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日本将氢能视为下一个液化天然气产业

Byadmin

Oct 25, 2021
2018-04-20
14:00:32
来源: TechNews

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如何取代汽柴油交通工具的发展路线上,日本与欧美有相当大的歧异。欧美国家主张「万物电动化」,也就是过去没有接电是烧油的汽车要电动化,日本则是主张「打造氢能经济」。日本与全球作对看似让人难以理解,毕竟过去日本已经有太多想要打造独家系统却总是不敌全球的经验,但是,日本独押氢能,有其特殊的战略思维。

日本的能源几乎完全仰赖进口,这是日本心灵上最大的阴影,尤其 311 事件之后,由于暂停核电主要以燃气发电替代,2015 年日本进口石化燃料占总能源消耗比例暴增至 94%,更让日本对能源安全产生不理性的恐慌。

日本受限于地狭人稠,且位于温带,发展可再生能源受到地理上的限制;日本还有另一个先天不良的问题,1895 年时东京从德国购买发电机,大阪却向美国GE购买发电机,从此种下东西日本电力频率不同,东日本频率为 50 赫兹,西日本却是 60 赫兹,导致日本电网还分成东西两半,不易互相支持,彼此之间的传输容量限制为 1.2 吉瓦(gigawatt)。

日本如同过去的欧美电力公司,对可再生能源搭配能源储存、智慧电网各种新调控技术与观念不熟悉,迷信大电网才能容纳「不稳定」的可再生能源,然而,别说连接中、俄、韩、日的亚洲超级电网计划八字都还没一撇,连日本自己都还分两半,因此日本对采用可再生能源达成能源自主的想法兴趣并不大,反而是把推动可再生能源当成补贴无国际竞争力的日本企业的办法,结果产生许多高收购电价的项目,但占供电比例仍低。

由于日本不以可再生能源来解决能源自给问题,思维就转向分散进口品项。对日本来说,既然交通领域占汽柴油消耗的重要角色,把汽柴油车辆很快改为氢能,看似一个可快速分散能源风险的办法,从天然气领域的过去,可发现这是日本的一贯思维。

日本目前是全球第三大煤进口国,仅次于中国与印度,且是最大液化天然气(LNG)进口国,311 之后,日本因为停核而天然气用量暴增,以一国需求就把亚洲天然气价格拉到天价。事实上,日本在半世纪以前就曾经凭一国之力彻底改变了天然气市场,当时日本面临与现在中国、印度相同的问题,燃煤与燃油发电导致严重空气污染,因此决定彻底改变国家的电力领域,全力转型到燃气发电,也创造了庞大的需求与市场空间。

另一方面,日本由于无本土油源,导致虽然石油消耗比美国德州还少,却是全世界第 4 大石油进口国。当年为了减少石油进口量,从电力领域下手,全力推动天然气战略,以燃气发电来取代燃油发电,虽然看起来换汤不换药,对日本来说却是至少把风险从单押石油略为分散到石油与天然气。相对的,如今用氢来取代汽柴油,乍看之下日本工业废氢并不足,必须进口氢,仍然没有解决能源仰赖进口问题,但从油气略为分散到氢,也是同样的日本思维。

面对减碳的要求,由于日本可再生能源发展不良,氢能也成为减少碳排放的救命稻草,若是进口氢气是以石化燃料制造,就全球来说没有太大减碳作用,但是对日本来说,碳排放算在氢出口国,自己使用氢燃料电池车取代汽柴油车,少了许多交通领域碳排放,能躲过碳税,也能躲过国际减碳压力,就是达到目标。

要推动氢能不能只小心翼翼

日本经济产业省预估氢价格在 2030 年为每标准状况立方米(Nm3,标准温度压力下 1 立方米体积的气体,标准温度压力为 1 大气压,摄氏 0 度)30 日元,相当于每公斤 330 日元,而每公斤氢气所含的化学能约相当于 1 加仑汽油,也就是使用每公斤 330 日元的氢气,就化学能来说,相当于油价约每加仑 3 美元。但氢燃料电池车的能量转换效率高于内燃机,因此实际上换算的成本还要再更低,再考量未来的碳税因素,因此可说成本上已有竞争力。

然而,要达到这样乐观的预期,日本必须开创够大的氢能市场,让各相关技术环节都能规模量产化,才能将氢价格压低到预设区间。就自小客车来说,恐怕规模远远不足,因为日本经济产业省计划到 2020 年底日本有 4 万辆氢燃料电池车,2025 年达总数 20 万辆,2030 年达总数 80 万辆,即使一切照计划进行,比起 2017 年日本一年就卖出 20 万辆油电混合车,实在是小巫见大巫。

因此日本显然必须全面发展其他领域的氢能用途,才能冲高氢产业的规模,达成降低氢价的目标,其中一个尝试就是将氢燃料电池应用在堆高机。亚马逊于 2017年采用氢燃料电池堆高机厂 Plug Power 产品,用于其物流中心,丰田也将其「未来」氢燃料电池车的核心氢燃料电池用来打造雷蒙(Raymond)品牌的氢燃料电池堆高机。

氢燃料电池堆高机比起铅酸电池堆高机有许多好处,首先是占用的空间大幅缩小,一般物流中心的电池充电基础设施大约占用 5%~10% 空间,若改为氢燃料电池堆高机,可节省相对应空间,改用来存放更多商品;其次是铅酸电池的电压会逐渐下降,让堆高机的速度变慢,造成生产力损失,每 8 小时效率大约下降 14%,改用氢燃料电池可避免这个问题;电池充电还需要额外的人员看管,但氢燃料电池设备加氢可由驾驶自行处理,更进一步节省人事成本。

日本也看中氢燃料电池巴士为提升氢消费量规模的重要策略,因为巴士的氢用量远高于自小客车,每辆巴士耗氢量大约为自小客车的 45 倍,日本计划 2030 年有 1,200 辆氢能巴士。不过,这个数量远少于欧洲与中国的规划目标。由这些计划可看出日本的自相矛盾,一方面希望扩大氢能产业规模,但因为保守谨慎,所有的尝试都速度太慢、规模太小,根本无法快速推动氢能产业规模。

为了完成氢能的国家能源战略,日本显然必须动用电力领域,来扩增氢能的应用范围,而这又回归到日本的天然气经验。天然气大多是开采石油的副产品,在过去,大多在油田现地烧掉,日本需求在内产生的市场诱因下,如今许多油田天然气不再是现地烧掉,而是收集起来,制成液化天然气输出;氢气现在也是许多种工业制程的副产品,也是大多在工厂直接烧掉。但若氢能经济起飞,这些工业废氢未来将收集起来,成为各种氢能应用的氢来源。

半世纪之前日本推动了全球的液化天然气经济,如今希望如法炮制到氢气。日本将从汶莱进口氢气,之后还可能从澳洲与挪威进口氢。除了氢燃料电池,电力方面,日本还打算辅以氢气打造整合复循环燃煤发电(Integrated gasification combined cycle),让燃煤发电也成为冲刺氢经济规模的助力,只是整合复循环燃煤发电当前成本过高,毫无经济竞争力;要用无经济竞争力的项目来推动经济规模,不啻缘木求鱼。

日本虽然有天然气的前例,但要推动氢能规模经济,不能只敢小心翼翼,规划 30 年横跨多领域,看似很宏大,却每个领域都小打小闹,根本无法达成所需规模,需要真正下决心大破大立。就日本的战略需求与过往习性来看,紧抱氢能可预测也可理解,但就看日本何时会敢「梭哈」全力押注这一局了。

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(首图来源:百度百科)

文章来源:https://technews.cn/2018/04/20/in-hydrogen-japan-sees-the-next-liquified-natural-gas/

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