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日本豪赌氢能源

作者:中国储能网新闻中心 来源:奥特快谈 发布时间:2021-02-26 浏览:次
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翻译:江佩淳

编辑:奥特快

出品:远川国际组

位于东京芝公园(Shibakoen)社区的岩谷县(Iwatani)氢加油站看起来和日本的其他加油站没什么两样,但它有三个特点:加油泵上的很大“H2”标志、没有任何汽油味、顾客也不多。上周三,一名站点工作人员表示,一小时内有5辆车光顾都是例外情况。

然而,这却是他在这座日本最繁忙的氢燃料站里见过的最繁忙的日子之一。“一般来说,其他燃料站平均每天大约有3名司机光顾,但在这里我们看到了30位顾客,”这名员工说,他要求不公布自己的姓名,因为他没有被允许向媒体透露信息。

芝公园是东京的一个高档社区,居住着政府工作人员和富人。这就解释了这里对氢燃料的相对高的需求:日本3757辆氢动力汽车中的许多都是政府所有的。其余的则由富有的环保爱好者购买,他们有支付700万日元(约合6.8万美元)的经济能力——政府补贴下600万日元——购买一辆中等大小的零碳排量轿车。

虽然这只相当于普通加油站每日车流量的一小部分,但该加油站工作人员表示,他并未因此而却步。他对氢的未来持乐观态度,这也是他在接受这份工作之前参加了为期三个月的义务性培训课程的原因。

“我真的感受到了下一代能源的潜力——这就是我选择在这个行业工作的原因。氢是独一无二的。我被这个全国性项目的可能性所吸引”,他说。

日本目前号称有世界上最大的氢气加气站网络。这里总共有135个氢气站,并得到了大量补贴。这象征着政府对氢的未来的信念,以及在氢商业化的竞赛中引领世界的努力。

东京的氢燃料加油站

日本乌托邦式的“氢社会”——政府是这样形容日本未来的计划的——展示的是原定于今年举行的东京奥运会。东京奥运会由于新冠疫情而被取消,现定将于明年夏天举行。奥运村的一部分被称为晴美旗(Harumi Flag),将配备氢燃料电池,用于发电照明和空调,而游客将乘坐氢燃料巴士前往东京的各个地方。

横滨国立大学(Yokohama National University)荣誉退休教授太田贤一郎(Kenichiro Ota)说,氢社会的生活不一定要有很大的不同。他自上世纪70年代以来一直参与氢研究。他表示:“如果每个人都能在不知情的情况下安全地使用氢,那就太完美了。”

日本对氢的迷恋可以追溯到20世纪70年代的石油危机,当时氢作为绿色能源计划“阳光计划”的一部分被广泛研究,该计划还包括太阳能和风能。

从那以后,政府一直在稳步投资新技术。例如,今年政府在推广氢燃料方面的预算为700亿日元,而日本经济产业省(Ministry of Economy, Trade and Industry)为4月份开始的下一财年申请了848亿日元。其中超过300亿日元用于补贴购买氢燃料电池汽车和建立像芝公园这样的氢燃料站。

2014年,日本以第一款商用氢动力汽车——丰田Mirai(日语中“未来”的意思)引领了世界。本田汽车紧随其后,于2016年推出了清洁燃料电池(Clarity Fuel Cell),本月丰田也推出了备受期待的新一代Mirai。

与此同时,日本对氢的信心最令人印象深刻的例子发生在日本西部的港口城市神户,世界上第一艘氢运输船——116米高的Suiso Frontier——停泊在那里。

这艘船由日本川崎重工(Kawasaki Heavy Industries)建造,于去年投放市场,是世界上第一艘设计携带氢气的船——氢气在零下253摄氏度的极低温度下被压缩成液体。该公司计划在2021年开始从澳大利亚向日本运送氢气。

日本川崎重工推出的世界上第一艘液氢运输船

到2030年,川崎重工的目标是有两艘船准备好向日本运送22.5万吨氢,这足够为300万辆氢燃料电池汽车提供每年1万公里的动力。

日本认为氢不仅在减少碳排放方面很重要,在能源安全方面也很重要。日本严重依赖从中东运来并通过南海的海上通道运输的石油。自2011年福岛核泄露事故以来,日本官方禁止建立新的核电站,这让能源难题更加复杂。

日本经济产业省(METI)氢与燃料电池战略办公室主管白井敏之(Toshiyuki Shirai)表示:“重要的是实现能源来源的多样化,因为日本资源匮乏。”氢之所以具有吸引力,是因为它可以从各种资源中生产,从化石燃料到风能或阳光,而且可以从任何地方进口,这与电力不同。

氢能可行吗?

氢燃料的批评者关注的是成本。正如特斯拉创始人埃隆·马斯克(Elon Musk)所说,燃料电池是“傻瓜电池”,氢动力汽车是一个“愚蠢得令人难以置信”的想法。生产电池驱动汽车的特斯拉将氢燃料电池视为一种竞争技术。

它的价格还在继续下跌,但下降速度对怀疑论者来说还不够快。日本经济产业省估计,要想实现商业可行性,氢的成本最终需要降至每立方米20日元,几乎与液化天然气的价格相当。2017年的价格是每立方米100日元,是所期望价格的5倍。

即使每辆车的补贴超过100万日元,燃料电池汽车仍然是一个昂贵的选择。在本月推出的丰田Mirai,售价(不含补贴)为710万日圆(43万人民币),是330万日圆(20万人民币)的日产聆风(Nissan Leaf)电动汽车的两倍。

Mirai的油箱加满油再开850公里需要6776日圆(412人民币),而日产聆风充满电的成本只有1860日圆(113人民币)左右。不过日产聆风的续航里程较短,只有约570公里。

聆风的缺点是充电需要大约1小时,而Mirai只需要3分钟。

即使是氢燃料的支持者也承认氢燃料可能永远都不是为轻型汽车提供动力的最有效方式。一些专家说,氢在某些方面是最好的,但在不同燃料分工的情况下就不是了。

就技术而言,“关键不在于谁赢,”中西研究院(Nakanishi Research Institute)负责人、汽车分析师中西隆木(Takaki Nakanishi)说,“燃料电池适用于大型和远程(运输),而电动汽车在小型和短程(运输)方面效率更高。”

例如,当需要储存大量能量时,电池通常又大又笨重。燃料电池可以更紧凑,也更适合长期存储——几周,甚至几年。

因此,氢被视为绿色经济的关键因素,因为在钢铁生产和大规模运输等难以用可再生能源实现电气化的领域,氢可以作为替代燃料填补空白。例如,日本跨国公司东芝(Toshiba)就正在关注铁路和船舶对其燃料电池的需求。

另一种可能性是发电站。日本工程公司千代田(Chiyoda)负责氢供应链开发的总经理永井正志(Masashi Nagai)表示:“为了实现氢的大规模使用,它需要被用于发电。”“只有在那之后,针对不同需求的氢市场才会更大,”包括乘用车,他说。

发现“鸡与蛋”问题中的“鸡”

乐观主义者坚持认为,燃料电池汽车和电动汽车一样可行,解决成本问题主要是规模问题。政府说,目前的政府目标是,只要有足够大的市场——每年1000万吨氢——就有可能实现每立方米20日元的经济可行水平。日经新闻最近报道,政府正考虑加快努力,以便在2030年达到这一水平。

在本月推出新Mirai之前,丰田董事长内山田武(Takeshi Uchiyamada)在日本氢能协会(Japan’s Hydrogen Association)的发布会上表示:“所有技术都是类似的。当技术首次引入社会时,由于我们要保证质量和安全,初始成本不可避免会高。加快体验过程能够降低成本。”

他说,建造Mirai是对日本对氢燃料承诺的信心的体现。“这与过去不同。过去,如果制造商努力以低成本创造出一种有吸引力的产品,它就会普及。社会,作为一个整体,必须致力于建设如电动汽车充电站或燃料电池汽车充电站的基础设施……或者是致力于物流和创造市场,以增加(氢的)产量。所以,这就是为什么我们要共同致力于氢社会的原因。”

在岩谷的加油站接受采访的司机说,他们喜欢自己的氢燃料电池汽车,比如Mirai,但最大的缺点是缺乏加油站。与此同时,加油站数量的有限显然是由于缺少相应的汽车。

“这是一个先有鸡还是先有蛋的问题,而Mirai应该是成为那个‘鸡’,”中西说。人们希望第一代氢动力汽车能够成为一波氢动力浪潮的催化剂,但这种希望已经成了失望。现在,同样的雄心也被转移到了新Mirai上。

“第一批Mirai触发了第一波浪潮,但结果并不像最初预期的那么好。(这个行业)还没有繁荣起来,”他表示,“氢燃料就这么难。”

日本首相菅义伟宣布将资助绿色技术研发1.9亿美元

为丰田Mirai(日语中“未来”的意思)新车型设计的高压氢罐

截至今年3月,日本只有3757辆燃料电池乘用车,但政府计划到2025年将这一数字增至20万辆。这将使燃料电池汽车市场与目前的12.3717万辆电动汽车的市场不相上下。

总部位于东京的行业机构——下一代汽车推广中心(Next Generation Vehicle Promotion Center)的数据显示,如果算上混合动力车,日本的新能源汽车总数为1090万辆。

日本正指望着更多像小川信佑(Nobuyuki Ogawa)这样的顾客。50多岁的小川信佑曾站在岩谷县的一个加油站,让穿着新工作服的服务员给他的汽车加氢气。他请了一天假,租了一辆燃料电池车,想看看自己是否喜欢。“这是我第一次找到一个我真的想开的日本品牌汽车,”他说。

他并不是唯一一个受到环保汽车吸引的人。“我试着预订,但几乎都满了。”他说,“它开起来很舒服,很安静,没有噪音,当我开始加速时,它非常平稳。”

另一名在芝公园社区参观加油站的司机是一名40多岁的公务员,他说他驾驶的燃料电池车是政府的车,而不是他自己的车。他说:“我希望燃料电池汽车会变得越来越普遍,但加油站并不多……这就是障碍,”他说。

然后还有价格问题。“如果你看一下氢站,你会发现它非常昂贵,”中西英孝指出,这是由于处理和储存燃料所需的昂贵设备。

氢能源出口产业链

一批日本大公司希望在未来的氢能源市场上占有一席之地。其中一家是工程公司千代田(Chiyoda),该公司与日本邮船株式会社(Nippon Yusen)合作,开展了他们所谓的“世界首个全球氢供应链示范项目”,该项目于今年启动。

千代田的系统将化学物质甲苯添加到氢中,创造出一种更稳定的物质。这使得它能够用现有的用于石油产品的技术来运输和储存。与液态氢不同,这种液体在使用之前需要经过一个去除甲苯的过程,例如在用于燃料电池之前。

这个过程在技术上没有液化复杂。运输用甲苯稳定的氢可以用普通的运输化学产品的船来完成。液态氢的成本很高,因为很难将氢气保持在-253摄氏度。

千代田使用的氢是在文莱生产的,使用的是天然气厂排放的废气,用油轮在文莱和日本之间往返三次,总共供应了约110吨氢。这个量可以填满一个空的Mirai约2万次。

另一家进入市场的公司是东芝,该公司自上世纪60年代就开始研究燃料电池,并声称自己在氢技术方面处于领先地位。除了天然气供应商岩谷(Iwatani)等公司,东芝还开发了一个太阳能发电厂和一个10兆瓦的可再生能源制氢设施。该项目位于福岛县。2011年,福岛县曾遭受了一场毁灭性的海啸和核灾难。

该设施于今年早些时候在一个具有重大象征意义的地点启用:这个地方最初是为一个新的核电站预留的。

东芝的可再生能源制氢项目位于福岛县

先发优势

2020年可能是氢的时刻。日本是第一个在燃料上押下重注的国家,但其他国家在今年才开始注意到它的潜力。未来几年将表明,日本在该技术上的早期领先地位是否会保持不变。

在亚洲,韩国今年宣布了160万亿韩元(1450亿美元)的新政经济战略,其中包括到2025年提供20万辆氢动力汽车和450座充电设施。韩国现代汽车(Hyundai Motor)于2013年开始生产氢电动汽车,并于2018年推出力素燃料电池汽车。与此同时,2018年平昌冬季奥运会展示了氢动力巴士。在未来,该公司希望用氢来为火车和飞行汽车提供燃料。

中国在大力补贴电动汽车产业的同时,也在大力发展燃料电池汽车。它的目标是在2030年将其数量增加到100万个,并增加到1000个氢燃料补给站。

中国正在建立示范城市,并为开发氢相关技术的公司提供补贴。2018年,中国内燃机公司潍柴动力收购了加拿大燃料电池公司巴拉德动力系统(Ballard Power Systems)的股份,并共同创建了一家合资企业,为公共汽车、卡车和叉车生产燃料电池。

德国政府在6月宣布了一项目标,即到2030年实现50亿瓦的可再生发电能力,以生产绿色氢。该公司计划斥资70亿欧元支持氢技术的市场推广,另外20亿欧元用于促进国际伙伴关系。欧盟紧随其后,于7月宣布了一项战略,到2024年安装至少60亿瓦的电解器(使用电力将水分解为氢和氧的设备),到2030年安装4000亿瓦。

2020年,欧盟、德国和韩国也发起了氢战略

咨询公司万能能源研究所(Universal Energy Research Institute)所长金田武(Takeshi Kaneda)批评日本在氢方面的投资是由那些没有迅速发展新技术的大公司主导的。其他国家正在迎头赶上。

金田表示:“(日本企业)需要10年时间才能推出一款商业产品。”他补充说:“与此同时,世界上其他地方的氢能源将由初创公司引领。”他提到了美国的普拉格能源(Plug Power)公司,该公司为叉车提供燃料电池和实地氢气站,就是其中一个成功案例。其客户包括沃尔玛(Walmart)和全食超市(Whole Foods),以及宝马(BMW)等汽车制造商。

绿色、蓝色还是灰色?

氢燃烧时不释放碳——唯一的排放物是水蒸气。但是,从化石燃料(如褐煤)中生产氢气的过程是肮脏的。

为了使氢真正的“清洁”,它需要从可再生能源中生产,或者从化石燃料中结合碳捕捉技术来提取温室气体。来自可再生能源的氢通常被称为绿色氢。来自化石燃料的氢是“灰色”的,如果结合碳捕获和储存技术,则是蓝色的。

千代田等日本公司表示,他们的目标是开发蓝色或绿色氢燃料。不过,他们表示,目前他们还将使用便宜得多的灰色氢,以启动市场。

在川崎重工与澳大利亚的项目中,氢是由廉价的褐煤生产的。通过把煤转化成氢,它就变成了一种可运输的资源。澳大利亚维多利亚州目前正试图开发一个商业规模的碳捕获和存储网络。

东京有明工业郊区的岩谷氢燃料补给站

专家们批评这是不现实的。澳大利亚国立大学克劳福德公共政策学院副教授卢埃林·休斯(Llewelyn Hughes)说:“如果日本政府想要推广非绿色氢能源,那么它就不需要承诺未来的碳捕捉,但碳捕捉必须是任何商业项目的要求。”

“你需要对碳捕获的成本进行定价,并将其计入项目成本……我认为可以肯定的是,在未来,绿色氢将是一个更便宜的选择。”

据川崎重工称,该公司的目标是在2030年之前使氢的成本达到政府的目标,即每立方米30日元(含碳捕捉的成本)。该公司最近还宣布,它将致力于另一个潜在的供应链项目,以从澳大利亚运输绿色氢。

可再生能源研究所(Renewable Energy Institute)执行委员会主席托马斯?卡伯格(Tomas Kaberger)更为直言不讳:“在日本,有些想法是进口从化石燃料中生产的氢,然后在其他国家进行碳捕捉和储存,这在经济上始终是不明智的。”

休斯说,从长远来看,氢在某些领域是有用的。但他也提出:“我们现在有非常好的技术,可以快速脱碳电力……我们现在的主要重点应该是部署可再生能源。”

每公斤2美元,是让氢燃料能够与化石燃料竞争的价格,这有可能在2030年实现

日本计划明年修订其能源战略。根据目前的2030年能源结构目标,可再生能源应占到总电力需求的22%以上,而这一比例经常被批评过低。休斯说,如果没有一个中期目标,“风险是你最终会资助很多不同的技术(包括与氢有关的技术)”,而没有“你所需要的结果”来实现绿色。

氢也不是减少排放的唯一技术选择。村木茂(Shigeru Muraki)是绿色氨财团的代表董事,也是东京天然气公司的前副总裁。他说,日本在纯氢的使用上落后于其他国家。但他也提出,氨将是一个更划算的选择,即使与碳捕获技术相结合。

村木说:“日本仍然可以在氨使用技术上与世界竞争,并在亚洲处于领先地位。”氨是氮和氢的化合物,燃烧时不排放二氧化碳。它比氢气更容易液化,可以使用现有的基础设施和技术进行处理,这意味着成本更低。

这可能会引发一场新的氨竞赛,甚至在氢竞赛开始之前。

来源:Be water: Japan's big, lonely bet on hydrogen, Nikkei Asia, 2020.12.23

作者:Akane Okutsu, Nana Shibata

原标题:《【外国产业系列】日本豪赌氢能源》

关键字:氢能

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