日本的氢能发展战略及启示

动力安全和环保问题一向是日本动力的中心关心。日本的一次动力供给94%来自海外，原油的消费98%会集在轿车燃油范畴，这些原油87%来自中东地区。为了减轻对外部动力的依托，日本一向把进步动力功率作为重要的手法，从方针和技能方面支撑动力功率的进步。但即便这样，依然需求许多进口化石动力。氢能一起可以削减温室气体的排放。日本拟定的方针是2030温室气体排放比2013年削减26%(或许比2005年削减25.4%)。依据巴黎协议的许诺，日本在2050年的温室气体排放要削减80%(基准年没有规则)。作为一种终极动力，日本的研讨标明，假如从2020年开端造发电体系运用氢气，到2050年，二氧化碳排放量将削减近60%，一起也削减天然气等化石动力的运用[2]。

2011年的福岛核事端加快了日本氢能的展开进程。日本是世界上液化天然气进口大国，单位进口价格较高。福岛核事端之前，日本的交易顺差是安稳的，但核事端发生今后，化石燃料进口的激增简直每年都使日本的交易出入呈现赤字。自2010年以来，家庭电费和工业电费别离上涨了25%和39%。日本的天然气发电价格是OECD国家里第二高的，2016年每挨近110美元/百万千瓦，工业电力价格也是第二高的，超越160美元/百万千瓦[3]。福岛核事端今后，日本的动力自给率一向维持在6-7%的水平，本来在日本电力结构中占比30%的核电悉数停运。虽然日本政府正在重启核电，但这起事端使大众对核电的心情急剧恶化，不只阻止了政府持续推进重启和制作更多反应堆，还加重了日本动力未来严重决议方案的政治环境动摇，现在只能靠添加天然气和煤炭等化石动力发电的比重来满意对动力的需求。

可以说，动力的对外依存度过高以及削减二氧化碳排放的许诺，迫使日本加快寻觅安全的代替动力 ，氢能试点不断铺开，氢能社会战略也应运而生。但展开氢能对日本来说是一个战略赌注，虽然远景十分诱人，但依然需求数十年的尽力，一起也需求世界社会的全力协作，才干完结零碳排放的氢能战略展开方针。 

日本氢能整体战略及展开现状

日本氢能展开首要会集在氢的出产、运送(贮藏)和运用方面。从现在的状况看，其氢能的来历首要仍是从天然气、石油、煤炭等化石动力加工进程中的副产品获得，电解氢只占4%。氢的贮藏和运送首要有液态氢、有机氢化物和氨三个办法，到达运用部分后，先经过气化或脱氢的进程，发生氢气供运用。

日本拟定的氢能展开首要途径包含三个: (1)从海外化石燃料运用碳捕获和贮存(CCS)技能或可再生动力电解完结低本钱零排放制氢;(2)加强进口和国内氢运送、分配根底设备制作;(3)促进氢在轿车、家庭热电联供和发电等各个部分的许多运用。

(一)日本“根本氢能战略”的首要内容

2017年12月26日，日本发布了“根本氢能战略”，意在发明一个“氢能社会”。该战略的首要意图是完结氢能与其他燃料的本钱平价，制作加氢站，代替燃油轿车(包含货车和叉车)及天然气及煤炭发电，展开家庭热电联供燃料电池体系。鉴于日本的资源状况，日本政府还将要点推进可许多出产、运送氢的全球性供给链制作。根本氢能战略还设定了2020、2030、2050及今后的详细展开方针。

这一战略显得雄心壮志，但终究的成功取决于氢能本钱、竞赛力及无碳氢燃料的获得性，现在在日本国内外进行的许多跨部分氢能试点项意图胜败显得尤为重要。在这些试点中起步较早的燃料电池轿车和家用热电联产项目现已初见成效，增强了日本氢能展开的决心。

(二)燃料电池轿车

燃料电池从19世纪初就已存在，1966年美国通用公司出产出了全球第一个燃料电池轿车，速度可以到达70英里/小时，行进路程150英里。但因为本钱太高，又缺少加氢设备，这辆车仅用于通用轿车的燃料电池展现和博物馆展览。日本在1973年石油危机后就树立了“氢动力协会”，以大学研讨人员为中心展开氢动力技能研制。1981年，日本通产省在“月光方案”(节能技能长时间研讨方案)中，启动了燃料电池的开发。20世纪90年代，丰田、日产和本田等轿车制作商也开端了燃料电池车研制[4]。1993年，由“新动力和工业技能归纳开发组织”(NEDO) 牵头，设立了为期10年的“氢动力体系技能研讨开发”归纳项目，由国家科研组织和民间会社一起参加，触及氢气出产、储运和运用等全进程。

2002-2010财政年度，日本经济、交易和工业省赞助了“燃料电池体系演示研讨”项目，包含“燃料电池车的演示研讨”和“氢根底设备演示研讨”两个主题。研讨内容包含氢能出产根底数据搜集、燃料电池车功能、环境特征、动力功率和安全性等方面，并与其它部分同享这些数据。项目分两个阶段施行，2002-2005财年是第一阶段，2006-2010是第二阶段。日本轿车研讨所、日本工程促进会、日本石油动力中心、日本天然气协会先后掌管了这两个阶段的研讨，丰田、本田、三菱、尼桑等日本首要轿车制作商都拿出自己的首要燃料电池车型加入了研制。一起，日本各地有15个加氢站也参加其间[5]。

这些项意图施行对日本燃料电池轿车的展开起到了巨大的推进作用。2014年12月丰田推出了Mirai车型，2016年3月本田推出Clarity车型，它们的实践驾驭间隔都超越500公里，成为全球燃料电池轿车的主打产品之一，现在正在向公共轿车、重型货车和叉车等范畴拓宽。2018年日本全国的燃料电池轿车为2500辆，加氢站100个。

(三)家用热电联供

ENE-FARM是日本氢能在居民住所中运用的测验，经过将氢气注入燃料电池中发电，一起用发电时发生的热能来供给暖气和热水，构成微型热电联供体系。现在首要有固体高分子型燃料电池(PEFC)和固体氧化物型燃料电池(SOFC)两种类型，出产700瓦和1000瓦发电量的产品，可以满意部分电力需求和悉数的热水需求。早在1992年日本就开端了针对燃料电池的质子交流膜进行根底研制，探究氢能在住所中的运用。2001年开端进行小规模固体高分子型燃料电池(PEFC)的研制和演示，2009年，固体高分子型燃料电池(PEFC)热电联供体系正式上市出售，2011年固体氧化物型燃料电池(SOFC)热电联产体系也上市出售。

因为技能的不断改善，自上市以来，SOFC和PEFC的价格别离下跌了约43%和70%。但是，要完结设定的数百万的装置方针，还需求进一步下降本钱。日本方案到2020年，将PEFC体系的零售本钱降至80万日元，将SOFC体系的零售本钱降至100万日元，累计装置到达140万台。

(四)发电及工业范畴的运用

日本的三菱、日立电力体系公司和川崎重工业公司都在研讨氢的直接焚烧以及与天然气一起焚烧发电技能。在煤气化联合循环(IGCC)中混入50%以上氢能的涡轮机也逐渐进入商业化出产。日本政府猜测，在未来的几十年里，发电将成为氢动力增加的最大驱动要素，占氢耗费量的64%左右。现在，运用氢能进行大规模发电的技能仍在研讨之中，最首要的是处理本钱问题。日本政府的方针是到2030年将氢燃料的价格下降到17美分/千瓦时，2050年降为12美分/千瓦时，这样才干与天然气发电进行竞赛。

日本当时工业所耗费的简直一切氢都是化工和钢铁出产进程的副产品排放出来的，最大的氢来历是烧碱工业，为加氢站和其他工厂供给高氢能。但因为烧碱出产正在转向动力功率更高的不排放氢的气体分散电极法，因而未来氢的供给不能依托烧碱业。近年来日本愈加注从头的氢能出产技能，特别是可以完结无碳排放的氢能出产技能，进行包含电解制氢等新技能的实验。虽然工业需求不会推进日本的氢能经济展开，但它将从无碳排放的所谓绿色氢能的制作本钱下降中获益，因为一旦这些绿色氢变得更廉价，工业范畴就可以经过改用绿色氢能来削减排放。

(五)氢能社区试点

日本氢能社会的完结还需求与“智能社区”相结合，运用数字技能、信息和通讯技能以及与可再生动力的交融来进步社区服务的质量，一起下降本钱和资源耗费，促进经济增加。2011年福岛核事端今后，为应对未来核能或许削减的远景，日本开端赞助北神州、横滨、丰田、京阪科学城和福岛[6]等地进行氢能社区制作试点项目。

北神州氢能社区是世界上第一个氢能社区演示项目，其意图是测验从邻近一家钢铁厂向住所、商业和公共设备供给副产品氢的状况。首要内容包含(1)运用管道供给氢;(2)燃料电池在多个运用程序中的可操作性测验;(3)燃料电池驱动车辆、小型叉车和自行车等运转;(4)从燃料电池轿车(FCVs)向家庭供电;(5)智能社区电力同享等5个方面。北神州氢能社区演示项目于2014年完毕，后续项目将持续进行，首要是进一步下降氢能本钱。

2016年东京市政府推出了针对2020年东京奥运会和残奥会的“氢社会”方案，到2020年将加氢站添加到35个，运转6000辆燃料电池轿车，举办一届清洁的奥运会。他们以为，1964年东京奥运会留下了新干线高速列车体系作为遗产，2020年的东京奥运会将留下一个氢能社会作为它的遗产[7]。

氢气社区还可以发生社会和经济的“溢出效应”，应对比如经济高速增加时期制作的城市根底设备的老化、区域工业阑珊、出生率下降和人口老龄化等日本城乡展开遇到的各种应战。氢能社区的制作，可以经过氢能的出产和消费等工业链的带动，推进氢能根底设备制作，发明新的工业和就业机会，复兴区域经济。 

日本寻求海外氢源的挑选

日本氢能展开的终究方针是走向无CO2排放制氢，特别是经过可再生动力制氢，构成整个生命周期的零碳排放。但因为日本的气象条件和地势的杂乱，其可再生动力本钱远高于世界平均水平。日本动力经济研讨所的研讨显现，日本在APEC经济体中的制氢本钱是最高的[8]，因而，运用碳捕获和贮存(CCS)技能开发海外低本钱化石动力制氢，以及运用海外可再生动力获得氢能，是日本氢能战略的首要方针之一，也是日本完结氢能社会的要害。为了从海外获得贱价、无污染的氢能，日本现已开端了与其他国家进行氢能供给链的协作，内容包含各种制氢办法。

(一)与挪威政府协作进行可再生电力的电制氢(Power to Gas)实验

2017年日本川崎重工与挪威NeL氢能公司施行运用水力发电出产氢能的演示协作项目，估计年制氢约22.5--300万吨。假如项目成功，终究的方针是在挪威运用风力发电，经过油轮将液化氢输送到日本，完结商业化零碳排放制氢。挪威方面估计该项目终究可以完结以最低24日元/Nm3(21.7美分/Nm3)的价格向日本供给液化氢。

(二)与澳大利亚进行全球首家褐煤制氢试点项目

2018年4月，澳大利亚电力出产商AGL动力公司和川崎重工业公司宣告在维多利亚州拉特罗贝河谷制作一座煤气化演示厂，该试点项目将于2020年开端运转，以测验将褐煤转化为氢的可行性，然后将其液化运往日本。项目总本钱为4.96亿美元，其间一半用于维托利亚的试点，另一半将用于日本的根底设备制作和航运。方针是在2020年中期完结开始演示，2030年完结商业化运作。现在澳大利亚褐煤制氢的价格可以到达29.8日元/Nm3(约27美分/Nm3) 。虽然本钱很低，但因为煤气化制氢与直接燃煤发电相同具有污染性，未来该项意图终究方案是与CCS技能相结合，完结零碳排放的氢能出产。

(三)创始从文莱到日本的世界氢运送演示项目

2017年7月，四家首要的日本根底设备和交易公司千代公司、三井公司、三菱公司和日本裕森公司在新动力与工业技能归纳开发组织(NEDO)的支撑下，树立了“先进的氢能链技能开发协会(PREST)”。他们与文莱达成协议，运用文莱天然气液化厂的副产品经过蒸汽重整进行氢气出产。出产出来的氢气运用千代田开发的Spera氢技能，将甲苯加氢生成液态甲基环己烷(MCH)，便于在规范温度和压力下贮存和运送。运到日本今后，进行脱氢，分解本钱来的甲苯和氢。氢气将作为燃料用于另一个热电厂演示项目，而甲苯则回来文莱，重复加氢和运送的循环。该试点项目出资1亿美元，估计将于2019年12月竣工，2020年1月至12月期间将运送210吨氢至日本，以探究未来商业化运转的可行性。

(四)与沙特阿拉伯的氢能协作

2016年9月日本和沙特阿拉伯树立联合小组，着手施行“2030年沙特——日本愿景”项目，该项目牵涉两边44个部委和组织，包含3个支柱、9个主题、46个政府项目。动力归于9个主题之一，由沙特动力、工业和矿藏资源部(MEIMR)和日本经济工业和交易省领导。现在正在规划联合演示项目，等候经过以氨为载体，将沙特氢气运到日本。与其他氢载体比较，氨具有本钱优势。为了完结与液化天然气/燃煤发电平等的本钱，氨的供给本钱有必要是350美元/吨。虽然现在氨的本钱现已可以到达250到300美元/吨，但这种氨的出产会构成二氧化碳排放。假如CCS的本钱可以降到50美元/吨，那么无碳氨的价格为300—350美元/吨，则会具有与化石动力发电本钱竞赛的才干。

日本政府支撑氢能展开的经历及存在问题

日本政府以为氢能是其动力问题的终极处理方案，本来氢能工业的展开是一个长时间的进程，但福岛核事端加快了日本展开氢能代替的脚步，政府、企业和公民都参加其间，获得了必定的作用。日本展开氢能的经历首要包含以下几个方面：

(一)完善的科技促进法令

日本政府经过一系列法令办法，极大促进了发明力和创业精神的进步，推进了氢能工业的快速展开。

1995年11月，日本公布了“科学技能根本法”，这是科学技能范畴最重要的根本法令，为日本科学技能的快速展开供给了法令支撑;1998年5月，为了促进“科学技能根本法”的施行，日本又公布了“从大学到工业的技能转让促进法”(称为TLO法)，其意图是促进技能转让并鼓舞产学研制协作;1999年，日本再次公布了“第30条工业复兴特别办法法”——也被称为日本的“Bayh-Dole法”。法令答应发明人保存由日本政府赞助的动力项目获得的专利，招引更多的人从事动力的研讨;2004年4月，日本公布了“国家大学公司法”，使大学与企业的触摸愈加便当;2006年12月又公布了“新教育根本法”，该法令将支撑工业展开作为大学的一项重要任务。

这些法令的施行，不只进步了大学的发明力，并且添加了大学与企业进行协作研制的灵活性，作用显著。到2013年中期，大约树立了200个“大学——工业协作研讨中心”和2000家危险出资公司[9]，私营部分和大学氢能研制协作不断深入。正是得益于这些完善的方针支撑，鼓励了日本科研组织与企业在联合深度研制，促使其氢能工业快速展开。

(二)政府的支撑和补助

资金支撑是日本氢能工业展开的重要要素之一。经济工业和交易省(METI)是日本氢能研讨的首要赞助组织，其赞助首要经过日本最大的公立研讨开发管理组织——新动力和工业技能归纳开发组织(NEDO)供给。此外，日本环境省(MoE)和内阁也赞助了氢能的研制和补助。据不完全统计，2013--2018年，这三家组织共赞助了14.58亿美元的氢能研制和补助经费，其间经济工业和交易省11.12亿美元，环境省1.95亿美元，内阁1.5亿美元，详细金额和项目见表4。此外，经济工业和交易省和环境省每年还拨出约1.5亿美元用于碳捕捉和贮存(CCS)的研制，这关于化石燃料零排放氢能的出产至关重要，这一研讨估计到2020年会获得开始效果。

日本政府还经过NEDO对日本在海外氢能技能窍门演示项目供给研制资金和补助。在演示阶段证明商业可行性之后，项目就可以向日本世界协作银行(JBIC)请求资金，并向公营的日本进出口稳妥公司(NEXI)请求稳妥，以下降海外氢能研制及运用的危险。

(三)充分运用氢能的世界协作

世界协作关于日本氢能工业的展开、技能改善和本钱下降至关重要。公正的规制结构、全球的和谐举动以及对开发者的奖赏，都会强化氢能的技能开发并加快其商业化进程，终究使全球顾客获益，并使世界和谐方针和职业间的协作越来越严密。

日本屡次和氢能出产的协作伙伴定时举用接见会面，不断强化世界协作对氢能展开的重要作用。一起，培养强壮的热电联产和燃料电池轿车出口商场也有利于日本在这些范畴坚持全球领先地位，世界氢能供给网络的树立也离不开许多的出资和世界协作。

2018年10月在东京举办的世界氢能部长级会议发表声明，包含四项首要内容：一是进一步清晰世界氢能技能协作中统一监管的守则、法规和规范，以推进全球氢能商场的构成;二是着重要促进信息同享、世界联合研制以及加强氢能安全和根底设备供给链的制作;三是评价各种制氢途径的资源可得性、展开潜力、对二氧化碳和其他排放削减的影响以及与化石动力的竞赛才干;四是加强交流和教育，深化社会对氢能技能及安全性的了解[10]。这一声明的出台，为日本氢能的展开供给了极大的便当，以保证日本氢能工业可以在全球坚持领先地位。

(四)日本氢能展开存在的问题

虽然日本提出了氢能战略，意在永久处理动力问题，但在现阶段，经济和技能方面的应战和不确定要素没有消除。日本政府也在等候评价2020年左右各试点项意图成果之后，才干考虑将氢归入更广泛的经济和动力方案。因而，从未来很长一段时间看，日本动力和温室气体排问题的处理，依然还要依托核能、天然气、动力功率和可再生动力来处理。氢能社会依然面临着许多的问题。

一是现在氢能工业展开仍离不开政府补助。燃料电池、加氢站和家庭热电联供本钱都相对较高，高度依托公共财政支撑，尚不具有竞赛力;

二是许多氢能技能依然处于演示阶段，未来远景还不明亮。氢能发电技能尚处在商业化的前期阶段，氢能的出产、储储、运送等供给链没有树立，供氢根底设备单薄;

三是因为监管和技能的约束，加氢站网络无法迅速展开。氢气作为一种工业气体遭到严厉控制，有必要由持有高压气体处理执照的专家处理，一起有关燃料电池车辆和紧缩氢加气站的技能规范、安全规范也需求进一步修正[11]。规制的放松和修正，将会对日本的氢能工业发生巨大的影响。