日本的氫能戰(zhàn)略和燃料電池

      2011年3月，東京的櫻花落地速度大概比每秒5厘米快了一點(diǎn)。

      一場九級(jí)強(qiáng)震襲擊日本，隨后而來的海嘯對日本東北部地區(qū)造成毀滅性破壞，也包括其中的福島第一核電站。

      受制于有限的陸地面積和自然資源，日本的能源安全一直備受關(guān)注。福島核電站事故讓日本的核電走向歷史的角落。日本開始滿世界地尋找比核能更安全、更清潔的能源。

      福島核電站事故只是“最后一根稻草”。事實(shí)上，日本發(fā)展新型能源早已勢在必行。

      一方面，日本人口密集、能源消費(fèi)量大、資源匱乏、災(zāi)難頻發(fā)，為保證能源安全，新型替代能源成為日本能源發(fā)展的唯一出路；

      另一方面，包括日本在內(nèi)的眾多發(fā)達(dá)國家都有減少碳排放的壓力。為應(yīng)對全球氣候變化的加劇，日本又提出了2050年前CO2排放量比1990年減少80%的目標(biāo)，促使新能源替代傳統(tǒng)能源是必然選擇。

      基于眾多考量，日本把目光投向氫能。事實(shí)上，氫能源被譽(yù)為21世紀(jì)的“終極能源”，有望成為下一代的基礎(chǔ)能源。而燃料電池，則是氫能最直接的載體。

      接下來我們將從日本能源發(fā)展歷史的角度來分析，為什么氫能源最可能成為未來全球能源的主角。

01

日本氫能源的

過去、現(xiàn)在、將來

      日本的能源發(fā)展戰(zhàn)略，遵循著能源發(fā)展的規(guī)律。自二戰(zhàn)結(jié)束年至今日本能源發(fā)展經(jīng)歷了大致5個(gè)階段：

      1973年，第一次石油危機(jī)爆發(fā)。日本強(qiáng)烈感受到能源安全對國家、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)生活的重要性。同年，日本成立“氫能源協(xié)會(huì)”，以大學(xué)研究人員為中心開展氫能源技術(shù)研發(fā)，氫能源與燃料電池的發(fā)展從此拉開了序幕。

氫能源發(fā)展歷程

1973年

成立“氫能源協(xié)會(huì)”，以大學(xué)研究人員為中心開展氫能源技術(shù)研發(fā)。

2008年

燃料電池商業(yè)化協(xié)會(huì)（GCCJ）制定2015年向普通用戶推廣燃料電池車計(jì)劃。

2013年

 安倍政府推出的《日本再復(fù)興戰(zhàn)略》，把發(fā)展氫能源提升為國策，并啟動(dòng)加氫站建設(shè)的前期工作。

2014年

內(nèi)閣修訂《日本在復(fù)興戰(zhàn)略》，發(fā)出建設(shè)“氫能源社會(huì)”的呼吁。

第四次《能源基本計(jì)劃》，將氫能源定位為與電力和熱能并列的核心二次能源，提出建設(shè)“氫能源社會(huì)”。

公布《日本氫和燃料電池戰(zhàn)略路線圖》

2015年

安倍政府在實(shí)施政方針演說中表達(dá)了實(shí)現(xiàn)“氫能社會(huì)”的決心，旨在繼續(xù)建造燃料電池加氫站之后，通過氫能發(fā)電站的商業(yè)運(yùn)作來增加氫能流通量并降低價(jià)格。

NEDO出臺(tái)氫能源白皮書，將氫能源定位為國內(nèi)發(fā)電的第三支柱。

數(shù)據(jù)來源：CNKI、國泰君安證券研究

1. 制氫：零碳+低成本制氫是終極目標(biāo)

      根據(jù)日本氫能源發(fā)展戰(zhàn)略，日本計(jì)劃了兩種并行的制氫路線：一是海外進(jìn)口廉價(jià)氫氣；二是國內(nèi)可再生能源制氫。

      日本國內(nèi)資源稟賦較差，海外制氫成為日本氫燃料的重要來源。

      海外制氫的方法主要有以下兩種：

      ①利用海外廉價(jià)褐煤制氫；

      ②利用可再生能源稟賦條件好，發(fā)電成本的低的國家電解水制氫。

      實(shí)施海外制氫的首要目標(biāo)就是建立國際供應(yīng)鏈氫能供給體系。

      2014年，川崎重工業(yè)公司計(jì)劃利用在澳大利亞沒有用武之地的褐煤提取氫氣，冷卻到零下253度，制成液態(tài)氫。再利用專用的輪船，像運(yùn)輸LNG（液化天然氣）一樣運(yùn)往日本。

      為了向日本運(yùn)輸氣態(tài)氫，該公司開發(fā)出了“SPERA氫”技術(shù)。通過利用甲苯吸附氫氣，實(shí)現(xiàn)了常溫常壓下的大量運(yùn)輸。利用這一技術(shù)，氫就能夠像汽油一樣在常溫常壓下運(yùn)輸，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)有設(shè)備的充分利用。

      2018年4月12日，日本川崎重工與澳大利亞政府達(dá)成一致，雙方將攜手開展一個(gè)價(jià)值5億澳元（約合3.88億美元）、為期4年的煤制氫試點(diǎn)項(xiàng)目。這是煤制氫技術(shù)從試驗(yàn)走向市場的一次重大嘗試。其后，日本先后同新西蘭、文萊、挪威等開展氫能合作，日本海外制氫項(xiàng)目陸續(xù)落成。

       另一方面，在國內(nèi)可再生能源制氫方面，目前日本國內(nèi)主要的制氫方法主要有以下幾種：工業(yè)副產(chǎn)氫、化石燃料制氫、水電解制氫、生物質(zhì)能制氫/高溫分解和光催化劑制氫等。

日本國內(nèi)氫氣制造技術(shù)現(xiàn)狀

數(shù)據(jù)來源： 日本氫能源白皮書，國泰君安證券研究，四川蜀泰化工科技有限公司

      如果考慮到環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用等方面，目前制氫仍多采用化石燃料重整制氫和工業(yè)副產(chǎn)氫等高碳排放技術(shù)。但考慮到CO2排放問題，未來將逐步推廣到可再生能源電解水、生物制氫、光催化劑等低碳技術(shù)。

鹽水電解是日本目前主要的氫燃料來源

數(shù)據(jù)來源：氫能和燃料電池、國泰君安證券研究，四川蜀泰化工科技有限公司

      2018年8月9日，NEDO、東芝、東北電力和巖谷產(chǎn)業(yè)宣布在福島開始建立全球最大的可再生能源點(diǎn)解裝置（太陽能電解水制氫）——福島氫能源研究站（FH2R）。

 2. 氫能源的運(yùn)輸和儲(chǔ)存是氫能源應(yīng)用的關(guān)鍵

      由于海外制氫成為日本獲取氫氣的重要來源，優(yōu)化長途運(yùn)輸和長期儲(chǔ)存也就成了日本在儲(chǔ)運(yùn)方面面臨的主要問題，氫供應(yīng)鏈的成本結(jié)構(gòu)是海外氫供應(yīng)經(jīng)濟(jì)的可行性的關(guān)鍵性因素。

      對于長途儲(chǔ)運(yùn)來說，氫氣通過壓縮、液化、有機(jī)氫化物吸附或者轉(zhuǎn)化為其他氣體（如NH₃）和合成甲烷（CH₄），不僅可以增加氣體密度、提高單位質(zhì)量的熱氫值，而且也能夠提高氫氣的運(yùn)輸效率、延長氣體的儲(chǔ)存時(shí)間，避免消散。

      日本的海外氫能源儲(chǔ)運(yùn)主要有液化氫、有機(jī)物甲基環(huán)己烷和氫-氮結(jié)合運(yùn)輸三種方式。

3種氫載體的特征特征

數(shù)據(jù)來源：CNKI，四川蜀泰化工科技有限公司

3. 燃料電池的應(yīng)用：家用燃料電池、燃料電池汽車是構(gòu)成氫能社會(huì)的基礎(chǔ)

      日本的燃料電池在商業(yè)化應(yīng)用方面世界領(lǐng)先，主要有家庭用燃料電池?zé)犭娐?lián)供應(yīng)系統(tǒng)、業(yè)務(wù)用/產(chǎn)業(yè)用燃料電池以及燃料電池車。

      在家用燃料電池?zé)犭娐?lián)供應(yīng)系統(tǒng)方面，日本家用熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)ENE-FARM通過天然氣重整制取氫氣，再將氫氣注入燃料電池中發(fā)電，同時(shí)用發(fā)電時(shí)產(chǎn)生的熱能來供應(yīng)暖氣和熱水，整體能源效率可達(dá)90%。

      根據(jù)日本氫能源戰(zhàn)略的基本計(jì)劃，家用燃料電池系統(tǒng)市場銷售目標(biāo)到2020年達(dá)到140萬臺(tái)，2030年達(dá)到530萬臺(tái)。

       就業(yè)務(wù)用/產(chǎn)業(yè)用燃料電池方面，業(yè)務(wù)用/產(chǎn)業(yè)用燃料電池與家庭用燃料電池工作原理相似，都是通過在燃料電池中氫氣和氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)來發(fā)電，不同的是業(yè)務(wù)用燃料電池更多的是將城市煤氣作為燃料制取氫氣。

 日本業(yè)用/產(chǎn)業(yè)用燃料電池系統(tǒng)主要供應(yīng)商及產(chǎn)品性能

數(shù)據(jù)來源：國泰君安證券研究，四川蜀泰化工科技有限公司

      說到燃料電池汽車，豐田、本田在全球燃料電池車市場占比最高，是全球燃料電池車的重要推動(dòng)者。豐田推出世界第一代氫能源汽車“Miral”，本田推出燃料電池車Clarity，性能較豐田第一代燃料電池車有所提升。

豐田和本田燃料電池汽車關(guān)鍵參數(shù)比較

數(shù)據(jù)來源：豐田官網(wǎng)、本田官網(wǎng)，四川蜀泰化工科技有限公司

      作為世界燃料電池車的領(lǐng)軍者M(jìn)iral成本已實(shí)現(xiàn)大幅下降。

      豐田在2008最初立項(xiàng)開始，預(yù)計(jì)售價(jià)1億日元（約600萬元），直至2014年豐田Miral正式推出時(shí)，售價(jià)已經(jīng)降至723.6萬日元（約43.5萬元），除去日本政府的補(bǔ)貼，消費(fèi)者只需支付約521萬日元(約合人民幣31.3萬元)

      如此顯著的大幅降本，究其原因，可歸結(jié)為企業(yè)量產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大、混合動(dòng)力系統(tǒng)大規(guī)模應(yīng)用、系統(tǒng)簡化等促進(jìn)FCV成本下降。

      燃料電池系統(tǒng)作為FCV的核心部件，在整車成本中占比最高，約63%，其成本的下降是燃料電池車成本下降的關(guān)鍵。對于企業(yè)自身來說，降低燃料電池車成本最行之有效的方法就是技術(shù)研發(fā)推進(jìn)和規(guī)?；?yīng)。

豐田Miral的成本下降之路

 數(shù)據(jù)來源：國泰君安證券研究，四川蜀泰化工科技有限公司

4. 燃料電池車的普及離不開加氫站的投資建設(shè)

      加氫站是給燃料電池汽車提供氫氣的燃?xì)庹荆鳛榻o燃料電池汽車提供氫氣的基礎(chǔ)設(shè)施。日本一直都以構(gòu)建氫能社會(huì)為國家發(fā)展目標(biāo)，其加氫站密度目前世界排名第一。

      截至2017年底，日本公共加氫站數(shù)量為91座，根據(jù)日本氫能源基本戰(zhàn)略，2020年要達(dá)160個(gè)，2025年要達(dá)到320個(gè)，2030年要增加到900個(gè)，到2050年加注站的經(jīng)濟(jì)效益將超過加油站，并逐步替代加油站。

       日本主要通過政府高額補(bǔ)助和企業(yè)聯(lián)合開發(fā)兩種方式來加快加氫站戰(zhàn)略布局。其中，在企業(yè)聯(lián)合開發(fā)方面，2018年3月6日，豐田汽車公司、日產(chǎn)汽車公司共11家公司，成立了旨在體系化建設(shè)氫燃料電池車（下稱“FCEV”）加氫站的“日本加氫站網(wǎng)絡(luò)公司”（JHyM）。在氫能源基本戰(zhàn)略中被定位為“加氫建設(shè)的推推動(dòng)者。

JHyM公司概要

數(shù)據(jù)來源：國泰君安證券研究

      為了推進(jìn)加氫站建設(shè)，各相關(guān)公司主要職能如下：

      ①基礎(chǔ)設(shè)施公司負(fù)擔(dān)加氫站的投資和建設(shè)成本，并接受JHyM委托的加氫站運(yùn)營業(yè)務(wù)。

      ②汽車公司通過JHyM向基礎(chǔ)設(shè)施公司委托加氫站運(yùn)營業(yè)務(wù)，支持加氫站建設(shè)，并致力于擴(kuò)大FCEV普及。

加氫站運(yùn)營模式

數(shù)據(jù)來源：豐田汽車，四川蜀泰化工科技有限公司

      金融機(jī)構(gòu)等通過向JHyM出資，在加氫站實(shí)現(xiàn)獨(dú)立運(yùn)營之前籌集所需資金，減輕基礎(chǔ)設(shè)施公司的初期投資負(fù)擔(dān)，以此促進(jìn)更多公司更加廣泛的參與加氫站業(yè)務(wù)，為擴(kuò)大旨在實(shí)現(xiàn)氫能源社會(huì)的融資機(jī)會(huì)做貢獻(xiàn)。

加氫站投資模式

數(shù)據(jù)來源：豐田汽車，四川蜀泰化工科技有限公司

      氫燃料價(jià)格最終的目標(biāo)是與汽油價(jià)格持平。目前日本，氫氣銷售價(jià)格中，加氫站的建設(shè)和經(jīng)營成本占比最高，約占?xì)錃馐蹆r(jià)的62%左右，而剩余38%為氫氣的制造和儲(chǔ)運(yùn)成本。

02

國內(nèi)發(fā)展氫能源產(chǎn)業(yè)鏈

具有必然性與可行性

1. 氫能源發(fā)展的必然性

      作為全球最大的能源消費(fèi)國，我國資源稟賦相對較差，石油、天然氣等優(yōu)質(zhì)能源短缺，石油進(jìn)口率67.4%，天然氣進(jìn)口率39%，對外依存度較高。煤炭資源豐富，探明儲(chǔ)量世界排名第2位，但發(fā)展粗放，不利于未來的可持續(xù)發(fā)展。同時(shí)，從我國的能源結(jié)構(gòu)來看，我國過度依賴煤炭。 

       從長期來看，我們所面臨的能源困境是不斷增加的能源消費(fèi)，最終都會(huì)化作熱量擴(kuò)散并且伴隨著溫室氣體CO2的產(chǎn)生。氫作為能源載體具有零碳、高效、可儲(chǔ)能、應(yīng)用場景豐富、安全可控等優(yōu)勢，促進(jìn)我國能源轉(zhuǎn)型升級(jí)，可作為我國未來基礎(chǔ)能源。

2. 氫能源發(fā)展的可行性

      從供給來看，中國擁有豐富的氫能源基礎(chǔ)。

      在制氫方面，我國是第一產(chǎn)氫大國，具有豐富的氫能源基礎(chǔ)，當(dāng)前每年化工廠副產(chǎn)氫氣超過300萬噸。

      我國具有豐富的煤炭資源和可再生資源。通過可再生能源電解水制氫和煤炭制氫+CCS具有經(jīng)濟(jì)可行性，完全可以支撐我國低成本氫能源的發(fā)展愿景。

       與此同時(shí)，我國對氫能的需求巨大。在氫能源的利用方面，以交通運(yùn)輸和儲(chǔ)能為主的應(yīng)用場景潛在市場需求大。中國具有世界最大的新能源汽車產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，同時(shí)氫能產(chǎn)業(yè)鏈長參與機(jī)會(huì)多，符合眾多傳統(tǒng)行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)之需求。

       在政策層面，我國政府高度重視發(fā)展氫能源產(chǎn)業(yè)。2019年全國政協(xié)十三屆二次會(huì)議（兩會(huì)）首次將氫能寫入《政府工作報(bào)告》，與會(huì)代表提出健全行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，繼續(xù)推進(jìn)加氫站、燃料電池汽車購置補(bǔ)貼的建議，將氫能產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展提上了新的高度。

3. 國內(nèi)氫能戰(zhàn)略四步走

 為推動(dòng)國家氫能戰(zhàn)略的發(fā)展，我國制定了氫能發(fā)展四步走戰(zhàn)略：

數(shù)據(jù)來源：國泰君安證券研究，四川蜀泰化工科技有限公司

      國家層面也保證2020年前補(bǔ)貼不退坡。

      《2016-2020年新能源汽車推廣應(yīng)用財(cái)政支持政策方針》指出燃料電池汽車補(bǔ)貼不實(shí)行退坡。

      目前就有北京、張家口、江蘇如皋、上海、廣東佛山、成都等多個(gè)城市相繼出臺(tái)氫能產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展規(guī)劃并推進(jìn)地方補(bǔ)貼。例如《長三角氫走廊建設(shè)發(fā)展規(guī)劃》將圍繞“長三角氫經(jīng)濟(jì)一體化”打造具備世界先進(jìn)水平的氫能與燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)帶。

國內(nèi)各省市推進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展目標(biāo)與補(bǔ)貼政策

數(shù)據(jù)來源：四川蜀泰化工科技有限公司

      氫能發(fā)展是包括汽車、能源（石化、煤炭、核能、電力）等眾多傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的理性選擇。

      目前由國家能源集團(tuán)牽頭，國家電網(wǎng)、東方電氣、航天科技、中船重工、寶武鋼鐵、中國中車、三峽集團(tuán)、中國一汽、東風(fēng)汽車、中國鋼研等多家央企參與的氫能產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟已經(jīng)正式成立。

國內(nèi)公司在氫能相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈加速布局

數(shù)據(jù)來源：各公司公告、四川蜀泰化工科技有限公司

4. 我國氫能發(fā)展將結(jié)合自身特色

      日本結(jié)合燃料電池?zé)犭娐?lián)供系統(tǒng)推廣燃料電池汽車的方式顯然不符合中國國情。

      目前，我國已經(jīng)探討了幾條適合國情的路線：

      ①先商后乘路線：采用在公交車輛，專用工程車輛等商用車率先推廣燃料電池，規(guī)?；杀窘档秃笤僭诔擞密囶I(lǐng)域推廣的路線。

      一方面，商用車因?yàn)閼?yīng)用場景較乘用車輛集中，行駛路徑單一，在制定區(qū)域進(jìn)行制氫、儲(chǔ)氫、加氫完成度高，可操作性較強(qiáng)。另一方面，燃料電池具備低溫運(yùn)行，大功率動(dòng)力做功的特性，符合商用車在特定領(lǐng)域的需求。

      當(dāng)商用車規(guī)模化的推廣將帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈的完善，為后期乘用車的推進(jìn)奠定基礎(chǔ)。

      ②燃料電池（增程式）路徑的提出：針對當(dāng)前國內(nèi)小功率燃料電池技術(shù)上難以滿足中型、重型車輛動(dòng)，大功率燃料電池成本過高的情況，采用燃料池用作鋰電池增程器的設(shè)計(jì)可以滿足驅(qū)動(dòng)條件。

      不同于乘用車輛，商用車輛較大的空間滿足同時(shí)布局兩種動(dòng)力的條件，協(xié)同相比純電動(dòng)車輛增加續(xù)航里程，又能夠彌補(bǔ)小功率燃料電池動(dòng)力不足的缺陷。

       2019年有望成為氫產(chǎn)業(yè)商業(yè)化之元年。

      雖然當(dāng)前燃料電池車輛存量僅為千余輛，氫能相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施仍遠(yuǎn)不完善，且是否把燃料電池當(dāng)作推廣類比于鋰電池新能源車2009年十城千輛推廣工程的階段仍有爭議。但在政策補(bǔ)貼疊加和技術(shù)進(jìn)步支持下，未來數(shù)年氫能勢必與內(nèi)燃機(jī)、鋰電池，氫能產(chǎn)業(yè)長期共存并占據(jù)一席之地，行業(yè)當(dāng)前具備爆發(fā)潛質(zhì)。

      而四川蜀泰化工科技有限公司是中國領(lǐng)先的制氫產(chǎn)品和技術(shù)供應(yīng)商，為國家級(jí)高新技術(shù)企業(yè)。蜀泰的產(chǎn)品和技術(shù)已廣泛應(yīng)用于天然氣制氫裝置或制氫站、甲醇制氫裝置或制氫站、甲醇燃料電池、甲醇制氫機(jī)等領(lǐng)域。已在中國29個(gè)省、市、自治區(qū)及歐洲、美洲、東南亞、獨(dú)聯(lián)體等13個(gè)國家和地區(qū)成功應(yīng)用，目前在世界范圍內(nèi)有600多個(gè)用戶。蜀泰已獲國家專利授權(quán)21項(xiàng)，多個(gè)產(chǎn)品及技術(shù)通過了國家、省部級(jí)科技成果鑒定驗(yàn)收，并獲得了中國創(chuàng)新大賽總決賽“優(yōu)秀企業(yè)”獎(jiǎng)等獎(jiǎng)項(xiàng)，擁有“四川省企業(yè)技術(shù)中心”、“院士專家工作站”、“醇?xì)渲攸c(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”等科研創(chuàng)新平臺(tái)。四川蜀泰化工科技有限公司的制氫技術(shù)，可為用戶提供氫氣純度為99.9%～99.999%的不同規(guī)模的甲醇制氫站、天然氣制氫站。

      相信氫能社會(huì)，未來已來。

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