为了在世界范围内促进可再生能源的普及和氢能的多方面利用，在构建全球氢与氨价值链的同时，分布式氢能源十分重要。本文介绍了分布式氢能源的特点和课题，还介绍了近年来日本IHI公司所做的努力，例如在福冈县北九州市响滩地区开发基于水电解的能源管理系统和氢能利用技术。
1、前言
减少能源使用中的温室气体（Greenhouse Gas：GHG）排放是实现可持续社会的紧迫课题，近年来，世界各国都在朝着这一目标而努力。2020年10月，日本政府宣布将于2050年实现碳中和，并于同年12月制定了《2050年碳中和绿色增长战略》（1）。其中包括能源相关产业、交通和制造相关产业、家庭和办公相关产业三个领域的共14个成长型产业，并分别制定了目标和路线图。此外，在2021年4月举行的气候变化峰会上，针对全新的温室气体减排目标，各国公布了“国家自主贡献（Nationally Determined Contribution：NDC）”，日本也宣布到2030年将把NDC从2013年的26%提高到46%。减少温室气体的措施与各国的经济政策密切相关，而且需要加速行动。
在绿色增长战略中，显示了日本国内能源结构对于实现碳中和的参考价值：电力部门的目标是可再生能源占50%-60%，氢与氨占10%；此外，在非电力部门，将通过使用氢气、甲烷化和合成燃料来实现碳中和。因此，在日本，随着可再生能源的普及扩大，回收氢（作为能量载体的氨）和二氧化碳（CO2）并将其用作资源的碳循环利用技术，以及CCU（Carbon Capture and Utilization）（2）等技术将应用于各个领域，实现整体碳中和将变得越来越重要。
2、分布式氢能源
为了在世界范围内促进可再生能源的普及和氢的多方面利用，在构建全球氢与氨价值链的同时，各地区的分布式氢能源十分重要。
分布式能源是相对较小且分散在各个地区的能源的总称（3）。分布式能源有多种优点：例如通过地产地消有效利用可再生能源；通过有效利用本地资源和产业发展来振兴地区；确保紧急能源供应以应对严重灾害等，因此近年来备受关注。例如，在日本相马IHI绿色能源中心（SIGC），通过分布式能源，可以平衡社区内的电力供需，并且在因大规模灾害等导致停电时，可以为附近避难所供电（4）。在海外，德国市政部门以当地政府提供能源供应等综合基础设施服务闻名于世，而日本也已经开始利用各种能源（5）。日本国内按能源分类的分布式能源引入数量如图1所示。
图1 日本国内按能源分类的分布式能源引入数量（5）
分布式能源的特点之一是通过组合各种设备以符合各个地区特有的各种能源和需求。分布式能源的构成要素示例如表1所示，列举了能源来源、需求和系统主要构成要素的示例。以地区的可再生能源为主要能源来源，同时热电联产等分布式电源以及与电力系统的互连也十分重要。供给侧必须满足地区的特定需求，除了电力之外，还需要通过其他各种服务，例如热能、燃料、原材料、可再生能源电力的供应以及业务连续性计划（Business Continuity Plan：BCP），从而为地区作出贡献。连接供给侧和需求侧的系统构成要素不仅包括发电机、各种储能装置以及转换器等硬件，还需要集成和控制这些硬件的能源管理系统（Energy Management System：EMS）等软件。因此，需要一种与火力发电站等传统集中型能源完全不同的思维方式和设计方法。
表1 分布式能源的构成要素示例
在表1所示的系统中，研究人员认为包括氢利用的分布式能源系统将成为未来的主流。分布式氢能源系统的概念图如图2所示。由于氢气可以用作燃料，因此除可直接用于燃料电池汽车（Fuel Cell Vehicle：FCV）等，还可通过储存成为储能手段之一，在发生紧急情况或灾难时，可以通过燃料电池发电和供电。
此外，由于氢气是还原剂，因此可用作甲烷化（6）等CCU的原料，合成各种碳氢化合物。由此，氢的利用将大幅增加可再生能源的用户数量，还有可能增加可再生能源的附加值，满足各地区的特定需求。具体的碳循环可以通过使用催化剂使氢气（H2）与碳源（一氧化碳（CO）和CO2等）反应来合成甲烷（CH4）等碳氢化合物。转换时一定会有损失，因此不应无限制地进行，但是通过将地区特有的可再生能源转化为满足地区特定需求的各种商品和服务，可以促进分布式能源的引入，并进一步与可再生能源和氢的利用联系起来。
图2 分布式氢能源系统的概念图