《10年内让20%家庭用上氢能源的日本“野”心》

  • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
  • 编译者: guokm
  • 发布时间:2020-06-12
  • 在日本政府的普及氢能源计划中,让氢能源走进普通家庭值得重点关注。
    截至2019年底,日本已有超过26万户家庭安装了氢燃料电池。到2030年,日本政府计划让氢燃料电池走进530万户家庭,使全国20%的家庭用上氢能源。
    目前,我国氢燃料电池在家庭应用方面尚处于起步阶段,研究和借鉴日本在推广氢能源家庭应用方面的经验与做法,对我国氢能源发展和家庭能源结构优化有着重要意义。
    日本推广氢能源家庭应用的经验与做法
    持续开展家庭氢能技术研发应用。日本发展燃料电池坚持面向家庭,且持续推进,氢燃料电池技术位居世界前列。
    在国家层面,以向新能源产业技术综合开发机构(NEDO)投入专项科研经费为主,设定核心技术应达到的相应指标,并将指标进行分解,对承担课题研究的单位定期进行评估,以实现氢能发展目标。
    研究机构在氢燃料电池领域建立了持续的研发体系,很多大学持续参与氢能研究已达50年,在关键技术包括极板、膜电极、电子材料等方面都有庞大的研发团队。
    在企业层面,根据氢燃料电池技术状况、氢来源的便利性以及成本、市场需求等,不断完善氢燃料电池家庭应用产品,松下、东芝、日立等机电一体化企业在十年前已开始了应用端的实证研究,积极占领研发成果制高点。
    积极推进家用氢燃料电池成本下降。成本高是阻碍氢燃料电池推广应用的重要因素,日本通过家用燃料电池热电联供(ENE—FARM)计划,从2005年起开始建设家用燃料电池示范项目,当年安装使用500套,成本800万日元/套(约48万元/套)。
    2009年后,在政府补贴政策和松下、东芝等厂商大力推广下,进入商业化应用阶段。到2017年,成本降至120—150万日元/套(约8万元/套),12年间成本下降80%以上。
    日本家用氢燃料电池与氢燃料电池汽车的规模化应用,采用了相同的电极、电解质膜、催化剂等关键部件,形成协同效应,带动了整个产业链成本的降低。
    2019年3月日本公布的《氢能利用进度表》提出,到2030年,累计推广家庭燃料电池将达到530万台,通过使用产品节省能源成本,五年收回设备投资。
    出台补助措施促进氢能家庭应用。从2010年开始,日本政府对安装燃料电池系统的家庭提供140万日元或制造成本一半的补贴;2015年,松下、东芝等企业推出新一代家用燃料电池系统售价降低至150万日元,政府补贴额度相应降低至50—60万日元,虽然单台补贴额度逐渐下降,但由于推广数量逐步增加,2015年日本政府发放的补贴金额仍达222亿日元。
    此外,家用氢燃料电池属于分布式热电联产项目,日本对此的扶持政策亦适用于燃料电池。在投资补助方面,补助强度为初期投资的1/3—1/2;在税收减免方面,投资税可返还30%;在优惠气价方面,家用热电联产系统气价低于常规气价;在并网上网方面,通过《并网技术要求导则》,打破了分布式热电联产系统的并网上网瓶颈。
    “由点到面”开展示范应用。2005年日本首个商用家用燃料电池热电联产系统示范项目安装于首相官邸,起到了良好的宣传、推广作用。
    2005—2009年,日本共建设家用燃料电池示范项目3300台套,并于2009年进行了大规模商业化推广。
    近期,日本借助东京奥运会契机,正大力建设氢能建筑示范区,构建了世界上第一个氢能源社区,5632户住宅全部采用松下公司开发的家庭燃料电池ENE—FARM。
    此外,松下公司计划2021年在公用部分提供4处纯氢燃料电池,并在区域内修建氢管线,向街区和车辆提供氢。在推进燃料电池小型化示范方面,东京煤气和京瓷公司共同合作开发的ENE—FARM,体积是以往产品的1/4左右,并计划借机将此作为普及小型化家用燃料电池的“引爆剂”,扩大其在公寓等领域的占有率。
    制定标准规范,促进氢能家庭应用。日本积极参与国际标准制定,围绕参与制定的《全球氢能和燃料电池技术规范》《联合国氢能和燃料电池汽车规范》等,形成了完善的标准体系,并在燃料电池研发、小型化氢能应用领域形成了独具特色的核心技术。
    除了官方机构支持外,日本氢能产业还通过成立专项专业协会,比如,燃料电池商业化促进委员会(FCCJ)、氢供给利用技术协会(HySUT)等来促进标准的完善和商业化开展。
    另外,为推进氢能家庭应用的实施,日本在既有的电气事业法、消防法、建筑基准法、劳动安全卫生法等法规中,增设了家用燃料电池安装、施工相关条例或特设条例,以规范工程的实施。
    对我国氢能源发展和家庭能源结构优化的启示
    日本制定了氢能源发展战略,并在推广氢能家庭应用过程中,逐步有效地解决了技术、成本、政策协调、社会认知、标准体系等方面出现的问题,给我国氢能源发展带来四个启示:
    重视发展氢能源,促进能源转型。当前,我国家庭能源消费量逐年上升,城镇家庭能源以天然气为主,天然气是不可再生的重要化工原料。
    为此,建议从两个方面入手:一是将发展氢能源作为促进能源转型、应对气候变化、改善生态环境和提高居民生活质量的重要内容,持续推动我国氢能源发展和家庭能源结构优化。二是根据我国国情和国际发展趋势,适时制定《氢能国家战略》,强化对氢能产业发展的规范和引导,统一规划氢能利用的国家目标和时间表,明确各阶段的发展目标和任务。
    加强顶层设计,加快核心技术研发。目前我国还没有从燃料电池技术的基础应用、示范推广、产业应用层面进行综合考虑的顶层设计部门,研究机构往往单打独斗,缺乏整体配套。
    为此,提出以下建议,一是加强顶层设计,集聚各方力量开展系统研发。二是加大核心技术攻关,将引进吸收与自主研发并重,缩短与先进国家的差距。三是加强氢燃料电池系统设计,促进集成应用,针对家庭燃料电池系统的基本特性,从系统集成、智能管理、规划设计与核心设备等多角度进行集成研发,形成系统的技术创新体系,有效支撑氢燃料电池产业发展。
    适度超前布局氢能家庭应用研发,降低应用成本。近两年来社会资本大量涌入氢能产业,但主要集中在汽车用氢燃料电池方面。
    为此,有两点建议:一是鼓励企业按照技术发展阶段和市场培育程度,适度超前部署氢能家庭应用相关业务,根据氢能产业链上下游关系,形成企业间错位发展格局。二是鼓励企业根据自身优势,在研发推广汽车用氢燃料电池产品的同时,开展氢能家庭应用产品开发,形成协同效应,不断降低燃料电池成本。
    做好政策衔接,适时开展氢燃料电池家庭示范应用。日本把氢能家庭应用列为分布式热电联产重要内容,在享有分布式能源政策优惠的同时,又针对燃料电池的安装、并网等特性,出台了相应的政策法规。
    为此,我国应从三个方面着眼:一是将氢能家庭应用纳入分布式能源,享受分布式能源相关税收优惠及补贴措施。二是完善技术标准与检测体系,加快氢能基础设施建设。三是鼓励研发机构和相关企业,借我国举办冬奥会之机,在张家口可再生能源示范区等适时开展家庭、商业建筑等方面的小型氢燃料电池示范应用。

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    • 编译者:guokm
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    • 发改委、司法部印发《关于加快建立绿色生产和消费法规政策体系的意见》,要在2年内对氢能立法。这是迄今为止氢燃料电池行业的最大利好。 大事件:2年内国家制定氢能的标准体系和支持政策 本周发改委、司法部印发《关于加快建立绿色生产和消费法规政策体系的意见》。其中对于促进能源清洁发展方面,要求加大对分布式能源、智能电网、储能技术、多能互补的政策支持力度,研究制定氢能、海洋能等新能源发展的标准规范和支持政策。 在附件的重点任务清单上,“研究制定氢能、海洋能等新能源发展的标准规范和支持政策“在列,时间显示为2021 年完成,由能源局、国家发展改革委、科技部、工业和信息化部、自然资源部、市场监管总局负责。 点评:行业对这一重大政策事件没予以足够的重视,当然可能是氢能被放在整个绿色经济里一起说被淹没了。香橙会研究院作为行业重要的智库,在重大事件上自然不会缺席。 首先这是个大好事。 氢能作为一个产业,无数的行业先行者探索了这么多年,氢燃料电池作为一项重大革命性技术也处在产业化爆发的前夜,但我国在氢能领域尚无一部法律,哪怕是部门规章。氢能利用在我国的政策依据主要还以国家层面的产业规划政策和地方层面的试行规定为主。 比如在产业规划层面,主要依据是2016年11月29日发布的《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》。规划提出“到2020年,实现燃料电池汽车批量生产和规模化示范应用。” 现在业内广为传布的氢燃料电池汽车发展路线,也是2016年10月发布的《节能与新能源汽车技术路线图》,而这个路线图则是汽车工程学会发布的。 另外就是各地方政府制定的氢能与燃料电池汽车产业发展的地方性产业规划了。 至于牵动整个氢燃料电池行业的补贴,则是依赖于四部委(财政部、科技部、工业和信息化部、国家发展改革委)于2015年4月出台的《关于2016-2020年新能源汽车推广应用财政支持政策的通知》以及系列政策“补丁”。 整体来说,氢能产业还处在行业自我探索状态。 现在氢能产业要放在绿色生产和消费体系里,放在整个生态文明体系里立法,自然是件大好事。 根据法律界人士梳理,我国目前氢能产业亟需立法的部分如下: ①氢能产业中上游尚无专门立法规制 比如对对制氢厂的建设审批尚无专门性法规、规章作为项目建设、管理的法律依据。也未见地方性法规或试点性文件。 ②氢能产业的下游法规尚待完善 与制氢厂类似,国家层面尚无专门的行政法规或部门规章对加氢站进行规制,部分地方就加氢站项目出台了小范围试点的暂行规定,但在实施和操作层面,地方暂行规定仍存在不少瑕疵或不确定之处。 现在,《关于加快建立绿色生产和消费法规政策体系的意见》明确规定,要研究制定氢能的标准规范和支持政策,时间是在2021年完成,由能源局、国家发展改革委、科技部、工业和信息化部、自然资源部、市场监管总局负责。 由此也不难看出,国家能源局可能作为国家氢能管理的归口部门了。
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    • 新华社1月9日刊发题为《“ 氢能时代” 中国加快探索氢能经济》的报道。文章称,汽车发动机不“喝油”了,建筑取暖不烧天然气了,重工业热力来源告别黑煤球了……未来,替代这些传统能源的有可能就是氢能和燃料电池。不久前在北京举办的“首届北京未来科学城氢能与燃料电池技术发展大会”,与会专家为人们描述了这样一幅未来图景。 “氢能时代”来临 氢能通常是指氢在物理与化学变化过程中释放的能量。它更加清洁、高效并可再生,相比于潮汐能、风能等,氢能更便于储备、运输,同时它也是“能源互联网”中的重要纽带。氢能来源多样,可以从化石能源中获取,也可以从工业副产品、合成甲醇、生物沼气中获取。如今,氢能正在走向规模化、商业化。 基于这些特点,燃料电池成为氢能的重要应用成果,具有燃料能量转化率高、噪音低以及“零排放”等优点,从20世纪末以来便受到各国关注,其研发、示范和商业化应用的资金投入不断增加。中国工程院院士汤广福表示,能源消费正在发生变革,高效节能、智慧用能是现代能源消费模式的典型特征。 国际氢能委员会发布2017年发布报告称,氢能源是能源结构转型的重要方式,预计在2050年之前,通过更大规模的普及,氢能源将占整个能源消耗量的大约20%。数据显示,2017年全球燃料电池机组数量增长15%,达到7万多套。 面对这一发展趋势,美国、德国、日本、韩国等国家均在氢能基础研究、应用研究方面进行了大规模投入。在日本、美国、德国等地,氢燃料电池车部分已经投入使用。丰田FCV燃料电池商业车最大续航里程约700公里,美国“尼古拉”燃料电池拖车头最大输出1000马力,德国已批准燃料电池火车应用于商业化。 不仅是汽车,发电、工业能源、建筑等,同样是氢能和燃料电池的重要应用领域。在日本,家用燃料电池热电联供系统已投入使用,使家庭有了自己的“发电站”和“供暖站”。航天领域,大推力火箭的动力来源也大多采用氢能。 中国企业、研究机构也在“紧盯”氢能源。2017年7月,北京市科委、昌平区政府联合主办北京未来科学城氢能技术协同创新平台签约仪式,推动打造代表国内氢能领域最高科研水平的协同创新平台,首批签约的12家科研单位共有24个氢能研发团队。 清华大学核能与新能源技术研究院教授毛宗强介绍,我国有超强的氢气供应能力,目前氢气来源还是以煤炭、天然气为主,可再生能源制氢尚处于示范阶段。 成本高、氢站少 氢燃料电池的短板 “燃料电池汽车或者动力是我们未来车从化石燃料为主走向电动化路径当中非常重要的途径。”中国汽车工业协会副秘书长许艳华说。近期在由中国汽车动力电池产业创新联盟燃料电池分会参与主办的“第一元素” 2018氢能及燃料电池产业年度发展论坛上,氢燃料电池汽车未来路在何方成为最热的话题之一。 近两年,氢能及燃料电池行业正式进入产业化元年,国家与地方陆续发布了《“十三五”战略性新兴产业发展规划》、《汽车产业中长期发展规划》,《上海市燃料电池汽车发展规划》等一系列政策及规划。氢燃料电池汽车已在上海、郑州、张家口、佛山、云浮、十堰等多地实现商业化运营。国内各大知名汽车企业纷纷布局,传统能源企业、汽车零部件企业、产业资本也相继在氢能及燃料电池产业加码投入。 国家很早就将氢燃料电池汽车列为新能源汽车三大发展方向(包括混合动力、纯电动、燃料电池)之一,然而与前两种新能源车相比,氢燃料电池汽车至今仍处于示范运营阶段。究其原因,氢燃料电池汽车的高制造成本和加氢站的布局偏少是制约产业发展的关键因素。 中国工程院院士凌文:建议将氢能纳入能源体系 低碳化转型发展是中国应对内外部新形势新挑战的共同要求。凌文认为,氢能开发与利用是能源清洁化发展的重要方向。在优化能源系统方面,氢能作为一种二次能源,可实现多异质能源跨地域和跨季节的优化配置,形成可持续高弹性的创新型多能互补系统;在提高能源安全方面,发展氢能源配合燃料电池技术,有助于大幅度降低交通运输业的石油与天然气等的消费总量,降低二者对外依存度;在提高可再生能源利用率、促进能源革命方面,氢作为能源互联媒介,可通过可再生能源电力制取,通过氢气的存储或气体管网的运输,实现大规模的储能及调峰,实现电网和气网的耦合,增加电力系统灵活性。 从国外看,已有多国政府出台氢能及燃料电池发展战略路线图,美国、日本、德国、韩国、法国等发达国家更将氢能规划上升到国家能源战略高度。 凌文引述国际氢能源委员会发布的报告称,至2050年,在全球范围内,氢能产业将创造3000万个工作岗位,减少60亿吨二氧化碳,创造2.5万亿美元的市场价值,氢能汽车将占全世界车辆的20%-25%,承担全球18%的能源需求。 2018年10月12日,由国家能源集团牵头组建的中国氢能联盟发布了《中国氢能产业研究报告(核心观点)》,认为未来氢能在我国终端能源体系占比至少要达到10%,与电力协同互补,共同成为我国终端能源体系的消费主体。 凌文分析,我国氢能开发与应用已具备产业化基础,但还面临一些挑战,例如:与发达国家将氢能纳入国家能源体系不同,我国能源生产和消费结构中,还未将氢能纳入其中而将其作为一种具有发展潜力的能源对待;缺少立足长远的国家氢能产业发展顶层设计、政策保障体系与实施路线图;在核心技术、装备、技术标准方面与国外发达国家存在差距,应用基础设施差距巨大。 此外,氢在我国被列为危化品管理范畴,还未列入能源管理体系。凌文指出,这不利于氢能管理体系构建和相关产业政策的及时出台,也不利于社会公众消除“谈氢色变”的心理误区,容易阻碍“氢能社会”共识的达成和氢经济发展。 就此,他在发言中提出了相关建议: 一是建议国家组织相关部委研究将氢能纳入国家能源体系,推动氢能成为国家能源战略的重要组成部分,制定氢能产业发展战略及实施路线图,建立科学长效的产业发展扶持与激励政策。 二是建议明确氢能产业的行业主管部门并加强行业管理,加强行业发展战略、规范、行业协调与监管,推进氢能产业的科学发展。 三是建议制定研究设立氢能源及燃料电池国家重大专项工作方案,以氢能国际大科学大工程项目为抓手,积极参与并主导相关国际大科学工程科技创新,加快氢能源等相关领域全球协同科技创新,协同攻关掌握氢能关键核心技术,推动氢能产业的自主核心技术与装备发展。 水氢绿色旋风 自2013年以来,在东莞的樟木头,刮起了水氢“绿色旋风”——来自广东合即得能源科技有限公司研发团队研发的水氢技术氢气即产即用,降低了氢能使用成本,通过移动分布式制氢解决了氢能应用瓶颈。 水氢机是以甲醇和水的混合液作为原料,将其气化—催化整合—纯化从而产生高纯度氢气再利用氢气发电的一种新能源发电设备。水氢机具有便携可移动、原料来源广、氢气即产即用的特点。水氢机不但解决了氢气的储运难题,还将氢气的使用成本大大降低。并且维护频率低,污染程度极低。 水氢机可以减少碳烟颗粒物排放。据计算,如果水氢机应用在汽车上,水氢汽车可以100%减少硫氧化合物(SOX)、氮氧化合物(NOX)、颗粒物(PM2.5)等传统柴油汽车的污染排放。另外,水氢汽车具有内燃机汽车一样的高续航能力及燃料电池汽车的绿色环保性和纯电动汽车的便捷性,却没有加氢、充电难题。 行业对于水氢产业存在的最大担忧便在于一旦铺开推广应用,甲醇燃料是否足以供应。 当前我国已是全球最大甲醇生产国,来自中国氮肥工业协会统计数据显示,经历持续10余年的连续增长,截至2017年底,我国甲醇总产能已达到近8400万吨。该协会预计,2019年,我国甲醇产能有望突破9000万吨。2020年更有望突破1亿吨。 当前甲醇生产技术成熟,且成本要低于汽、柴油。可以说,中国煤炭资源丰富,仅以煤制甲醇便可保证我国百年能源安全,未来甲醇还可通过生物质、农作物秸秆等制取。随着技术的进步,通过加收二氧化碳制备甲醇,人们将源源不断获取清洁可再生能源。 为了培育水氢品牌,合即得也在着手打造水氢产业平台,今后,这个平台将是一个集聚100家水氢科技企业的联盟。 建设水氢产业生态文明,实现美丽中国,水氢擘画了生态文明建设新图景,水氢产业将推促人与自然和谐共生,一定能创造一个又一个绿色奇迹,以更多的优质生态产品满足人民群众新需要,滋养中华民族永续发展、生生不息。