和中國(guó)以政府產(chǎn)業(yè)園式的推進(jìn)方式不同,日本在氫能產(chǎn)業(yè)方面更多是采取以財(cái)團(tuán)——產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟式進(jìn)行氫能產(chǎn)業(yè)培育。
因核事故衰落的日本福島縣,正在尋求新能源的復(fù)興之路。
11月末,受日本復(fù)興廳邀請(qǐng),包括21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道在內(nèi)的多家國(guó)內(nèi)媒體進(jìn)入日本福島縣,實(shí)地采訪(fǎng)這里的重建事業(yè)。作為此前日本的電力第一縣,福島曾坐擁東京電力公司兩大核電廠(chǎng),而這樣的輝煌,在2011年的東日本大地震中化為泡影。
8年之后,一座新的太陽(yáng)能制氫工廠(chǎng)在這里開(kāi)始建設(shè),由日本國(guó)立新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)(NEDO)牽頭,東芝能源系統(tǒng)、日本東北電力公司和巖谷產(chǎn)業(yè)公司等組成產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟,共同建設(shè)運(yùn)營(yíng)這座實(shí)驗(yàn)性的工廠(chǎng)——福島氫能源研究基地(FH2R)。
“目前FH2R已經(jīng)完成了制氫車(chē)間的建設(shè),太陽(yáng)能發(fā)電區(qū)域的光伏板還在安裝過(guò)程中。”NEDO氫能部統(tǒng)括研究員太平英二告訴21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道記者,“最終的生產(chǎn)時(shí)間我們希望趕在2020東京奧運(yùn)會(huì)之前,讓奧運(yùn)會(huì)上的氫能源車(chē)用上這里生產(chǎn)的氫氣。”
而在制氫以外,日本在氫能源產(chǎn)業(yè)鏈上的布局也逐步深入,除了以豐田為代表的車(chē)企已經(jīng)進(jìn)行了多種氫能車(chē)的開(kāi)發(fā)以外,全球第一條氫能運(yùn)輸管線(xiàn)也在布局中,再加上預(yù)計(jì)在奧運(yùn)村使用的民用氫能源
電池終端等等,日本似乎把未來(lái)能源轉(zhuǎn)型的重點(diǎn),放在了氫能源上。
太陽(yáng)能制氫路線(xiàn)
和目前相對(duì)主流的天然氣制氫(日本)和煤炭制氫(中國(guó))不同,F(xiàn)H2R采用了太陽(yáng)能發(fā)電+電解水制氫——在充滿(mǎn)電解液的電解槽中通入直流電,水分子在電極上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng),進(jìn)而產(chǎn)生氫氣和氧氣的技術(shù)路線(xiàn)。
“之所以采用可再生能源制氫,是因?yàn)樵谥T多制氫的技術(shù)路線(xiàn)中,讓整個(gè)過(guò)程脫碳非常關(guān)鍵。”太平英二告訴本報(bào)記者,“但是,這個(gè)過(guò)程非常復(fù)雜,要降低各個(gè)環(huán)節(jié)的成本,包括可再生能源本身,生產(chǎn)的技術(shù)也需要改進(jìn)。”
不過(guò),因?yàn)楸C苄枰,太平英二并未向記者透露目前工廠(chǎng)的制氫成本和最終的價(jià)格是多少,不過(guò)他表示,目前工廠(chǎng)最大的挑戰(zhàn)并非來(lái)自于成本的控制,而是和可再生能源發(fā)電之間的協(xié)同配合。
該工廠(chǎng)的電能全部來(lái)自于其旁邊規(guī)劃的18萬(wàn)平方米的太陽(yáng)能發(fā)電廠(chǎng),發(fā)電量為20萬(wàn)千瓦/年,富余的電量將會(huì)在工廠(chǎng)正式投產(chǎn)之后,并入東北電力公司旗下的電網(wǎng),為其他用電部門(mén)供電。
太平英二向記者表示,整座工廠(chǎng)運(yùn)行的關(guān)鍵之處在于,如何保證穩(wěn)定的電力供應(yīng),以及平衡制氫、儲(chǔ)能和整個(gè)電力系統(tǒng)之間的關(guān)系。“不僅需要最大程度地利用波動(dòng)的可再生能源,還需要以大數(shù)據(jù)方式,預(yù)測(cè)氫能供需,以獲得最佳的系統(tǒng)使用效率。”他說(shuō)。
這也是為何這座工廠(chǎng)更多是以實(shí)驗(yàn)的性質(zhì)進(jìn)行生產(chǎn),東芝能源系統(tǒng)、東北電力公司和巖谷產(chǎn)業(yè)公司分別負(fù)責(zé)制氫設(shè)備、大數(shù)據(jù)研究和太陽(yáng)能發(fā)電以及具體的生產(chǎn)和能源輸送,發(fā)揮各自公司擅長(zhǎng)的領(lǐng)域,獲得一個(gè)可以復(fù)制和推廣的解決方案。
據(jù)悉,F(xiàn)H2R規(guī)劃了4萬(wàn)平方米的制氫車(chē)間,系統(tǒng)裝置具備1萬(wàn)千瓦制氫能力。在投產(chǎn)初期,生產(chǎn)能力將在2000立方米/小時(shí),每年可生產(chǎn)900噸氫氣,可滿(mǎn)足1萬(wàn)輛氫能源汽車(chē)一年的氫能所需。
“從目前的案例來(lái)看,我們可以實(shí)現(xiàn)2000立方米/小時(shí)的生產(chǎn),不過(guò)也取決于具體的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。等到整個(gè)實(shí)驗(yàn)階段結(jié)束之后,還可以通過(guò)多次安裝其它設(shè)備進(jìn)行產(chǎn)能擴(kuò)充。”太平英二說(shuō),“當(dāng)然,到時(shí)候是需要考慮整體的成本的。”
在這樣的設(shè)想背后,實(shí)驗(yàn)基地將使用新的控制系統(tǒng)來(lái)協(xié)調(diào)氫氣能源系統(tǒng),電網(wǎng)控制系統(tǒng)和氫氣需求預(yù)測(cè)系統(tǒng)的整體運(yùn)行,可以?xún)?yōu)化氫氣的生產(chǎn)、發(fā)電和供應(yīng)。該系統(tǒng)將使用氫氣抵消電網(wǎng)負(fù)荷,并將氫氣輸送到日本東北及其他地區(qū),并將力圖證明氫氣作為電網(wǎng)平衡解決方案和氣源的優(yōu)勢(shì)。
氫氣將在壓縮的氫氣拖車(chē)中運(yùn)輸,并提供給用戶(hù),而為了確保這一過(guò)程的安全和穩(wěn)定,該工廠(chǎng)采用了新開(kāi)發(fā)的氫氣運(yùn)輸卡車(chē),整個(gè)氣罐后側(cè)安裝有輪胎,氫氣從儲(chǔ)氣罐里進(jìn)入壓縮機(jī)壓縮之后,直接灌注到運(yùn)輸氣罐中,卡車(chē)車(chē)體直接將氣罐掛靠后就可以離開(kāi),不需要現(xiàn)場(chǎng)灌充,最大限度保證氫氣灌充與運(yùn)輸?shù)陌踩浴?/div>
產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟式推進(jìn)
和中國(guó)以政府產(chǎn)業(yè)園式的推進(jìn)方式不同,日本在氫能產(chǎn)業(yè)方面更多是采取以財(cái)團(tuán)——產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟式進(jìn)行氫能產(chǎn)業(yè)培育。
一如上文中提及的方式,以政府下屬的NEDO為主導(dǎo),東芝能源、東北電力公司和巖谷產(chǎn)業(yè)公司,以各自不同的優(yōu)勢(shì)組團(tuán)進(jìn)行投資,不僅可以共同承擔(dān)項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn),也在為工廠(chǎng)正式投產(chǎn)之后的運(yùn)營(yíng)、電力消納和供應(yīng)、氫能源的運(yùn)輸和銷(xiāo)售鋪平了道路。
同樣的模式也體現(xiàn)到日本在氫氣下游應(yīng)用方面的開(kāi)發(fā),以豐田為代表,聯(lián)合產(chǎn)業(yè)鏈上下游包括氫氣供應(yīng)、運(yùn)輸、消納和終端各個(gè)方面的企業(yè),進(jìn)行產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟式的市場(chǎng)共同開(kāi)發(fā)。
這種模式的好處顯而易見(jiàn):幾家巨頭進(jìn)行協(xié)同,可以在應(yīng)用終端生產(chǎn)之后,幾乎同步實(shí)現(xiàn)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的打通;同時(shí),共擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)共享收益,讓每家企業(yè)都能在氫能蛋糕上分一杯羹,保證市場(chǎng)擴(kuò)張進(jìn)度的可持續(xù)。
不過(guò),這樣的設(shè)想在進(jìn)入到實(shí)際操作時(shí),依然需要磨合才能保證效果。以主要的氫能源消納終端——氫燃料電池汽車(chē)為例,目前整個(gè)日本共有100座加氫站,但其政治經(jīng)濟(jì)中心東京僅有14座。
即便如此,日本也坐穩(wěn)全球加氫站數(shù)目最多的國(guó)家——依據(jù)H2stations.org網(wǎng)站的數(shù)據(jù),截至2018年底,全球加氫站共有369座,日本、德國(guó)和美國(guó)位居前三,中國(guó)以23座的數(shù)量排名第四。
在接受媒體采訪(fǎng)時(shí),豐田公司公關(guān)部和技術(shù)組技師負(fù)責(zé)人中井久志表示,加氫站的及時(shí)建設(shè),需要一段過(guò)程,而因前期的大量投入,豐田在氫能源車(chē)的銷(xiāo)售方面依然有著不小的虧損。
作為其主力的氫燃料電池車(chē)型,“MIRAI”(未來(lái))的售價(jià)是720萬(wàn)日元(約合46萬(wàn)元人民幣),政府會(huì)補(bǔ)貼300萬(wàn)日元(約合20萬(wàn)人民幣),再加上購(gòu)置稅和其他的費(fèi)用,個(gè)人購(gòu)買(mǎi)最終實(shí)際將承擔(dān)約30萬(wàn)人民幣的價(jià)格。
在整個(gè)的研發(fā)過(guò)程中,未來(lái)的關(guān)鍵部件在于FC電池堆和高壓儲(chǔ)氫罐,中井久志介紹稱(chēng),F(xiàn)C電池堆功率密度為3.1kw/L,重量?jī)H為56千克。與2008年版的燃料電池堆相比,電池堆功率密度提高了2.2倍,重量減少了近50%。
高壓儲(chǔ)氫罐方面,日本于2008年開(kāi)始研發(fā),通過(guò)碳纖維強(qiáng)化塑料層的創(chuàng)新結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了輕量化,質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度達(dá)到世界領(lǐng)先的5.7wt%。這個(gè)重量百分?jǐn)?shù)數(shù)值越高,意味著所含氫氣就越多。
和日本相比,中國(guó)在氫燃料電池汽車(chē)的發(fā)展模式,則是從商用車(chē)開(kāi)始,再逐步過(guò)渡到乘用車(chē)上。一方面,是因?yàn)闅淙剂想姵乇旧淼哪茉春臀锢硖匦,更加適合商用車(chē);另一方面,則是中國(guó)技術(shù)本身所處的發(fā)展階段所致。
“我認(rèn)為,在逐步改善目前燃料電池和儲(chǔ)能設(shè)施的技術(shù)之后,中國(guó)的公司可能會(huì)把注意力更多的放在乘用車(chē)上。”太平英二告訴記者,“技術(shù)的改進(jìn)速度是很快的,中國(guó)這樣的路線(xiàn)實(shí)際上也更加合理。”
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