/ 上海转型发布_在“碳达峰”、“碳中和”大趋势下,“氢能国”是怎样40年锲而不舍让曙光初现的?

上海转型发布_在“碳达峰”、“碳中和”大趋势下,“氢能国”是怎样40年锲而不舍让曙光初现的?

由严含发表于2021-07-21 08:00:00

——正文共 3110字,预计阅读时间 6分钟

在当下举办的日本东京奥运会上,日本政府为东京五丁目选手村(Harumi Flag)的部分配置采用了氢能燃料电池,主要包括5632户住宅全部安装了松下公司为家庭开发的燃料电池Ene-Farms,它利用天然气制取氢气,然后用氢气发电和供暖。这种燃料电池的能源利用效率,虽然一套燃料电池设备成本约为100万日元,远高于40万日元的传统家用燃气设备,但是它平均每年能为住户节省约6万日元的电费燃气费这一举措不仅象征着东京政府对氢能未来的信心,也显示出其在国际氢能商业化潮流中的雄心


下图选手村的氢能发电和供暖系统图片来源zg-kg.com


日本作为世界第三大经济体,由于存在天然资源极度匮乏和能源消费量位居世界前列(石油、天然气的进口均在世界前三位)的矛盾,使其对石油、煤炭及液化天然气都基本上依赖进口(对外依存度依次99.6%96.1%93.9%)。截止2016年,日本的能源自给率只有8%左右,这导致其工业命脉的脆弱度与中国及美国是无法比较的。正因为如此,40年来日本政府和企业持续加足马力,把能源需求中的很部分转化为更加清洁的能源——氢能


下表:截止2016年,部分国家的能源自给率数据来源网络


值得一提的是,日本对氢能源的布局,不是仅仅局限于车用,而是希望能广泛应用到日常生活中,与电力、热力一样,构成国内二次能源的三大支柱。也就是说,日本政府普及到如同自来水一样,贯穿于衣食住行的各个方面,试图构筑一个氢能社会,这也成为日本能源发展战略的重中之重。在此,让我们跟随时间轴,回溯一下40年来日本发展氢能的“大事记”:

 

1973,第一次石油危机爆发,日本强烈感受到能源安全对国家、经济和社会生活的重要性,便在同年成立了氢能源协会,以大学研究人员为中心,开展氢能源技术研发,由此拉开了氢能源与燃料电池的发展序幕


1981,通产省启动月光计划开始研发氢燃料电池,并于每年投入固定经费,维持氢能源相关应用与技术的研发工作。


1990,日本丰田、日产和本田汽车厂启动燃料电池车的开发。与此同时,三洋电机、松下电器和东芝公司则启动家庭燃料电池开发,并于1993年由新能源开发机构(New Energy Development Organization)领衔,成立为期十年的氢能源系统技术研究开发项目。


2002,日本丰田及本田两家车厂首次向政府交付燃料电池汽车(首款展示车)


下图2002年推出的丰田氢燃料电池概念车最大功率93千瓦最大续航里程830公里图片来源凤凰汽车


2005年起,日本新能源开发机构展开燃料电池大规模实际应用研发的长期计划,并于同年启动在横滨建立氢能城市的宏伟计划。但因为当时技术水准与社会接受程度都不足的原因,氢能城市的尝试持续不久就宣告结束。


尽管如此,日本并没有中断氢能的研发。2008年,日本燃料电池商业化协会(GCCJ)制定出2015年向民众推广燃料电池车的计划


2013年,安倍晋三发布《日本再兴战略》,宣布氢能源成为国家重要发展领域


2014年,氢能正式进入商用领域4月,日本制定出第四次能源基本计划,明确了加速建设和发展氢能社会的战略方向。


同年6,日本经济贸易产业省成立的氢能燃料电池战略协会,对外公布了《氢能燃料电池战略发展路线图》,里面详细规划了三阶段达成氢能社会的战略蓝图第一阶段到2025,快速扩大氢能适用范围;第二阶段到2030年底,全面引入氢发电和大规模氢气供应系统,并要达到家用定制型燃料电池的普及目标;第三阶段是2040年开始,要建立二氧化碳供氢系统,打造零排放的流程。


下图日本“氢能社会”战略蓝图图片来源ammoniaenergy.org


201411,丰田名为未来(Mirai的车款在美国亮相,是全球首部商售的氢燃料电池汽车;同年12月,未来车款在日本上市,售价6.05万美元。而日本政府也计划以每台车补贴1.81万美元的方式,支持量产的燃料电池车。与此同时,日本开始积极拓展氢能国际合作,加速氢能社会的构建,并规划了双轨并行的制氢方向:第一,从海外进口廉价氢气;第二,通过国内可再生能源制氢


下图Mirai车款在201411月洛杉矶国际车展中亮相图片来源维基百科


2014年日本提出建构“氢能社会”的同时,日本川崎重工就注意到了澳洲地下大量的低品质煤炭褐煤,打算以此提取氢气,并将提取出来的氢气冷却到零下253度,制成液态氢,再利用专用轮船输往日本(类似运送液化天然气)。

 

下图20191211日,全球首艘液态氢运载船(Suiso Frontier于日本川崎重工神户工厂进行了下水仪式,这是全球第一艘专门设计用来运输氢的船只。这艘380英尺长的船正准备向5600英里外的澳大利亚试航。川崎重工开发的处理液化氢所需的技术,包括双层不锈钢制成的罐和管道,该设备层与层之间采用真空保温。此外,该公司还在远海建造了一个球形的储氢罐,它可能成为日本第一个液化氢装载终端(图片来源:新浪网)


2021年开始,由澳洲向日本运送氢气,而神户机场的人工岛也为此兴建了液态氢的接收基地川崎重工更希望在2030年能够打造出另外两艘运氢船,将22.5万吨氢运往日本,每年足以为300万辆燃料电池汽车提供10000公里的动力

 

日本国内也开始加速氢能基础设施的建设2017年,日本公共加氢站数量只有91座,但2020年底,该数量已达到145座,为全球规划2030年要达到900个加氢站的规模预计2050年起,整体经济效益将超越加油站,并逐步取代加油站。由此,日本市调机构富士经济(Fuji Keizai)在最新的燃料电池车世界市场分析中,提出了前所未有的预估——2030年燃料电池车的市场将是2019年的44.7倍,达到190.53亿美元规模,并逐渐普及到家用车层面。报告推测较快普及的是燃料电池货车和巴士,因为这类车通常路线固定,且距离长,所以导入燃料电池的效益更佳。在家庭燃料电池系统方面,预计2030年市场规模可达到2019年的18.5倍,整体市场扩大至447.5亿美元

 

下图:燃料电池车世界市场分析,2030年燃料电池车的市场将是2019年的44.7倍(图片来源:网络)


另一方面,日本家庭燃料电池系统成本也在稳步下降中,这套系统名为Ene-Farms即本文开篇提到的东京五丁目选手村所用燃料电池系统),其体积近似冰箱大小,通过城市管线进行输送,主要制造商为松下电器、东芝、爱信精机等。2017年,日本安装家用燃料电池系统数量已达20万套,2019年更是突破30万套

 

下图Ene-Farms产品参数(图片来源360图书馆)


根据华尔街日报统计,20182019年的两年时间里,日本政府的氢能相关研发投入预算翻了一倍多,达到3亿美元,这还不算私营企业投入的数百万美元。202012月,日本公布了一份有关氢能源的初步路线图,要求到2050年,氢气和相关燃料将从现在的几乎为零的发电量增长至提供10%的电力,并将相当一部分氢能发电用于航运或钢铁制造等其他用途。


虽然日本利用氢能取代煤、天然气和石油等化石燃料的实践已走过40,但目前依然困难重重。


首先还是成本问题一方面,制氢所需要的原料必须是经过加工的纯水或者其它化石燃料,这一过程需要不小的成本;另一方面,制氢的时候还需要用到贵金属催化剂——铂,这种金属非常稀少,价格昂贵,大大增加了制氢的成本。值得注意的是,利用现有技术,生产纯氢所消耗的能源比直接使用化石燃料要大得多,并且也会排放温室气体。


其次是氢燃料电池的问题一方面,氢燃料电池的功率较低,不太适用于汽车;另一方面,氢燃料电池的寿命短,所采用的质子交换膜技术只能维持电池几千小时的使用。


第三便是安全问题。氢气是一种并不稳定的能源,极易发生爆炸和其他反应。而目前,在安全性这一方面还没有做得非常好。


第四就是配套设施和运输及储存方法。氢能源汽车想要普及,必然逐步将加氢站、储存站和管道建造起来,这样才能吸引用户,形成稳定增长的市场。


最后还有一个突出问题是必须重建电网,这是一个费钱费力费时间的过程,毕竟日本现有的电网只能满足氢能发电的一半需求。


氢能路漫漫,困难重重,日本能否真正实现“氢能社会”战略,并成为能源游戏改变,只能让我们拭目以待


本文作者:上海产业转型发展研究院副院长

撰稿:严含

编辑:詹晓东

审核:夏雨

  

*本文为原创文章,如需转载请在文末留言;未经授权严禁转载

 本研究院为各级政府园区企业提供“发展规划一产业定位一转型策划一产业导入一企业咨询一资源对接一指数发布一培训考察”等一站式、模块化、综合型服务。如需了解更多内容,请长按识别二维码,填写相关信息获取详细介绍。



【观点荟萃】长三角高铁都形成了内环、中环和外环,区域一体化还会远吗?
【观点荟萃】国内城市密集出台有关城市更新政策,晒一晒哪家的力度更大操作性创新性更强?
【观点荟萃】从底特律的衰败,看一业独大的工业城市如何未雨绸缪主动转型?
【观点荟萃】20年弹指一挥间,为什么国内两个最有可比性的城市会拉开如此差距?
【观点荟萃】为什么炒日本笔的程度,会丝毫不亚于炒鞋市场?
……

喜欢就请点个“在看”

作者:严含

公众号:上海转型发布

原文链接:http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzA3OTE0ODU3NQ==&mid=2649973304&idx=1&sn=a50b07331b70181d0ae8eea5f478d5fb&chksm=87b02148b0c7a85e9b5bd2e1b7166b3511de5323284d8e8d153d79551b3d54fc20e4190f70aa&scene=0&xtrack=1#rd

发布时间:2021-07-21 08:00:00

发表评论

您的电子邮箱地址不会被公开。 必填项已用*标注