米森林

    在日本,比起2014年采开始销售使用氢的燃料电池汽车,而家用燃料电池ENE•FARM推广项目至今已经进行了10年。未来10年将ENE•FARM总量增加20倍,使之成为引领国家实现氢能社会的“排头兵”。

图6 ENE•FARM系统案例抽查

图6是对一个典型的4口之家所做的实际能耗调查。一般情况下,ENE•FARM比传统方式可节省费用1/3左右。加之ENE•FARM系统成本逐年递减,以及政府给予相应补贴等因素,使推广和普及工作进展顺利、势如破竹(图7—图10)!


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