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摘要：日本日立造船株式会社是日本唯一一家兆瓦（MW）级固体聚合物（PEM）水电解设备制造商。为了加速设备大型化和降低成本，日立造船自2021年起参与绿色创新（GI）基金项目，并负责开发和制造日本最大的6MW级模块化PEM水电解设备。

关键词：PEM水电解、日立造船、兆瓦（MW）级、绿色创新（GI）基金、模块化、大型化、降本

水电解设备是一种通过利用可再生能源电力制造氢气，可以削减二氧化碳排放源，实现碳中和（CN）的设备。因此，未来为了实现脱碳社会，亟需推进设备的大型化、降低成本（CD）和高效化。

日本日立造船株式会社是日本唯一一家兆瓦（MW）级固体聚合物（PEM）水电解设备制造商。为了加速设备大型化和降低成本，日立造船自2021年起参与绿色创新（GI）基金项目，并负责开发和制造日本最大的6MW级模块化PEM水电解设备。该项目由山梨县、东京电力公司和东丽株式会社牵头，主题是水电解设备的大型化和工厂热需求的脱碳。

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设备概要/引入示例

PEM型水电解的特点在于，单位面积可流动的电流大，适合设备小型化；对电流的响应速度快；使用纯水代替危险的化学品，安全性高等。从这些角度来看，PEM型水电解设备被认为是将波动的风能和太阳能等产生的电力转化为氢气的强大设备，并且需要推进设备的大型化和降低成本。

日立造船于2018年开始开发MW级集装箱设备来推进设备的大型化，目前已交付项目的规模最大的设备的电解功率为1.5MW。该项目利用现有米仓山10MW太阳能发电厂的剩余电力来生产、储存和运输氢气，在实证试验结束后，由该设备制造的氢气继续供应给山梨县内的企业以及东京都等地。

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参与GI基金项目

日立造船自2021年开始参与GI基金项目，旨在进一步推动装置的大型化和降低成本。日立造船的开发目标是推进设备的大型化、高效化和低成本化，如图1所示。

项目计划从2021年开始，预计约1年半完成设备设计，然后在接下来的约2年时间内，即到2024年年底之前制造设备并完成试运行。此后，日立造船计划在2025年进行实证试验，以实现开发目标。实证试验地点已确定在山梨县三得利控股白州工厂，系统布局和参与公司的责任范围已经确定，如图2所示，日立造船正在加速推进实证试验的准备工作。

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大型化・模块化设计

可量产和可扩展设计的目的在于通过标准化设备的简单机械布置来实现大型化。因此，在该项目中，日立造船将设备分为由电解槽和整流器组成的电解模块和其他通用模块，并对其布局模式进行了研究。

电解模块是设备构成的最小单元。基于安全性考虑，例如整流器的最大允许电压和由循环水的电导率决定的漏电流阈值，日立造船使用由三个125电池堆串联的电解槽和一个整流器构建一个电解模块。该电解模块可将约2MW的电力转化为氢气。此外，通用模块设计为通过连接五个电解模块可以实现高达10MW的转换能力，如图3所示。此外，日立造船正在考虑一种可以支持数十兆瓦或更大设备的配置，例如将10MW设备点对称布置以创建20MW设备，如图3下所示。

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高效化开发

实现高效化的关键是集成开发，即将GI基金项目开发合作伙伴——东丽公司开发的MEA（膜电极组件）整合到日立造船的电堆中。如图4所示，中型电堆比标准电解质膜具有更高的效率，可以实现GI基金项目的最终目标。然而，实证试验中使用的大型电堆无法达到与中型电堆相同的高效化。据推测，其原因是所开发的薄膜的物理特性与当前的大型电堆结构不兼容，因此日立造船目前正在进行改进以使所开发的薄膜与大型电堆结构相兼容。

具体而言，通过在大型电堆中引入类似于中型电堆中使用的组件，优化放置在薄膜两侧的组件厚度和刚性，以实现这一目标。

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低成本化开发

设备的CD（Cost Down，降本）方针是，占设备成本一半左右、由单元电池堆叠而成的电解槽通过量产实现CD效应，而通用模块则通过集成各个部件并实现大型化，使用工业级通用设备来实现CD。

在电解槽部件中，镀铂（Pt）部件和MEA占比较高，优先考虑。为了实现镀铂部件的CD，日立造船正在考虑寻找廉价的涂层方法，或通过将待电镀的部件一体化来减少电镀次数等。另一方面，对于MEA，日立造船正在通过东丽推进薄膜材料制造以及通过MEA工艺的量产来降低成本。

目前，虽然已经明确了2025年CD目标的前景，但日立造船考虑到2030年未来的量产成本目标，正在考虑针对整个设备的CD对策。

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结语

GI基金项目将在2025年确认大型水电解设备的运行，并通过向工厂供应氢气锅炉产生的热源来验证脱碳的可行性。虽然实证项目将在2025年结束，但之后，日立造船计划通过设备操作来获取知识，例如确认设备的耐用性和获取操作大型设备的经验。此外，除了前述介绍的GI基金项目外，日立造船还提出了水电解装置的高压化和量产化等目标，正在致力于开发。作为大型水电解槽制造商，日立造船将不断开发设备，提高设备能力和可靠性，以实现2050年CN（碳中和）的日本国家目标。

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固体聚合物水电解设备的大型化·模块化开发