东京奥运“氢能秀”秀出“氢能社会”大蓝图

邓大洪

在刚刚落幕的东京奥运会上，奥运火炬、奥运村热水系统、交通工具、运动员们入驻社区等都清一色地使用氢能源，尤其是奥运火炬用氢能源尚属首次。日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）北京事务所代表梁骁表示，日本希望通过东京奥运会展示政府用氢能来改变世界能源利用格局的战略构想。

展示氢能应用三大场景

东京奥运会除了奥运火炬用氢能源外，主要有三大场景。最吸引眼球的是丰田为东京奥运会提供了约4000辆氢能大巴，作为运动员往返场馆和奥运村的交通工具。这也是日本氢能应用的第一大场景。

“与国内开展燃料电池汽车技术路径不同，丰田在推出适用于家庭的小型加氢汽车后，在燃料电池的电堆技术方面积累了丰富经验。随着相关技术的不断成熟，此次用于东京奥运会接驳的氢燃料大巴利用的就是小型乘用车所使用的70MPa氢瓶。”梁骁介绍说。目前，中国国内的氢能大巴更多使用的是 35MPa氢瓶加氢。“丰田希望借助奥运会，将70MPa氢瓶的加氢技术进一步推广。”梁骁说道。

其次，超级加氢站也让人们大开眼界。日本在东京奥运村附近专门建设了一座最先进的加氢站，这一加氢站有2台加氢机，既可以给大巴加氢，也可以给小汽车加氢，2台机器每小时可以给4台燃料汽车加氢，比日本国内已建成的150多座加氢站的加氢能力要大。

据梁骁介绍，日本国内多数家庭的固定式氢能发电、供热设备使用的是改良气。也就是设备与煤气管道相连接，从煤气中制氢，然后在这个设备中发电，在发电过程中会产生热，同时也把水给加热。此次奥运村为了使用氢能，在地下修建了全新的管道，从附近的加氢站通过新建的管道，直接把氢输送到奥运村的氢燃料电池发电设备中，不需要使用传统的改良气。

“与改良气相比，纯氢的发电和供热的能效会更高。”梁骁说，松下以往的产品以家庭用户为主，比如主打700瓦小型的燃料电池系统。而在奥运村中，松下通过把多个700瓦小型燃料电池系统串联，形成兆瓦级的大型燃料电池系统，向奥运村集中提供氢能产生的电能和热能。“这是主打小型家用设备的松下为奥运会提供的全球首秀。”

第二大应用场景是氢能奥运村，这是世界上首个运用氢能进行发电、供热的小区，其中的户数超过5600户。提供该技术的是日本家电巨头松下。

第三大应用场景是为本届奥运会提供能源的日本福岛县的制氢工厂。该氢能基地2020年3月建成，是当前世界上规模最大的可再生能源制氢工厂，占地总面积为22万平方米，利用太阳能發电，然后电解水制氢。

日本核能发展不顺目标转向更安全的氢能

对于日本来说，由于国土面积比较狭小，而且探明的能源储量既缺少石油，煤炭储量也不够丰富。因此，日本曾一度将能源布局定位在核能上。

但日本发展核能并不顺利，在1999年-2009年的十年内，日本共发生超过三起致人死亡的核事故。更严重的是2011年由地震引发的海啸，导致福岛核电站发生核泄漏，普通日本民众一时间谈核色变，“无核化”的呼声一再提高。

由于氢的来源比较广，比如水里就含有氢元素，而日本四面环海，最不缺的就是水，因此，氢在一众可再生能源中脱颖而出，迅速占据日本新能源战略的主导地位。1973年，日本成立了氢能源协会，以大学研究人员为中心开展氢能源技术开发，日本氢能源的发展从此拉开序幕。1981年，日本通产省启动了月光计划，开始着手研发燃料电池。1990年，丰田、本田、日产启动了燃料电池汽车的研发。多年来，氢能已经在日本实现了全产业链式的推进。

于是，日本最终下定决心发展氢能。在2013年，日本首相安倍提出《日本再复兴战略》，将发展氢能定为国策，开始在全国修建加氢站，日本也就此开启了氢能转型战略。2014年，日本在颁布的第四次《能源战略规划》中，再次将发展氢能、电能等列为主要的发展方向，并给出从制备、运输到存储等全步骤的详细发展目标。

在这个战略中，2014年被定义为“氢能元年”，2020年为“氢能奥运元年”，2025年的“氢能走出去元年”，2030年为“燃料电池元年”。直到2050年，成功建设“氢能社会”为止。

梁骁介绍，在日本，除了展示大数据、人工智能，以及机器人等日本传统的优势技术外，重点就是氢能。

根据日本政府2017年制定的“氢能基本战略”，氢气的零售价目前约为100日元/Nm3（标准立方米）。到2030年，该价格将降低至30日元/Nm3，供应量达到30万吨；到2050年，降至20日元/Nm3，供应量提升至1000万吨。这就意味着，未来假以时日，日本将诞生一个千亿规模的氢能市场。

氢能成本优势显著寻求国际进一步合作

日本氢能发展的最终目标是走向无CO2排放制氢，特别是通过可再生能源制氢，形成整个生命周期的零碳排放。但由于日本的气象条件和地形的复杂，其可再生能源成本远远高于世界平均水平。日本能源经济研究所的研究显示，日本在APEC经济体中的制氢成本是最高的。因此，应用碳捕获和储存（CCS）技术开发海外低成本化石能源制氢，以及利用海外可再生能源获得氢能，是日本氢能战略的主要目标之一，也是日本实现氢能社会的关键。

“为了从海外获得低价、无污染的氢能，日本已经开始与其他国家进行氢能供应链的合作，内容涵盖各种制氢方法。”梁骁介绍说。

比如，日本与挪威政府合作进行可再生电力的电制氢（Power to Gas）试验。2017年日本川崎重工与挪威NeL氢能公司实施利用水力发电生产氢能的示范合作项目，预计年制氢约22.5万—300万吨。如果项目成功，最终的目标是在挪威使用风力发电，通过油轮将液化氢输送到日本，实现商业化零碳排放制氢。挪威方面预计该项目最终可以实现以最低24日元/Nm3（21.7美分/ Nm3）的价格向日本供应液化氢。

又比如，与澳大利亚实施全球首家褐煤制氢试点项目。2018年4月，澳大利亚电力生产商AGL能源公司和川崎重工业公司宣布在维多利亚州拉特罗贝河谷建造一座煤气化示范厂。该试点项目于2020年开始运行，以测试将褐煤转化为氢的可行性，然后将其液化运往日本。项目总成本为4.96亿美元，其中一半用于维托利亚的试点，另一半将用于日本的基础设施建设和航运。目标是在2020年中期完成初步示范，2030年实现商业化运作。目前澳大利亚褐煤制氢的价格可以达到29.8日元/Nm3（约27美分/Nm3）。尽管成本很低，但由于煤气化制氢与直接燃煤发电一样具有污染性，未来该项目的最终方案是与CCS技术相结合，实现零碳排放的氢能生产。

“日本的氢能技术经过多年的发展，已经可以看到商业化的前景，但是市场太过狭小。”梁骁说。中国有着更为广阔的市场空间，“氢能社会”要真正实现，恐怕需要把相关技术拿到中国这个大市场来实践才行。