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摘要：日立制作所测量和评估了各种材料的绝缘电阻、气体透过率等特性，通过不断累积数据，确定了同时具备绝缘性、耐压性、耐热性、耐腐蚀性以及对氢气阻隔性等多种性能的复合材料的最佳组合，实现了以往陶瓷管道难以兼顾的高绝缘性能与高机械强度，制作出即使在10kV级别的高压环境中也能安全使用的绝缘管道。

关键词：电解水制氢、绝缘管道、高电压、复合材料、变压器

日立制作所（以下简称“日立”）在世界上首次开发出针对水电解系统（通过电解水来生产氢气的系统）的可承受10kV级高压的绝缘管道技术，并利用实证机型成功通过了耐电压试验。该技术采用了日立在高压逆变器领域积累的知识以及复合材料等独家的绝缘管道技术，确认了即使在高压、氢气和水混合的状态下也不会发生绝缘破坏或泄漏等异常情况。

以往的水电解系统需要通过变压器将从电力系统输送来的高压电分阶段降为低压电，再利用1kV以下的电压驱动水电解堆来制取氢气；而此次的技术可直接以10kV级高压为电堆供电，从而大幅减少用于转换电压的变压器数量。预计这将使水电解系统的安装面积最大减少50%，通过提高系统设计的灵活性来扩大分布式布局的选择空间，有助于根据不同的场地条件灵活地导入系统。特别是在城市区域，可以充分利用钢铁、石油、化工产业等现有工厂中的闲置区域分阶段导入氢能，促进狭小场地的有效利用。

今后，日立将通过与日本及全球伙伴企业的合作以及与研究机构的共创，推进MW（兆瓦）级以上大容量系统的开发与实证，同时推动该技术在城市区域以外的可再生能源发电厂、工业地带、制造基地等多种场景的应用，以此助力绿色氢能的进一步普及，实现低碳社会。

图1 以往的水电解系统与此次开发系统的比较

背景与课题

近年来，各国在氢能领域出台了支持政策，推进了大量项目。目前，市场已从构想阶段转向实施阶段，正在基于用途和地区推进现实的研究。氢能需求不断扩大，除了用于钢铁、化工等难以直接电气化的工艺的脱碳化，还作为化学原料等产业初始材料不断扩大应用范围。此外，在以考虑环保和提升附加值为目标的小规模用途中的利用也在扩大，特别是利用可再生能源电力制造绿氢，不仅能有效利用剩余电力，还有望成为调节电力系统供需的手段。

然而，传统的制氢系统（水电解系统）需要使用多台变压器将高电压逐步转换为低电压，导致整个装置的安装面积较大，导致在土地资源紧张的城市区域或钢铁、石油、化工产业等占地有限的现有工厂内难以导入，成为一项课题。通过提高水电解系统的电压、减少变压器数量是有效的解决方案，然而传统的绝缘管道技术无法在满足足够的耐压性、耐热性和耐腐蚀性的同时，在高电压下处理氢气和水。

本技术解决方案的特点

此次，日立利用了此前在高压逆变器领域积累的知识，以及包含管道材料构成在内的绝缘技术，成功开发出实现高压水电解系统所必需的绝缘管道。开发中面临的重大课题是，要选择同时具备绝缘性、耐压性、耐热性、耐腐蚀性以及对氢气阻隔性等多种性能的复合材料。于是，日立分别测量和评估了各种材料的绝缘电阻、气体透过率等特性，通过不断累积数据，最终确定了最佳的材料组合。通过这样的方式，实现了以往陶瓷管道难以兼顾的高绝缘性能与高机械强度，制作出即使在10kV级别的高压环境中也能安全使用的绝缘管道。

在使用实证设备进行的试验中，对管道部分施加了10kV的电压，并模拟了氢气和水混合存在的实际运行环境，确认未发生绝缘损伤或泄漏等异常情况。今后还将进一步评估其耐久性和长期可靠性，实现以往高压运行水电解系统难以兼顾的安全性与可靠性，从而实现长期稳定的氢能生产。

图2 此次开发的绝缘管道的详细示意图

未来展望

基于本次获得的实证结果，日立将逐步推进包含水电解堆的高压运行系统实证，加速实现兆瓦（MW）级以上的水电解系统的社会应用。此外，将利用高压转换器的电力控制性能，在大规模导入可再生能源的电力系统中逐步加入支持供需调节的功能。另外，通过将高压水电解系统所获取的数据与日立积累的工厂及电力系统运行的专业知识相结合，致力于将其发展为通过AI升级社会基础设施的下一代解决方案群“HMAX by Hitachi”的核心技术之一。通过提供最优运行和预测性维护等数字化服务，使水电解系统的价值最大化。

日立将通过这些举措推动绿色氢能的普及，为实现脱碳社会做出贡献。

https://www.hitachi.co.jp/New/cnews/month/2026/02/0225.pdf

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