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第四屆中國製氫與氫能源產業大會紀實之《旨在實現碳中和的日本協同效應氫能發展舉措》

國君產業研究2022-07-29 09:53:520

摘要

專家核心觀點:


在“雙碳”的背景下,中日兩國均制定了相關目標,以降碳為重點戰略方向,推動減汙降碳協同增效。協同效應是指在實施氣候變化對策的同時,對於發展中國家開展可持續發展的事業也會產生促進作用。在中日協同效應合作項目的第三期,2016年至2021年,由兩國環境部部長牽頭,共同簽署了關於中日協同效應研究以及示範項目的備忘錄,就中國十三五期間的大氣汙染改善,以及溫室氣體排放的相關要求制定了合作內容。

 

2020年,日本重新制定了2050年實現碳中和的目標,並制定了綠色成長戰略與氫能基本戰略。為在2050年實現碳中和,日本需在2030年實現減少46%的排放,與之前的目標相比,增加了將近20%的減排幅度,日本政府將氫能作為一個重要的脫碳路徑,並將其視為新型能源發展帶來的重要機遇。在面向2050年的14個重點成長領域中,氫能佔據重要一席,為了推動氫能更好落地,日本政府制定了氫能基本戰略,並在2017年12月進行發佈。

 

日本在加氫站以及在燃料電池的普及方面,也制定了比較宏偉的目標,截至2021年,加氫站目標已基本完成,燃料電池車與目標相差較大。目前第二代豐田續航里程已經達到了850公里,與第一代相比提升了30%,整體電機單位面積功率上升了15%,減少了75%的成本,燃料電池的片數降低了40%,電池功率達到了5.4kW/L,與1995年最早的實驗車相比,提高了約50倍。

 

除了燃料電池和加氫站外,日本還引進了相關氫能技術,包括工業製程中的氫能利用及供給、氫氣發電實證事業和構建國際氫能供應鏈。未來,中日兩國或將在氫能方面合作,發揮中國在燃料電池系統和綠氫方面的技術優勢,以及日本在電池材料零部件方面的技術優勢,形成低成本高質量的產品,共同開拓第三國的氫能市場。



我們的觀點:


日本作為開發氫能相關技術、發展氫能相關產業較早的國家之一,在技術上有較大優勢。日本企業在催化劑、氫氣壓縮機等關鍵核心零部件等環節上具備領先優勢,且已經實施了大量國際間氫氣運輸的實證項目。中國可以借鑑日本的發展經驗和模式,在燃料電池汽車、氫氣儲存運輸、氫氣製取等方面展開合作,推動示範應用項目落地。


本期作者:肖潔、陳磊

負責人:鮑雁辛


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以下正文


2022年7月15日,在第四屆中國製氫與氫能源產業大會上,日本海外環境協力中心(OECC)的裘軼政帶來了題為《旨在實現碳中和的日本協同效應氫能發展舉措》的演講。


1. 背景:減汙降碳,協同效應


協同效應是指在實施氣候變化對策的同時,對於發展中國家開展可持續發展的事業也會產生促進作用。海外環境協力中心(OECC)受日本環境省委託,積極推進協同效應,對在中國及蒙古等地治理大氣汙染物,同時減少溫室效應氣體排放進行研究,提供政策建言及技術支援。



氫能即為一個典型的協同效應技術。氫能對氣候變化具有雙重作用,從氣候變化方面看,它可以減少二氧化碳的排放,從環境改善看,可以減少汙染排放,例如PM2.5、氮氧化物以及二氧化硫的排放。通過研究發現,氫能以及燃料電池技術對推動協同效應,實現中國政府提出的減汙降碳增效具有重要作用。


以中日協同效應合作項目為例,2016年至2021年,由中日兩國環境部部長牽頭,共同簽署了關於中日協同效應研究以及示範項目的備忘錄,就中國十三五期間的大氣汙染改善,以及溫室氣體排放的相關要求制定了合作內容。


該項目包含兩個方向,一是關於揮發性有機物的排放,中國引進日本示範項目,再針對引進的示範項目來提出政策建議。二是針對中國比較難解決的一些固定的排放源,例如火電廠以及移動排放源,特別是道路移動源,討論引進日本氫能技術來形成示範項目。項目實施框架由日本環境省及中國環保部為指導單位。



2. 日本氫能發展概況

日本減少汙染氣體溫室氣體排放的中長期目標,是指導日本氫能發展的重要指標。在菅義偉發表2050年實現碳中和之前,日本原定的目標是在本世紀後葉早期實現碳中和,在原目標下,日本到2050年只能減少80%的排放。因此,日本政府重新梳理了碳中和的整體目標,制定了新的標準。




新目標即在2050年實現碳中和。為在2050年實現碳中和,日本需在2030年實現減少46%的排放,與之前的目標相比,增加了將近20%的減排幅度,日本政府將氫能作為一個重要的脫碳路徑,並將其視為新型能源發展帶來的重要機遇。在面向2050年的14個重點成長領域中,氫能佔據重要一席,為了推動氫能更好落地,日本政府制定了氫能基本戰略,並在2017年12月進行發佈。




3. 日本燃料電池車發展概況


日本在加氫站以及在燃料電池的普及方面,也制定了宏偉目標。在燃料電池方面,最早在2020年目標推廣4萬輛燃料電池汽車,到2025年,推廣20萬輛燃料電池汽車,一直到2030年能夠普及80萬輛燃料電池汽車。在加氫站方面,目標在2020年達到160座,到2025年達到320座。但從整體落地情況看,燃料電池汽車方面,到2020年3月,日本整體保有量僅5170臺;加氫站方面,到2022年為156座,與目標相接近。


此外,日本在燃料電池汽車的降本方面也做了很大努力,日本豐田的第一代燃料電池汽車,年產能規劃為3000臺;而2020年發佈的第二代燃料電池汽車,年產能達到3萬臺。



日本燃料電池汽車產能的10倍速擴張帶來了很多技術、成本上的革新:

1. 從豐田燃料電池汽車的系統來看,在空氣、氫氣、冷卻系統方面,豐田進行了性能提升,整體汽車的佈局發生很大變化,第一代豐田燃料電池汽車以兩個氣罐為主,到第二代豐田燃料電池汽車,以三個氣罐為主,增加了氫氣的儲存量,也提升了電池的性能。


2. 目前豐田第二代燃料電池汽車的續航里程達到850公里,與上一代相比提升了30%,原因包括:第二代燃料電池汽車由三個氣罐組成氫氣儲存,氫氣儲存量提升21%;疊加車輛性能以及燃料電池性能的提升,總計提升10%,使得續航里程相比能提升30%。


3. 第一代豐田燃料電池電堆功率是114kw,第二代達到128kw,體積由過去的33L下降到24L,燃料總體使用量也有了大幅下降。第二代跟第一代相比,燃料使用量下降了58%;在電流密度方面,第二代跟第一代相比,整體電機的單位面積功率上升了15%


4. 日本燃料電池的成本下降很快,第二代豐田燃料電池汽車的成本相比第一代,總體減少了75%,燃料電池的片數減少了40%,特別地,整個單電池的的厚度降低了15%,過去是1.3毫米,現在是1.1毫米。通過技術性能的改善,豐田燃料電池功率達到了5.4kW/L,相比1995年最早的實驗車,提高了50倍。



4. 日本實際引進相關氫能技術

4.1 加氫站及FCV的普及目標及目前的實際情況


FCV的普及目標為:截至2020年4萬輛,截至2025年20萬輛,截至2030年80萬輛;目前的實施情況:截至2021年3月約為5170輛,考慮到2020年4萬輛的目標,普及速度較為緩慢,豐田在2020年投入了第二代未來車型,完善了量產體制,進一步促進FCV的普及。


加氫站的建設目標為:截至2020年160座,截至2030年320座;目前的實施情況:截至2022年4月,已經建造了156座,基本完成計劃目標。



4.2 其他交通領域的燃料電池利用措施


正在推進巴士、叉車、卡車等交通領域的燃料電池普及。對在限定範圍內使用的叉車等的加氫設備、以及需要大量燃料的大型商用卡車等利用液態氫燃料的可行性等進行研究探討。


燃料電池巴士目標:2017年3月投放市場,截至2020年100輛左右,截至2030年1200輛左右。


燃料電池叉車目標:2016年11月投放市場,截至2020年500輛左右,截至2030年10000輛左右。


4.3 定置型燃料電池現狀


家庭用燃料電池,普及數量為27萬多臺,銷售價格也有所下降,PEFC從開始投放市場時的300多萬日元降至94萬日元左右;補助金方面,PEFC從2009年的140萬日元/臺降至現在的6萬日元/臺。新建獨戶住宅的PEFC,預計從下一年實現自立,擴大普及。


產業用燃料電池,按照路程圖的目標,2017年開始銷售多個機型,截至2018年3月底,銷售數量為16萬臺。




4.4 工業製程中的氫能利用及供給


煉油廠、化工成套設備廠、鍊鋼廠、食品加工廠等工業製程中已經開始利用氫能。目前,已經在部分鍊鋼廠開展COURSE50項目,即使用氫氣代替部分焦炭,作為高爐的還原劑。在工業製程中作為副產品產生的氫氣,多數情況下都是在廠區內作為熱源等加以利用,如果具有經濟合理性,將來有可能作為氫氣供應源加以有效利用。



4.5 氫氣發電實證事業


考慮到未來發電領域的氫能利用,NEDO目前正在實施兩項實證項目。一是氫氣熱電聯產的實證項目,2018年4月,全球首次實現使用100%氫氣燃料的汽輪機發電的熱電聯產。二是用於現有火力發電的燃燒器開發,兩個項目均進展順利。



4.6 構建國際氫能供應鏈


甲基環己烷(MCH)

正在實施利用MCH(甲基環己烷)的國際實證項目。2019年11月,文萊的氫能製造設備啟動,2020年4月,川崎脫氫成套設備竣工。用於實證的所有設備均已準備完畢,2022年5月正式啟動全球首個國際氫能供應鏈實證運行。此外,研究在新加坡及馬來西亞等地利用MCH進行氫氣的運輸、儲存及有效利用。



液態氫

正在實施液態氫的國際運輸實證項目,2019年12月11日舉辦液態氫運輸船“SUITO FRONTIER”的新船命名下水儀式。目前,褐煤氣化爐(澳大利亞)、液化裝船基地(澳大利亞)、卸船基地(神戶)已經竣工,開始進行實證運行,SUITO FRONTIER計劃作為全球首艘液態氫大規模海上運輸船將褐煤氫運往日本。





5. 對未來中日兩國展開合作的期待


2018年,中日雙方舉行首腦會談,就兩國如何共同開拓在第三國的氫能市場進行探討。在第三國市場,中日將在氫能方面有很好的合作契機。中國在燃料電池系統方面,包括商用車以及綠色制氫擁有較大優勢;日本主要在燃料電池的材料零部件、液氫以及MCH的儲存技術方面具備較大的優勢。通過將兩國的技術優勢進行互補,為第三國提供價廉物美的氫能技術,在保證性能的同時降低成本。


但對第三國家的市場而言,對氫能成本的接受程度仍然較弱。例如蒙古、哥斯達黎加等發展中國家,其能夠承擔成本的能力相對有限。結合中日兩國的優勢技術,形成低成本高質量的產品,同時積極運用日本政府在碳減排方面的一些政策支持,以及中國一帶一路的相關資源,為第三國解決資金投資上的困難。


目前,日本正在蒙古、哥斯達黎加等國推動從制氫-運氫-用氫-燃料電池汽車/燃料電池熱電聯控的應用,同時也在上述國家進行前期的調研,並組織各方力量提供技術建議。




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