發(fā)展氫能議題已列入即將于今年6月召開(kāi)的2019年G20峰會(huì)議程，2020年?yáng)|京奧運(yùn)會(huì)則是日本向國(guó)際社會(huì)展示其氫能技術(shù)發(fā)展成果的一場(chǎng)“氫能秀”，2025年大阪世界博覽會(huì)更是真正檢閱日本氫能社會(huì)建設(shè)成果的“大考”。日本著實(shí)有點(diǎn)焦慮，急于要在氫能源上拔得世界頭籌。
“氫能社會(huì)”是指以氫為主要能源的經(jīng)濟(jì)社會(huì)，氫能廣泛應(yīng)用于交通、建筑、工業(yè)和電力等各個(gè)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(jì)劃》、2018年10月首屆國(guó)際氫能部長(zhǎng)級(jí)會(huì)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(dú)，越來(lái)越多國(guó)家加入發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)的大軍，特別是氫能在中國(guó)受到熱棒，讓日本又喜又憂。喜的是氫能遭到很長(zhǎng)一段時(shí)間的非議和沉寂之后成為全球市場(chǎng)追捧的“香餑餑”，而中國(guó)廣闊的市場(chǎng)更是日本看中的一塊大蛋糕;憂的是各國(guó)競(jìng)相展開(kāi)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(chǎng)普及進(jìn)展緩慢，給日本建設(shè)“氫能社會(huì)”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(kāi)的2019年G20峰會(huì)議程，2020年?yáng)|京奧運(yùn)會(huì)則是日本向國(guó)際社會(huì)展示其氫能技術(shù)發(fā)展成果的一場(chǎng)“氫能秀”，2025年大阪世界博覽會(huì)更是真正檢閱日本氫能社會(huì)建設(shè)成果的“大考”。日本著實(shí)有點(diǎn)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(chǎng)以來(lái)，截至2018年12月僅售出2926輛，低于美國(guó)德州5000多臺(tái)的保有量。距2020年實(shí)現(xiàn)4萬(wàn)臺(tái)銷售的目標(biāo)仍有不少差距，要實(shí)現(xiàn)2025年的20萬(wàn)臺(tái)和2030年的80萬(wàn)臺(tái)市場(chǎng)目標(biāo)還有點(diǎn)難。為此，必須大幅降低成本才有望實(shí)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(wàn)日元/kW降至0.5萬(wàn)日元/kW(注：10000日元約等于600元人民幣左右)，儲(chǔ)氫系統(tǒng)要從目前的70萬(wàn)日元降至2030年的10—20萬(wàn)日元，燃料電池整車車價(jià)與同等級(jí)別混動(dòng)車差價(jià)要從目前的300萬(wàn)日元減少到70萬(wàn)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(jì)劃開(kāi)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(yùn)營(yíng)以來(lái)，截至2019年2月東京地區(qū)在運(yùn)巴士有18臺(tái)，2020年?yáng)|京奧運(yùn)會(huì)之前要達(dá)到100臺(tái)，2030年要達(dá)到1200臺(tái)。為此，2025年之前車價(jià)要減半，即從目前的1億零500萬(wàn)日元降至5250萬(wàn)日元，2030年左右實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)完全自立。
燃料電池鏟車：自2017年開(kāi)始投放市場(chǎng)，截至2019年2月在各大機(jī)場(chǎng)與批發(fā)市場(chǎng)投運(yùn)的鏟車約150臺(tái)，到2020年要達(dá)到500臺(tái)，2030年要達(dá)到1萬(wàn)臺(tái)。與此同時(shí)要積極擴(kuò)大海外市場(chǎng)銷售。
日本還計(jì)劃開(kāi)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(yùn)營(yíng)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(dòng)力列車被德國(guó)搶了鮮，日本正在加緊追趕之中。此外，日本還計(jì)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(kāi)始建設(shè)以來(lái)，截至2019年3月共開(kāi)放了103個(gè)。2020年要達(dá)到160個(gè)，2025年要達(dá)到320個(gè)。為此，到2025年要大幅降低加氫站的建設(shè)運(yùn)維費(fèi)和關(guān)鍵設(shè)備成本，其中建設(shè)費(fèi)從3.5億日元減至2億日元，運(yùn)維費(fèi)要從3400萬(wàn)日元/年降至1500萬(wàn)日元/年，壓縮機(jī)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(jī)器裝備將統(tǒng)一規(guī)格，以進(jìn)一步挖掘降價(jià)空間。加氫站運(yùn)維費(fèi)中的人力成本占據(jù)35%左右，因此日本決定在東京奧運(yùn)會(huì)之前設(shè)立無(wú)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(kāi)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(shí)現(xiàn)減排40%，綜合效率達(dá)到95%以上。截至2019年1月，市場(chǎng)共售出27.4萬(wàn)臺(tái)。價(jià)格從10年前的300多萬(wàn)日元降至今日的94萬(wàn)日元。2020年將實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)自立，其中固體高分子型燃料電池(PEFC)售價(jià)由94萬(wàn)日元降為80萬(wàn)日元，固體氧化物型燃料電池(SOFC)售價(jià)由119萬(wàn)日元降至100萬(wàn)日元，2030年的市場(chǎng)普及目標(biāo)要達(dá)到530萬(wàn)臺(tái)，投資回收期限由7—8年縮短至5年。
商用和工業(yè)級(jí)燃料電池：到2025年發(fā)電效率要達(dá)到55%以上，將來(lái)超過(guò)65%。發(fā)電成本要與標(biāo)桿電價(jià)持平，其中低壓設(shè)備成本為50萬(wàn)日元/kW，發(fā)電成本為25日元/kWh，高壓設(shè)備成本為30萬(wàn)日元/kW，發(fā)電成本為17日元/kWh。使用壽命從目前的9萬(wàn)小時(shí)要增加到13萬(wàn)小時(shí)。
氫燃料發(fā)電：替代火力發(fā)電的最佳低碳化選項(xiàng)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(kāi)始突破，開(kāi)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(shí)加快脫硝燃燒器和非噴淋脫硝技術(shù)的開(kāi)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(píng)估，包括混燃對(duì)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(shí)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(yàn)，同年4月，又在全球率先實(shí)現(xiàn)了1MW級(jí)純氫燃料熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目的投運(yùn)，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(chǎng)的價(jià)格波動(dòng)性較強(qiáng)，若以天然氣價(jià)格(10美元/MMBtu)為例進(jìn)行測(cè)算，相等熱值的氫價(jià)目標(biāo)應(yīng)該定在13.3日元/Nm3。但2030年目標(biāo)價(jià)位仍確定為30日元/Nm3,只有未來(lái)達(dá)到20日元/Nm3以下才真正具競(jìng)爭(zhēng)性。
化石能源制氫：構(gòu)建國(guó)際化氫制備、儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)漠a(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈對(duì)于日本降低成本具有重要的意義。其中開(kāi)發(fā)利用國(guó)外的化石能源與碳捕捉和封存(CCS)技術(shù)組合制備氫是實(shí)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(wàn)m3，從而大大提高氫儲(chǔ)運(yùn)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(shí)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(chǎng)普遍看好。日本已在福島建立了全球最大的單機(jī)10MW級(jí)的電解水裝備示范項(xiàng)目，最大年產(chǎn)量為900t，所制氫氣將用于2020年?yáng)|京奧運(yùn)村的供電和供熱。但要真正全面推廣P2G項(xiàng)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(wàn)日元/kW降至5萬(wàn)日元/kW，能耗從5kWh/Nm3減少至4.3kWh/Nm3。強(qiáng)堿型和固體高分子型(PEM)電解水裝備各項(xiàng)指標(biāo)計(jì)劃見(jiàn)表1、2。
日本《氫能基本戰(zhàn)略》提出了2030年氫能社會(huì)建設(shè)的基本目標(biāo)和2050年實(shí)現(xiàn)氫能社會(huì)的宏偉愿景;日本《第五次能源基本計(jì)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(jià)格基本持平;日本主導(dǎo)的《東京宣言》則呼吁推動(dòng)四方面的國(guó)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(jià)，各國(guó)要進(jìn)行技術(shù)合作，加強(qiáng)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(chǔ)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(dòng)各國(guó)聯(lián)合研發(fā);三是，為提高和分享對(duì)建設(shè)氫能社會(huì)的共識(shí)，調(diào)查和評(píng)估氫能的市場(chǎng)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(qiáng)氫能教育和宣傳活動(dòng)，以提高社會(huì)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(xiàng)目成本目標(biāo)，并提出了實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的必要措施，與此同時(shí)設(shè)立專家評(píng)估工作小組，對(duì)各領(lǐng)域最新進(jìn)展進(jìn)行評(píng)估和追蹤。
這一切標(biāo)志著日本將舉全國(guó)之力向“氫能社會(huì)”建設(shè)目標(biāo)挺進(jìn)。
