11.23 「特寫」我去了趟福島,看日本怎樣構建氫能社會

記者 | 侯瑞寧

福島縣浪江町的晝與夜重新流動了起來。

11月的冬陽下,身著白色工服的施工隊伍正在推土平地,運輸車穿行其間。一家名為四季料理·味感佐藤的餐廳,迎來了更多客人。餐廳牆壁上掛著日本首相安培晉三“桃李自芳”的手跡,成為景觀之一。

這裡曾淪為“鬼城”。八年前,福島發生9級地震和大海嘯,福島第一核電站遭到破壞發生核洩漏。

距離核電站僅20公里的浪江町,損毀嚴重,上千人下落不明,倖存下來的居民全部搬離。

福島因核而興,也因核而敗。因為擁有第一核、第二兩大核電站,這裡曾是日本電力大縣。2011年“3·11”地震後,福島兩座核電站遭遇廢棄,農田受到輻射汙染,農副產品出口銳減九成。

浪江町的山林間,至今仍堆放著數千個大型黑色塑料袋,裡面裝著被汙染的土壤。福島縣仍有超過4萬人過著避難生活,約2.3%的土地仍被劃為“返鄉困難區域”。

「特写」我去了趟福岛,看日本怎样构建氢能社会

浪江町再次熱鬧起來是在2018年。

去年8月,日本新能源產業技術綜合開發機構(NEDO)、東芝能源系統、東北電力及巖谷產業合作,開始在浪江町建設利用可再生能源制氫的氫能源系統——福島氫能源研究基地(Fukushima Hydrogen Energy Research Field,下稱FH2R),大量的施工隊伍來到這裡,開始一場為了“復興”建設。

FH2R是目前世界上規模最大的可再生能源制氫工廠,佔地總面積為22萬平方米。其中18萬平方米為太陽能發電區域,4萬平方米為制氫車間,系統裝置具備1萬千瓦制氫能力。

FH2R的氫氣生產能力為2000立方米/小時,年產量900噸,可滿足1萬輛氫能源汽車一年的氫能所需。

福島希望依靠FH2R恢復其能源大縣的地位。

11月12日,界面新聞記者在現場看到,FH2R的制氫車間已經建設完畢,太陽能發電區域的光伏板還在安裝過程中。

與日本另外兩家採用油氣制氫技術不同,FH2R採用的是水電解制氫技術。工廠所用電力均來自太陽能,發電量為20萬千瓦/年。

按照計劃,該工廠將於2020年6月正式投產運營,東京奧運會期間,為豐田氫能汽車提供動力支持。

FH2R的建設運營採用了產業聯盟的形式。作為日本政府經濟產業省下面的獨立行政法人機構,NEDO負責技術研究;東芝公司負責制氫設備的研製;東北電力公司負責太陽能發電與大數據管理;巖谷產業公司(iwatani)負責生產與氫能輸送。

運營這座氫能工廠最大的挑戰是如何保證穩定的電力供應。NEDO氫能部統括研究員大平英二稱,如遇到陰天或梅雨季節,太陽能提供的電能可能會下調。如何實現制氫、儲藏與電力系統供需平衡的最佳組合,是行業面臨的共同課題。

儘管如此,日本政府仍對這一項目寄予厚望。“FH2R制氫工廠運營成熟後,會將多餘的太陽能電力融入東北電力公司的電網。整個模式會複製到其他地區,日本將由此進入氫能社會。”大平英二說。

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福島核事故後,可再生能源開始成為日本的主力電源。去年7月,日本政府在內閣會議上通過了新修訂的《能源基本計劃》提出,到2030年,太陽能、風能等可再生能源發電在總髮電量中的比例提高至22%-24%。

核電則被定位為基本負荷電源,比例確定為20%-22%。“3.11”地震之前,核電曾佔日本總髮電量的50%以上。

在可再生能源中,氫能成為日本的新寵。《能源基本計劃》提出要全面實施《氫能基本戰略》的相關政策措施,構建氫能製備、儲存、運輸和利用的全球產業鏈,積極推進氫燃料發電、氫燃料汽車發展,推動“氫能社會”的構建。

《氫能基本戰略》是日本氫能發展的具體指南。它確立的幾大目標包括:到2030年左右,實現氫能源發電商用化,以削減碳排放並提高能源自給率;2030年,將氫氣價格從目前的100日元/立方米降至30日元/立方米,氫燃料電池汽車達到80萬輛,氫氣加註站增至900個,氫燃料電池大巴達到1200輛。

氫燃料電池車是目前氫能的主要應用方式之一。

最初考慮將氫能源作為汽車動能的,是豐田汽車公司的四名技術人員。1992年,他們以興趣小組的形式開始研究。在公司資金支持下,興趣小組的人數越來越多,後來演變為豐田公司的新能源研發部。

2014年,豐田公司生產出了第一代氫能源實驗車;兩年後,正式推出了第一代氫能源車“MIRAI”。

在位於東京的豐田氫能汽車展覽館,工作人員介紹稱,“MIRAI”的售價是720萬日元(約合46萬元人民幣),政府會補貼300萬日元(約合20萬人民幣),加上稅收等其他費用,個人實際承擔約30萬元人民幣。

日本政府的目標是,2025年將氫能源汽車的售價與混合動力汽車的售價持平,即價格控制在300萬日元左右。

“MIRAI”氫能車上載有兩個氫氣罐,一次充氣3分鐘左右,可行駛650公里。兩個氫氣罐能充10.5公斤氫氣,每次花費約5000日元(約合300元人民幣)。

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“MIRAI”氫能車自2014年12月上市,截至今年9月底,在日本、美國和歐洲的累積銷量為9810臺。

豐田氫能汽車展覽館工作人員稱,這一銷售數字尚未達到預期,“主要受制於加氫站的數量太少”。

目前,日本有100個加氫站,東京僅有14個加氫站。

“加氫站少,和汽車公司有關係,要使氫能車和加氫站同步發展,需要一個過程。”豐田公司公關部和技術組技師負責人中井久志表示,豐田第一代氫能源汽車生產能力為3000輛/年,二代將於明年年底推向市場,屆時總生產量達到3萬輛/年。

中井久志稱,研發氫能技術資金投入很大,經濟賬並不划算,目前700萬日元的定價保持不虧損,但尚未盈利。

豐田公司正在執行車輛電動化戰略。到2030年,電動化車產量將達到550萬輛以上。其中,混合動力汽車(HEV)和插電式混合動力汽車(PHEV)450萬輛以上;電動車(EV)和氫能汽車(FCEV)達到100萬輛以上。

與中國不同,日本在發展純電動車方面興趣寥寥。日本國土面積小,人口密度較大,大街上行駛的汽車大都小巧便捷。日本認為,純電動車要負荷重量較大的電池組,體型較大且研發成本高,因此純電動車並未得到大力發展。

除生產氫能源轎車外,豐田也在生產氫能源公交車、氫能源運輸車。目前,帶著“H2”標誌的數十輛氫能源公交車已在東京街頭運行。

氫能源汽車研發的關鍵零部件是FC電池堆和高壓儲氫罐。日本在這兩個領域處於世界領先。

中井久志介紹,“MIRAI”氫能車的FC電池堆功率密度為3.1kw/L,重量僅為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%。

豐田公司在4月表示,將向中國商用車廠商提供FC組件。其與北汽福田汽車股份有限公司、北京億華通科技股份有限公司達成了合作意向,將在福田生產及銷售的FC大巴上,搭載採用豐田FC電堆等零部件的億華通FC系統。

2000年,豐田開始高壓儲氫罐的研發,通過碳纖維強化塑料層的創新結構,實現了輕量化,質量儲氫密度達到世界領先的5.7wt%。這個重量百分數意味著數值越高,所含氫氣就越多。

氫能被稱為“21世紀的終極能源”。近年來,包括中國、美國、歐盟等其他國家和地區都在大力推出氫能發展計劃。

截至2018年底,全球加氫站共有369座,日本、德國和美國位居前三,中國以23座的數量排名第四。

中國對氫能也寄予厚望。今年3月,中國首次將“推動加氫等設施建設”寫入《政府工作報告》,“氫能熱”再次升溫,民企、國企各路資本加速入場。

2019年6月,中國氫能聯盟發佈的《中國氫能源及燃料電池產業白皮書》顯示,到2050年,氫能在中國能源體系中的佔比約為10%,氫氣需求量接近6000萬噸,年經濟產值超過10萬億元。

但中國的氫能及氫燃料電池產業基礎設施薄弱,有待集中突破,氫能儲運及加氫基礎設施成為“卡脖子”環節。

亞洲通訊社社長徐靜波認為,從日本氫能產業發展經驗看,氫能源的研發與使用,不只是技術與生產的問題,更重要的是形成了全社會的產業鏈。

為了打造這一產業鏈,日本花了五年時間,完整構建整條產業鏈。目前,日本國際商社負責液化氣進口、巖谷產業等公司負責氫氣製造加工儲存、豐田等公司負責氫能源汽車的製造。高壓氣罐的研發製造,則由三菱重工等公司負責、汽車與氣罐新材料由東麗公司等負責研發生產。

此外,氫氣運輸車運輸船的研發製造、高壓氫氣的安全運輸、加氫站的建設與普及、氫能源汽車的銷售與售後服務等,都由專門的公司或機構負責。

日本政府還在推動船舶、鐵路領域的氫能化,並開始研發氫能源的有人月球探測車。

除在交通領域推動氫能化,也將氫能系統推廣到了住宅區。

2020年,日本將建成世界上第一個氫能源社區,全部使用氫能供電。該社區位於東京晴海碼頭附近的奧運選手村,目前正在建設中。

「特写」我去了趟福岛,看日本怎样构建氢能社会

據徐靜波介紹,該社區每一套房子均採用家用氫能源燃料電池作為家庭的基本電源。

社區內建有大型加氫站和氫氣管線管控中心,通過管線直接將氫氣輸入各戶家庭的燃料電池中。社區內的所有商業設施、路燈、巡迴巴士也將採用氫能源。奧運會結束後,這些房子將出售給東京市民。

如何保證充足的氫能,是日本構建氫能社會的關鍵。按照《氫能基本戰略》規劃,2030年,日本氫能供應量為30萬噸;到2050年,在氫能價格降至每立方米20日元(合人民幣1.25元),供應量提升至1000萬噸。

除自建制氫工廠外,日本還計劃在澳大利亞和本國之間建立一條氫能供應鏈(HESC),將在維多利亞拉特羅布山谷將褐煤製成液化氫,然後出口到日本。

該試點項目由日本政府和由川崎重工牽頭的行業公司聯合會共同出資,將耗資4.96億澳元(約合23.66億元人民幣)。

“目前,我們還在試驗從下水道廢氣、動物糞便中提取氫氣。”中井久志表示,氫能源是取之不盡且令人安心的能源。

無論是浪江町的大平英二,還是中井久志,都在期待著2020年的東京奧運會。在他們看來,那不僅是一場體育盛典,且將成為日本向世界展示氫能源汽車技術的良機。


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