理论教育 打造氢能社会:日本政府和车企共同推动氢燃料电池汽车发展

打造氢能社会:日本政府和车企共同推动氢燃料电池汽车发展

时间:2023-05-25 理论教育 版权反馈
【摘要】:为打造“氢社会”,执政的自民党议员于2013年6月成立了“促进实现以氢燃料电池汽车为中心的氢社会研究会”,丰田等车企也参与其中。2014年4月,日本政府制定出《国家能源基本计划》,其中,涉及氢社会和氢燃料电池汽车发展的内容占该文件的很大篇幅。2014年6月12日,自民党“资源能源战略调查会”提交名为《实现氢社会政策建言》的议案,进一步明确了氢燃料电池汽车的发展方向、具体的普及应用目标和政策支持措施。

打造氢能社会:日本政府和车企共同推动氢燃料电池汽车发展

(1)总体概观

日本不仅大力发展氢燃料电池汽车,而且还将之作为国家经济成长战略的重要组成部分看待。这也就是说,日本发展氢燃料电池汽车,不是将其视为一件孤立的事项,而是作为国家制造产业升级的重点与方向,从而稳固“日本制造”在世界上的领先地位;以发展氢燃料电池汽车为突破口,乘第三次工业革命兴起之风,推动环境友好型可持续发展的氢能社会的逐渐形成。长期以来,能源匮乏的日本一直在探索以氢燃料电池为“引爆剂”,引发国家能源体系的革命性转变。2011年日本大地震后,原本在该国能源供应中占有重要地位的核电基本遭废止,而清洁可再生能源发展步伐则加快。一些城市纷纷利用风力、太阳能等发电而制氢,并用作燃料电池的燃料,以此构建以氢驱动汽车(氢燃料电池汽车)、用氢发电(家用)和供热供暖的社会体系。早在2009年,家用燃料电池“EAE-FARM”就在日本上市,开全球之先河。2011年大地震严重破坏了日本的供电系统,致使这种电池在以东京首都圈为中心的地区销量一路攀升,上市五年来,累计达到约10万台(套)。目前,全世界燃料电池进入千家万户的国家只有日本。而日本氢燃料电池汽车发展的热潮也正在兴起。自20世纪90年代初,日本就开始进行氢能、燃料电池和氢燃料电池汽车技术的研发,已投入上千亿日元的巨额资金,并取得显著成果。在燃料电池与氢燃料电池汽车技术领域,已申请注册了很多专利,尤其在一些核心部件和材料方面,可以说日本厂商遥遥领先于美、欧、中、韩等,占有世界最大的份额,诸如燃料电池催化剂、隔膜以及碳纤维复合材料制成的耐高压储氢罐等。如果说在早期阶段,奔驰通用等的氢燃料电池汽车研发工作在全球业界比较抢眼的话,那么在近期,以丰田为代表的日本公司则呈赶超或后来居上之势。业界许多人都预言,日本很可能率先在全球实现氢燃料电池汽车的产业化与商业化,在全国范围内获得较大规模的推广应用。据咨询公司——德勤的预测,至2030年,氢燃料电池汽车有望为日本经济贡献4.4万亿日元的效益。

(2)政府重视,大力支持

众所周知,长期以来,日本因政党派别纷争,政权轮换频率极高,但不管哪个党派上台,20余年间,历届政府对氢能与氢燃料电池汽车发展都很重视。自1993年起,中央政府就开始实施包括氢在内的清洁能源利用计划,陆续出台一系列法律法规和政策,支持发展新能源和新能源汽车。进入21世纪,日本加快了燃料电池与氢燃料电池汽车研发步伐,丰田、本田等公司先后开发出新一代氢燃料电池汽车产品供试用;与此同时,中央政府也正式启动氢能与燃料电池汽车道路运行技术验证计划项目。2002年底,日本政府就曾采购了五辆这种汽车(其中三辆为丰田公司制造,两辆为本田制造),租给下属有关部门使用,时任首相的小泉纯一郎还垂范试乘试驾,以此表示对发展氢燃料电池汽车的支持。从2006年起,几乎每年中央政府都会制定相关政策,实施新项目计划,持续促进氢燃料电池汽车技术进步。隶属于日本经济产业省的燃料电池商业化组织(FCCJ)发布了名为《燃料电池汽车和加氢站2015年商业化路线图》的文件,明确指出在2011~2015年间,重点开展氢燃料电池汽车商业化的运行技术验证和市场应用示范,随后进入商业化推广阶段。现任首相安倍晋三曾就政府制定的《日本复兴战略》解释道:“提出实现‘氢社会’的长远目标,就是要求在我国,燃料电池不仅用于汽车,而且还要在居民家庭及建筑中广泛应用。”为打造“氢社会”,执政的自民党议员于2013年6月成立了“促进实现以氢燃料电池汽车为中心的氢社会研究会”,丰田等车企也参与其中。

2014年4月,日本政府制定出《国家能源基本计划》,其中,涉及氢社会和氢燃料电池汽车发展的内容占该文件的很大篇幅。2014年6月6日,日本政府内阁会议通过《制造业白皮书》。文件指出,日本将大力调整制造业结构,将机器人、下一代清洁能源汽车、再生医疗以及3D打印技术作为今后制造业发展的重点。而下一代清洁能源汽车,主要是指氢燃料电池汽车。2014年6月12日,自民党“资源能源战略调查会”提交名为《实现氢社会政策建言》的议案,进一步明确了氢燃料电池汽车的发展方向、具体的普及应用目标和政策支持措施。议案提出,2020年要使全日本氢燃料电池汽车的年销量达到4万辆,2030年达到40万辆,累计销量达到200万辆;民间投资建设加氢站,最高可获政府补贴2亿日元资金;在2025年之前,政府对购买一辆氢燃料电池汽车补贴200万日元资金;在2017年之前,政府免费向氢燃料电池汽车供应氢燃料,免费在高速公路上行驶(由此可使氢燃料电池汽车的使用成本低于普通汽车)。同年同月19日,以此提案为基础,日本经济产业省制定了从目前到2040年的《日本氢能源普及路线图》,其中所涉及的氢燃料电池汽车内容,确认政府有必要在推广普及初期阶段向购车者提供补贴优惠,以减轻消费者的负担;同时,政府与企业通力合作,主要通过实现批量生产和技术创新等措施进一步降低成本。按照这个路线图,2015年和2020年是两个重要节点,前者被设定为日本的氢燃料电池汽车元年,即从这一年开始,氢燃料电池汽车正式商业化入市,拉开国内示范性推广普及应用的帷幕;后者则是希望借鉴日本混合动力汽车迄今为止在世界市场上的成功经验,于2020年东京奥运会前后,日本氢燃料电池汽车大举进军国际市场,推动世界范围内的普及应用。由此可以看出,日本制定这个氢能与氢燃料电池汽车发展战略规划,具有极深远的考虑。一方面,如果上述目标得以达成,则该国的汽车产业仍能在今后相当长的时期内继续保持国际领先地位,尤其是氢燃料电池汽车是零排放,环保性能远远优于其他所有车型,一旦世界各主要国家和地区环保标准更进一步提高与严格,车市的消费风向就会转变,日本先行一步的氢燃料电池汽车必然受到青睐,明显的技术优势就将转化为实实在在的商业利益。另一方面,日本国内氢燃料电池汽车与家用燃料电池的普遍应用,势必会推动包括氢在内的可再生清洁能源快速发展,减少石油化石传统能源的消耗量,进而大幅降低整个国家在能源领域对外严重依赖程度,提高能源自主率。2014年7月18日,首相安倍在福冈县北九州市视察氢燃料电池汽车基础设施时明确表示,为了普及氢燃料电池汽车,将为购买者提供200万日元以上的资金补贴;在日本全国设立100座以上的加氢站,政府部门今后要多使用这一类车。除中央政府各部门外,地方政府也都积极响应这一号召,为氢燃料电池汽车的普及应用大开“绿灯”。在首相发表上述讲话没过几天的7月22日,爱知县知事就宣布,本地政府将为氢燃料电池汽车的正式上路给予更多支持和鼓励:为购车者减免最长6年的汽车税(约为17.5万日元);向社会提供移动式加氢站;本县政府采购两辆氢燃料电池汽车用作公务车。2014年7月30日,日本经济产业省下属的独立行政法人、新能源·产业技术综合开发机构(英文缩写“NEDO”)对外发布了《NEDO氢能源白皮书》,着重论述了氢能源的应用价值和对经济社会发展的重要意义,介绍了有关实现“氢社会”的政策制定情况、世界氢能的发展现状等,以及氢的制造、运输、存储、使用等方面的技术发展动向,并对今后的发展趋势进行了分析与展望。该文件提出,日本要努力建设“氢社会”,使氢能成为日本的第三大能源支柱。据该机构分析研究,日本氢能源的整体市场规模2030年可望达到1万亿日元,至2050年达到8万亿日元;而世界与氢能相关的市场规模更大,至2030年,全球燃料电池“发电”设施、燃料电池汽车以及其他与氢能相关联的技术设施等市场规模将达到90万亿日元(约123.5日元折合1美元),至2050年将进一步扩大到160万亿日元。该白皮书还特别强调了发展家用燃料电池和氢燃料电池汽车对日本实现“氢社会”的重大意义,两者是构建日本“氢社会”不可缺少的重要支柱。专家认为,该白皮书的发布,或将刺激日本“产官学”(即产业界、政府、研究机构)三方加大促进“氢社会”发展的行动力度,尤其是氢燃料电池汽车,将以2020年东京举办奥运会为契机(2014年5月,东京奥组委已初步确定在奥运期间,运动员和相关人员的交通工具将全部采用氢燃料电池汽车),加速推进其发展,并向世界全面展示日本的该项技术,为下一轮世界市场的竞争取胜和占领制高点奠定基础。2015年开年不久,日本有关媒体就报道了东京都政府关于资助氢燃料电池汽车发展的计划,将投资452亿日元作为燃料电池汽车消费补贴和加氢站建设的费用。丰田和本田则为了迎接奥运会,在2020年之前向东京投放多达6000辆的氢燃料电池汽车。东京市政府还计划至2025年使东京以燃料电池为动力系统的乘用车达到10万辆,公交车达到100辆,建设80座加氢站(其中政府承担80%以上的费用)。据称,在东京购买氢燃料电池汽车的消费者,除了获得中央政府200万日元的补贴外,还可得到本市政府给予的100万日元补贴。

(3)让标准发挥作用

日本政府除了采取直接的财政优惠政策和措施支持氢燃料电池汽车发展外,还注重发挥标准法规的作用,引导行业朝着社会期望的方向前行。早在2005年,日本就制定了燃料电池汽车安全标准,并一直就此积极推进与国际有关组织的谈判。现今,联合国有关机构以日本标准为蓝本的国际氢燃料电池汽车安全标准已正式确立,这无疑使日本在该领域占得很大先机。(www.daowen.com)

为使2015年成为日本氢燃料电池汽车元年,启动市场普及应用,日本经济产业省于2014年着手修订国内相关技术标准,有意将氢燃料及氢燃料电池汽车的国际标准相关规定指标引入国内。在此之前,日本标准的有关规定与世界标准并不完全一致,例如,前者对存储氢的压力容器的规定要求严于后者。通过修订采用国际标准,实际上相当于原标准的有关指标有所降低,这样日本制造厂家的负担和成本也就随之减少。如此,一是更有利于氢燃料电池汽车在国内的普及;二是有利于这一类汽车出口,使产品更具有市场竞争力。如通过修改《高压气体保安法》,将储氢罐加氢压力上限由约700 atm提高至875 atm,从而可增大储罐的氢气容量,进而使汽车续驶里程延长20%。另外,日本政府有关机构还在酝酿放宽对储氢罐钢材有关的规定指标要求,以便日本企业能采购国外价格较低廉的钢材用于制造储氢罐;同时还考虑通过制定相关标准或法规,可比较容易地在市区街道设置加氢站,方便给燃料电池汽车加氢。

(4)基础设施建设快速推进

日本业界深知,要使氢燃料电池汽车尽快走向市场,进入百姓家庭,完善加氢站等基础设施至关重要。在早期进行的“氢能与燃料电池示范应用”项目中,日本政府就大力支持建设加氢站,以东京为中心,相继建成12个加氢站。2009年7月,日本八家能源公司决定联合开发为普及氢燃料电池汽车必备的加氢站等设施装备技术,为此合资成立一个技术研发机构,并邀请有关车企参与,以共同达成到2015年氢燃料加注迈入商业化阶段的目标。截至2014年5月,日本共有31座加氢站在使用运营中,就数量而言,仅次于美国,多于德国。为满足需要,日本政府计划于2015年在国内四个主要城市圈建设百余座加氢站;在2015财年的预算中,有110亿日元资金是用于加氢站建设补贴。按照日本氢燃料电池汽车的推广普及规划,至2025年,全国范围内要建约千座加氢站,初步形成网络覆盖;至2030年,将进一步增加到5000座。为鼓励民间资本进入该建设领域,政府将采取多种措施,至2020年使每座加氢站的建设成本平均削减至目前水平的一半。

在该国,加氢站等多由能源公司或联合汽车企业间接投资进行建设(据有关媒体报道,丰田、本田和日产三家共同宣布,将共同出资50亿~60亿日元,推动日本国内的加氢站建设),建成后由能源公司负责日常运营。基于多种因素的考虑,尤其是顾及用户长期以来养成的传统汽柴油车使用习惯,加氢站一般与加油站或加气站设在同一地址上,共存共营,构成一个大或较大的综合型设施。2011年1月,丰田、本田和日产等三家车企,与JX日矿日石能源公司、科斯莫石油公司、岩谷产业公司、东京燃气公司、西部燃气公司等10家能源公司,发表“关于国内采用氢燃料电池汽车及完善氢气供给基础设施”的共同声明。据此,石油公司、燃气公司作为氢燃料供应商,将先行建设加氢站,而这三家车企则向他们提供一定的加氢站运营补贴。2014年9月,丰田通商公司在爱知县名古屋市举行热田区加氢站开工仪式。该公司还计划在东名高速公路附近的加油站建一座加氢站,作为示范先例,该站与加油站并存,有望为氢燃料电池汽车的推广普及做出贡献。丰田通商负责的这两座加氢站,每座造价约5亿日元,其中,日本政府补贴1.9亿日元,它们都将于2015年竣工并投入使用。据具体负责加氢站运营业务的丰通液空氢能源公司称,预计加氢站至少需要六年时间才能扭亏为盈。两个加氢站的氢气燃料由风力(发)电解水而获得,目前因成本较高,具体经营者尚无经济效益进账,正积极寻找能以更环保、更经济、效率更高方式制氢的合作伙伴。此外,丰田通商公司还准备利用下水道污泥制氢,将与九州大学等单位进行合作,自2014年4月起,从福冈市污水处理厂处理污泥过程中产生的沼气提取氢,然后再实施向氢燃料电池汽车供应燃料的实验项目。据称,此为世界首例。与丰田通商相比,岩谷产业公司对建设加氢站的态度更为积极,动作更快。2014年7月,其建造的日本首座对外开放的商用加氢站——兵库县尼崎市站正式完工并投入运行。在日本2015年计划建成的百余座加氢站中,该公司独立承担20座建设任务。于2014年9月动工、2015年3月竣工的东京塔加氢站,是一座大型站,占地约1000m2,预计建造成本4亿~5亿日元,建成后每小时可为6辆氢燃料电池汽车补充加注氢燃料。该站的建设得到丰田公司的直接支持。大阪燃气公司于2014年4月,在茨木市动工兴建一座加氢站,与丰田通商遵循的原则相同,也把加氢站与现有传统汽车加油站设施相结合,设于同一位置。该站计划2015年春季竣工并投入运营。JX日矿日石能源公司的建设计划更为宏大,其已将2014财年的加氢站建设数量由原来的15座上调至19座,并计划到2015财年底,将其旗下加氢站总数量增加到40座,2~3年后进一步扩充至100座。除此之外,该公司还于2014年10月设立了一家专门负责氢燃料相关业务的子公司,主管加氢站的日常运营和氢燃料采购、供应等业务。

日本已建和在建的加氢站基础设施当中,虽然有些站点是(或可以)采取本站(自身)制氢的方式为用户汽车加注氢燃料,但业界很多人士还是主张以集中的方式制氢,然后通过管道等途径输送至相应的加氢站,以规模化生产方式降低成本。正是基于此原则,日本千代田化工建设公司计划投资300亿日元,于2015年在川崎市建立据称年制氢能力为6亿立方米的世界首个大型氢燃料供应基地。按照规划设计,该基地每天可提供的燃料足够4万辆氢燃料电池汽车使用,并可使氢燃料成本降低30%。除千代田化工建设公司之外,大阪燃气公司、川崎重工等企业,也在积极研发清洁环保的低成本制氢技术。东芝公司在川崎市建设了一套实验设备,利用太阳能产生的电解水制氢,然后输往加氢站供燃料电池汽车使用。这套氢能供应系统被称为“H2 One”,是该公司历时一年开发而成。整个系统如同几个集装箱排列在一起:一个“集装箱”内安装了发电设备,包括蓄电池、水电解装置、燃料电池等;两个“集装箱”内安置有氢储罐;太阳能电池板安装在另外一个“集装箱”上;还有一个小“集装箱”内安装了水罐。之所以把设备制成集装箱的形状,主要是为了方便利用平板卡车吊装、搬运设备,如此,可很容易地把这套系统运送到需要电力(或氢能)的地方。当有灾害突然发生,常规的供电系统遭到破坏时,这套设备能显示出巨大的优越性。同样,该种设备也可很方便地移动至燃料电池汽车运行比较密集的地区,很快到加氢站制氢并提供给汽车。东芝公司还计划在美国阿拉斯加、俄罗斯萨哈林等风力资源丰富的地区,与当地有关公司合作建风力发电场,由风电解水制氢,然后再将液化氢运回日本国内使用。

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