日本与氢能源(二):氢社会的形成

  • 高康
  • 发表于: 2014/12/25 09:43:04 来源:车云网

日本想要构建一个氢社会,从家用热电联产到国民用电,最终充分利用氢燃料热和电。在这之中,氢燃料汽车起到决定性因素。

车云按:车云菌打算从制造、运输开始,讲述日本氢能源、氢燃料电池车的前世今生,略学者、知乎范儿。此为本系列第三篇,解决了制造与运输问题之后,氢能源究竟有哪些具体的用途?

如果你对其他三篇也感兴趣,文章末尾有传送门。

丰田发布了Mirai,标志着第一款氢燃料电池车终于开始量产了。不过,氢能源显然不只是氢燃料电池车那么简单。日本有意构建的是氢社会,从家用热电联产到国民用电,最终充分利用氢燃料热和电。这其中最能拉动氢社会的当属氢燃料电池汽车无疑。可以说氢燃料汽车是决定氢社会构建成功与否最重要的支柱,没有氢燃料汽车的推动,制氢、运输的积极性都会受到很大的打击,反之加氢站建设不能跟上步伐,那么氢燃料汽车也无法发展成功。在未来,理想的氢社会,日本家庭极有可能不再单独购买电力,而是选择购买氢气,满足一家人的供暖和供电问题。

前面两篇已经提到,这可能是岛国综合症,氢的产生不见得是安全无污染的,但日本不为所动,依旧把氢能源看作第三能源。这是因为资源贫乏的日本,并不像其他国家有那么多的能源选择。针对世界储油量日益减少,储煤丰富的国家可以转投煤炭能源发展纯电动。迫于这种压力,一劳永逸的找到可靠的能源供给方式是日本坚持下去的动力。

固定式燃料电池

日本对氢能源市场十分看好,并制定了相应的发展计划,目的在2030年开始普及固定式燃料电池和燃料汽车,2045年之后形成60万亿美元的规模。不过在2015年前,固定式燃料电池已经是以商用为主,2025年之后,家用市场才会超越商用。因此,目前家用燃料电池市场正在不断崛起。

(一)家用燃料电池

早在2009年5月,全球首款家用燃料电池就已经登场了,并有了一个特别长的名字“家用燃料电池热电联产系统ENE-FARM”。这一年并不难理解,其实它就是家用燃料电池和热电联产两部分功能的组合。

家用燃料电池其实是受到了商用燃料电池的启发。原本燃料电池在工业中用于紧急发电供应电力使用,后来开发商将其体积化利用燃料电池为家庭供应电力。热电联产则属于对燃料电池整个过程所损失的能量加以利用的过程,燃料电池通过燃料反应产生电,同时也会产生热量。热电联产系统就是指将这部分电能和热能充分利用,为普通家庭供电供热的系统,最终反应形成的水存储在热水壶和热水器中为家庭使用。


ENE-FARM Type S外形图

ENE-FARM目前成本较高,未来有可能降低到100万日元左右。目前已经有企业开始研发住宅楼使用的家用燃料电池融通技术。因为家用燃料电池目前只能有750W的输出功率,所以当需求超过额定功率时多余电量会直接向供电公司购买,也可以向住宅楼内用电量较少的家庭购买。

可以说目前家用燃料电池发展十分迅速,在原有的固体高分子燃料电池(PEFC)的基础上另外增加了家用固体氧化物燃料电池。两者目前已经开始了价格竞争,不断的降低金属铂用量,提高催化剂活性,最终使ENE-FARM降到70万日元左右。

目前在日本已经推出相应产品的有四大阵营,他们分别是松下、东芝燃料电池系统、吉坤日矿日是能源以及大阪燃气。四大阵营在国内开展了大规模的成本竞争,预计到2016年,日本国内将达到40万台的规模。

(二)商用燃料电池

目前商用的燃料电池主要集中在磷酸型燃料电池(PAFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)、熔融碳酸盐型燃料电池三种类型上。

商用方面,日本可以向企业提供大型固定式燃料电池解决企业内部应急供电的情况,同时还可以将相应设备出口。不过,在国家层面,日本有意向欠发达地区的国家出售大型固定式燃料电池,比如非洲等国,组建大型的供电网解决当地的供电问题。与此同时,日本可以通过这种方式置换当地的资源,以谋求更多的资源触角,逐渐摆脱越来越紧绷的能源枷锁。

小型固定式燃料电池方面则可以应用于应急供电抗震救灾等工作。当局部地区遭到自然灾害,供电网络瘫痪时,装载有燃料电池的汽车可以立即赶赴前线,利用自身的燃料电池搭建临时的供电网络。这种救护性质的汽车产品依然可以出口其他国家。

燃料电池汽车

目前世界范围内涉足燃料电池的汽车企业总为三派:丰田和宝马签订了合约,向其提供基础技术,宝马预计2015年推出燃料电池车;日产与戴姆勒和福特合作,开发三家公司通用的系统,并于2017年推出量产车;本田与通用合作,共同开发燃料电池车。

不仅仅是日本,美国也同样在推广纯电动汽车的同时推广燃料电池技术。这其中不仅有政府层面的因素,也有汽车厂商自身的愿意。各国政府都想推广纯电动汽车普及达到能源替代政策的目的,但目前由于电池能量密度以及售价的问题,并没达到预期。燃料电池汽车在一定程度上可以称之为最终环保汽车,所以传统汽车厂商也乐意押宝部分资源,在燃料电池汽车上。

燃料电池汽车可以解决纯电动汽车重量、行驶距离、电池衰老的限制,加上目前全球纯电动汽车发展加好却依然不叫座,就连最有可能成功的中国市场也步履维艰。国内纯电动汽车的排头兵比亚迪已经开始把工作重心放在混合动力上面,而其他厂家推出的纯电动多数属于政府政策催生。

纯电动汽车门槛并不高,零部件大幅减少,一旦纯电动汽车普及,传统汽车厂商的优势或许将不复存在。而相对于纯电动汽车,门槛更高的燃料汽车自然容易得到传统车商的青睐。

燃料电池车将是推动氢社会建设最重要的一环。在全新发布的丰田Mirai上,我们看到了丰田正在努力降低售价的决心。丰田Mirai采用了很简洁的设计,同时内饰设计用料都比较朴素,减少了尖端技术的应用,为的就是能以最低的价格取得不错的销量,推动其他氢能源设施的建设。

本田也公开了新型燃料电池汽车FCV CONCEPT,输出功率100kw以上,续航公里700km同时还发布了最高输出功率达9kW的AC车载外部充电器的概念产品,未来日产等汽车厂商等都将不断加入到燃料电池汽车阵营里。

此外,除上述两大前景应用之外,日本还将大规模引进氢能源用于国内的发电,解决目前煤发电以及太阳能发电的单一局面。可以从上述氢能源利用中看出,日本绝不是一时兴起推动氢能源建设,而是把氢能源定义为国家层面。彻底解除卡在脖子上的能源枷锁,未来依靠这些技术的发展,日本有可能从单一的经济大国补齐能源短板之后,一跃成为综合强国。

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