日本氫能社會的三大支柱
發布時間:2019-10-28 14:57:44

日本氫能社會的三大支柱

日本受制于有限的陸地面積和自然資源,一直在尋求和開發合適自己的能源支柱。自福島核電站事故后,日本開始尋找比核能更安全、更清潔的能源。


日本受制于有限的陸地面積和自然資源,一直在尋求和開發合適自己的能源支柱。自福島核電站事故后,日本不得不重新開始尋找比核能更安全、更清潔的能源。


2017年12月26日,日本政府發布了“氫能源基本戰略”,確定了2050年氫能社會建設的目標以及到2030年的具體行動計劃。


氫能被視為日本能源結構轉型、保障能源安全和應對氣候變化的重要抓手,沒有任何一個國家像日本一樣如此重視氫能。


實際上,人類早在100多年前就發現了氫能,日本也早在1973年就成立了“氫能源協會”,從此拉開了氫能源與氫堆(燃料電池)的序幕。


經過幾十年的發展,日本氫能社會雛形已基本形成,那么如今日本氫能應用的主要形式有哪些?氫能社會現狀如何?


近日,第一元素網專訪了從日本東京回國探親的中日氫能合作協會會長李擴建,就日本的氫能發展歷史、應用情況、氫能社會現狀以及氫能安全性等問題進行了采訪交流,下為采訪詳細內容。


第一元素網:您能否先簡要介紹一下中日氫能合作協會這個機構,以及您創辦此機構的初衷?


李擴建:我1985年赴日,1999年成為旅日華僑。由日本內閣府于1999年9月27日認證,`我在東京建立了“特定非營利活動法人(簡稱NPO法人)日中”,10月4日經過法務登記而正式成立,成為日本第一批12個NPO法人之一。這個NPO法人資格現在是由議員立法的日本品味最高的法人資格,1999年4月法律實施, 是非營利(不能分紅)、非政治(不得涉及選舉)、非宗教(少數服從多數)的機構。我們這個法人20年以來,一直致力于中日兩國之間的各種交流活動。鑒于氫能在日本的快速發展和成功應用,大力發展氫能源對中國也有著巨大的戰略意義,近年來我一直在關注并研究日本氫能社會的發展,見證了其在日本取得的成功。我體會到,氫能是人類同時解決能源和環境問題的最后一張底牌。因此,在2018年6月10日,我在NPO法人機構的基礎上創辦了中日氫能合作協會,作為NPO法人之下的下屬機構,按照中國的說法相當于一個二級協會。


協會的目的是在日中兩國之間發揮氫能技術和產業的橋梁的作用,促進兩國政府、相關企業和研究咨詢機構之間的了解,把日本在氫能領域所取得的成功經驗引入中國,降低成本后再返回到日本實現共贏,促進兩國的氫能社會的早日形成。


目前我們已經在東京多次為山西省、國家電投、浙江省、廣東省、氫能泡泡、江西省、安徽省、北京市、青海省、山東省的訪日高官們講授了日本氫能社會發展的狀況和問題點,安排他們試乘豐田生產的“未來”氫車,體驗日本的氫能社會。


第一元素網:日本政府對于的氫能的發展規劃有著怎樣的歷史?氫能社會是何時提出來的?


李擴建:日本氫能事業的發展與NEDO的誕生有很大的關系。1980年,日本撤銷了“煤礦業合理化事業團”,相當于中國的煤炭部,而把全套人馬改編為“新能源綜合開發機構”,簡稱NEDO。


NEDO是日本的一個政府機構,掌管著國家的所有有關預算,也是唯一的公立研究開發機構,管理和指導著日本的所有民間企業的氫能發展事業,負責解決日本的能源和環境問題。1997年,日本成立了新能源特別措施促進法。2006年,日本發布了新能源的國家戰略,其中包括了氫能源的相關戰略規劃。2008年,日本燃料電池商業化協會(GCCJ)制定了2015年向普通用戶推廣氫車的計劃。2011年,發生了福島核事故,此次事件對國家能源戰略影響巨大,迫使日本放棄了對原子能的期待而更加重視氫能源。2013年6月,重新上臺的安倍政府推出《日本再復興戰略》,提到4次“氫能”,把發展氫能源提升為國策,并啟動加氫站建設的前期工作。2014年,內閣修訂了《日本再復興戰略》,提到6次“氫能”,發出建設“氫能社會”的呼吁。第四次《能源基本計劃》,將氫能源定位為與電力和熱能并列的核心二次能源,提出建設“氫能社會”,并公布了《日本氫和燃料電池戰略路線圖》。也就是說,2014年可以說是“氫能社會”的元年。2015年,內閣修訂了《日本再復興戰略》,中提到12次“氫能”,安倍政府在實施政方針演說表達了實現“氫能社會”的決心,旨在繼續建造加氫站之后,通過氫能發電站的商業運作來增加氫能流通量并降低價格。同時,NEDO出臺氫能源白皮書,將氫能源定位為國內發電的第三支柱。2016年,內閣再次修訂了《日本再復興戰略》,中提到66次“氫能”。2017年,日本氫能基本戰略中,日本正式地把國家將來的第一能源定位為氫能,取代化石能源(煤炭、石油和天然氣)的地位,并明確了“氫能社會”的三大支柱。


第一元素網:日本“氫能社會”的三大支柱是什么?


李擴建:日本氫能社會的三大支柱是“氫電”、“氫車”和“氫家”。“氫電”就是用氫氣來代替燃氣火力發電,來進行大功率的發電,計劃是在現有燃氣電廠中摻一部分比例的氫氣,然后逐步提高混合燃燒氣中氫氣的比例,最終要達到100%氫氣發電的結果,未來既可解決日本天然氣依賴進口的問題,又可實現真正的零碳排放。“氫車”是移動式的氫能利用,是以氫氣作為能源,以氫堆(燃料電池)系統作為動力系統而不通過電池儲能的各種類型車,日本最普及的是氫能轎車,代表性的有豐田Mirai和本田Clarity,豐田Mirai是最成熟的轎車,本田Clarity由于不太成熟,只租不賣,最近宣布其產業計劃又推遲了兩三年。“氫家”是一種固定式的氫能利用,具體是將一套既能發電又能供熱的系統用于家庭中,日文稱為“ENE-FARM”,ENE是能源英文的字頭。在中國應該屬于是一種“熱電聯供系統”系統。這套系統的工作方式是:首先從提供給普通家庭的煤氣、天然氣或液化氣中提取出氫氣,氫氣與空氣中的氧氣通過氫堆(燃料電池)發生電化學反應進而產生電力,同時將發電過程中產生的熱量用于家庭供熱(發電過程中溫度高達℃幾百度);這套系統可供電可供熱,兼具環保性和經濟性,單套系統目前售價補貼后僅9萬人民幣,系統整體能量轉換效率可達95.5%。雖然煤氣費會適當增加,但是可以節省大量的電費。當前日本有大約28萬臺設備在應用,此系統產品生產企業原來有好幾家,現在剩下了松下集團和愛信,最近又增加了一家生產小型設備的京瓷,日本計劃到2030年達到530萬臺的家庭應用,超過全國家庭數2000萬的1/4。由于推動這些產業的發展,將會對國家的能源戰略產生巨大并深遠的影響,從根本上保證國家的能源安全。


第一元素網:當前日本氫能轎車的價格大概多少?


李擴建:日本量產并商業化售賣氫能源轎車的企業只有豐田和本田,豐田Miral的售價是806萬日元/輛(包括導航和行車記錄儀),其中國家補貼201萬日元/輛,東京都補貼101萬日元/輛,最終售價504萬日元,換算為人民幣為大約30萬元/輛。本田的氫能轎車只租不賣,租賃價格為5588元/輛/月。


第一元素網:除了氫能轎車外,日本還有哪些類型的氫能車?


李擴建:氫能轎車是日本應用最多的汽車類型,除此之外,日本還有十幾輛氫巴。為了服務2020年在日本東京舉辦的奧運會,屆時將量產達到100輛。氫能鏟車40輛,到2020年增加至500輛。氫能輕型貨車已經小批量量生產。面向美國的氫能重卡的噸位從35頓增加到了40頓。還有小型推貨車、幾款自行車,三輪車,摩托車等都在小規模的使用中。日本正在研發氫能列車,已經測試了數年,現在還尚未正式運營。日本曾經還制造了一輛氫能垃圾處理車,但由于成本高昂,沒有能夠推廣。


第一元素網:很多人對氫能源的安全性較為擔心,尤其是應用最廣、市場空間最大的氫能轎車,您是如何看這個問題的?


李擴建:實際上,我很理解人們的擔心,畢竟氫氣易燃易爆,氫氣爆炸極限是4.0%~75.6%(體積濃度),當氫氣在空氣中的體積濃度在4.0%~75.6%之間時,遇火源就會爆炸,而且在中國氫氣目前還當作“高度危險化學品”而不是作為能源進行管理。


日本和世界各國以前亦是如此,但是日本用了幾年的時間,將氫氣的定位從“高危品”改為了“普通能源”。曾經有專家做了氫能車與汽油車的著火實驗,具體方法是將氫能車的儲氫罐和汽油車的油罐破壞使其燃料泄露并點燃,觀察氫能車和汽油車在點燃泄漏燃料3秒后和1分鐘后的車輛情況。實驗結果如下圖所示。3秒后,氫能車儲氫罐泄露出來的氫氣被點燃后在儲氫罐的壓力推動下迅速上竄并形成火柱,而汽油車中的汽油泄漏后在重力作用下往下流,被點燃后在車輛底盤下部形成火團。1分鐘后,氫能車的火柱依然持續向上但是明顯變小,車身并未受到任何損傷;但汽油車整個車身已處于火海之中,再持續下去必將被燃燒殆盡。氫能車儲氫罐中氫氣泄漏后,被點燃并未爆炸的根本原因也可以從實驗所拍攝的圖片中得出。


當氫氣從儲氫瓶泄漏出來后,在壓力作用下,氫氣會迅速上竄,在車身上方大約10~20cm的垂直距離內,形成了完全未著火的氣體柱,因為100%的氫氣既不可燃,也不可爆炸。


車身上方垂直距離20cm以上,氫氣燃燒并形成了火柱,但由于是敞開空間,氫氣的濃度并未處于爆炸極限濃度范圍,因此氫能車氫氣泄漏后在敞開空間是不會有危險的;但在密閉空間或者相對較小的空間內,如果氫氣泄漏可能會存在一定危險性。


從這個實驗我們可以明確地得出結論,氫氣比起汽油來,要安全得多的多。


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作者: 劉濤      稿件來源: 第一元素網
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