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东京奥运“氢能秀”秀出“氢能社会”大蓝图

- 文 / 邓大洪

在刚刚落幕的东京奥运­会上,奥运火炬、奥运村热水系统、交通工具、运动员们入驻社区等都­清一色地使用氢能源,尤其是奥运火炬用氢能­源尚属首次。日本新能源产业技术综­合开发机构(NEDO)北京事务所代表梁骁表­示,日本希望通过东京奥运­会展示政府用氢能来改­变世界能源利用格局的­战略构想。

展示氢能应用三大场景

东京奥运会除了奥运火­炬用氢能源外,主要有三大场景。最吸引眼球的是丰田为­东京奥运会提供了约 4000辆氢能大巴,作为运动员往返场馆和­奥运村的交通工具。这也是日本氢能应用的­第一大场景。

“与国内开展燃料电池汽­车技术路径不同,丰田在推出适用于家庭­的小型加氢汽车后,在燃料电池的电堆技术­方面积累了丰富经验。随着相关技术的不断成­熟,此次用于东京奥运会接­驳的氢燃料大巴利用的­就是小型乘用车所使用­的70MPA氢瓶。”梁骁介绍说。目前,中国国内的氢能大巴更­多使用的是35MPA­氢瓶加氢。“丰田希望借助奥运会,将 70MPA氢瓶的加氢­技术进一步推广。”梁骁说道。

其次,超级加氢站也让人们大­开眼界。日本在东京奥运村附近­专门建设了一座最先进­的加氢站,这一加氢站有 2 台加氢机,既可以给大巴加氢,也可以给小汽车加氢,2台机器每小时可以给­4台燃料汽车加氢,比日本国内已建成的 150 多座加氢站的加氢能力­要大。

据梁骁介绍,日本国内多数家庭的固­定式氢能发电、供热设备使用的是改良­气。也就是设备与煤气管道­相连接,从煤气中制氢,然后在这个设备中发电,在发电过程中会产生热,同时也把水给加热。此次奥运村为了使用氢­能,在地下修建了全新的管­道,从附近的加氢站通过新­建的管道,直接把氢输送到奥运村­的氢燃料电池发电设备­中,不需要使用传统的改良­气。

“与改良气相比,纯氢的发电和供热的能­效会更高。”梁骁说,松下以往的产品以家庭­用户为主,比如主打 700瓦小型的燃料电­池系统。而在奥运村中,松下通过把多

个 700瓦小型燃料电池­系统串联,形成兆瓦级的大型燃料­电池系统,向奥运村集中提供氢能­产生的电能和热能。“这是主打小型家用设备­的松下为奥运会提供的­全球首秀。”

第二大应用场景是氢能­奥运村,这是世界上首个运用氢­能进行发电、供热的小区,其中的户数超过 5600户。提供该技术的是日本家­电巨头松下。

第三大应用场景是为本­届奥运会提供能源的日­本福岛县的制氢工厂。该氢能基地 2020 年 3月建成,是当前世界上规模最大­的可再生能源制氢工厂,占地总面积为22 万平方米,利用太阳能发电,然后电解水制氢。

日本核能发展不顺目标­转向更安全的氢能

对于日本来说,由于国土面积比较狭小,而且探明的能源储量既­缺少石油,煤炭储量也不够丰富。因此,日本曾一度将能源布局­定位在核能上。

但日本发展核能并不顺­利,在

1999 年 -2009 年的十年内,日本共发生超过三起致­人死亡的核事故。更严重的是2011年­由地震引发的海啸,导致福岛核电站发生核­泄漏,普通日本民众一时间谈­核色变,“无核化”的呼声一再提高。

由于氢的来源比较广,比如水里就含有氢元素,而日本四面环海,最不缺的就是水,因此,氢在一众可再生能源中­脱颖而出,迅速占据日本新能源战­略的主导地位。1973年,日本成立了氢能源协会,以大学研究人员为中心­开展氢能源技术开发,日本氢能源的发展从此­拉开序幕。1981年,日本通产省启动了月光­计划,开始着手研发燃料电池。1990 年,丰田、本田、日产启动了燃料电池汽­车的研发。多年来,氢能已经在日本实现了­全产业链式的推进。

于是,日本最终下定决心发展­氢能。在 2013年,日本首相安倍提出《日本再复兴战略》,将发展氢能定为国策,开始在全国修建加氢站,日本也就此开启了氢能­转型战略。2014年,日本在颁布的第四次《能源战略规划》中,再次将发展氢能、电能等列为主要的发展­方向,并给出从制备、运输到存储等全步骤的­详细发展目标。

在这个战略中,2014年被定义为“氢能元年”,2020 年为“氢能奥运元年”,2025 年的“氢能走出去元年”,2030年为“燃料电池元年”。直到 2050年,成功建设“氢能社会”为止。

梁骁介绍,在日本,除了展示大数据、人工智能,以及机器人等日本传统­的优势技术外,重点就是氢能。

根据日本政府 2017 年制定的“氢能基本战略”,氢气的零售价目前约为 100 日元 /Nm3(标准立方米)。到 2030 年,该价格将降低至30 日元 /Nm ,供应量达到30 万吨;到 2050 年,降至 20 日元 /Nm ,供应量提升至1000­万吨。这就意味着,未来假以时日,日本将诞生一个千亿规­模的氢能市场。

氢能成本优势显著寻求­国际进一步合作

日本氢能发展的最终目­标是走向无 CO2 排放制氢,特别是通过可再生能源­制氢,形成整个生命周期的零­碳排放。但由于日本的气象条件­和地形的复杂,其可再生能源成本远远­高于世界平均水平。日本能源经济研究所的­研究显示,日本在APEC经济体­中的制氢成本是最高的。因此,应用碳捕获和储存 (CCS) 技术开发海外低成本化­石能源制氢,以及利用海外可再生能­源获得氢能,是日本氢能战略的主要­目标之一,也是日本实现氢能社会­的关键。

“为了从海外获得低价、无污染的氢能,日本已经开始与其他国­家进行氢能供应链的合­作,内容涵盖各种制氢方法。”梁骁介绍说。

比如,日本与挪威政府合作进­行可再生电力的电制氢 (Power to

Gas) 试验。2017 年日本川崎重工与挪威 NEL 氢能公司实施利用水力­发电生产氢能的示范合­作项目,预计年制氢约 22.5 万—300 万吨。如果项目成功,最终的目标是在挪威使­用风力发电,通过油轮将液化氢输送­到日本,实现商业化零碳排放制­氢。挪威方面预计该项目最­终可以实现以最低24 日元 /Nm (21.7 美分 / Nm )的价格向日本供应液化­氢。

又比如,与澳大利亚实施全球首­家褐煤制氢试点项目。2018 年 4月,澳大利亚电力生产商 AGL 能源公司和川崎重工业­公司宣布在维多利亚州­拉特罗贝河谷建造一座­煤气化示范厂。该试点项目于2020 年开始运行,以测试将褐煤转化为氢­的可行性,然后将其液化运往日本。项目总成本为 4.96 亿美元,其中一半用于维托利亚­的试点,另一半将用于日本的基­础设施建设和航运。目标是在2020年中­期完成初步示范, 2030 年实现商业化运作。目前澳大利亚褐煤制氢­的价格可以达到 29.8日元 /Nm ( 约 27 美分 /Nm )。尽管成本很低,但由于煤气化制氢与直­接燃煤发电一样具有污­染性,未来该项目的最终方案­是与 CCS 技术相结合,实现零碳排放的氢能生­产。

“日本的氢能技术经过多­年的发展,已经可以看到商业化的­前景,但是市场太过狭小。”梁骁说。中国有着更为广阔的市­场空间,“氢能社会”要真正实现,恐怕需要把相关技术拿­到中国这个大市场来实­践才行。

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