日本氫能產業鏈觀察：如何打造氫能社會？

因核事故衰落的日本福島縣，正在尋求新能源的復興之路。

11月末，受日本復興廳邀請，包括21世紀經濟報道在內的多家國內媒體進入日本福島縣，實地采訪這里的重建事業。作為此前日本的電力第一縣，福島曾坐擁東京電力公司兩大核電廠，而這樣的輝煌，在2011年的東日本大地震中化為泡影。

8年之后，一座新的太陽能制氫工廠在這里開始建設，由日本國立新能源產業技術綜合開發機構（NEDO）牽頭，東芝能源系統、日本東北電力公司和巖谷產業公司等組成產業聯盟，共同建設運營這座實驗性的工廠——福島氫能源研究基地（FH2R）。

“目前FH2R已經完成了制氫車間的建設，太陽能發電區域的光伏板還在安裝過程中。”NEDO氫能部統括研究員太平英二告訴21世紀經濟報道記者，“最終的生產時間我們希望趕在2020東京奧運會之前，讓奧運會上的氫能源車用上這里生產的氫氣。”

而在制氫以外，日本在氫能源產業鏈上的布局也逐步深入，除了以豐田為代表的車企已經進行了多種氫能車的開發以外，全球第一條氫能運輸管線也在布局中，再加上預計在奧運村使用的民用氫能源電池終端等等，日本似乎把未來能源轉型的重點，放在了氫能源上。

和中國以政府產業園式的推進方式不同，日本在氫能產業方面更多是采取以財團——產業聯盟式進行氫能產業培育。-宋文輝圖

太陽能制氫路線

和目前相對主流的天然氣制氫（日本）和煤炭制氫（中國）不同，FH2R采用了太陽能發電+電解水制氫——在充滿電解液的電解槽中通入直流電，水分子在電極上發生電化學反應，進而產生氫氣和氧氣的技術路線。

“之所以采用可再生能源制氫，是因為在諸多制氫的技術路線中，讓整個過程脫碳非常關鍵。”太平英二告訴本報記者，“但是，這個過程非常復雜，要降低各個環節的成本，包括可再生能源本身，生產的技術也需要改進。”

不過，因為保密需要，太平英二并未向記者透露目前工廠的制氫成本和最終的價格是多少，不過他表示，目前工廠最大的挑戰并非來自于成本的控制，而是和可再生能源發電之間的協同配合。

該工廠的電能全部來自于其旁邊規劃的18萬平方米的太陽能發電廠，發電量為20萬千瓦/年，富余的電量將會在工廠正式投產之后，并入東北電力公司旗下的電網，為其他用電部門供電。

太平英二向記者表示，整座工廠運行的關鍵之處在于，如何保證穩定的電力供應，以及平衡制氫、儲能和整個電力系統之間的關系。“不僅需要最大程度地利用波動的可再生能源，還需要以大數據方式，預測氫能供需，以獲得最佳的系統使用效率。”他說。

這也是為何這座工廠更多是以實驗的性質進行生產，東芝能源系統、東北電力公司和巖谷產業公司分別負責制氫設備、大數據研究和太陽能發電以及具體的生產和能源輸送，發揮各自公司擅長的領域，獲得一個可以復制和推廣的解決方案。

據悉，FH2R規劃了4萬平方米的制氫車間，系統裝置具備1萬千瓦制氫能力。在投產初期，生產能力將在2000立方米/小時，每年可生產900噸氫氣，可滿足1萬輛氫能源汽車一年的氫能所需。

“從目前的案例來看，我們可以實現2000立方米/小時的生產，不過也取決于具體的實現過程。等到整個實驗階段結束之后，還可以通過多次安裝其它設備進行產能擴充。”太平英二說，“當然，到時候是需要考慮整體的成本的。”

在這樣的設想背后，實驗基地將使用新的控制系統來協調氫氣能源系統，電網控制系統和氫氣需求預測系統的整體運行，可以優化氫氣的生產、發電和供應。該系統將使用氫氣抵消電網負荷，并將氫氣輸送到日本東北及其他地區，并將力圖證明氫氣作為電網平衡解決方案和氣源的優勢。

氫氣將在壓縮的氫氣拖車中運輸，并提供給用戶，而為了確保這一過程的安全和穩定，該工廠采用了新開發的氫氣運輸卡車，整個氣罐后側安裝有輪胎，氫氣從儲氣罐里進入壓縮機壓縮之后，直接灌注到運輸氣罐中，卡車車體直接將氣罐掛靠后就可以離開，不需要現場灌充，最大限度保證氫氣灌充與運輸的安全性。

產業聯盟式推進

和中國以政府產業園式的推進方式不同，日本在氫能產業方面更多是采取以財團——產業聯盟式進行氫能產業培育。

一如上文中提及的方式，以政府下屬的NEDO為主導，東芝能源、東北電力公司和巖谷產業公司，以各自不同的優勢組團進行投資，不僅可以共同承擔項目的風險，也在為工廠正式投產之后的運營、電力消納和供應、氫能源的運輸和銷售鋪平了道路。

同樣的模式也體現到日本在氫氣下游應用方面的開發，以豐田為代表，聯合產業鏈上下游包括氫氣供應、運輸、消納和終端各個方面的企業，進行產業聯盟式的市場共同開發。

這種模式的好處顯而易見：幾家巨頭進行協同，可以在應用終端生產之后，幾乎同步實現整個產業鏈的打通；同時，共擔風險共享收益，讓每家企業都能在氫能蛋糕上分一杯羹，保證市場擴張進度的可持續。

不過，這樣的設想在進入到實際操作時，依然需要磨合才能保證效果。以主要的氫能源消納終端——氫燃料電池汽車為例，目前整個日本共有100座加氫站，但其政治經濟中心東京僅有14座。

即便如此，日本也坐穩全球加氫站數目最多的國家——依據H2stations.org網站的數據，截至2018年底，全球加氫站共有369座，日本、德國和美國位居前三，中國以23座的數量排名第四。

在接受媒體采訪時，豐田公司公關部和技術組技師負責人中井久志表示，加氫站的及時建設，需要一段過程，而因前期的大量投入，豐田在氫能源車的銷售方面依然有著不小的虧損。

作為其主力的氫燃料電池車型，“MIRAI”（未來）的售價是720萬日元（約合46萬元人民幣），政府會補貼300萬日元（約合20萬人民幣），再加上購置稅和其他的費用，個人購買最終實際將承擔約30萬人民幣的價格。

在整個的研發過程中，未來的關鍵部件在于FC電池堆和高壓儲氫罐，中井久志介紹稱，FC電池堆功率密度為3.1kw/L，重量僅為56千克。與2008年版的燃料電池堆相比，電池堆功率密度提高了2.2倍，重量減少了近50%。

高壓儲氫罐方面，日本于2008年開始研發，通過碳纖維強化塑料層的創新結構，實現了輕量化，質量儲氫密度達到世界領先的5.7wt%。這個重量百分數數值越高，意味著所含氫氣就越多。

和日本相比，中國在氫燃料電池汽車的發展模式，則是從商用車開始，再逐步過渡到乘用車上。一方面，是因為氫燃料電池本身的能源和物理特性，更加適合商用車；另一方面，則是中國技術本身所處的發展階段所致。

“我認為，在逐步改善目前燃料電池和儲能設施的技術之后，中國的公司可能會把注意力更多的放在乘用車上。”太平英二告訴記者，“技術的改進速度是很快的，中國這樣的路線實際上也更加合理。”