日本氢能社会的三大支柱
发布时间:2019-10-28 14:57:44

日本氢能社会的三大支柱

日本受制于有限的陆地面积和自然资源,一直在寻求和开发合适自己的能源支柱。自福岛核电站事故后,日本开始寻找比核能更安全、更清洁的能源。


日本受制于有限的陆地面积和自然资源,一直在寻求和开发合适自己的能源支柱。自福岛核电站事故后,日本不得不重新开始寻找比核能更安全、更清洁的能源。


2017年12月26日,日本政府发布了“氢能源基本战略”,确定了2050年氢能社会建设的目标以及到2030年的具体行动计划。


氢能被视为日本能源结构转型、保障能源安全和应对气候变化的重要抓手,没有任何一个国家像日本一样如此重视氢能。


实际上,人类早在100多年前就发现了氢能,日本也早在1973年就成立了“氢能源协会”,从此拉开了氢能源与氢堆(燃料电池)的序幕。


经过几十年的发展,日本氢能社会雏形已基本形成,那么如今日本氢能应用的主要形式有哪些?氢能社会现状如何?


近日,第一元素网专访了从日本东京回国探亲的中日氢能合作协会会长李扩建,就日本的氢能发展历史、应用情况、氢能社会现状以及氢能安全性等问题进行了采访交流,下为采访详细内容。


第一元素网:您能否先简要介绍一下中日氢能合作协会这个机构,以及您创办此机构的初衷?


李扩建:我1985年赴日,1999年成为旅日华侨。由日本内阁府于1999年9月27日认证,`我在东京建立了“特定非营利活动法人(简称NPO法人)日中”,10月4日经过法务登记而正式成立,成为日本第一批12个NPO法人之一。这个NPO法人资格现在是由议员立法的日本品味最高的法人资格,1999年4月法律实施, 是非营利(不能分红)、非政治(不得涉及选举)、非宗教(少数服从多数)的机构。我们这个法人20年以来,一直致力于中日两国之间的各种交流活动。鉴于氢能在日本的快速发展和成功应用,大力发展氢能源对中国也有着巨大的战略意义,近年来我一直在关注并研究日本氢能社会的发展,见证了其在日本取得的成功。我体会到,氢能是人类同时解决能源和环境问题的最后一张底牌。因此,在2018年6月10日,我在NPO法人机构的基础上创办了中日氢能合作协会,作为NPO法人之下的下属机构,按照中国的说法相当于一个二级协会。


协会的目的是在日中两国之间发挥氢能技术和产业的桥梁的作用,促进两国政府、相关企业和研究咨询机构之间的了解,把日本在氢能领域所取得的成功经验引入中国,降低成本后再返回到日本实现共赢,促进两国的氢能社会的早日形成。


目前我们已经在东京多次为山西省、国家电投、浙江省、广东省、氢能泡泡、江西省、安徽省、北京市、青海省、山东省的访日高官们讲授了日本氢能社会发展的状况和问题点,安排他们试乘丰田生产的“未来”氢车,体验日本的氢能社会。


第一元素网:日本政府对于的氢能的发展规划有着怎样的历史?氢能社会是何时提出来的?


李扩建:日本氢能事业的发展与NEDO的诞生有很大的关系。1980年,日本撤销了“煤矿业合理化事业团”,相当于中国的煤炭部,而把全套人马改编为“新能源综合开发机构”,简称NEDO。


NEDO是日本的一个政府机构,掌管着国家的所有有关预算,也是唯一的公立研究开发机构,管理和指导着日本的所有民间企业的氢能发展事业,负责解决日本的能源和环境问题。1997年,日本成立了新能源特别措施促进法。2006年,日本发布了新能源的国家战略,其中包括了氢能源的相关战略规划。2008年,日本燃料电池商业化协会(GCCJ)制定了2015年向普通用户推广氢车的计划。2011年,发生了福岛核事故,此次事件对国家能源战略影响巨大,迫使日本放弃了对原子能的期待而更加重视氢能源。2013年6月,重新上台的安倍政府推出《日本再复兴战略》,提到4次“氢能”,把发展氢能源提升为国策,并启动加氢站建设的前期工作。2014年,内阁修订了《日本再复兴战略》,提到6次“氢能”,发出建设“氢能社会”的呼吁。第四次《能源基本计划》,将氢能源定位为与电力和热能并列的核心二次能源,提出建设“氢能社会”,并公布了《日本氢和燃料电池战略路线图》。也就是说,2014年可以说是“氢能社会”的元年。2015年,内阁修订了《日本再复兴战略》,中提到12次“氢能”,安倍政府在实施政方针演说表达了实现“氢能社会”的决心,旨在继续建造加氢站之后,通过氢能发电站的商业运作来增加氢能流通量并降低价格。同时,NEDO出台氢能源白皮书,将氢能源定位为国内发电的第三支柱。2016年,内阁再次修订了《日本再复兴战略》,中提到66次“氢能”。2017年,日本氢能基本战略中,日本正式地把国家将来的第一能源定位为氢能,取代化石能源(煤炭、石油和天然气)的地位,并明确了“氢能社会”的三大支柱。


第一元素网:日本“氢能社会”的三大支柱是什么?


李扩建:日本氢能社会的三大支柱是“氢电”、“氢车”和“氢家”。“氢电”就是用氢气来代替燃气火力发电,来进行大功率的发电,计划是在现有燃气电厂中掺一部分比例的氢气,然后逐步提高混合燃烧气中氢气的比例,最终要达到100%氢气发电的结果,未来既可解决日本天然气依赖进口的问题,又可实现真正的零碳排放。“氢车”是移动式的氢能利用,是以氢气作为能源,以氢堆(燃料电池)系统作为动力系统而不通过电池储能的各种类型车,日本最普及的是氢能轿车,代表性的有丰田Mirai和本田Clarity,丰田Mirai是最成熟的轿车,本田Clarity由于不太成熟,只租不卖,最近宣布其产业计划又推迟了两三年。“氢家”是一种固定式的氢能利用,具体是将一套既能发电又能供热的系统用于家庭中,日文称为“ENE-FARM”,ENE是能源英文的字头。在中国应该属于是一种“热电联供系统”系统。这套系统的工作方式是:首先从提供给普通家庭的煤气、天然气或液化气中提取出氢气,氢气与空气中的氧气通过氢堆(燃料电池)发生电化学反应进而产生电力,同时将发电过程中产生的热量用于家庭供热(发电过程中温度高达℃几百度);这套系统可供电可供热,兼具环保性和经济性,单套系统目前售价补贴后仅9万人民币,系统整体能量转换效率可达95.5%。虽然煤气费会适当增加,但是可以节省大量的电费。当前日本有大约28万台设备在应用,此系统产品生产企业原来有好几家,现在剩下了松下集团和爱信,最近又增加了一家生产小型设备的京瓷,日本计划到2030年达到530万台的家庭应用,超过全国家庭数2000万的1/4。由于推动这些产业的发展,将会对国家的能源战略产生巨大并深远的影响,从根本上保证国家的能源安全。


第一元素网:当前日本氢能轿车的价格大概多少?


李扩建:日本量产并商业化售卖氢能源轿车的企业只有丰田和本田,丰田Miral的售价是806万日元/辆(包括导航和行车记录仪),其中国家补贴201万日元/辆,东京都补贴101万日元/辆,最终售价504万日元,换算为人民币为大约30万元/辆。本田的氢能轿车只租不卖,租赁价格为5588元/辆/月。


第一元素网:除了氢能轿车外,日本还有哪些类型的氢能车?


李扩建:氢能轿车是日本应用最多的汽车类型,除此之外,日本还有十几辆氢巴。为了服务2020年在日本东京举办的奥运会,届时将量产达到100辆。氢能铲车40辆,到2020年增加至500辆。氢能轻型货车已经小批量量生产。面向美国的氢能重卡的吨位从35顿增加到了40顿。还有小型推货车、几款自行车,三轮车,摩托车等都在小规模的使用中。日本正在研发氢能列车,已经测试了数年,现在还尚未正式运营。日本曾经还制造了一辆氢能垃圾处理车,但由于成本高昂,没有能够推广。


第一元素网:很多人对氢能源的安全性较为担心,尤其是应用最广、市场空间最大的氢能轿车,您是如何看这个问题的?


李扩建:实际上,我很理解人们的担心,毕竟氢气易燃易爆,氢气爆炸极限是4.0%~75.6%(体积浓度),当氢气在空气中的体积浓度在4.0%~75.6%之间时,遇火源就会爆炸,而且在中国氢气目前还当作“高度危险化学品”而不是作为能源进行管理。


日本和世界各国以前亦是如此,但是日本用了几年的时间,将氢气的定位从“高危品”改为了“普通能源”。曾经有专家做了氢能车与汽油车的着火实验,具体方法是将氢能车的储氢罐和汽油车的油罐破坏使其燃料泄露并点燃,观察氢能车和汽油车在点燃泄漏燃料3秒后和1分钟后的车辆情况。实验结果如下图所示。3秒后,氢能车储氢罐泄露出来的氢气被点燃后在储氢罐的压力推动下迅速上窜并形成火柱,而汽油车中的汽油泄漏后在重力作用下往下流,被点燃后在车辆底盘下部形成火团。1分钟后,氢能车的火柱依然持续向上但是明显变小,车身并未受到任何损伤;但汽油车整个车身已处于火海之中,再持续下去必将被燃烧殆尽。氢能车储氢罐中氢气泄漏后,被点燃并未爆炸的根本原因也可以从实验所拍摄的图片中得出。


当氢气从储氢瓶泄漏出来后,在压力作用下,氢气会迅速上窜,在车身上方大约10~20cm的垂直距离内,形成了完全未着火的气体柱,因为100%的氢气既不可燃,也不可爆炸。


车身上方垂直距离20cm以上,氢气燃烧并形成了火柱,但由于是敞开空间,氢气的浓度并未处于爆炸极限浓度范围,因此氢能车氢气泄漏后在敞开空间是不会有危险的;但在密闭空间或者相对较小的空间内,如果氢气泄漏可能会存在一定危险性。


从这个实验我们可以明确地得出结论,氢气比起汽油来,要安全得多的多。


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作者: 刘涛      稿件来源: 第一元素网
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