東京奧運“氫能秀”秀出“氫能社會”大藍圖

鄧大洪

在剛剛落幕的東京奧運會上，奧運火炬、奧運村熱水系統、交通工具、運動員們入駐社區等都清一色地使用氫能源，尤其是奧運火炬用氫能源尚屬首次。日本新能源產業技術綜合開發機構（NEDO）北京事務所代表梁驍表示，日本希望通過東京奧運會展示政府用氫能來改變世界能源利用格局的戰略構想。

展示氫能應用三大場景

東京奧運會除了奧運火炬用氫能源外，主要有三大場景。最吸引眼球的是豐田為東京奧運會提供了約4000輛氫能大巴，作為運動員往返場館和奧運村的交通工具。這也是日本氫能應用的第一大場景。

“與國內開展燃料電池汽車技術路徑不同，豐田在推出適用于家庭的小型加氫汽車后，在燃料電池的電堆技術方面積累了豐富經驗。隨著相關技術的不斷成熟，此次用于東京奧運會接駁的氫燃料大巴利用的就是小型乘用車所使用的70MPa氫瓶。”梁驍介紹說。目前，中國國內的氫能大巴更多使用的是 35MPa氫瓶加氫。“豐田希望借助奧運會，將70MPa氫瓶的加氫技術進一步推廣。”梁驍說道。

其次，超級加氫站也讓人們大開眼界。日本在東京奧運村附近專門建設了一座最先進的加氫站，這一加氫站有2臺加氫機，既可以給大巴加氫，也可以給小汽車加氫，2臺機器每小時可以給4臺燃料汽車加氫，比日本國內已建成的150多座加氫站的加氫能力要大。

據梁驍介紹，日本國內多數家庭的固定式氫能發電、供熱設備使用的是改良氣。也就是設備與煤氣管道相連接，從煤氣中制氫，然后在這個設備中發電，在發電過程中會產生熱，同時也把水給加熱。此次奧運村為了使用氫能，在地下修建了全新的管道，從附近的加氫站通過新建的管道，直接把氫輸送到奧運村的氫燃料電池發電設備中，不需要使用傳統的改良氣。

“與改良氣相比，純氫的發電和供熱的能效會更高。”梁驍說，松下以往的產品以家庭用戶為主，比如主打700瓦小型的燃料電池系統。而在奧運村中，松下通過把多個700瓦小型燃料電池系統串聯，形成兆瓦級的大型燃料電池系統，向奧運村集中提供氫能產生的電能和熱能。“這是主打小型家用設備的松下為奧運會提供的全球首秀。”

第二大應用場景是氫能奧運村，這是世界上首個運用氫能進行發電、供熱的小區，其中的戶數超過5600戶。提供該技術的是日本家電巨頭松下。

第三大應用場景是為本屆奧運會提供能源的日本福島縣的制氫工廠。該氫能基地2020年3月建成，是當前世界上規模最大的可再生能源制氫工廠，占地總面積為22萬平方米，利用太陽能發電，然后電解水制氫。

日本核能發展不順目標轉向更安全的氫能

對于日本來說，由于國土面積比較狹小，而且探明的能源儲量既缺少石油，煤炭儲量也不夠豐富。因此，日本曾一度將能源布局定位在核能上。

但日本發展核能并不順利，在1999年-2009年的十年內，日本共發生超過三起致人死亡的核事故。更嚴重的是2011年由地震引發的海嘯，導致福島核電站發生核泄漏，普通日本民眾一時間談核色變，“無核化”的呼聲一再提高。

由于氫的來源比較廣，比如水里就含有氫元素，而日本四面環海，最不缺的就是水，因此，氫在一眾可再生能源中脫穎而出，迅速占據日本新能源戰略的主導地位。1973年，日本成立了氫能源協會，以大學研究人員為中心開展氫能源技術開發，日本氫能源的發展從此拉開序幕。1981年，日本通產省啟動了月光計劃，開始著手研發燃料電池。1990年，豐田、本田、日產啟動了燃料電池汽車的研發。多年來，氫能已經在日本實現了全產業鏈式的推進。

于是，日本最終下定決心發展氫能。在2013年，日本首相安倍提出《日本再復興戰略》，將發展氫能定為國策，開始在全國修建加氫站，日本也就此開啟了氫能轉型戰略。2014年，日本在頒布的第四次《能源戰略規劃》中，再次將發展氫能、電能等列為主要的發展方向，并給出從制備、運輸到存儲等全步驟的詳細發展目標。

在這個戰略中，2014年被定義為“氫能元年”，2020年為“氫能奧運元年”，2025年的“氫能走出去元年”，2030年為“燃料電池元年”。直到2050年，成功建設“氫能社會”為止。

梁驍介紹，在日本，除了展示大數據、人工智能，以及機器人等日本傳統的優勢技術外，重點就是氫能。

根據日本政府2017年制定的“氫能基本戰略”，氫氣的零售價目前約為100日元/Nm3（標準立方米）。到2030年，該價格將降低至30日元/Nm3，供應量達到30萬噸；到2050年，降至20日元/Nm3，供應量提升至1000萬噸。這就意味著，未來假以時日，日本將誕生一個千億規模的氫能市場。

氫能成本優勢顯著尋求國際進一步合作

日本氫能發展的最終目標是走向無CO2排放制氫，特別是通過可再生能源制氫，形成整個生命周期的零碳排放。但由于日本的氣象條件和地形的復雜，其可再生能源成本遠遠高于世界平均水平。日本能源經濟研究所的研究顯示，日本在APEC經濟體中的制氫成本是最高的。因此，應用碳捕獲和儲存（CCS）技術開發海外低成本化石能源制氫，以及利用海外可再生能源獲得氫能，是日本氫能戰略的主要目標之一，也是日本實現氫能社會的關鍵。

“為了從海外獲得低價、無污染的氫能，日本已經開始與其他國家進行氫能供應鏈的合作，內容涵蓋各種制氫方法。”梁驍介紹說。

比如，日本與挪威政府合作進行可再生電力的電制氫（Power to Gas）試驗。2017年日本川崎重工與挪威NeL氫能公司實施利用水力發電生產氫能的示范合作項目，預計年制氫約22.5萬—300萬噸。如果項目成功，最終的目標是在挪威使用風力發電，通過油輪將液化氫輸送到日本，實現商業化零碳排放制氫。挪威方面預計該項目最終可以實現以最低24日元/Nm3（21.7美分/ Nm3）的價格向日本供應液化氫。

又比如，與澳大利亞實施全球首家褐煤制氫試點項目。2018年4月，澳大利亞電力生產商AGL能源公司和川崎重工業公司宣布在維多利亞州拉特羅貝河谷建造一座煤氣化示范廠。該試點項目于2020年開始運行，以測試將褐煤轉化為氫的可行性，然后將其液化運往日本。項目總成本為4.96億美元，其中一半用于維托利亞的試點，另一半將用于日本的基礎設施建設和航運。目標是在2020年中期完成初步示范，2030年實現商業化運作。目前澳大利亞褐煤制氫的價格可以達到29.8日元/Nm3（約27美分/Nm3）。盡管成本很低，但由于煤氣化制氫與直接燃煤發電一樣具有污染性，未來該項目的最終方案是與CCS技術相結合，實現零碳排放的氫能生產。

“日本的氫能技術經過多年的發展，已經可以看到商業化的前景，但是市場太過狹小。”梁驍說。中國有著更為廣闊的市場空間，“氫能社會”要真正實現，恐怕需要把相關技術拿到中國這個大市場來實踐才行。