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【科技資訊】中國和日本的氫能利用現狀

發展氫能是中國能源模式轉型的重要途徑。近年來,氫能已成為各行業部署的新焦點,許多地區相繼提出了氫能產業計劃,行業正在加快發展。例如,上海計劃2025年建立了50個加氫站,并將氫燃料汽車的數量增加到2萬多輛,其他氫燃料汽車將增加到1萬多輛。在廣東省佛山市,計劃今年開始運營10個氫氣站,旨在實現1000條氫能路線客車的模型運營目標。武漢計劃到2020年建立5-20個加氫站,并將燃料電池汽車的模型運營規模擴大到2000-3000近日,廣州也首次明確提出對加氫站建設的設想,廣州市發改委在《廣州市發展改革委關于市政協十三屆三次會議第2061號提案答復的函》中透露,廣州正在研究制定綜合性補貼政策,將本市購置補貼集中用于支持動力電池研發及產業化、充電(加氫)等基礎設施短板建設和配套運營服務等環節。除了廣東之外,據第一財經報道,上海、江蘇、浙江等長江三角區省份以及北京、山東、安徽、遼寧、河南、河北、四川、重慶等多個省市也對加氫站進行了布局。

524日,在2019浦江創新論壇上發布的《長三角氫走廊建設發展規劃》稱,2030年以前,長三角將建成500余座加氫站,預計將占全國加氫站總數量的一半。根據工信部委托中國汽車工程學會牽頭編制的《節能與新能源汽車路線》內容,到2030年,中國將上馬1000座加氫站。315日,國務院新聞辦就《政府工作報告》的83處修訂進行了解讀,其中推動充電、加氫等設施建設一條引發了業界廣泛關注。這也是加氫站首次被寫入政府工作報告。626日,由中國氫能源及燃料電池產業創新戰略聯盟發布的《中國氫能源及燃料電池產業白皮書》稱,氫能將成為中國能源體系的重要組成部分,預計到2050年氫能在中國能源體系中的占比約為10%,氫氣需求量接近6000萬噸,年經濟產值超過10萬億元。

據業內專家介紹,氫能是指由氫及其同位素主導的反應中產生,或在改變氫狀態的過程中釋放出的能量。它具有廣泛的供應來源,可儲存,應用多,二氧化碳零排放,無污染,能量密度高,可發電和供熱,可用作運輸燃料。此外,氫還是一種穩定的介質,用可再生能源制造氫,并可使用它穩定缺乏穩定性的可再生能源。

根據國際氫能協會副總干事毛宗強的說法,由于氫能的密度是汽油的三倍,是鋰電池的130倍,所以在能源代替過程中的比重正日益增高。據統計,目前世界氫氣年產量約為6300萬噸,其中中國的年產氫量約為2200萬噸,占世界氫氣產量的三分之一,是世界上最大的氫氣生產國。

在氫能和燃料電池領域,中國已經形成了從基礎研究和應用研究到模型演示的全方位結構,涵蓋了制氫,儲運,灌裝和應用四個階段,一個完善的氫能產業鏈已經成形。以制氫為例,目前主要包括煤氣化,天然氣,甲醇重整和水電解等制氫方法。未來,可再生能源+水電解制氫有望成為大規模制氫的趨勢。

此外,中國生產的燃料電池汽車生產量也在逐年增加。根據國際氫能協會提供的數據,2017年中國共有10個品牌、10種車型的燃料電池汽車誕生,總產量為1272輛,比2016年同期增長102.2%。 2018年,中國生產的燃料電池汽車數量達到1619輛,其中909輛是燃料電池專用車710輛是大型客車。

中國氫能聯盟專家委員會主任、同濟大學副校長余卓平評述:雖然中國是世界上最大的氫氣生產國,擁有豐富的資源基礎,但中國仍然未對氫能進行明確定位。氫氣還只是新能源汽車產業發展的一部分,還沒有全面的宏偉設計或戰略計劃。他介紹說,日本、歐洲、韓國和澳大利亞已經公布了氫能源規劃圖。

目前,上海、佛山、武漢、如皋等都明確了氫站建設的監管權限和許可流程,但國家尚未作出明文規定,這就造成了氫氣站建設很難獲批的現狀。因此,業界普遍希望能早日建立并明確氫能所屬主管部門。

而在我們的近鄰國家日本,其對氫能的開發利用,從汽車動力源起步,如今在國家政策支持下,正轉變成國家基礎建設設施的重要組成部分,并成為世界在這一領域的創新者。

豐田氫能源車MIRAI

日本從上世紀90年代開始研發氫能源。豐田汽車公司的技術人員打算開發氫能源作為汽車動能,公司隨即成立系能源研發部,并在2014年生產出了第一代氫能源實驗車,又在2016年正式推出第一代氫能源車MIRAI(未來),目前該車已經在美國和日本銷售出16000多輛。這輛車使用液態氫氣作為能源,不僅支撐該車清潔無污染駕駛運行,而且還是一個發電系統,可以保證一戶人家一個星期的的各項電力消耗,成為移動電源供應平臺。這也使得豐田汽車公司從一家汽車制造商轉型成為新能源供應商。

對于日本來說,氫能源的研發與使用,不只是一個技術與生產的問題,更重要的是形成全社會的產業鏈。為了打造這一個產業鏈,日本已經花了5年左右的時間,從液化氣的進口(國際商社)、氫氣制造加工儲存(巖谷產業等公司)、氫能源汽車的制造(豐田等)、高壓氣罐的研發制造(三菱重工等)、汽車與氣罐新材料的研發生產(東麗公司等)、氫氣運輸車運輸船的研發制造、高壓氫氣的安全運輸、加氫站的建設與普及、氫能源汽車的銷售與售后服務等,整個產業鏈的完整構建,確保了豐田氫能源汽車在2016年正式投放市場。

接下來日本政府和企業計劃將氫能作為國家基礎能源的重要組成部分進行推廣,努力降低氫能源的成本,逐步取代核電和火力發電。在其《第五次能源基本計劃》中,日本政府提出了打破制度壁壘、強化技術綜合研發、官民一體推進氫能源普及的國家戰略。具體的目標與要求是,將氫氣的價格降到汽油價格的80%、氫能源汽車要實現規模性的量產化。進一步提高發電效率,一次充氣后的續航能力要從目前的650公里延長到1000公里。同時要努力尋求燃料電池的小型化,讓氫能源電池進入到家電產品當中。到2025年,要生產出面向各行各業的各種特種車輛,譬如消防車、工程機械車等都要采用氫能源作為動力源,逐步提升氫能源車在整個汽車銷售量和擁有量中的占比,以此來確保加氫站的穩定收益,降低加氫站的運營成本,形成良性的、可持續發展的氫能源產業鏈。

日本政府還開始推進船舶的氫能源化,充分利用氫能源動力的靜音性強的特點,研發生產出船用氫能源動力系統,首先用于游覽船、漁船、摩托艇等小型船舶上,不僅有利于提升這些船舶的續航能力與安全性,也可以減少船舶柴油動力對于海洋的污染。

在鐵路系統領域,JR東日本鐵道公司已經開始參與氫能源列車的研發。除了研發氫能源動力系統之外,還計劃在主要車站設置大型加氫站,提升列車加氫的速度,讓氫能源逐步取代目前的電力線路系統。

日本宇宙航空研究開發機構正在實施一項大膽的計劃,研發氫能源的有人月球探測車,在不遠的將來,讓人類駕駛氫能源車在月球上行駛。

日本還在研發分散型氫能源發電機組,第一要實現與火力發電站的混合發電。第二要成為大型的移動發電站。

另外,日本政府在普及氫能源的計劃中,大力推進讓氫能源成為家庭能源。日本計劃在2030年,讓氫能源燃料電池走進530萬戶人家,讓全國20%的家庭用上氫能源。這種氫能源燃料電池具備三大功能:第一,為家庭提供所有的電力,也就是說,家里自己就有一個發電站;第二,燃料電池在發電過程中產生的熱能,可以轉換為家庭中熱水、洗浴、水熱地暖的供熱;第三,富裕電力可以出售給電力公司。

東京奧運選手村能源供給圖示

現在,日本已經在面臨東京灣的月島,開始建設第一個氫能源社區——這一個社區,就是東京奧運會選手村。奧運會之后,此處將在改造維修后作為氫能源新型社區面向東京市民銷售,最終成為可以容納5200多戶人家的大型社區。這個社區的家庭電源,商業設施,交通都將采用氫能源。

可以說,日本正在推動自己國家進入氫能源時代。

中國是氫氣生產大國,但對氫能利用總體上還在新能源汽車領域,而日本已經突破氫能的汽車動力范圍,正努力把氫能作為新一代能源向全社會利用推進。兩國的差距還是比較明顯的,日本在這方面的創新努力,值得我們中國迎頭趕上。

(本文資訊綜合自sceice porter China,第一財經,徐靜波公眾號)


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