日本氫能戰(zhàn)略和燃料電池時代是如何到來的？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-04-03 11:49
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一場九級強震襲擊日本，隨后而來的海嘯對日本東北部地區(qū)造成毀滅性破壞，也包括其中的福島第一核電站。
受制于有限的陸地面積和自然資源，日本的能源安全一直備受關注。福島核電站事故讓日本的核電走向歷史的角落。日本開始滿世界地尋找比核能更安全、更清潔的能源。
福島核電站事故只是“最后一根稻草”。事實上，日本發(fā)展新型能源早已勢在必行。
一方面，日本人口密集、能源消費量大、資源匱乏、災難頻發(fā)，為保證能源安全，新型替代能源成為日本能源發(fā)展的唯一出路；
另一方面，包括日本在內的眾多發(fā)達國家都有減少碳排放的壓力。為應對全球氣候變化的加劇，日本又提出了2050年前CO2排放量比1990年減少80%的目標，促使新能源替代傳統(tǒng)能源是必然選擇。
基于眾多考量，日本把目光投向氫能。事實上，氫能源被譽為21世紀的“終極能源”，有望成為下一代的基礎能源。而燃料電池，則是氫能最直接的載體。
接下來我們將從日本能源發(fā)展歷史的角度來分析，為什么氫能源最可能成為未來全球能源的主角。
日本氫能源的過去、現(xiàn)在、將來
日本的能源發(fā)展戰(zhàn)略，遵循著能源發(fā)展的規(guī)律。自二戰(zhàn)結束年至今日本能源發(fā)展經(jīng)歷了大致5個階段：
1973年，第一次石油危機爆發(fā)。日本強烈感受到能源安全對國家、經(jīng)濟和社會生活的重要性。同年，日本成立“氫能源協(xié)會”，以大學研究人員為中心開展氫能源技術研發(fā)，氫能源與燃料電池的發(fā)展從此拉開了序幕。
成立“氫能源協(xié)會”，以大學研究人員為中心開展氫能源技術研發(fā)。
燃料電池商業(yè)化協(xié)會（GCCJ）制定2015年向普通用戶推廣燃料電池車計劃。
內閣修訂《日本在復興戰(zhàn)略》，發(fā)出建設“氫能源社會”的呼吁。
第四次《能源基本計劃》，將氫能源定位為與電力和熱能并列的核心二次能源，提出建設“氫能源社會”。
安倍政府在實施政方針演說中表達了實現(xiàn)“氫能社會”的決心，旨在繼續(xù)建造燃料電池加氫站之后，通過氫能發(fā)電站的商業(yè)運作來增加氫能流通量并降低價格。
NEDO出臺氫能源白皮書，將氫能源定位為國內發(fā)電的第三支柱。
1. 制氫：零碳+低成本制氫是終極目標
根據(jù)日本氫能源發(fā)展戰(zhàn)略，日本計劃了兩種并行的制氫路線：一是海外進口廉價氫氣；二是國內可再生能源制氫。
日本國內資源稟賦較差，海外制氫成為日本氫燃料的重要來源。
海外制氫的方法主要有以下兩種：
利用海外廉價褐煤制氫
利用可再生能源稟賦條件好，發(fā)電成本的低的國家電解水制氫。
實施海外制氫的首要目標就是建立國際供應鏈氫能供給體系。
2014年，川崎重工業(yè)公司計劃利用在澳大利亞沒有用武之地的褐煤提取氫氣，冷卻到零下253度，制成液態(tài)氫。再利用專用的輪船，像運輸LNG（液化天然氣）一樣運往日本。
為了向日本運輸氣態(tài)氫，該公司開發(fā)出了“SPERA氫”技術。通過利用甲苯吸附氫氣，實現(xiàn)了常溫常壓下的大量運輸。利用這一技術，氫就能夠像汽油一樣在常溫常壓下運輸，實現(xiàn)對現(xiàn)有設備的充分利用。
2018年4月12日，日本川崎重工與澳大利亞政府達成一致，雙方將攜手開展一個價值5億澳元（約合3.88億美元）、為期4年的煤制氫試點項目。這是煤制氫技術從試驗走向市場的一次重大嘗試。其后，日本先后同新西蘭、文萊、挪威等開展氫能合作，日本海外制氫項目陸續(xù)落成。
另一方面，在國內可再生能源制氫方面，目前日本國內主要的制氫方法主要有以下幾種：工業(yè)副產(chǎn)氫、化石燃料制氫、水電解制氫、生物質能制氫/高溫分解和光催化劑制氫等。
日本國內氫氣制造技術現(xiàn)狀
如果考慮到環(huán)境、經(jīng)濟、實用等方面，目前制氫仍多采用化石燃料重整制氫和工業(yè)副產(chǎn)氫等高碳排放技術。但考慮到CO2排放問題，未來將逐步推廣到可再生能源電解水、生物制氫、光催化劑等低碳技術。
鹽水電解是日本目前主要的氫燃料來源
2018年8月9日，NEDO、東芝、東北電力和巖谷產(chǎn)業(yè)宣布在福島開始建立全球最大的可再生能源點解裝置（太陽能電解水制氫）——福島氫能源研究站（FH2R）。
2. 氫能源的運輸和儲存是氫能源應用的關鍵
由于海外制氫成為日本獲取氫氣的重要來源，優(yōu)化長途運輸和長期儲存也就成了日本在儲運方面面臨的主要問題，氫供應鏈的成本結構是海外氫供應經(jīng)濟的可行性的關鍵性因素。
對于長途儲運來說，氫氣通過壓縮、液化、有機氫化物吸附或者轉化為其他氣體（如NH3）和合成甲烷（CH4），不僅可以增加氣體密度、提高單位質量的熱氫值，而且也能夠提高氫氣的運輸效率、延長氣體的儲存時間，避免消散。
日本的海外氫能源儲運主要有液化氫、有機物甲基環(huán)己烷和氫-氮結合運輸三種方式。
3種氫載體的特征
3. 燃料電池的應用：家用燃料電池、燃料電池汽車是構成氫能社會的基礎
日本的燃料電池在商業(yè)化應用方面世界領先，主要有家庭用燃料電池熱電聯(lián)供應系統(tǒng)、業(yè)務用/產(chǎn)業(yè)用燃料電池以及燃料電池車。
在家用燃料電池熱電聯(lián)供應系統(tǒng)方面，日本家用熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)ENE-FARM通過天然氣重整制取氫氣，再將氫氣注入燃料電池中發(fā)電，同時用發(fā)電時產(chǎn)生的熱能來供應暖氣和熱水，整體能源效率可達90%。
根據(jù)日本氫能源戰(zhàn)略的基本計劃，家用燃料電池系統(tǒng)市場銷售目標到2020年達到140萬臺，2030年達到530萬臺。
就業(yè)務用/產(chǎn)業(yè)用燃料電池方面，業(yè)務用/產(chǎn)業(yè)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(fā)生化學反應來發(fā)電，不同的是業(yè)務用燃料電池更多的是將城市煤氣作為燃料制取氫氣。
日本業(yè)用/產(chǎn)業(yè)用燃料電池系統(tǒng)主要供應商及產(chǎn)品性能
說到燃料電池汽車，豐田、本田在全球燃料電池車市場占比最高，是全球燃料電池車的重要推動者。豐田推出世界第一代氫能源汽車“Miral”，本田推出燃料電池車Clarity，性能較豐田第一代燃料電池車有所提升。
豐田和本田燃料電池汽車關鍵參數(shù)比較
作為世界燃料電池車的領軍者，Miral成本已實現(xiàn)大幅下降。
豐田在2008最初立項開始，預計售價1億日元（約600萬元），直至2014年豐田Miral正式推出時，售價已經(jīng)降至723.6萬日元（約43.5萬元），除去日本政府的補貼，消費者只需支付約521萬日元(約合人民幣31.3萬元)。
如此顯著的大幅降本，究其原因，可歸結為企業(yè)量產(chǎn)規(guī)模擴大、混合動力系統(tǒng)大規(guī)模應用、系統(tǒng)簡化等促進FCV成本下降。
燃料電池系統(tǒng)作為FCV的核心部件，在整車成本中占比最高，約63%，其成本的下降是燃料電池車成本下降的關鍵。對于企業(yè)自身來說，降低燃料電池車成本最行之有效的方法就是技術研發(fā)推進和規(guī)?；?。
豐田Miral的成本下降之路
4. 燃料電池車的普及離不開加氫站的投資建設
加氫站是給燃料電池汽車提供氫氣的燃氣站，作為給燃料電池汽車提供氫氣的基礎設施。日本一直都以構建氫能社會為國家發(fā)展目標，其加氫站密度目前世界排名第一。
截至2017年底，日本公共加氫站數(shù)量為91座，根據(jù)日本氫能源基本戰(zhàn)略，2020年要達160個，2025年要達到320個，2030年要增加到900個，到2050年加注站的經(jīng)濟效益將超過加油站，并逐步替代加油站。
日本主要通過政府高額補助和企業(yè)聯(lián)合開發(fā)兩種方式來加快加氫站戰(zhàn)略布局。其中，在企業(yè)聯(lián)合開發(fā)方面，2018年3月6日，豐田汽車公司、日產(chǎn)汽車公司共11家公司，成立了旨在體系化建設氫燃料電池車（下稱“FCEV”）加氫站的“日本加氫站網(wǎng)絡公司”（JHyM）。在氫能源基本戰(zhàn)略中被定位為“加氫建設的推動者”。
