摘 要：氢能和核能因其不会排放二氧化碳，被看作是环境友好型能源。日本东芝公司一直致力于高温水蒸气电解技术的研发，利用核能通过固体氧化物电解池制氢。本文通过对应用于高温气冷堆的系统概念的研究，同时从制氢效率、制氢成本和开发风险的角度回顾东芝公司的相关研究成果，证实了核能高温水蒸气电解制氢的可能性。
关键字：制氢、高温水蒸气电解、核能、固体氧化物电池、高温气冷堆、制氢效率
关于核能高温水蒸气电解制氢的研究
笠井 重夫，藤原 齐二，山田 和矢，小川 斗
松永健 太郎，吉野 正人，帆足 英二，牧野 新一
（本文为连载篇，此次介绍目录中蓝色字体部分，
文末有已介绍部分链接）
目录
I. 序言
II. 高温水蒸气电解制氢的原理及研究课题
1. 高温水蒸气电解制氢原理
（1）电解池结构及反应式
（2）制氢所需的功率
（3）热中性点
2. 研究课题
（1）制氢效率
（a）制氢效率的定义
（b）提高制氢效率的措施
（c）总结
（2）制氢成本
（a）制氢成本的定义
（b）降低制氢成本的措施
a） 防止制氢量的损失
b） 成本最小化
c） 总结
（3）开发风险
（a） 高温水蒸气电解的研发现状
（b）降低风险的措施
a）大容量风险
b）故障风险
（c）总结
（4）研究课题的总结
III. 东芝电解实验分析
1. 电解池的开发
（1）电解池的设计
（2）电解特性
（3）总结
2. 电解装置（SOEC）的开发
（1）电解装置（SOEC）的设计
（2）制氢特性
（3）总结
IV. 与高温气冷反应堆连接的制氢系统的建造
V. 结论
2. 研究课题
本文将从“制氢效率”和“制氢成本”的角度，整理出有关核能（热能和电能）转换为氢能相关的课题，同时从“长期开发风险”的角度，整理出有关核技术和氢技术之间的技术背景差异有关的课题。
（1）制氢效率
（a）制氢效率的定义制氢效率（η）的定义如式（13）所示，即等于所制造的氢的高位发热量（HHV）除以输入到整个制氢系统中的能量。
η=HHV/(W/ф+Q) （13）
其中，HHV表示1摩尔氢的高位发热量，ф是发电效率（基于HHV），W是制造1摩尔氢时整个系统所需的电能，Q是上述过程所需热能，其计算方法分别如下所示：
W=ΔG+2*F*I*(IR+μa+μc)+α （14）
Q=TΔS-2*F*I*(IR+μa+μc)+q+β （15）
其中，q是原料水和气体等供给流体的汽化潜热和显热，α是内部电源等，β是上述散热等之外的电能和热能。
（b）提高制氢效率的措施
根据式（13），为了提高制氢效率（η），必须减少用于制氢的电能（W）和热能（Q）。为降低内部电源（α）之外的电能（W），需减少电解池的欧姆损耗（IR）和过电压（μa，μc），以及构成电解池集合（堆叠化）的导电组件（平板电解池中的连接体等）的电阻。对于内部功率（α）和热能（Q），需减少原料水和气体等供应流体以提高原材料的利用率，并减少散热（β）等。
（c）总结综上所述，从制氢效率的观点出发，本文整理出的研究课题包括降低电解池和电源等导电组件的电阻，提高电解池的原料利用率，以及降低散热。
（2）制氢成本
（a）制氢成本的定义
制氢成本（CH）的定义如下。即，
CH = (Cy + Fy + Ely + OMy)/PHy （16）
其中，Cy是每年设备折旧费，Fy是年燃料成