日本政府公布《氫能利用進度表》
日本是最重視氫能利用的國家,提出要在全球率先實現“氫社會”,以擺脫能源困境,確保能源安全。繼2017年12月出臺《氫能基本戰(zhàn)略》后,日本政府又于2019年3月公布《氫能利用進度表》,旨在明確至2030年日本應用氫能的關鍵目標。主要包括:到2025年,使氫燃料電池汽車價格降至與混合動力汽車持平;到2030年,建成900座加氫站,實現氫能發(fā)電商業(yè)化,并持續(xù)降低氫氣供應成本,使其不高于傳統(tǒng)能源。
自使用化石能源以來,能源資源幾乎為零的日本始終處于極其被動的境地,氫能產業(yè)的美好前景使日本看到了根本擺脫這一困境的曙光,甚至期待未來能占據該產業(yè)鏈頂端,成為能源出口國。2017年12月,日本發(fā)布《氫能基本戰(zhàn)略》,提出率先在全球實現“氫社會”。為實現這一目標,2019年3月,日本政府匯總并公布了旨在活用氫能的進度表,旨在為普及氫能應用提供助力。該進度表主要從氫能應用、氫能供應和全球化氫能社會三大維度展開。
(一)氫能應用
目標:到2025年,全面普及氫能交通,并進一步擴大氫能在發(fā)電、工業(yè)和家庭中的應用。
首先,在交通運輸領域:
(1)氫燃料電池汽車。日本交通運輸行業(yè)的二氧化碳排放量約占全國總排放量的20%,其中汽車(轎車、貨車等)占85%。因此,要降低交通運輸行業(yè)的二氧化碳排放量,就要降低從轎車到卡車、公共汽車等大型汽車的二氧化碳排放量。較之蓄電池,氫能的單位重量及單位體積的能量密度較大,因此在大型或遠距離運輸時,氫燃料電池汽車比純電動汽車更具優(yōu)勢。為此,日本提出:
在氫燃料電池轎車方面,到2025年其年產量應達到20萬臺,到2030年應達到80萬臺。要縮小氫燃料電車轎車與混合動力轎車的價格差,到2025年使二者價格相當。要降低氫燃料電池轎車主要要素的成本,到2025年使氫燃料電池系統(tǒng)的價格由目前的2萬日元/千瓦降至0.5萬日元/千瓦(當前日元對人民幣匯率:1日元約合0.06元人民幣),使儲氫系統(tǒng)的價格由目前的70萬日元降至30萬日元。
在氫燃料電池公共汽車方面,計劃2020年達到100臺,2030年達到1200臺。另外,2020—2025年間要實現氫燃料電池公交車價格減半,由目前的1.05億日元降至5250萬日元,到2030年要開發(fā)出氫燃料電池無人駕駛公交車。
在氫燃料電池卡車方面,日本廠商已著手開展小型卡車實證研究。對于大型卡車,要進行近距離(200公里左右,高壓氣罐)、遠距離(500公里左右,液氫罐)運輸相關氫燃料電池技術開發(fā),并于2020年制定具體方案。
(2)加氫站。加氫站是普及氫燃料電池汽車的重要一環(huán)。日本自2013年起著手完善商用加氫站,并于2018年成立了日本加氫站網絡公司(JHyM)。截至2018年底,日本共設立了100座商用加氫站。到2025年,日本計劃設立320座加氫站,到2030年進一步增至900座。2025—2030年間還計劃設立無人運營加氫站。另外,到2025年,加氫站建設及運行費用應大幅下降,其中建設費應由目前的3.5億日元降至2億日元,運行費應由目前的3400萬日元/年降至1500萬日元/年;相關設備成本也應大幅下降,其中氫壓縮機應由目前的0.9億日元降至0.5億日元,蓄壓器應由目前的0.5億日元降至0.1億日元。
其次,在電力領域:
日本電力行業(yè)的二氧化碳排放量占全國總排放量的40%,未來要轉變?yōu)橐钥稍偕茉礊橹髁﹄娫吹哪茉聪到y(tǒng)。除天然氣等火力發(fā)電方式外,利用氫能發(fā)電的成本較低,二氧化碳排放量較低,是一種極具潛力的清潔能源。日本計劃到2030年實現氫能發(fā)電的商業(yè)化。
其中,氫燃料電池發(fā)電技術是氫能發(fā)電領域最重要的技術之一,具有發(fā)電效率高、體積小、余熱可有效利用等優(yōu)點。氫燃料電池發(fā)電是小規(guī)模分布式發(fā)電,不僅可實現與大型火力發(fā)電廠同等水平的發(fā)電效率,還不需要大規(guī)模投資。
在商業(yè)和工業(yè)用氫燃料電池發(fā)電領域,2017年日本廠商已正式將固體氧化物型氫燃料電池(SOFC)投入市場。到2025年,結合余熱利用技術,實現電網平價(是指一種電力技術使其發(fā)電成本與現有電力成本持平的能力)。其中,低壓發(fā)電的設備資本性支出應降至50萬日元/千瓦,發(fā)電成本應降至25日元/千瓦時;高壓發(fā)電的設備資本性支出應降至30萬日元/千瓦,發(fā)電成本應降至17日元/千瓦時。另外,還要提高固體燃料電池的發(fā)電效率和耐久性。到2025年,發(fā)電效率要超過55%,未來則要超過65%,耐久性則要由目前的9萬小時增至2025年的13萬小時。
在家用氫燃料電池發(fā)電領域,早在2009年日本就已將家用燃料電池裝置投入市場,領先世界。截至2019年1月底,已普及27.4萬臺。到2030年,日本則計劃達到530萬臺。同時,到2020年要將固體高分子型氫燃料電池(PEFC)價格降至80萬日元,將固體氧化物型氫燃料電池(SOFC)價格降至100萬日元。
第三,工業(yè)生產領域:
在工業(yè)生產過程中,氫氣經常作為副產物生成,這些副產物可以回收后作為原料使用,該方法有望在未來的氫能供應鏈中成為氫能供應來源。另外,在工業(yè)生產過程中利用氫能能夠減少二氧化碳排放。因此,未來日本將從供應氫能和利用氫能兩大維度出發(fā),研究工業(yè)生產使用氫能對二氧化
碳減排的重要影響,并對生產過程中不排放二氧化碳的氫能應用及供應潛力開展調查。
(二)氫能供應
目標:加快研發(fā),以技術迎接未來氫能社會。具體為:到2030年,使氫氣價格降至30日元/標方,未來應進一步降至20日元/標方,確保其價格不高于傳統(tǒng)能源。
當前,氫氣制備主要通過兩種方式:一是通過煤、天然氣等化石能源制氫(如煤氣化制氫);二是通過風能、太陽能(2.940, -0.10, -3.29%)等可再生能源電力制氫(如水電解制氫)。
在化石能源制氫方面,為到2030年使氫氣供給成本降至30日元/標方,基于日本與澳大利亞合作的褐煤制氫項目,日本計劃2020—2025年間實現以下基礎技術目標:在制造環(huán)節(jié),降低褐煤氣化的制氫成本,由數百日元/標方降至12日元/標方;在存儲和運輸環(huán)節(jié),提高氫氣液化效率,由13.6千瓦時/千克降至6千瓦時/千克,增大液氫罐容積,由數千日元/立方米降至5萬日元/立方米;在
碳捕集與封存環(huán)節(jié),降低二氧化碳分離回收相關技術成本,由4200日元/噸降至2000日元/噸。
在可再生能源制氫方面,日本相關技術要達到世界最高水準。其中,到2030年,水電解制氫裝置成本要由目前的20萬日元/千瓦降至5萬日元/千瓦,耗能量要由目前的5千瓦時/標方降至4.3千瓦時/標方。另外,還要開發(fā)新技術,提高水電解裝置的效率及耐久性,并以福島氫能源研究站為示范區(qū)進行實證。
(三)全球化氫能社會
目標:以日本為主導開展國際合作,實現全球化氫能社會。
日本《氫能基本戰(zhàn)略》中就將“國際化”設為重要舉措之一,提出日本要構建從氫氣制造到存儲、運輸和利用的全供應鏈技術,并將其打包推向全世界;在國際氫能經濟和燃料電池伙伴計劃等政府層面的國際框架中,積極宣傳日本的措施;引領國際標準制定。
為此,日本于2018年10月發(fā)布《東京宣言》,提出要協調各國的氫能發(fā)展舉措及標準制定;共享有關氫能安全性及供應鏈的信息,推動國際共同研發(fā);調查氫能應用潛力,減少二氧化碳及其他污染物質的排放;開展普及教育,推廣活動,提高公眾對氫能的接受度。后續(xù)舉措將包括:比較美國、德國、法國等國的氫能發(fā)展規(guī)劃及重點舉措;共享日本氫能供應鏈實證成果,讓澳大利亞等資源豐富的國家參與其中;利用2020年日本將舉辦奧運會、殘奧會,2025年將舉辦大阪世博會等契機,宣傳最先進的氫能技術;開展創(chuàng)新型技術研發(fā)。(文/吳善略 張麗娟,中國科學技術信息研究所,科技中國)
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