日本是一个资源十分匮乏的国家,没有很好的能源资源,作为发达国家,日本也一直在追逐能源独立的梦想。可供日本选择的能源类型不多,核能曾经是日本能源体系的重要角色,但福岛核电事故严重阻碍了日本核电的发展。长期以来,在坚持发展核电的同时,日本一直没有放松对建立氢能体系的探索,几十年来的积累使其形成了大规模发展氢能的基础。
日本执着地将氢能作为未来能源战略选择。首先,氢能本身具有优异的性能。氢能利用的污染排放极小,可以轻易实现使用阶段零排放。未来随着技术进步甚至可以实现全生命周期零排放,这已经达到了可持续能源利用的极限;氢能体积密度虽小,但质量密度很大,既可以提供较大功率的能量输出,也可以提供长期稳定的能量输出;氢能全产业链涉及的关键技术相对比较成熟,不存在完全处于预测阶段的关键技术,推广氢能在技术方面难度不高。超低排放、“镇得住场面”、易于推广,这些优点几乎囊括了未来能源的基本要求。其次,日本海水丰富,通过分解海水制氢具有优势,这使氢能成为日本为数不多的备选能源中的佼佼者。日本地域狭小,资源有限而又人口众多,要实现国家能源安全,可作为支柱的能源种类相当有限。受2011年福岛核电站泄漏事故的影响,核能退出了能源支柱地位的竞争。同时,风—光—储体系的能源,受日本面积狭小的限制也难当大任。这样综合比较下来,恐怕只有氢能可以作为未来支柱能源了。
在这种背景下,2014年,日本政府发布了《氢能与燃料电池战略路线图》为“氢能社会”建设规划了三个阶段。
第一阶段:2014—2025年,扩大氢能使用范围。2015年燃料电池车投入市场并建立100座加氢站;提高燃料电池装机量,2020年实现户用燃料电池装置装机140万台;2020年实现氢气供应价格与燃油价格持平;2025年实现氢燃料电池车与混合动力汽车同等价格竞争力。
第二阶段:2025—2030年,全面发展氢发电产业链,建立大规模氢能供应系统。实现户用燃料电池装置装机530万台且保证用户5年内回收成本;全面利用海外资源生产、储存、运输氢能,特别是将澳大利亚的绿氢和灰氢通过船运方式运到日本海岸,成为日本未来海外氢能利用的主要来源;实现氢气发电商业化。
第三阶段:2030—2040年,建立零碳排放供氢系统,在全产业链实现零排放,形成制氢、储氢、运氢的绿色生态系统。全面推广新能源汽车(包括燃料电池汽车、混合动力汽车及纯电动汽车)。
在2016年路线图修订版中,日本政府增加了燃料电池汽车、加氢站、家用燃料电池供给系统的量化目标。这些计划与安排的可行性较强,虽然氢能是日本能源发展的无奈选择,但也是可能成功撑起日本能源安全的正确选择。
鉴于日本的资源状况,日本政府计划重点推进可大量生产、运输氢的全球性供应链建设,并设定了2020年、2030年、2050年及以后的具体发展目标。
氢气供给:2020年达到4000吨/年,成本10美元/千克;到2030年,形成产能30万吨/年,成本达到3美元/千克;到2050年,达到产能500万~1000万吨/年,成本降低到2美元/千克。
加氢站规划:到2020年达到160个,2030年达到900个,2050年全覆盖,加氢站取代加油站,基本满足日本国内全区域加氢需求。
氢燃料车规划:到2020年,氢燃料电池车达到4万辆,氢能大巴500辆;2030年氢燃料电池车达到80万辆,氢能大巴1万辆,公共汽车1200辆,叉车1000辆等。
氢燃料发电:建立氢能发电示范,到2050年实现氢能发电取代天然气发电,每千瓦时电力成本降低到12日元。
燃料电池应用:到2030年,家用热电联供分布式燃料电池应用达到530万户,占全日本家庭的10%,到2050年取代传统居民的能源供应系统。
日本的氢能战略目标是创造一个“氢能社会”,实现氢能与其他燃料的成本平价,建设加氢站,替代燃油汽车(包括卡车和叉车)及天然气和煤炭发电,发展家庭热电联供燃料电池系统,建立以氢能为主要支柱的新型能源结构。
日本塑造氢能社会的可行性较好,但对其他国家而言,在氢能领域过于用力不一定是合理的选择。氢能不会在所有国家能源体系中都独占鳌头,这是因为不同国家的国情大不相同。在一些幅员辽阔的国家,如果全面建设氢能体系,需要投入的基建成本可能是难以承受的天文数字。氢能毕竟是二次能源,虽然优点很多,总归还是需要由一次能源转化而来,如果风、光、地热等一次能源资源丰富,配合大规模储能即可应用,没有必要完全转化成氢能这样的二次能源再各处输送,因此氢能更适合担任辅助能源的角色。同时,氢能终端应用技术还没有完全成熟,如果过于急切地铺开氢能建设,可能会面临氢产能过剩的局面。
日本发展氢能社会的国家战略,推动氢、氨协同布局,对其他国家有较强的借鉴意义。在碳达峰、碳中和目标的限定下,世界各国的清洁能源资源需求极为庞大,如果将氢能作为能源资源多元化发展的一部分,也是一种较好的选择。绿色氢能的发展必将会为世界清洁能源体系建设提供良好的支持,氢能将成为未来能源体系的重要成员。