日本政府在《能源基本计划》中将氢能源定位为与电力和热能并列的核心二次能源,并提出建设“氢能社会”的愿景,希望通过氢燃料电池实现氢能在家庭、工业、交通甚至全社会领域的应用,从而实现真正的能源安全以及能源独立。
在氢能专题系列(一)《未来能源主角:氢能发展历程与产业链梳理》中,我们详细探索了氢能源被誉为“终极能源”的原因、性质、发展进程以及产业链情况。
作为专题系列的第二篇,本文将关注世界氢能发展的领头羊——日本,探讨日本建设“氢能社会”的历史进程、发展战略、发展现状以及现实意义。
一、历史进程
1973年10月,第四次中东战争导致第一次石油危机爆发。世界各国强烈感受到能源安全对国家乃至世界经济政治以及社会生活的重要性。同年,日本成立“氢能源协会”,以大学研究人员为中心开展氢能源技术研发。
1981年,日本启动了燃料电池的开发。相比于美国13年前(即1968年)就已经实现了氢能源技术的应用(将强碱性燃料电池应用于阿波罗号宇宙飞船上),日本在氢能源技术利用的起步阶段落后了一大截。
1990年代,丰田、日产和本田汽车制造商启动燃料电池车的开发,同时三洋电机、松下电器和东芝公司也启动了家庭燃料电池的开发。燃料电池车和家用燃料电池发展至今,也成为了日本市场应用最广泛,世界范围内技术最领先的产品。
资料来源:《国际石油经济》
谈到日本的氢能源发展,就不能不提NEDO机构。NEDO,全称The New Energy and Industrial Technology Development Organization,名为日本新能源产业技术综合开发机构,是日本最大的公立研究开发管理机构,承担着日本的一部分经济产业行政业务,主要目标是负责解决能源和环境问题以及促进科技产品的转化。
日本政府对氢和燃料电池的技术开发支持主要以向NEDO投入专项科研经费为主。据悉,2010年至2015年间,NEDO共接受政府投入高达529.8亿日元。
NEDO对燃料电池的研究从1981年开始,主要包括磷酸燃料电池(PAFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)和固体高分子燃料电池(PEFC)。除燃料电池之外,NEDO还进行氢能源利用相关的技术开发,并以东京、名古屋、大阪和福冈为中心,在2015年建成约100座加氢站。此外,NEDO也对氢发电技术以及制氢、储氢、运氢等与氢全产业链相关的新技术进行研究和开发。
二、发展战略
1、国家战略
日本主要的国家战略有《日本再复兴战略》、《能源基本计划》和《氢能/燃料电池战略发展路线图》。
2013年,安倍政府推出的《日本再复兴战略》,把发展氢能源提升为国策,并启动加氢站建设的前期工作。在第4次《能源基本计划》中,日本政府将氢能源定位为与电力和热能并列的核心二次能源,并提出建设“氢能社会”的愿景。
2014年,在日本经济贸易产业省成立的氢能/燃料电池战略协会对外公布的《氢能/燃料电池战略发展路线图》中,详细描述了氢能源研发推广的三大阶段以及每个阶段的战略目标:
第一阶段是从当前到2025年,快速扩大氢能的使用范围;
第二阶段是2020年中期—2030年底,全面引入氢发电和建立大规模氢能供应系统;
第三阶段从2040年开始,确立零二氧化碳的供氢系统。
此外,日本政府为促进燃料电池的普及使用,对燃料电池车购买、家庭用燃料电池系统以及加氢站建设均进行补贴。截至2014年12月,日本政府共计为家庭用燃料电池系统以及燃料电池补贴投入766.9亿日元。
2.企业战略
除了政府之外,日本企业对燃料电池的建设也十分积极。
2015年10月15日丰田汽车对外公布《丰田环境挑战2050》。丰田计划,于2020年以后,丰田燃料电池车(FCV)在全球的年销量达到3 万辆以上;在燃料电池大巴(FCB)方面,于2016年内以东京为中心引进 FCB,为2020年东京奥运会及残奥会预备 100多辆FCB;此外,2050年全球新车平均行驶过程中CO2排放量与2010年相比,削减90%。
三、发展现状
目前,日本的燃料电池在商业化应用方面世界领先,主要有家庭用燃料电池热电联供固定电站、业务用/产业用燃料电池以及燃料电池车。
1.家用热电联产系统ENE-FARM
日本家用热电联产系统ENE-FARM是一种燃料电池在家庭中高效利用的能源系统。它通用天然气重整制取氢气,再将氢气注入燃料电池中发电,同时用发电时产生的热能来供应暖气和热水,整体能源效率可达90%。
与传统发电系统相比,ENE-FARM可以将大型热力发电厂很难利用的废热有效的加以利用,从而大幅度的提高能源利用效率;与可再生能源(太阳能、风能等)发电系统相比,ENE-FARM不受天气限制,可在任意时间发电。此外,ENE-FARM安装在家里,不依赖现有电网,可在大规模停电时应急使用,并且几乎没有输电损失。