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氢能社会早体验,带你全面了解全球领先的日本“能源农场”

时间:  2020-04-21 17:57  来源:  氢能泡泡   作者:  网络转载

氢气为能源的燃料电池既能运用在以丰田MIRAI燃料电池汽车为代表的交通运输领域又能运用在“能源农场”为代表的家庭商业领域,被认为是全球脱离化石能源进入“氢能社会”的核心技术。作为解决全球变暖以及能源安全问题的一大利器,以家庭为单位同时能够进行发电和供应热水的家庭小型燃料电池能源农场,正受到全世界的关注。

能源农场的日文原名是“エネファーム”,对应的英文是ENEFARM,也就是 energy+ farm的缩写,因此,它的中文名字被称为能源农场或者家庭热电联供。

能源农场基本工作原理

能源农场的基本工作原理是,从城市管道燃气(天然气)以及石油液化气中提取氢气,制取的氢气与空气中的氧气在燃料电池中进行化学反应,产生电力。燃料电池在产生电力的同时也产生热量,将这部分原本被放空的热量进行回收利用,制造热水。因此能源农场通过热电联产,实现了能源的综合高效利用。

能源农场应用场景

能源农场在日本的成功应用与能源农场的技术开发人员深入研究了日本国的民生活习惯是离不开的。众所周知日本在地热资源方面非常丰富,以至于温泉泡汤的文化在日本国民中根深蒂固。大多数日本家庭虽然无法每天享用温泉,但也会在家庭浴室中装设浴缸以供每天泡澡消除工作疲劳。因为每天都需要大量的热源来制造这些泡澡热水,所以如何通过更加节能高效的方法来制造这些热水,也就成了日本能源农场产品开发者进行技术开发的初衷。

先进的能源农场可以对家庭的电力以及热水的使用时间段进行学习,自此基础上决定发电运行时间。作为通常的模式,早晨发电开始,同时利用余热制造热水。热水被保存在蓄热水槽,到晚上的洗浴时间蓄热水槽就被装满了。如果突然大量使用热水或者需要较高温度的热水时,备用的热水器就会启动加以辅助。因此不用担心热水的供应会停断。并且,在夜间电力使用量较少的时间段内,能源农场也会停止工作。在能源农场不进行发电或者家庭的电力消费高于能源农场额定功率之时,系统就会使用电力公司电网的电力。

对于一些早出晚归的家庭来说,能源农场还会学习大家的生活方式,对发电的时机进行自动调整,使每个家庭都能实现适合自己的节能生活。

能源农场的环保特点

将能源农场的一次能源效率与传统电力系统相比较来看,传统电力系统都是由大型火力等发电站进行集中性电力制造,然后通过电网输送到各种电力用户。这样的方式会造成,在火力发电的过程中产生的大量热能(一次能源的55-66%)无法有效利用而被放空,另外在输电过程中又会产生一部分送电损失(一次能源的5%),因此传统电力系统的一次能源效率仅为35%-40%。相反,能源农场的电力生产与消费在同一场所(家庭住宅等)进行,在实现热电联产的基础上,又不产生长距离电网、热管网运输造成的能源损失,因此能源农场的一次能源效率达到了70-90%。

以家庭为单位来看,装置能源农场的一户日本普通家庭,每年可以减少23%的石油、天然气等一次能源的消费量,可减少38%(1330kg)的CO2排放。对于全球资源节约以及减缓气候变化很多大贡献。

在日本能源农场的推广普及情况

根据日本热电联供财团来自日本各大能源农场制造厂商的统计数据,自2009年5月正式销售全球第一台能源农场以来,截止2019年3月日本各大能源农场制造厂商累计销售能源农场突破了30万台,近三年每年的销售量都在4.5万台以上。截止今年6月累计销售共计313892台。

日本能源农场累计销售量
(来源:日本热电联供财团)

与日本情况相反的是,近年来中国在燃料电池商用车的普及推广方面有着快速推进。目前中国正处在减少区域大气污染“蓝天保卫战”的攻坚阶段,同时又面临全球尺度的应对气候变化减少温室气体排放的重大挑战,能源农场这样的环保产品对于解决中国寒冷地区冬季烧煤取暖引起的大气污染问题以及提高天然气使用的能源效率方面,应该是很有用武之地的。但在中国,能源农场类似的固定燃料电池的热电联供产品的普及推广方面却没有什么动静。那么日本普及推广能源农场的成功经验是否被中国的政策制定者、固定燃料电池产品制造厂商、基础设施运营商进行借鉴呢?

在我看来,日本普及推广能源农场的成功经验可以分为三个部分。

第一,日本能源农场制造厂商坚持不懈的技术开发和技术改进。

第二,日本能源农场制造厂商与燃气基础设施运营商之间形成的密切商业模式。

第三,日本国家以及地方政府推动能源农场市场化的长期政策支持。
 

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