日本吹響“氫能社會”集結(jié)號

　　發(fā)展氫能議題已列入即將于今年6月召開的2019年G20峰會議程，2020年東京奧運會則是日本向國際社會展示其氫能技術(shù)發(fā)展成果的一場"氫能秀"，2025年大阪世界博覽會更是真正檢閱日本氫能社會建設(shè)成果的"大考"。日本著實有點焦慮，急于要在氫能源上拔得世界頭籌。

　　"氫能社會"是指以氫為主要能源的經(jīng)濟(jì)社會，氫能廣泛應(yīng)用于交通、建筑、工業(yè)和電力等各個領(lǐng)域。3月12日，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省發(fā)布了新版《氫能與燃料電池路線圖》，這是繼2014年6月發(fā)布、2016年3月修訂后的再度修訂。新版路線圖依據(jù)日本政府2017年12月制定的《氫能基本戰(zhàn)略》、2018年7月制定的《第五次能源基本計劃》、2018年10月首屆國際氫能部長級會議發(fā)表的《東京宣言》所提出的目標(biāo)和方針進(jìn)行了大幅修訂。

　　與5年前相比，日本孤注一擲的氫能產(chǎn)業(yè)已不再孤獨，越來越多國家加入發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)的大軍，特別是氫能在中國受到熱棒，讓日本又喜又憂。喜的是氫能遭到很長一段時間的非議和沉寂之后成為全球市場追捧的"香餑餑"，而中國廣闊的市場更是日本看中的一塊大蛋糕；憂的是各國競相展開氫能和燃料電池研發(fā)和投資，危及日本全球氫技術(shù)領(lǐng)跑地位，當(dāng)前居高不下的成本更讓日本市場普及進(jìn)展緩慢，給日本建設(shè)"氫能社會"目標(biāo)拖了后腿。

　　發(fā)展氫能議題已列入即將于今年6月召開的2019年G20峰會議程，2020年東京奧運會則是日本向國際社會展示其氫能技術(shù)發(fā)展成果的一場"氫能秀"，2025年大阪世界博覽會更是真正檢閱日本氫能社會建設(shè)成果的"大考"。日本著實有點焦慮，急于要在氫能源上拔得世界頭籌。因此，"降成本、促發(fā)展"成為此次修訂的主基調(diào)。

　　■  發(fā)力交通領(lǐng)域應(yīng)用

　　燃料電池汽車：自2014年12月投放市場以來，截至2018年12月僅售出2926輛，低于美國德州5000多臺的保有量。距2020年實現(xiàn)4萬臺銷售的目標(biāo)仍有不少差距，要實現(xiàn)2025年的20萬臺和2030年的80萬臺市場目標(biāo)還有點難。為此，必須大幅降低成本才有望實現(xiàn)既定目標(biāo)。到2025年燃料電池電堆系統(tǒng)成本要從2萬日元/kW降至0.5萬日元/kW（注：10000日元約等于600元人民幣左右），儲氫系統(tǒng)要從目前的70萬日元降至2030年的10-20萬日元，燃料電池整車車價與同等級別混動車差價要從目前的300萬日元減少到70萬日元。最大功率密度要從目前的3.0kW/L提高到2030年的6.0kW/L，續(xù)航里程要從2020年650公里提高到2030年800公里。2025年還計劃開發(fā)出普及型的燃料電池車型。

　　燃料電池巴士：自2017年3月投入運營以來，截至2019年2月東京地區(qū)在運巴士有18臺，2020年東京奧運會之前要達(dá)到100臺，2030年要達(dá)到1200臺。為此，2025年之前車價要減半，即從目前的1億零500萬日元降至5250萬日元，2030年左右實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)完全自立。

　　燃料電池鏟車：自2017年開始投放市場，截至2019年2月在各大機場與批發(fā)市場投運的鏟車約150臺，到2020年要達(dá)到500臺，2030年要達(dá)到1萬臺。與此同時要積極擴(kuò)大海外市場銷售。

　　日本還計劃開發(fā)燃料電池卡車、船舶和列車等其它交通工具。目前，日本利用海上風(fēng)電制氫運營的燃料電池船舶已經(jīng)下海；燃料電池物流車已試制完成；燃料電池動力列車被德國搶了鮮，日本正在加緊追趕之中。此外，日本還計劃將燃料電池技術(shù)推廣應(yīng)用到工業(yè)、宇航等領(lǐng)域。

　　商業(yè)加氫站：自2013年開始建設(shè)以來，截至2019年3月共開放了103個。2020年要達(dá)到160個，2025年要達(dá)到320個。為此，到2025年要大幅降低加氫站的建設(shè)運維費和關(guān)鍵設(shè)備成本，其中建設(shè)費從3.5億日元減至2億日元，運維費要從3400萬日元/年降至1500萬日元/年，壓縮機從0.9億日元降至0.5億日元，蓄壓器從0.5億日元降至0.1億日元。2020年加氫站的機器裝備將統(tǒng)一規(guī)格，以進(jìn)一步挖掘降價空間。加氫站運維費中的人力成本占據(jù)35%左右，因此日本決定在東京奧運會之前設(shè)立無人值守的加氫站，今年8月前將完成相關(guān)法規(guī)、技術(shù)解決方案和安全措施的制定。

　　■  開拓居民、工商業(yè)應(yīng)用

　　家用燃料電池：2009年日本率先推出以家用燃料電池為主的小型熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，普通家庭可節(jié)能25%，實現(xiàn)減排40%，綜合效率達(dá)到95%以上。截至2019年1月，市場共售出27.4萬臺。價格從10年前的300多萬日元降至今日的94萬日元。2020年將實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)自立，其中固體高分子型燃料電池（PEFC）售價由94萬日元降為80萬日元，固體氧化物型燃料電池（SOFC）售價由119萬日元降至100萬日元，2030年的市場普及目標(biāo)要達(dá)到530萬臺，投資回收期限由7-8年縮短至5年。

　　商用和工業(yè)級燃料電池：到2025年發(fā)電效率要達(dá)到55%以上，將來超過65%。發(fā)電成本要與標(biāo)桿電價持平，其中低壓設(shè)備成本為50萬日元/kW，發(fā)電成本為25日元/kWh，高壓設(shè)備成本為30萬日元/kW，發(fā)電成本為17日元/kWh。使用壽命從目前的9萬小時要增加到13萬小時。

　　氫燃料發(fā)電：替代火力發(fā)電的最佳低碳化選項是利用氫燃料發(fā)電。技術(shù)上首先從氫燃料與天然氣混燃發(fā)電開始突破，開發(fā)利用余熱進(jìn)行甲基環(huán)己烷（MCH）、氨等氫載體的脫氫反應(yīng)技術(shù)，高效脫氫工藝可進(jìn)一步降低成本，與此同時加快脫硝燃燒器和非噴淋脫硝技術(shù)的開發(fā)。2019年內(nèi)還要完成利用既有火電設(shè)備進(jìn)行混燃發(fā)電的綜合評估，包括混燃對火焰溫度、火焰穩(wěn)定性、氮氧化物、發(fā)電性能和發(fā)電設(shè)備以及環(huán)境的影響。2020年小型純氫燃料熱電聯(lián)產(chǎn)的發(fā)電效率從26%增加到27%，到2030年要全面實現(xiàn)商業(yè)化氫燃料發(fā)電。2018年1月，日本已成功完成氫氣與天然氣混燃比例達(dá)到30%的發(fā)電試驗，同年4月，又在全球率先實現(xiàn)了1MW級純氫燃料熱電聯(lián)產(chǎn)項目的投運，與天然氣混燃完全不受比例限制。

　　■  注重制氫能力提升

　　降低氫制備成本：目前氫制備成本偏高，遠(yuǎn)高于化石能源成本，化石能源市場的價格波動性較強，若以天然氣價格（10美元/MMBtu）為例進(jìn)行測算，相等熱值的氫價目標(biāo)應(yīng)該定在13.3日元/Nm3。但2030年目標(biāo)價位仍確定為30日元/Nm3，只有未來達(dá)到20日元/Nm3以下才真正具競爭性。

　　化石能源制氫：構(gòu)建國際化氫制備、儲存和運輸?shù)漠a(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈對于日本降低成本具有重要的意義。其中開發(fā)利用國外的化石能源與碳捕捉和封存（CCS）技術(shù)組合制備氫是實現(xiàn)零碳?xì)淙剂瞎┙o的關(guān)鍵所在。2025年之前，利用澳大利亞褐煤制氫成本要從幾百日元降至12日元/Nm3，液化氫罐容量從數(shù)千m增加到5萬m3，從而大大提高氫儲運的經(jīng)濟(jì)性。氫氣液化能耗從13.6kWh/kg降至6kWh/kg，則可大幅降低液化環(huán)節(jié)的成本。與此同時還要降低CCS的成本，從目前的4200日元/t-CO2降至2000日元/t-CO2。

　　可再生能源制氫：為防止棄風(fēng)棄光和限電，大規(guī)模利用可再生能源富余電力制氫，即電轉(zhuǎn)氣（P2G）技術(shù)已為市場普遍看好。日本已在福島建立了全球最大的單機10MW級的電解水裝備示范項目，最大年產(chǎn)量為900t，所制氫氣將用于2020年東京奧運村的供電和供熱。但要真正全面推廣P2G項目，降低成本和減少轉(zhuǎn)化損耗是關(guān)鍵。到2030年，電解水裝置成本要從20萬日元/kW降至5萬日元/kW，能耗從5kWh/Nm3減少至4.3kWh/Nm3。強堿型和固體高分子型（PEM）電解水裝備各項指標(biāo)計劃見表1、2。

　　日本《氫能基本戰(zhàn)略》提出了2030年氫能社會建設(shè)的基本目標(biāo)和2050年實現(xiàn)氫能社會的宏偉愿景；日本《第五次能源基本計劃》將氫能列入新能源范疇，且與可再生能源具有同等重要地位，氫制備成本目標(biāo)要做到與油氣等傳統(tǒng)能源價格基本持平；日本主導(dǎo)的《東京宣言》則呼吁推動四方面的國際合作：一是，為加速氫制備成本和燃料電池汽車等氫能產(chǎn)品降價，各國要進(jìn)行技術(shù)合作，加強法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)制定的協(xié)調(diào)；二是，為確保加氫站和儲氫系統(tǒng)等相關(guān)設(shè)施的安全性，以及因地制宜建立氫能產(chǎn)業(yè)鏈，要積極推廣和擴(kuò)大氫能利用，推動各國聯(lián)合研發(fā)；三是，為提高和分享對建設(shè)氫能社會的共識，調(diào)查和評估氫能的市場潛力、經(jīng)濟(jì)效果、CO2減排效果具有重要的意義；四是，為擴(kuò)大氫能產(chǎn)業(yè)投資，要加強氫能教育和宣傳活動，以提高社會接受度。此次新版路線圖則設(shè)定了新的基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)格和各細(xì)分項目成本目標(biāo)，并提出了實現(xiàn)該目標(biāo)的必要措施，與此同時設(shè)立專家評估工作小組，對各領(lǐng)域最新進(jìn)展進(jìn)行評估和追蹤。

　　這一切標(biāo)志著日本將舉全國之力向"氫能社會"建設(shè)目標(biāo)挺進(jìn)。【作者：周杰系國際清潔能源論壇（澳門）秘書長，武漢新能源研究院研究員】

　　轉(zhuǎn)自：中國能源報

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