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ju111九卅·日本氢能产业链观察:如何打造氢能社会?
发布日期: 2020-01-11 18:20:30    作者:佚名     来源:未知

ju111九卅·日本氢能产业链观察:如何打造氢能社会?

ju111九卅,和中国以政府产业园式的推进方式不同,日本在氢能产业方面更多是采取以财团——产业联盟式进行氢能产业培育。

因核事故衰落的日本福岛县,正在寻求新能源的复兴之路。

11月末,受日本复兴厅邀请,包括21世纪经济报道在内的多家国内媒体进入日本福岛县,实地采访这里的重建事业。作为此前日本的电力第一县,福岛曾坐拥东京电力公司两大核电厂,而这样的辉煌,在2011年的东日本大地震中化为泡影。

8年之后,一座新的太阳能制氢工厂在这里开始建设,由日本国立新能源产业技术综合开发机构(NEDO)牵头,东芝能源系统、日本东北电力公司和岩谷产业公司等组成产业联盟,共同建设运营这座实验性的工厂——福岛氢能源研究基地(FH2R)。

“目前FH2R已经完成了制氢车间的建设,太阳能发电区域的光伏板还在安装过程中。”NEDO氢能部统括研究员太平英二告诉21世纪经济报道记者,“最终的生产时间我们希望赶在2020东京奥运会之前,让奥运会上的氢能源车用上这里生产的氢气。”

而在制氢以外,日本在氢能源产业链上的布局也逐步深入,除了以丰田为代表的车企已经进行了多种氢能车的开发以外,全球第一条氢能运输管线也在布局中,再加上预计在奥运村使用的民用氢能源电池终端等等,日本似乎把未来能源转型的重点,放在了氢能源上。

太阳能制氢路线

和目前相对主流的天然气制氢(日本)和煤炭制氢(中国)不同,FH2R采用了太阳能发电+电解水制氢——在充满电解液的电解槽中通入直流电,水分子在电极上发生电化学反应,进而产生氢气和氧气的技术路线。

“之所以采用可再生能源制氢,是因为在诸多制氢的技术路线中,让整个过程脱碳非常关键。”太平英二告诉本报记者,“但是,这个过程非常复杂,要降低各个环节的成本,包括可再生能源本身,生产的技术也需要改进。”

不过,因为保密需要,太平英二并未向记者透露目前工厂的制氢成本和最终的价格是多少,不过他表示,目前工厂最大的挑战并非来自于成本的控制,而是和可再生能源发电之间的协同配合。

该工厂的电能全部来自于其旁边规划的18万平方米的太阳能发电厂,发电量为20万千瓦/年,富余的电量将会在工厂正式投产之后,并入东北电力公司旗下的电网,为其他用电部门供电。

太平英二向记者表示,整座工厂运行的关键之处在于,如何保证稳定的电力供应,以及平衡制氢、储能和整个电力系统之间的关系。“不仅需要最大程度地利用波动的可再生能源,还需要以大数据方式,预测氢能供需,以获得最佳的系统使用效率。”他说。

这也是为何这座工厂更多是以实验的性质进行生产,东芝能源系统、东北电力公司和岩谷产业公司分别负责制氢设备、大数据研究和太阳能发电以及具体的生产和能源输送,发挥各自公司擅长的领域,获得一个可以复制和推广的解决方案。

据悉,FH2R规划了4万平方米的制氢车间,系统装置具备1万千瓦制氢能力。在投产初期,生产能力将在2000立方米/小时,每年可生产900吨氢气,可满足1万辆氢能源汽车一年的氢能所需。

“从目前的案例来看,我们可以实现2000立方米/小时的生产,不过也取决于具体的实现过程。等到整个实验阶段结束之后,还可以通过多次安装其它设备进行产能扩充。”太平英二说,“当然,到时候是需要考虑整体的成本的。”

在这样的设想背后,实验基地将使用新的控制系统来协调氢气能源系统,电网控制系统和氢气需求预测系统的整体运行,可以优化氢气的生产、发电和供应。该系统将使用氢气抵消电网负荷,并将氢气输送到日本东北及其他地区,并将力图证明氢气作为电网平衡解决方案和气源的优势。

氢气将在压缩的氢气拖车中运输,并提供给用户,而为了确保这一过程的安全和稳定,该工厂采用了新开发的氢气运输卡车,整个气罐后侧安装有轮胎,氢气从储气罐里进入压缩机压缩之后,直接灌注到运输气罐中,卡车车体直接将气罐挂靠后就可以离开,不需要现场灌充,最大限度保证氢气灌充与运输的安全性。

产业联盟式推进

和中国以政府产业园式的推进方式不同,日本在氢能产业方面更多是采取以财团——产业联盟式进行氢能产业培育。

一如上文中提及的方式,以政府下属的NEDO为主导,东芝能源、东北电力公司和岩谷产业公司,以各自不同的优势组团进行投资,不仅可以共同承担项目的风险,也在为工厂正式投产之后的运营、电力消纳和供应、氢能源的运输和销售铺平了道路。

同样的模式也体现到日本在氢气下游应用方面的开发,以丰田为代表,联合产业链上下游包括氢气供应、运输、消纳和终端各个方面的企业,进行产业联盟式的市场共同开发。

这种模式的好处显而易见:几家巨头进行协同,可以在应用终端生产之后,几乎同步实现整个产业链的打通;同时,共担风险共享收益,让每家企业都能在氢能蛋糕上分一杯羹,保证市场扩张进度的可持续。

不过,这样的设想在进入到实际操作时,依然需要磨合才能保证效果。以主要的氢能源消纳终端——氢燃料电池汽车为例,目前整个日本共有100座加氢站,但其政治经济中心东京仅有14座。

即便如此,日本也坐稳全球加氢站数目最多的国家——依据H2stations.org网站的数据,截至2018年底,全球加氢站共有369座,日本、德国和美国位居前三,中国以23座的数量排名第四。

在接受媒体采访时,丰田公司公关部和技术组技师负责人中井久志表示,加氢站的及时建设,需要一段过程,而因前期的大量投入,丰田在氢能源车的销售方面依然有着不小的亏损。

作为其主力的氢燃料电池车型,“MIRAI”(未来)的售价是720万日元(约合46万元人民币),政府会补贴300万日元(约合20万人民币),再加上购置税和其他的费用,个人购买最终实际将承担约30万人民币的价格。

在整个的研发过程中,未来的关键部件在于FC电池堆和高压储氢罐,中井久志介绍称,FC电池堆功率密度为3.1kw/L,重量仅为56千克。与2008年版的燃料电池堆相比,电池堆功率密度提高了2.2倍,重量减少了近50%。

高压储氢罐方面,日本于2008年开始研发,通过碳纤维强化塑料层的创新结构,实现了轻量化,质量储氢密度达到世界领先的5.7wt%。这个重量百分数数值越高,意味着所含氢气就越多。

和日本相比,中国在氢燃料电池汽车的发展模式,则是从商用车开始,再逐步过渡到乘用车上。一方面,是因为氢燃料电池本身的能源和物理特性,更加适合商用车;另一方面,则是中国技术本身所处的发展阶段所致。

“我认为,在逐步改善目前燃料电池和储能设施的技术之后,中国的公司可能会把注意力更多的放在乘用车上。”太平英二告诉记者,“技术的改进速度是很快的,中国这样的路线实际上也更加合理。”

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