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    日本“氫能社會”發展戰略與現狀梳理

    2018-08-30   

    中國電源產業網

    導語:image.png在銷量和加氫站建設方面,2016年,日本氫燃料電池車銷量1000輛,已建成100座加氫站。2026年,政府計劃完成200萬輛氫燃料電池車的銷售目標以及1000座加氫站的建設目標。

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    四、現實意義

    氫能生命周期的角度分析出氫能的特點:

    (1)來源廣,不受地域限制;

    (2)是非常優秀的儲能介質;

    (3)對大氣污染小,甚至可做到零污染;

    (4)用途廣泛,既可用于發電發熱,還可用于大中規模儲能以及交通燃料。

    無論是電力、燃油還是氫能,都是由自然界中的一次能源轉化而來的二次能源。它們作為能夠使能源在社會生活中以商品的形式輸送以及應用的載體,其配置比重深刻的影響著能源應用結構,同時也與本國的能源分布、獲取方式、地域人口等特點密不可分。

    日本作為一次能源極度匱乏的國家,既不具備大規模修建光伏風電水電的條件,在福島核電站事故后,核能的推進也是阻力重重,這種能源主要依賴于進口的現狀使得其能源安全問題以及地緣政治的風險一直備受關注。而日本人口密度大、地域面積小,對氫能的運輸以及加氫站的建設都比較有利。

    日本政府在《能源基本計劃》中將氫能源定位為與電力和熱能并列的核心二次能源,并提出建設“氫能社會”的愿景,希望通過氫燃料電池實現氫能在家庭、工業、交通甚至全社會領域的應用,從而實現真正的能源安全以及能源獨立。

    本文將關注世界氫能發展的領頭羊——日本,探討日本建設“氫能社會”的歷史進程、發展戰略、發展現狀以及現實意義。

    一、歷史進程

    1973年10月,第四次中東戰爭導致第一次石油危機爆發。世界各國強烈感受到能源安全對國家乃至世界經濟政治以及社會生活的重要性。同年,日本成立“氫能源協會”,以大學研究人員為中心開展氫能源技術研發。

    1981年,日本啟動了燃料電池的開發。相比于美國13年前(即1968年)就已經實現了氫能源技術的應用(將強堿性燃料電池應用于阿波羅號宇宙飛船上),日本在氫能源技術利用的起步階段落后了一大截。

    1990年代,豐田、日產和本田汽車制造商啟動燃料電池車的開發,同時三洋電機、松下電器和東芝公司也啟動了家庭燃料電池的開發。燃料電池車和家用燃料電池發展至今,也成為了日本市場應用最廣泛,世界范圍內技術最領先的產品。

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    資料來源:《國際石油經濟》

    談到日本的氫能源發展,就不能不提NEDO機構。NEDO,全稱The New Energy and Industrial Technology Development Organization,名為日本新能源產業技術綜合開發機構,是日本最大的公立研究開發管理機構,承擔著日本的一部分經濟產業行政業務,主要目標是負責解決能源和環境問題以及促進科技產品的轉化。

    日本政府對氫和燃料電池的技術開發支持主要以向NEDO投入專項科研經費為主。據悉,2010年至2015年間,NEDO共接受政府投入高達529.8億日元。

    NEDO對燃料電池的研究從1981年開始,主要包括磷酸燃料電池(PAFC)、固體氧化物燃料電池(SOFC)和固體高分子燃料電池(PEFC)。除燃料電池之外,NEDO還進行氫能源利用相關的技術開發,并以東京、名古屋、大阪和福岡為中心,在2015年建成約100座加氫站。此外,NEDO也對氫發電技術以及制氫、儲氫、運氫等與氫全產業鏈相關的新技術進行研究和開發。

    二、發展戰略

    1、國家戰略

    日本主要的國家戰略有《日本再復興戰略》、《能源基本計劃》和《氫能/燃料電池戰略發展路線圖》。

    2013年,安倍政府推出的《日本再復興戰略》,把發展氫能源提升為國策,并啟動加氫站建設的前期工作。在第4次《能源基本計劃》中,日本政府將氫能源定位為與電力和熱能并列的核心二次能源,并提出建設“氫能社會”的愿景。

    2014年,在日本經濟貿易產業省成立的氫能/燃料電池戰略協會對外公布的《氫能/燃料電池戰略發展路線圖》中,詳細描述了氫能源研發推廣的三大階段以及每個階段的戰略目標:

    第一階段是從當前到2025年,快速擴大氫能的使用范圍;

    第二階段是2020年中期—2030年底,全面引入氫發電和建立大規模氫能供應系統;

    第三階段從2040年開始,確立零二氧化碳的供氫系統。

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    此外,日本政府為促進燃料電池的普及使用,對燃料電池車購買、家庭用燃料電池系統以及加氫站建設均進行補貼。截至2014年12月,日本政府共計為家庭用燃料電池系統以及燃料電池補貼投入766.9億日元。

    2.企業戰略

    除了政府之外,日本企業對燃料電池的建設也十分積極。

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    2015年10月15日豐田汽車對外公布《豐田環境挑戰2050》。豐田計劃,于2020年以后,豐田燃料電池車(FCV)在全球的年銷量達到3 萬輛以上;在燃料電池大巴(FCB)方面,于2016年內以東京為中心引進 FCB,為2020年東京奧運會及殘奧會預備 100多輛FCB;此外,2050年全球新車平均行駛過程中CO2排放量與2010年相比,削減90%。

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    三、發展現狀

    目前,日本的燃料電池在商業化應用方面世界領先,主要有家庭用燃料電池熱電聯供固定電站、業務用/產業用燃料電池以及燃料電池車。

    1.家用熱電聯產系統ENE-FARM

    日本家用熱電聯產系統ENE-FARM是一種燃料電池在家庭中高效利用的能源系統。它通用天然氣重整制取氫氣,再將氫氣注入燃料電池中發電,同時用發電時產生的熱能來供應暖氣和熱水,整體能源效率可達90%。

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    與傳統發電系統相比,ENE-FARM可以將大型熱力發電廠很難利用的廢熱有效的加以利用,從而大幅度的提高能源利用效率;與可再生能源(太陽能、風能等)發電系統相比,ENE-FARM不受天氣限制,可在任意時間發電。此外,ENE-FARM安裝在家里,不依賴現有電網,可在大規模停電時應急使用,并且幾乎沒有輸電損失。

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    日本家用燃料電池熱電聯供系統(ENE-FARM)制造商主要有愛信精機、松下、東芝三家。三家公司產品發電效率均可達40%,總效率高達90%以上,耐用時間超過8萬小時,啟動時間只需1-2分鐘,可按需求并網使用。據悉,用戶使用ENE-FARM系統每年可節省的照明和取暖費用約6萬元。

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    在銷量方面,2014年ENE-FARM全球銷量11萬套,售價149萬日元(大約8.7萬人民幣)。2017年5月,ENE-FARM全球銷量突破20萬套。對此,日本政府提出在2030年之前實現約相當于日本一成家庭的530萬套的銷售目標。

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    2.業務用/產業用燃料電池

    業務用/產業用燃料電池與家庭用燃料電池工作原理相似,都是通過在燃料電池中氫氣和氧氣發生化學反應來發電,不同的是業務用燃料電池更多的是將城市煤氣作為燃料制取氫氣。

    業務用燃料電池的輸出功率從幾千瓦到幾兆瓦都有,通常使用的燃料電池種類有磷酸燃料電池(PAFC)、熔融碳酸鹽電池(MCFC)、固體氧化物燃料電池(SOFC)等。

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    3.燃料電池車

    日本燃料電池車商業化較為成功的主要有豐田本田兩家廠商。

    豐田FCV燃料電池4座商業車MIRAI于2014年12月在日本上市。該車百公里加速時間約為10秒,最大續航里程超過482英里(約700公里),補充氫燃料3分鐘。2015年產700輛,2016年產2000輛,預計2020年達年產3萬輛。豐田計劃在2025年前讓燃料電池車售價降至約2萬美元。 

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    豐田FCV燃料電池車MIRAI

    本田FCV燃料電池5座商業車Clarity于2016年3月在日本上市,其最大功率為100kW(136PS),最大續航里程將達到700公里,補充氫燃料僅需3分鐘。 

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    本田FCV燃料電池車Clarity

    氫燃料電池車相比傳統汽車來講,價格較貴。日本政府為促進氫能源的普及,對每位購買燃料電池車的消費者提供補貼。就2016年的市場情況來看,豐田的Mirai車售價670萬日元/輛,補貼202萬日元/輛;本田Clarity Fuel Cell車售價709萬日元/輛,補貼208萬日元/輛。image.png在銷量和加氫站建設方面,2016年,日本氫燃料電池車銷量1000輛,已建成100座加氫站。2026年,政府計劃完成200萬輛氫燃料電池車的銷售目標以及1000座加氫站的建設目標。

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    四、現實意義

    氫能生命周期的角度分析出氫能的特點:

    (1)來源廣,不受地域限制;

    (2)是非常優秀的儲能介質;

    (3)對大氣污染小,甚至可做到零污染;

    (4)用途廣泛,既可用于發電發熱,還可用于大中規模儲能以及交通燃料。

    無論是電力、燃油還是氫能,都是由自然界中的一次能源轉化而來的二次能源。它們作為能夠使能源在社會生活中以商品的形式輸送以及應用的載體,其配置比重深刻的影響著能源應用結構,同時也與本國的能源分布、獲取方式、地域人口等特點密不可分。

    日本作為一次能源極度匱乏的國家,既不具備大規模修建光伏風電水電的條件,在福島核電站事故后,核能的推進也是阻力重重,這種能源主要依賴于進口的現狀使得其能源安全問題以及地緣政治的風險一直備受關注。而日本人口密度大、地域面積小,對氫能的運輸以及加氫站的建設都比較有利。

    因此,日本政府在《能源基本計劃》中將氫能源定位為與電力和熱能并列的核心二次能源,并提出建設“氫能社會”的愿景,希望通過氫燃料電池實現氫能在家庭、工業、交通甚至全社會領域的應用,從而實現真正的能源安全以及能源獨立。

    來源:張歡歡 新能源趨勢投資

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