日本如何打造氫能社會？

　　和中國以政府產(chǎn)業(yè)園式的推進方式不同，日本在氫能產(chǎn)業(yè)方面更多是采取以財團——產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟式進行氫能產(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，包括21世紀經(jīng)濟報道在內(nèi)的多家國內(nèi)媒體進入日本福島縣，實地采訪這里的重建事業(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，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，一座新的太陽能制氫工廠在這里開始建設(shè)，由日本國立新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機構(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)運營這座實驗性的工廠——福島氫能源研究基地（FH2R）。

　　“目前FH2R已經(jīng)完成了制氫車間的建設(shè)，太陽能發(fā)電區(qū)域的光伏板還在安裝過程中。”NEDO氫能部統(tǒng)括研究員太平英二告訴21世紀經(jīng)濟報道記者，“最終的生產(chǎn)時間我們希望趕在2020東京奧運會之前，讓奧運會上的氫能源車用上這里生產(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企已經(jīng)進行了多種氫能車的開發(fā)以外，全球第一條氫能運輸管線也在布局中，再加上預(yù)計在奧運村使用的民用氫能源電池終端等等，日本似乎把未來能源轉(zhuǎn)型的重點，放在了氫能源上。

　　太陽能制氫路線

　　和目前相對主流的天然氣制氫（日本）和煤炭制氫（中國）不同，F(xiàn)H2R采用了太陽能發(fā)電+電解水制氫——在充滿電解液的電解槽中通入直流電，水分子在電極上發(fā)生電化學反應(yīng)，進而產(chǎn)生氫氣和氧氣的技術(shù)路線。

　　“之所以采用可再生能源制氫，是因為在諸多制氫的技術(shù)路線中，讓整個過程脫碳非常關(guān)鍵。”太平英二告訴本報記者，“但是，這個過程非常復(fù)雜，要降低各個環(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。”

　　不過，因為保密需要，太平英二并未向記者透露目前工廠的制氫成本和最終的價格是多少，不過他表示，目前工廠最大的挑戰(zhàn)并非來自于成本的控制，而是和可再生能源發(fā)電之間的協(xié)同配合。

　　該工廠的電能全部來自于其旁邊規(guī)劃的18萬平方米的太陽能發(fā)電廠，發(fā)電量為20萬千瓦/年，富余的電量將會在工廠正式投產(chǎn)之后，并入東北電力公司旗下的電網(wǎng)，為其他用電部門供電。

　　太平英二向記者表示，整座工廠運行的關(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、儲能和整個電力系統(tǒng)之間的關(guān)系。“不僅需要最大程度地利用波動的可再生能源，還需要以大數(shù)據(jù)方式，預(yù)測氫能供需，以獲得最佳的系統(tǒng)使用效率。”他說。

　　這也是為何這座工廠更多是以實驗的性質(zhì)進行生產(chǎn)，東芝能源系統(tǒng)、東北電力公司和巖谷產(chǎn)業(yè)公司分別負責制氫設(shè)備、大數(shù)據(jù)研究和太陽能發(fā)電以及具體的生產(chǎn)和能源輸送，發(fā)揮各自公司擅長的領(lǐng)域，獲得一個可以復(fù)制和推廣的解決方案。

　　據(jù)悉，F(xiàn)H2R規(guī)劃了4萬平方米的制氫車間，系統(tǒng)裝置具備1萬千瓦制氫能力。在投產(chǎn)初期，生產(chǎn)能力將在2000立方米/小時，每年可生產(chǎn)900噸氫氣，可滿足1萬輛氫能源汽車一年的氫能所需。

　　“從目前的案例來看，我們可以實現(xiàn)2000立方米/小時的生產(chǎn)，不過也取決于具體的實現(xiàn)過程。等到整個實驗階段結(jié)束之后，還可以通過多次安裝其它設(shè)備進行產(chǎn)能擴充。”太平英二說，“當然，到時候是需要考慮整體的成本的。”

　　在這樣的設(shè)想背后，實驗基地將使用新的控制系統(tǒng)來協(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)測系統(tǒng)的整體運行，可以優(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。

　　氫氣將在壓縮的氫氣拖車中運輸，并提供給用戶，而為了確保這一過程的安全和穩(wěn)定，該工廠采用了新開發(fā)的氫氣運輸卡車，整個氣罐后側(cè)安裝有輪胎，氫氣從儲氣罐里進入壓縮機壓縮之后，直接灌注到運輸氣罐中，卡車車體直接將氣罐掛靠后就可以離開，不需要現(xiàn)場灌充，最大限度保證氫氣灌充與運輸?shù)陌踩浴?/p>

　　產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟式推進

　　和中國以政府產(chǎn)業(yè)園式的推進方式不同，日本在氫能產(chǎn)業(yè)方面更多是采取以財團——產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟式進行氫能產(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)勢組團進行投資，不僅可以共同承擔項目的風險，也在為工廠正式投產(chǎn)之后的運營、電力消納和供應(yīng)、氫能源的運輸和銷售鋪平了道路。

　　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)、運輸、消納和終端各個方面的企業(yè)，進行產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟式的市場共同開發(fā)。

　　這種模式的好處顯而易見：幾家巨頭進行協(xié)同，可以在應(yīng)用終端生產(chǎn)之后，幾乎同步實現(xiàn)整個產(chǎn)業(yè)鏈的打通；同時，共擔風險共享收益，讓每家企業(yè)都能在氫能蛋糕上分一杯羹，保證市場擴張進度的可持續(xù)。

　　不過，這樣的設(shè)想在進入到實際操作時，依然需要磨合才能保證效果。以主要的氫能源消納終端——氫燃料電池汽車為例，目前整個日本共有100座加氫站，但其政治經(jīng)濟中心東京僅有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、德國和美國位居前三，中國以23座的數(shù)量排名第四。

　　在接受媒體采訪時，豐田公司公關(guān)部和技術(shù)組技師負責人中井久志表示，加氫站的及時建設(shè)，需要一段過程，而因前期的大量投入，豐田在氫能源車的銷售方面依然有著不小的虧損。

　　作為其主力的氫燃料電池車型，“MIRAI”（未來）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），再加上購置稅和其他的費用，個人購買最終實際將承擔約30萬人民幣的價格。

　　在整個的研發(fā)過程中，未來的關(guān)鍵部件在于FC電池堆和高壓儲氫罐，中井久志介紹稱，F(xiàn)C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%。

　　高壓儲氫罐方面，日本于2008年開始研發(fā)，通過碳纖維強化塑料層的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了輕量化，質(zhì)量儲氫密度達到世界領(lǐng)先的5.7wt%。這個重量百分數(shù)數(shù)值越高，意味著所含氫氣就越多。

　　和日本相比，中國在氫燃料電池汽車的發(fā)展模式，則是從商用車開始，再逐步過渡到乘用車上。一方面，是因為氫燃料電池本身的能源和物理特性，更加適合商用車；另一方面，則是中國技術(shù)本身所處的發(fā)展階段所致。

　　“我認為，在逐步改善目前燃料電池和儲能設(shè)施的技術(shù)之后，中國的公司可能會把注意力更多的放在乘用車上。”太平英二告訴記者，“技術(shù)的改進速度是很快的，中國這樣的路線實際上也更加合理。”（綦宇）