東京奧運(yùn)“氫能秀”秀出“氫能社會(huì)”大藍(lán)圖

鄧大洪

在剛剛落幕的東京奧運(yùn)會(huì)上，奧運(yùn)火炬、奧運(yùn)村熱水系統(tǒng)、交通工具、運(yùn)動(dòng)員們?nèi)腭v社區(qū)等都清一色地使用氫能源，尤其是奧運(yùn)火炬用氫能源尚屬首次。日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）北京事務(wù)所代表梁驍表示，日本希望通過(guò)東京奧運(yùn)會(huì)展示政府用氫能來(lái)改變世界能源利用格局的戰(zhàn)略構(gòu)想。

展示氫能應(yīng)用三大場(chǎng)景

東京奧運(yùn)會(huì)除了奧運(yùn)火炬用氫能源外，主要有三大場(chǎng)景。最吸引眼球的是豐田為東京奧運(yùn)會(huì)提供了約4000輛氫能大巴，作為運(yùn)動(dòng)員往返場(chǎng)館和奧運(yùn)村的交通工具。這也是日本氫能應(yīng)用的第一大場(chǎng)景。

“與國(guó)內(nèi)開(kāi)展燃料電池汽車(chē)技術(shù)路徑不同，豐田在推出適用于家庭的小型加氫汽車(chē)后，在燃料電池的電堆技術(shù)方面積累了豐富經(jīng)驗(yàn)。隨著相關(guān)技術(shù)的不斷成熟，此次用于東京奧運(yùn)會(huì)接駁的氫燃料大巴利用的就是小型乘用車(chē)所使用的70MPa氫瓶?！绷候斀榻B說(shuō)。目前，中國(guó)國(guó)內(nèi)的氫能大巴更多使用的是 35MPa氫瓶加氫?！柏S田希望借助奧運(yùn)會(huì)，將70MPa氫瓶的加氫技術(shù)進(jìn)一步推廣?！绷候斦f(shuō)道。

其次，超級(jí)加氫站也讓人們大開(kāi)眼界。日本在東京奧運(yùn)村附近專(zhuān)門(mén)建設(shè)了一座最先進(jìn)的加氫站，這一加氫站有2臺(tái)加氫機(jī)，既可以給大巴加氫，也可以給小汽車(chē)加氫，2臺(tái)機(jī)器每小時(shí)可以給4臺(tái)燃料汽車(chē)加氫，比日本國(guó)內(nèi)已建成的150多座加氫站的加氫能力要大。

據(jù)梁驍介紹，日本國(guó)內(nèi)多數(shù)家庭的固定式氫能發(fā)電、供熱設(shè)備使用的是改良?xì)狻Ｒ簿褪窃O(shè)備與煤氣管道相連接，從煤氣中制氫，然后在這個(gè)設(shè)備中發(fā)電，在發(fā)電過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生熱，同時(shí)也把水給加熱。此次奧運(yùn)村為了使用氫能，在地下修建了全新的管道，從附近的加氫站通過(guò)新建的管道，直接把氫輸送到奧運(yùn)村的氫燃料電池發(fā)電設(shè)備中，不需要使用傳統(tǒng)的改良?xì)狻?/p>

“與改良?xì)庀啾?，純氫的發(fā)電和供熱的能效會(huì)更高?！绷候斦f(shuō)，松下以往的產(chǎn)品以家庭用戶(hù)為主，比如主打700瓦小型的燃料電池系統(tǒng)。而在奧運(yùn)村中，松下通過(guò)把多個(gè)700瓦小型燃料電池系統(tǒng)串聯(lián)，形成兆瓦級(jí)的大型燃料電池系統(tǒng)，向奧運(yùn)村集中提供氫能產(chǎn)生的電能和熱能。“這是主打小型家用設(shè)備的松下為奧運(yùn)會(huì)提供的全球首秀?！?/p>

第二大應(yīng)用場(chǎng)景是氫能奧運(yùn)村，這是世界上首個(gè)運(yùn)用氫能進(jìn)行發(fā)電、供熱的小區(qū)，其中的戶(hù)數(shù)超過(guò)5600戶(hù)。提供該技術(shù)的是日本家電巨頭松下。

第三大應(yīng)用場(chǎng)景是為本屆奧運(yùn)會(huì)提供能源的日本福島縣的制氫工廠(chǎng)。該氫能基地2020年3月建成，是當(dāng)前世界上規(guī)模最大的可再生能源制氫工廠(chǎng)，占地總面積為22萬(wàn)平方米，利用太陽(yáng)能發(fā)電，然后電解水制氫。

日本核能發(fā)展不順目標(biāo)轉(zhuǎn)向更安全的氫能

對(duì)于日本來(lái)說(shuō)，由于國(guó)土面積比較狹小，而且探明的能源儲(chǔ)量既缺少石油，煤炭?jī)?chǔ)量也不夠豐富。因此，日本曾一度將能源布局定位在核能上。

但日本發(fā)展核能并不順利，在1999年-2009年的十年內(nèi)，日本共發(fā)生超過(guò)三起致人死亡的核事故。更嚴(yán)重的是2011年由地震引發(fā)的海嘯，導(dǎo)致福島核電站發(fā)生核泄漏，普通日本民眾一時(shí)間談核色變，“無(wú)核化”的呼聲一再提高。

由于氫的來(lái)源比較廣，比如水里就含有氫元素，而日本四面環(huán)海，最不缺的就是水，因此，氫在一眾可再生能源中脫穎而出，迅速占據(jù)日本新能源戰(zhàn)略的主導(dǎo)地位。1973年，日本成立了氫能源協(xié)會(huì)，以大學(xué)研究人員為中心開(kāi)展氫能源技術(shù)開(kāi)發(fā)，日本氫能源的發(fā)展從此拉開(kāi)序幕。1981年，日本通產(chǎn)省啟動(dòng)了月光計(jì)劃，開(kāi)始著手研發(fā)燃料電池。1990年，豐田、本田、日產(chǎn)啟動(dòng)了燃料電池汽車(chē)的研發(fā)。多年來(lái)，氫能已經(jīng)在日本實(shí)現(xiàn)了全產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)降耐七M(jìn)。

于是，日本最終下定決心發(fā)展氫能。在2013年，日本首相安倍提出《日本再?gòu)?fù)興戰(zhàn)略》，將發(fā)展氫能定為國(guó)策，開(kāi)始在全國(guó)修建加氫站，日本也就此開(kāi)啟了氫能轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略。2014年，日本在頒布的第四次《能源戰(zhàn)略規(guī)劃》中，再次將發(fā)展氫能、電能等列為主要的發(fā)展方向，并給出從制備、運(yùn)輸?shù)酱鎯?chǔ)等全步驟的詳細(xì)發(fā)展目標(biāo)。

在這個(gè)戰(zhàn)略中，2014年被定義為“氫能元年”，2020年為“氫能奧運(yùn)元年”，2025年的“氫能走出去元年”，2030年為“燃料電池元年”。直到2050年，成功建設(shè)“氫能社會(huì)”為止。

梁驍介紹，在日本，除了展示大數(shù)據(jù)、人工智能，以及機(jī)器人等日本傳統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)技術(shù)外，重點(diǎn)就是氫能。

根據(jù)日本政府2017年制定的“氫能基本戰(zhàn)略”，氫氣的零售價(jià)目前約為100日元/Nm3（標(biāo)準(zhǔn)立方米）。到2030年，該價(jià)格將降低至30日元/Nm3，供應(yīng)量達(dá)到30萬(wàn)噸；到2050年，降至20日元/Nm3，供應(yīng)量提升至1000萬(wàn)噸。這就意味著，未來(lái)假以時(shí)日，日本將誕生一個(gè)千億規(guī)模的氫能市場(chǎng)。

氫能成本優(yōu)勢(shì)顯著尋求國(guó)際進(jìn)一步合作

日本氫能發(fā)展的最終目標(biāo)是走向無(wú)CO2排放制氫，特別是通過(guò)可再生能源制氫，形成整個(gè)生命周期的零碳排放。但由于日本的氣象條件和地形的復(fù)雜，其可再生能源成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于世界平均水平。日本能源經(jīng)濟(jì)研究所的研究顯示，日本在APEC經(jīng)濟(jì)體中的制氫成本是最高的。因此，應(yīng)用碳捕獲和儲(chǔ)存（CCS）技術(shù)開(kāi)發(fā)海外低成本化石能源制氫，以及利用海外可再生能源獲得氫能，是日本氫能戰(zhàn)略的主要目標(biāo)之一，也是日本實(shí)現(xiàn)氫能社會(huì)的關(guān)鍵。

“為了從海外獲得低價(jià)、無(wú)污染的氫能，日本已經(jīng)開(kāi)始與其他國(guó)家進(jìn)行氫能供應(yīng)鏈的合作，內(nèi)容涵蓋各種制氫方法。”梁驍介紹說(shuō)。

比如，日本與挪威政府合作進(jìn)行可再生電力的電制氫（Power to Gas）試驗(yàn)。2017年日本川崎重工與挪威NeL氫能公司實(shí)施利用水力發(fā)電生產(chǎn)氫能的示范合作項(xiàng)目，預(yù)計(jì)年制氫約22.5萬(wàn)—300萬(wàn)噸。如果項(xiàng)目成功，最終的目標(biāo)是在挪威使用風(fēng)力發(fā)電，通過(guò)油輪將液化氫輸送到日本，實(shí)現(xiàn)商業(yè)化零碳排放制氫。挪威方面預(yù)計(jì)該項(xiàng)目最終可以實(shí)現(xiàn)以最低24日元/Nm3（21.7美分/ Nm3）的價(jià)格向日本供應(yīng)液化氫。

又比如，與澳大利亞實(shí)施全球首家褐煤制氫試點(diǎn)項(xiàng)目。2018年4月，澳大利亞電力生產(chǎn)商AGL能源公司和川崎重工業(yè)公司宣布在維多利亞州拉特羅貝河谷建造一座煤氣化示范廠(chǎng)。該試點(diǎn)項(xiàng)目于2020年開(kāi)始運(yùn)行，以測(cè)試將褐煤轉(zhuǎn)化為氫的可行性，然后將其液化運(yùn)往日本。項(xiàng)目總成本為4.96億美元，其中一半用于維托利亞的試點(diǎn)，另一半將用于日本的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和航運(yùn)。目標(biāo)是在2020年中期完成初步示范，2030年實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)作。目前澳大利亞褐煤制氫的價(jià)格可以達(dá)到29.8日元/Nm3（約27美分/Nm3）。盡管成本很低，但由于煤氣化制氫與直接燃煤發(fā)電一樣具有污染性，未來(lái)該項(xiàng)目的最終方案是與CCS技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)零碳排放的氫能生產(chǎn)。

“日本的氫能技術(shù)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，已經(jīng)可以看到商業(yè)化的前景，但是市場(chǎng)太過(guò)狹小?！绷候斦f(shuō)。中國(guó)有著更為廣闊的市場(chǎng)空間，“氫能社會(huì)”要真正實(shí)現(xiàn)，恐怕需要把相關(guān)技術(shù)拿到中國(guó)這個(gè)大市場(chǎng)來(lái)實(shí)踐才行。