摘要

　　本文通過(guò)對(duì)固體氧化物電解池(SOFC)系統(tǒng)的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析，研究了未來(lái)使用可再生能源剩余電力水電解制氫和儲(chǔ)氫過(guò)程的成本。

　　基于對(duì)固體氧化物燃料電池(SOFC)制造成本的了解，從儲(chǔ)能的觀點(diǎn)出發(fā)，對(duì)鋰離子二次電池(LIB)和SOEC的成本進(jìn)行了比較。

　　在假定的電價(jià)成本下，對(duì)當(dāng)前的系統(tǒng)成本進(jìn)行比較，結(jié)果表明：在儲(chǔ)氫時(shí)間約為4天以上時(shí)，由可逆型SOFC/SOEC系統(tǒng)進(jìn)行儲(chǔ)氫相比于LIB充放電具有成本優(yōu)勢(shì)。

　　同時(shí)，經(jīng)證實(shí)，隨著未來(lái)技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)儲(chǔ)氫時(shí)間分別為約2天和約1天時(shí)，可逆型SOFC/SOEC系統(tǒng)也將具有成本優(yōu)勢(shì)。

　　此外，還研究了實(shí)現(xiàn)制氫成本30日元(約1.76元)/Nm3-H2的日本政府目標(biāo)所需的必要條件。

　　結(jié)果表明，當(dāng)SOFC系統(tǒng)成本為88日元(約5.16元)/W時(shí)，在儲(chǔ)氫時(shí)間為24小時(shí)、電力成本為5日元(約0.29元)/kWh、稼動(dòng)率為60%的條件下，制氫成本可實(shí)現(xiàn)30日元(約1.76元)/Nm3-H2。

　　基于上述研究，今后將陸續(xù)進(jìn)行可應(yīng)對(duì)可再生能源波動(dòng)的SOEC模塊，SOEC模塊的壽命延長(zhǎng)和小型化，壓縮機(jī)和儲(chǔ)氫罐等周邊設(shè)備的降本化，熱交換器的小型化，以及新技術(shù)質(zhì)子型FC的開(kāi)發(fā)。

　　此外，今后開(kāi)拓可應(yīng)對(duì)可再生能源波動(dòng)的時(shí)間規(guī)律(小時(shí)、日、周、月)的儲(chǔ)氫利用形式和市場(chǎng)，以及開(kāi)發(fā)用于加氫站等的中小型SOEC系統(tǒng)十分重要。

　　前言

　　高溫水蒸氣電解(High Temperature Steam Electrolysis)是以固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell: SOFC)為基礎(chǔ)的固體氧化物電解池(Solid Oxide electrolysis Cell: SOEC)的制氫技術(shù);

　　與傳統(tǒng)的堿性水電解和使用固體高分子燃料電池的水電解池(Polymer Electrolyte Membrane Electrolysis Cell: PEMEC)相比，有望實(shí)現(xiàn)高效率的水蒸氣電解。

　　此外，在評(píng)估SOEC系統(tǒng)性能和成本的基礎(chǔ)上，對(duì)假定利用太陽(yáng)能電池和風(fēng)力發(fā)電等可再生能源剩余電力通過(guò)SOEC制氫的成本進(jìn)行了計(jì)算。

　　SOEC的技術(shù)評(píng)估

　　1. SOEC技術(shù)評(píng)估的方法和評(píng)估范圍

　　對(duì)SOEC的技術(shù)評(píng)估主要包括以下六個(gè)層級(jí)——

　　(1)構(gòu)成材料物性(電解質(zhì)：離子電導(dǎo)率、電子·孔隙電導(dǎo)率;電極：表面交換反應(yīng)速度、交換電流密度、電極結(jié)構(gòu)等);

　　(2)SOEC單電解池(構(gòu)成材料、電解池設(shè)計(jì)、電解池性能、電解池制造成本);

　　(3)SOEC模塊(模塊性能、模塊制造成本);

　　(4)SOEC系統(tǒng)(系統(tǒng)構(gòu)成(SOEC模塊、熱交換器、泵·鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、高壓罐等)、系統(tǒng)性能(制氫速度、制氫效率、存儲(chǔ)容量)、系統(tǒng)成本);

　　(5)SOEC系統(tǒng)的運(yùn)用模式(發(fā)電·水蒸氣電解運(yùn)行模式);

　　(6)未來(lái)電源構(gòu)成中SOEC的作用與定位(與其他發(fā)電·蓄能設(shè)備·系統(tǒng)的相互比較等)。

　　理想情況下，最好對(duì)(1)-(6)的所有方面進(jìn)行評(píng)估，但由于需要處理的參數(shù)和邊界條件太多，因此本提案書(shū)中，通過(guò)預(yù)先對(duì)各個(gè)層級(jí)的信息進(jìn)行壓縮(模塊化)，主要對(duì)(5)和(6)展開(kāi)討論。

　　2. SOEC電解池·模塊和水蒸氣電解系統(tǒng)的規(guī)格

　　平板型SOEC電解池·模塊規(guī)格如表1和表2所示。表1和表2中的規(guī)格根據(jù)文獻(xiàn)中平板型SOEC系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定。

　　

 

　　平板型SOEC電解池·模塊的制造成本參考了研究人員之前的報(bào)告，并根據(jù)之前的報(bào)告，計(jì)算了水蒸氣電解系統(tǒng)的規(guī)格和成本。1.5MW-SOEC系統(tǒng)的制氫單元如表3所示。

　　

 

　　水蒸氣電解系統(tǒng)主要由SOEC模塊、熱交換器、鼓風(fēng)機(jī)、蒸發(fā)器、壓縮機(jī)和高壓罐構(gòu)成。水蒸氣電解系統(tǒng)如圖1所示。

　　

 

　　3. SOEC水蒸氣電解系統(tǒng)的成本評(píng)估

　　1.5MW平板型SOEC水蒸氣電解系統(tǒng)的成本結(jié)構(gòu)如表4所示。平板型SOEC模塊的成本根據(jù)之前的報(bào)告計(jì)算。

　　另外，目前假定儲(chǔ)氫罐為圓柱型高壓罐(350atm)，但如圖2所示，未來(lái)(假設(shè)2030年)為了削減成本，將使用球形儲(chǔ)罐(30atm)。

　　

 

　　平板型SOEC水蒸氣電解系統(tǒng)在現(xiàn)在、未來(lái)和技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展型(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“發(fā)展型”)中的成本結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

　　

 

　　作為發(fā)展型的一個(gè)例子，可以考慮將上述PEMEC的水電解系統(tǒng)，或使用質(zhì)子導(dǎo)體作為固體電解質(zhì)的質(zhì)子SOFC(pSOFC)用于水蒸氣電解池，構(gòu)成所謂的“pSOEC”。

　　目前可以明確，SOEC制氫系統(tǒng)成本(總體)主要由SOEC系統(tǒng)(SOEC模塊和附帶設(shè)備(BOS: balance of system)的總和)、壓縮機(jī)、高壓罐和逆變器構(gòu)成。

　　對(duì)于當(dāng)前技術(shù)中的壓縮機(jī)和高壓罐，可通過(guò)將目前加氫站使用的圓柱型高壓罐改為低壓球形儲(chǔ)罐來(lái)降低儲(chǔ)存壓力(350atm 30atm)，進(jìn)而降低整個(gè)系統(tǒng)的成本。

　　如圖2所示，由于壓縮機(jī)和高壓罐以及SOEC系統(tǒng)主體是成本結(jié)構(gòu)中的主導(dǎo)因素，因此研究如何降低這些因素的成本十分重要。

　　此外，預(yù)計(jì)作為發(fā)展型的pSOEC模塊成本與SOEC和PEMEC相比并無(wú)太大差別，且SOEC和pSOEC的單電池之間的原材料成本和制造工序也并無(wú)顯著差異，因此雖然此處僅為粗略的近似值，但可以預(yù)計(jì)SOEC模塊和pSOEC模塊的成本相同。

　　另外，對(duì)于質(zhì)子型，可以通過(guò)電化學(xué)對(duì)氫氣加壓，因此有望實(shí)現(xiàn)無(wú)需壓縮機(jī)。

　　綜上所述，在發(fā)展型中，預(yù)計(jì)將在加壓條件下進(jìn)行水蒸氣電解，且采用電化學(xué)法對(duì)氫氣加壓，從而排除了壓縮機(jī)的成本。下一節(jié)將根據(jù)這些成本數(shù)據(jù)評(píng)估氫儲(chǔ)能，并通過(guò)與LIB的蓄電成本進(jìn)行比較來(lái)討論SOEC系統(tǒng)的定位。

　　SOEC(氫)和LIB(電)的儲(chǔ)能時(shí)間對(duì)比

　　1. SOEC(氫)和LIB(電)的制氫·發(fā)電循環(huán)/充放電循環(huán)的成本計(jì)算方法

　　目前，二次電池被認(rèn)為是一種儲(chǔ)存可再生能源剩余電力的手段。在本提案書(shū)中，將LIB作為二次電池的代表性技術(shù)，進(jìn)行了SOEC(氫)和LIB(電)的制氫·發(fā)電循環(huán)/充放電循環(huán)的成本比較。

　　

 

　　用于比較的LIB系統(tǒng)(10MW/40MWh)的成本結(jié)構(gòu)如表5所示?，F(xiàn)在和未來(lái)的LIB系統(tǒng)成本分別參考LCS的政策提案書(shū)。關(guān)于未來(lái)技術(shù)的規(guī)格，假設(shè)通過(guò)改變電極材料來(lái)降低成本，但壽命不變(15年(5000循環(huán)))。

　　LCOS(levelized cost of storage，儲(chǔ)能系統(tǒng)平準(zhǔn)化成本)已被提議作為比較蓄電·再放電剩余電力成本的一種手段，并用作比較不同蓄電設(shè)備的指標(biāo)。

　　LCOS由以下公式計(jì)算，各符號(hào)的含義總結(jié)如表6所示。

　　

 

　　在LCOS中，分別記述負(fù)責(zé)電力輸入/輸出的元件和負(fù)責(zé)蓄電(或蓄能)的元件。

　　SOEC水蒸氣電解系統(tǒng)由負(fù)責(zé)電力輸入/輸出的元件(SOEC模塊、壓縮機(jī)、熱交換器、BOS)和負(fù)責(zé)儲(chǔ)能的元件(高壓罐)兩部分構(gòu)成;

　　LIB系統(tǒng)由負(fù)責(zé)電力輸入/輸出的元件(逆變器、BOS)和負(fù)責(zé)蓄電的元件(電池主體)兩部分構(gòu)成。

　　為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，本提案書(shū)中將LCOS稱(chēng)為“充放電成本”。另外，根據(jù)額定輸出與蓄電容量的函數(shù)關(guān)系，下式成立：

　　

 

　　以1年8,760小時(shí)計(jì)算，則年循環(huán)數(shù)可以用以下公式表示：

　　將公式(6)代入LCOS的公式，整理后可得到以下公式：

　　通過(guò)為每個(gè)蓄電(蓄能)系統(tǒng)設(shè)定參數(shù)，LCOS成為表示放電時(shí)間(或發(fā)電時(shí)間)的Duration與稼動(dòng)率的函數(shù)。在本提案中，由于SOEC和LIB之間的比較基于LCOS，因此下面對(duì)Duration的定義進(jìn)行說(shuō)明。

　　假定LIB的充電和放電具有相同的時(shí)間比——例如，Duration為24h時(shí)，放電時(shí)間為24h，充電時(shí)間也為24h，因此單次循環(huán)的總時(shí)間為48h。因此，LIB放電的稼動(dòng)率為50%。另一方面，SOEC的發(fā)電時(shí)間被定義為Duration。

　　然而，如表2所示，由于默認(rèn)采用根據(jù)之前的數(shù)值模型計(jì)算出的電池電壓和電流密度，因此水蒸氣電解時(shí)的電流密度比發(fā)電時(shí)的電流密度高約3.5倍。

　　因此，水蒸氣電解所需的時(shí)間是發(fā)電時(shí)間的1/3.5——例如，Duration為24h時(shí)，發(fā)電時(shí)間為24h，而水蒸氣電解時(shí)間約為7h，兩者之和為單次循環(huán)總用時(shí)。

　　SOEC水蒸氣電解系統(tǒng)輸出部分的CP是SOEC模塊、壓縮機(jī)、熱交換器和BOS的固定成本之和，LIB系統(tǒng)輸出部分的CP是逆變器和其他BOS的固定成本之和，均以“日元/W”為單位。

　　SOEC水蒸氣電解系統(tǒng)的CE代表用于儲(chǔ)氫的高壓罐，使用固定成本除以填充氫氣的標(biāo)準(zhǔn)燃燒焓的所得值“日元/Wh”作為單位;LIB系統(tǒng)的CE表示LIB模塊單位蓄電量(Wh)的固定成本。

　　2. 從SOEC和LIB的儲(chǔ)能時(shí)間(放電·發(fā)電時(shí)間)角度探討儲(chǔ)能形式

　　本節(jié)對(duì)SOEC和LIB的充放電成本進(jìn)行比較。SOEC是制氫系統(tǒng)，通常情況下需要其他利用氫氣的發(fā)電系統(tǒng)，但本研究假設(shè)SOEC也可用作SOFC，即互為可逆的發(fā)電·電解系統(tǒng)(SOFC/SOEC系統(tǒng))。

　　這些成本匯總在CP和CE中，其明細(xì)如表7所示。另外，表7還總結(jié)了計(jì)算LIB充放電成本所需的參數(shù)。在本節(jié)中，基于表7的標(biāo)準(zhǔn)條件，從以下觀點(diǎn)對(duì)SOEC和LIB進(jìn)行比較。

　　

 

　　1) 通過(guò)SOEC和LIB的比較，分析充放電成本與Duration(放電(發(fā)電)時(shí)間)的關(guān)系(假設(shè)電力成本分別為12日元(約0.70元)/kWh以及0日元/kWh);

　　2) SOFC/SOEC和LIB的Duration(放電(發(fā)電)時(shí)間)與效率的函數(shù)關(guān)系;

　　3) SOFC/SOEC和LIB的Duration(放電(發(fā)電)時(shí)間)與壽命的函數(shù)關(guān)系;

　　4) SOFC/SOEC和LIB的充放電成本與稼動(dòng)率的關(guān)系;

　　(假設(shè)使用來(lái)自可再生能源的剩余電力;電力成本：0日元/kWh;SOEC稼動(dòng)率5%)

　　如圖3所示，對(duì)SOEC和LIB的充放電成本(LCOS成本)進(jìn)行了比較。以電力成本為12日元(約0.70元)/kWh(相當(dāng)于系統(tǒng)電力成本)作為共同條件進(jìn)行計(jì)算。(圖3a，b，c)。

　　

 

　　另外，為了便于比較，假設(shè)其他條件相同情況下，將電力成本為0日元/kWh的情況也一同表示出來(lái)(圖3d，e，f)。

　　可以發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是現(xiàn)在、未來(lái)、還是發(fā)展型的情況，當(dāng)Duration(放電(發(fā)電)時(shí)間)較短時(shí)，LIB都比SOEC具有更低的充放電成本。

　　當(dāng)電力成本為12日元(約0.70元)/kWh時(shí)：在對(duì)“現(xiàn)在”情況的比較中，儲(chǔ)能時(shí)間大于95小時(shí)(相當(dāng)于約4天)時(shí)情況反轉(zhuǎn)，SOEC的充放電成本低于LIB(圖3a);

　　在對(duì)“未來(lái)”情況的比較中，儲(chǔ)能時(shí)間大于約43小時(shí)(相當(dāng)于約2天)時(shí)SOEC的充放電成本低于LIB(圖3b)。由此可知，長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)能時(shí)，SOEC相比于LIB更具成本優(yōu)勢(shì)。

　　此外，在對(duì)“發(fā)展型”情況的比較中，儲(chǔ)能時(shí)間大于27小時(shí)(相當(dāng)于1天)時(shí)SOEC的充放電成本低于LIB(圖3c)。

　　當(dāng)電力成本為0日元/kWh時(shí)：在對(duì)“現(xiàn)在”情況的比較中，儲(chǔ)能時(shí)間大于73小時(shí)(相當(dāng)于約3天)時(shí)SOEC的充放電成本低于LIB(圖3d);

　　在對(duì)“未來(lái)”情況的比較中，儲(chǔ)能時(shí)間大于約18小時(shí)(相當(dāng)于約1天)時(shí)SOEC的充放電成本低于LIB(圖3e);

　　在對(duì)“發(fā)展型”情況的比較中，儲(chǔ)能時(shí)間大于11小時(shí)(相當(dāng)于0.5天)時(shí)SOEC的充放電成本低于LIB(圖3f)。

　　如上所述，SOEC通過(guò)降低儲(chǔ)罐和壓縮機(jī)的成本，即使在Duration(發(fā)電時(shí)間)較短時(shí)也有可能實(shí)現(xiàn)比LIB更低的LCOS成本，從而擴(kuò)大SOEC與LIB共存的可能性。

　　接下來(lái)，研究了發(fā)電·水電解效率與SOFC/SOEC和LIB的成本優(yōu)勢(shì)發(fā)生反轉(zhuǎn)時(shí)的Duration(放電(發(fā)電)時(shí)間)，即LCOS曲線的交點(diǎn)處Duration的值的關(guān)系(圖4)。

　　即,根據(jù)表8中的未來(lái)情況，改變SOFC/SOEC的發(fā)電 水蒸氣電解效率，從而找到SOFC/SOEC和LIB的LCOS曲線的交點(diǎn)。

　　結(jié)果如圖4所示。效率改善的效果顯著(參考圖3，指交點(diǎn)更靠前，即Duration更短)，且大約在水蒸氣電解效率nST=0.85，發(fā)電效率nDIS=0.7時(shí)，改善效果達(dá)到極限。

　　

 

　　此外，還對(duì)系統(tǒng)壽命的影響進(jìn)行了研究。與圖4的情況相同，基于表7的未來(lái)情況，改變SOFC/SOEC系統(tǒng)的壽命，從而找到SOFC/SOEC和LIB的LCOS曲線交點(diǎn)處Duration的值，結(jié)果如圖5所示。與效率一樣，壽命的影響顯著，且在壽命大約為15年時(shí)Duration值達(dá)到最小。

　　

 

　　如上所述，基于表7的條件進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn)，隨著技術(shù)的革新，SOEC的成本優(yōu)勢(shì)擴(kuò)大。這一結(jié)果表明，通過(guò)降低占SOEC系統(tǒng)成本很大比例的高壓罐和壓縮機(jī)的成本來(lái)進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，則SOEC的優(yōu)勢(shì)可能會(huì)得到擴(kuò)大。

　　此外，還探討了可再生能源的剩余電力應(yīng)該存儲(chǔ)在LIB(電)還是SOEC(氫)中。如圖6所示，假設(shè)電力成本為0日元/kWh，且可再生能源剩余電力的稼動(dòng)率為5%的條件下，對(duì)SOEC和LIB的充放電成本進(jìn)行了比較。

　　即，假定LIB充電和放電的稼動(dòng)率相等，分別為5%;與之相比，在SOEC的情況下，如表2所示，假設(shè)以5%的稼動(dòng)率進(jìn)行水蒸氣電解，由于發(fā)電時(shí)的電流密度低于水蒸氣電解時(shí)的電流密度，因此發(fā)電時(shí)的稼動(dòng)率將大于5%(SOFC稼動(dòng)率：現(xiàn)在13%;未來(lái)16%;發(fā)展型18%;SOEC稼動(dòng)率固定：5%)。

　　根據(jù)這一假設(shè)，有望得到與圖3中充放電成本不同的結(jié)果。如圖6結(jié)果所示，在現(xiàn)在的情況下，SOEC和LIB的LCOS曲線交點(diǎn)處的Duration值為30h，而在未來(lái)和發(fā)展型的情況下，SOEC的充放電成本始終低于LIB。

　　

 

　　由此可見(jiàn)，可以通過(guò)縮短蓄能(水蒸氣電解)時(shí)間，同時(shí)提高發(fā)電的稼動(dòng)率，以擴(kuò)大SOEC的成本優(yōu)勢(shì)。

　　從以上比較結(jié)果可以看出——

　　當(dāng)需要長(zhǎng)期儲(chǔ)能時(shí)，在成本方面SOEC尚可以與LIB一較高下;

　　但當(dāng)假設(shè)連接到系統(tǒng)電力時(shí)，則必須降低SOEC的充放電成本。

　　基于上述結(jié)果，下一節(jié)將討論降低制氫成本的要求事項(xiàng)。

　　制氫成本評(píng)估

　　根據(jù)表4和表7中的規(guī)格，計(jì)算SOEC的制氫成本。計(jì)算公式如下(式(9))。

　　其中，Tst表示氫氣的儲(chǔ)存時(shí)間(水蒸氣電解時(shí)間)。需要注意的是，雖然公式中其他符號(hào)的含義與上表6相同，但公式(9)與LCOS的計(jì)算公式不同。將Tst固定在24h，制氫成本與輸入電力成本以及稼動(dòng)率的關(guān)系如圖7所示。

　　此處，以達(dá)成日本政府2030年的制氫成本目標(biāo)——30日元(約1.76元)/Nm3-H2[21]為中心進(jìn)行討論。

　　對(duì)表4中現(xiàn)在、未來(lái)、發(fā)展型的情況分別進(jìn)行了討論：

　　現(xiàn)在的情況(圖7a)下，電價(jià)為1日元(約0.06元)/kWh，稼動(dòng)率為100%時(shí)，則可以達(dá)到30日元(約1.76元)的目標(biāo);

　　

 

　　未來(lái)的情況(圖7b)下，電價(jià)為5日元(約0.29元)/kWh，稼動(dòng)率為60%時(shí)，可以達(dá)到30日元(約1.76元)的目標(biāo);

　　

 

　　此外，發(fā)展型的情況(圖4c)下，電價(jià)為5日元(約0.29元)/kWh，稼動(dòng)率為45%時(shí)，可以達(dá)到30日元(約1.76元)的目標(biāo)。

　　

 

　　未來(lái)情況下，制氫成本與水蒸氣電解時(shí)間的關(guān)系如圖8所示。其中，假定水蒸氣電解的稼動(dòng)率為50%，電力成本為5日元(約0.29元)/kWh，則水蒸氣電解時(shí)間為15h左右(大致相當(dāng)于半天)時(shí)即可達(dá)到30日元(約1.76元)/Nm3-H2的制氫成本。如上，明確了實(shí)現(xiàn)一日循環(huán)時(shí)SOEC系統(tǒng)需滿足的條件。

　　總結(jié)

　　SOEC水蒸氣電解制氫儲(chǔ)能與LIB電力儲(chǔ)存技術(shù)相比，假設(shè)利用系統(tǒng)電力(12日元(約0.70元)/kWh)，則在標(biāo)準(zhǔn)條件(現(xiàn)狀)下，儲(chǔ)存時(shí)間大于約4天時(shí)，SOEC更具成本優(yōu)勢(shì)，而在未來(lái)情況下，該儲(chǔ)存時(shí)間更可以進(jìn)一步縮短到2~1天左右。

　　因此，未來(lái)通過(guò)與可再生能源結(jié)合，SOEC有望發(fā)揮應(yīng)對(duì)輸出波動(dòng)和電力儲(chǔ)存的作用。

　　此外，還明確了實(shí)現(xiàn)日本政府制氫成本30日元(約1.76元)/Nm3-H2目標(biāo)時(shí)，SOEC/SOEC系統(tǒng)需滿足的條件。

　　雖然可以通過(guò)電池設(shè)計(jì)和構(gòu)成材料的技術(shù)創(chuàng)新來(lái)降低SOFC/SOEC系統(tǒng)的成本，但改進(jìn)制造工藝和延長(zhǎng)壽命的技術(shù)開(kāi)發(fā)必不可少。

　　SOEC技術(shù)開(kāi)發(fā)課題的提案

　　本提案書(shū)在與LIB進(jìn)行技術(shù)比較的同時(shí)，對(duì)SOFC/SOEC未來(lái)的新作用，特別是SOEC的技術(shù)開(kāi)發(fā)課題進(jìn)行了探討。通過(guò)這些討論明確的SOEC技術(shù)開(kāi)發(fā)課題如下所述。

　　1)從SOEC系統(tǒng)的成本結(jié)構(gòu)來(lái)看，SOEC模塊成本的降低固然重要，但也表明壓縮機(jī)和高壓罐的成本所占比例較大。

　　本提案書(shū)表明，將圓柱型高壓罐改為低壓且廉價(jià)的球形罐將有助于大幅降低系統(tǒng)成本。因此，隨著SOEC模塊的開(kāi)發(fā)，壓縮機(jī)、儲(chǔ)罐等周邊設(shè)備的開(kāi)發(fā)也十分重要。

　　另外，與PEMEC相比，SOEC需要將水蒸氣通入到電池中，因此必須引入熱交換器以生成水蒸氣。

　　因此，在SOEC的水蒸氣電解系統(tǒng)中，熱交換器的小型化也是一個(gè)重要的開(kāi)發(fā)項(xiàng)目。

　　此外，假定采用電化學(xué)升壓技術(shù)，則高壓PEMEC和PSOEC等質(zhì)子型燃料電池的開(kāi)發(fā)也十分重要。

　　SOEC的開(kāi)發(fā)項(xiàng)目總結(jié)如下：

　　開(kāi)發(fā)能夠應(yīng)對(duì)可再生能源電力輸出波動(dòng)的SOEC模塊

　　SOEC模塊的長(zhǎng)壽命化、小型化

　　降低壓縮機(jī)和儲(chǔ)氫罐等周邊設(shè)備的成本

　　研究熱交換器的小型化

　　發(fā)質(zhì)子型FC作為新技術(shù)

　　此外，雖然通過(guò)本次成本評(píng)估明確了SOEC所需的運(yùn)行條件，但也有必要探討能夠?qū)崿F(xiàn)該運(yùn)行條件的運(yùn)用模式。關(guān)于該論點(diǎn)總結(jié)如下：

　　2)通過(guò)與LIB的充放電成本進(jìn)行比較，證實(shí)了以長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)氫為前提下，使用SOEC系統(tǒng)的電力儲(chǔ)存和利用氫的儲(chǔ)能共存的可能性?；谠摻Y(jié)論，未來(lái)有必要根據(jù)可再生能源波動(dòng)的時(shí)間規(guī)律(小時(shí)、日、周、月)來(lái)開(kāi)拓儲(chǔ)氫的利用形式和市場(chǎng)。

　　3)對(duì)實(shí)現(xiàn)30日元(約1.76元)/Nm3-H2的制氫成本目標(biāo)時(shí)SOEC需滿足的必要條件進(jìn)行探討，結(jié)果表明，即使假定未來(lái)的系統(tǒng)成本為(88日元(約5.17元)/W)，仍然需要電力成本降至5日元(約0.29元)/kWh，且稼動(dòng)率大于60%;即使引入可再生能源，也仍需要滿足高稼動(dòng)率;

　　此外，如圖5所示，在稼動(dòng)率：50%;電力成本：5日元(約0.29元)/kWh的條件下，僅需約15小時(shí)的較短水蒸氣電解時(shí)間，即可實(shí)現(xiàn)30日元(約1.76元)/Nm3-H2的制氫成本目標(biāo)，因此加氫站等中小型SOEC系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)十分重要。