东芝探索“完美能源”:以可再生能源制取绿氢,全程零碳排
“百年老店”、多元化电子电气产品制造商日本东芝集团(Toshiba)正在全力布局有“未来能源”之称的氢能,并将大规模可再生能源制取“绿氢”视为低碳能源时代的完美解决方案。
近日在上海举行的第三届中国国际进口博览会期间,东芝多位高管对澎湃新闻表示,除了已提出“氢能源 社会 ”愿景的日本本土之外,东芝非常看好氢能在中国的发展前景。
放眼全球,日本是近年来最热衷于发展氢能的国家之一。日本“氢能基本战略”提出,到2030年要确立国内可再生能源制氢技术,构建国际氢能供应链,长期目标是利用碳捕获(CCS)技术实现平价化石燃料的脱碳制氢和可再生能源制氢。对于能源自给率低的日本而言,用零碳排的可再生能源来制取清洁高效、较易储运的氢能,无疑是“后福岛时代”得以兼顾能源安全和碳中和目标的理想选择。
日本能源转型历程
“东芝早在50年前就已经开始做氢能方面的技术研发,进行相关技术储备。我们在40年前推向市场的产品,已经有氢能利用的影子。”负责氢能业务的东芝(中国)有限公司营业总监张童对澎湃新闻表示,早年东芝的制氢路线是烃类醇类重整制氢。但在零碳理念下,该公司内部近十年间全面提升氢能体系,东芝燃料电池体系全部是纯氢燃料电池。
据介绍,东芝的纯氢能燃料电池系统H2Rex已累计在日本国内交付100台以上。这种100kW的模块化单元可根据需求灵活组合,启动时间不到5分钟,高效将管道或气罐中的氢气转化为电能和热能。
东芝的纯氢能燃料电池系统H2Rex累计在日本交付100台以上
典型场景如东芝的新氢能综合应用中心,利用太阳能电解水制备氢气,并直接将其应用在东芝的日本府中工厂的燃料电池物流叉车上。这样,不但燃料电池物流叉车在运转时不排放二氧化碳,而且,因为使用了通过可再生能源制取的氢气作为燃料,从制氢到氢利用的全程实现了零碳排。
当突发灾难时,这套小型分布式能源亦可大显身手,作为一条生命线为300名受灾群众提供一周的电力和热水供应。
纯氢固然样样好,但目前在全球范围内仍受居高不下的成本所困。据澎湃新闻了解,上述在日本落地的东芝纯氢燃料电池系统均为有日本政府政策支持的项目。
张童表示,全球可再生能源快速发展,但风电、光伏始终存在间歇性问题。尤其在中国,风电、光伏装机的迅猛增长对电网调峰要求巨大,弃风、弃电的问题屡见不鲜。若将这部分电力转换成氢能储存起来,在需要时再调取,就是一个最理想的结合。“可再生能源与电解质制氢技术结合起来,制出来的氢完全是绿色的。”
他认为,在该领域,东芝的所长是对电力系统、电子设备、控制系统的深入了解和对氢的长期技术积累,目前正在与多家上游制氢企业探讨合作。在氢能起步阶段,东芝呼吁政府对全行业予以政策支持,鼓励更多企业参与氢能产业链的完善,并尽早明确氢使用的法律法规。在这些前提下,氢能成本才能随着规模化效应快速下降。
氢能成本的下降有赖于一个足够大且高速成长的下游市场。东芝正在推动纯氢能燃料电池系统H2Rex尽早应用于中国市场,使其成本上尽早符合中国市场潜在的需求,并联合中国合作伙伴一起开拓市场。
实际上,东芝对于“终极能源解决方案”的认识,在日本福岛核事故之后出现了彻底的转变。东芝曾是全球核能领域的重要参与者,旗下拥有 历史 战绩辉煌的美国西屋电气公司。但由于2011年福岛核事故后全球核电建设放缓、建造成本陡增、西屋电气申请破产保护等原因,东芝最终选择剥离核电资产。
今年10月,日本首相菅义伟在临时国会上发表施政演说时宣布,日本将争取在2050年实现温室气体净零排放。这标志着作为全球第三大经济体和第五大碳排放国的日本在气候议题上的立场发生巨大转变。目前,日本的温室气体排放中有至少80%来自能源领域。
“二氧化碳零排放并不是最近才有的呼声,很早以前大家就在进行与此相关的探讨。”东芝中国总代表宫崎洋一对澎湃新闻说道,福岛核事故改变了全球的碳减排思路。2011年之前,日本、欧洲都将低碳发电目标寄希望于核能,但福岛事故后由于安全标准升级、核能发电成本陡增,欧洲主要国家纷纷选择弃核。
宫崎洋一称,除了重点业务氢能之外,目前东芝还有其他颇具竞争力的能源业务和碳捕捉技术,可以根据不同地区的特征进行灵活组合。具体而言,在水电领域,东芝的实际供货数量和技术实力处于全球第一梯队,已经向44个国家及地区累计供货2300多台水轮机和1800多台发电机;光伏领域,东芝的工业用光伏发电系统在日本有2700处应用,住宅用光伏发电系统在日本为10万户以上客户使用;地热领域,东芝已向全球提供累计达3.7GW的地热发电设备,以设备容量计处于全球第一。
福岛氢能研究基地(FH2R)
在日本国立的新能源产业技术综合开发机构(NEDO)牵头下,东芝与另外两家日本企业合作的福岛氢能研究基地(FH2R)已于今年2月底建成。
FH2R系统概览
该项目建有全球最大的利用可再生能源的10MW级制氢装置,正在验证清洁低成本的制氢技术。这里产生的氢气不仅用来平衡电力系统,还为固定的氢燃料电池系统、移动的氢燃料车等提供动力。
校对:刘威
日本将首次引入由当地企业生产的可持续航空燃料,此举的意义如下。
一、可持续航空燃料日本的国内机场将于近日引进一种可再生的航空燃油,这种燃油的原料是从厨房中提炼出来的,也就是所谓的地沟油。据估计,日本每年生产的废油脂约有五十万吨,其中4/5为餐饮及食品加工业,1/5为家庭所产生的。
日本政府打算到2030年用可持续的飞机燃油替代10%的航空燃油。
二、废油可以成为城市油田日本的食用油大部分来自于植物,因此,这种新的燃油可以降低约80%的二氧化碳排放量,同时也会降低对环境的影响,因此日本对可持续的航空燃油寄予了厚望。在能源稀缺的日本,这些废油也被称为“城市油田”。
日本能源、航空等有关单位,在上半年已经建立协商机制,展开合作。在传统能源价格上涨的推动下,日本等国家的新能源发展速度加快。
随着对可持续使用航空燃油的关注,日本废油的价格也随之上涨。日媒体报导,最近废油的收购价格有了显著的提高,有些地方比去年增加了一倍,一些餐饮店甚至有晚上偷油的情况。日本的废油价格有望在可持续的航空燃油市场中继续上涨。
三、可持续航空燃料有望成为趋势在国际上,作为航空燃料使用的地沟油已在实践中得到了广泛的应用。早些时候,荷兰皇家航空一架波音737飞机就在地沟油提炼的生物柴油的推动下搭乘着171名乘客,从阿姆斯特丹飞到了巴黎。
中国民航大学的教授就利用地沟油生产的生物柴油进行了分析,认为其安全性能与常规航空燃料相当,并有望成为民用飞机的发展方向。目前看来,我们称之为地沟油的生物燃料,从安全性上讲,可以保证飞机的正常运转。
发达国家发展低碳经济的做法与经验借鉴
[内容提要] 大量的化石能源消费排放的CO2破坏了地球大气的碳平衡,引发
全球变暖,威胁人类生存。在气候问题备受关注的国际大背下,发展低碳经济越来越受到国际社会的重视。发达国家对于发展低碳经济已经有了一定的经验,中国作为温室气体排放大国,在向低碳经济转型中,面临着特定的制约因素。因此,中国要借鉴发达国家发展低碳经济的成功经验,积极开展低碳经济发展的相关政策和技术研究,探索适合国情的低碳经济发展之路。
[关键词] 低碳经济 中国经济 可持续发展
低碳经济的概念及特征
为了应对气候变化给人类环境带来的巨大挑战,英国于2003年颁布了《能源白皮书(英国能源的未来———创建低碳社会)》,率先提出了“低碳经济”。虽然该白皮书没有为“低碳经济”提出明确的概念,但溪低碳发展模式制定了较为详细的长远目标和路线图,希望把英国转变为一个低碳经济体,并积极推动“低碳经济”的全球发展。此后,其他欧洲国家及日本也纷纷提出发展低碳经济和建设低碳社会的设想。
随着低碳经济实践的进展,低碳经济的内涵不断得到拓展。目前大多数学者认同的内涵主要包括三方面:①发展低碳经济的关键在于降低单位能源消费量的碳排放量(即碳强度),通过碳捕捉、碳封存、碳蓄积降低能源消费的碳强度,控制CO2排放量的增长速度。②发展低碳经济的关键在于促进经济增长与由能源消费引发的碳排放脱钩,实现经济与碳排放错位增长,通过能源替代、发展低碳能源和无碳能源控制经济体的碳排放弹性,并最终实现经济增长的碳脱钩。③发展低碳经济的关键在于改变人们的高碳消费倾向和碳偏好,减少化石能源的消费量,减缓碳足迹,实现低碳生存。
可以认为,低碳经济是一种由高碳能源向低碳能源过渡的经济发展模式,是一种旨在修复地球生态圈碳失衡的人类自救行为。它的核心是在市场机制基础上,通过制度框架和政策措施的制定及创新,形成明确、稳定和长期的引导和鼓励,推动提高能效技术、节约能源技术、可再生能源技术和温室气体减排技术的开发及运用,并促进整个经济朝向高能效、低能耗和低碳排放的模式转变。
低碳经济作为一种新的经济发展模式有以下特征:一是经济性,包括两层含义:①低碳经济应按照市场经济的原则和机制来发展②低碳经济的发展不应导致人们的生活条件和福利水平下降。二是技术性:也就是通过技术进步,在提高能源效率的同时,降低CO2等温室气体的排放强度。三是目标性:发展低碳经济的目标应该是,将大气中温室气体的浓度保持在一个相对稳定的水平上,不至于带来全球气温上升影响人类的生存和发展,从而实现人与自然的和谐发展。
发达国家发展低碳经济的做法
1 政策引导、法律规范低碳经济发展
英国是低碳经济的倡导者,也是最积极推动低碳经济发展的国家。2007年,英国推出全球第一部《气候变化法案》,2008年开始实施,从而成为世界上第一个拥有气候变化法的国家2009年4月,英国又成为世界上第一个立法约束“碳预算”的国家。2009年7月15日,英国政府又正式发布了《英国低碳转换计划》,英国能源、商业和交通等部门还在当天分别公布了一系列配套方案,包括《英国可再生能源战略》、《英国低碳工业战略》和《低碳交通战略》等。
日本近年来不断出台重大政策,将重点放在低碳经济上。2004年,日本发起的“面向2050年的日本低碳社会情景”研究计划,其目标是为2050年实现低碳社会目标而提出的具体对策。2008年5月,日本政府资助的研究小组发布了《面向低碳社会的十二大行动》。2009年4月,日本又公布了名为《绿色经济与社会变革》的改革政策草案,目的是通过实行减少温室气体等排放措施,强化日本的低碳经济。
美国虽然没有签署《京都议定书》,但近些年来,美国十分重视节能减碳,如2005年通过的《能源政策法》,2007年7月美国参议院提出了《低碳经济法案》,2009年6月美国众议院通过了《美国清洁能源安全法案》。美国国务卿表示,美国政府致力于支持清洁能源技术和低碳经济发展,以应对全球气候变化。
2 重视低碳技术的研制开发
在低碳技术的研发中,欧盟的目标是追求国际领先地位,开发出廉价、清洁、高效和低排放的能源技术。英、德两国将发展低碳发电站技术作为减少CO2排放量的关键。他们认为,煤在中期和长期内仍将继续发挥作用,因此必须发展效率更高、能应用清洁煤技术的发电站。为此,英、德政府调整产业结构,建设示范低碳发电站,加大资助发展清洁煤技术、收集并存储碳分子技术等研究项目,以找到大幅度减少碳排放的有效方法。[1]
日本作为推动低碳经济的急先锋,每年投入巨资致力于发展低碳技术。根据日本内阁府2008年9月发布的数字,在科学技术相关预算中,仅单独立项的环境能源技术的开发费用就达近100亿日元,其中创新型太阳能发电技术的预算为35亿日元。目前日本有许多能源和环境技术走在世界前列,如综合利用太阳能和隔热材料、大大削减住宅耗能的环保住宅技术,利用发电时产生的废热、为暖气和热水系统提供热能的热电联产系统技术,以及废水处理技术和塑料循环利用技术等。这些都是日本发展低碳经济的重要优势。此外,日本还持续投资化石能源的减排技术装备,如投资燃煤电厂烟气脱硫技术装备,形成了国际领先的烟气脱硫环保产业。
美国高度关注市场机制下温室气体减排的能源有效利用的技术创新,政府制定了低碳技术开发计划,成立了专门的国家级有关低碳经济研究机构,为从事低碳经济的相关机构和企业提供技术指导、研发资金等方面的支持,从国家层面上统一组织协调低碳技术研发和产业化推进工作。美国是世界上低碳经济研发投入最多的国家,2009年2月联邦政府向国会提交了它的2010年(2009年10月1日实施)年度预算。根据该预算,仅对清洁燃煤技术的研究就提供了150亿美元的拨款。[2]目前美国正在加速下一代发电技术的研究、开发及示范,计划在2012年建成世界上第一个零排放发电厂。
3 把发展可再生能源作为降碳的重要举措
英国是一个岛国,气候多变,能源不足,很重视可再生能源的发展。2009年英国公布的“碳预算”中,提出到2020年可再生能源供应要占15%,其中30%电力来自可再生能源,相应的温室气体排放要降低20%,石油需求降低7%。英国风力资源丰富,第一个海上风力发电站于2000年12月开始建设,经过近10年的发展,英国已成为全球拥有海上风力发电站最多、总装机容量最大的国家。目前英国陆、海风力发电站的电量足够供应150万家庭使用。按计划,2009年到2012年间,英国将投资90亿英镑用于发展海上风力发电,向280万家庭供应电力。英国政府从政策和资金方面向可再生能源倾斜,确保英国在可再生能源发展方面处于世界领先地位。
德国2004年通过了可再生能源法,保证可再生能源的地位。确定了以下几个重点领域:①大力发展风能,促进现有风力设备的更新换代。②将清洁电能的使用率由2004年的12%提高到2020年的25%~30%,将热电年供的使用率提高25%。③至2020年,建筑取暖中使用太阳能、生物燃气、地热等清洁能源比例由2004年的6%提高2020年的14%。目前,可再生能源工业正在德国迅速发展,可再生能源占整个德国能源消费的比重在逐年提高,已由2003年时的3.5%提高到2008年的8.7%。发电行业中使用可再生能源所占的比重在2008年时已达到17%。
日本是世界上可再生能源发展最快的国家之一。2009年4月,日本政府推出“日本版绿色新政”四大计划,其中对可再生能源的具体目标是:对可再生能源的利用规模要达到世界最高水平,即从2005年的10.5%提高到2020年的20%。日本在可再生能源方面注重发展地热、风能、生物能、太阳能,尤其以太阳能开发利用为核心,提出要强化太阳能的研制、开发与利用,计划太阳能发电2020年比现在增加20倍。为了实现这个目标,日本政府在积极推进技术开发降低太阳能发电系统成本的同时,进一步落实包括补助金在内的政府鼓励政策,强化太阳能利用世界前列的位置。
4 运用经济手段剌激低碳经济发展
(1)碳税。开征碳税被发达国家认为是富有成效的政策手段。碳税是一种混合型税种,它的税率由该能源的含碳量和发热量决定,不同的能源由于含碳量和发热量不同,会有不同的税负,低碳能源的税负要低于高碳能源的税负。近几年,英国,美国、日本、德国、丹麦、挪威、瑞典等发达国家对燃烧产生的CO2的化石燃料开征国家碳税,如英国对与政府签署自愿气候变化协议的企业,如果企业达到协议规定的能效或减排就可以减免80%的碳税。
(2)财政补贴。政府对有利于低碳经济发展的生产者或经济行为给予补贴,是促进低碳经济发展的一项重要经济手段。英国对可再生能源的使用采取了一系列财政补贴措施。如英国的电力供应者被强制要求提供一定比例的可再生能源(由2005—2006年的5.5%提高到2015—2016年的15.4%)。与此相应,英国政府对电力供应者提供了一定补贴。丹麦在能源领域采取了一系列措施推动可再生能源进入市场,包括对“绿色”用电和近海风电的定价优惠,对生物质能发电采取财政补贴激励。加拿大自2007年起对环保汽车购买者提供1000~2000加元的用户补贴,鼓励本国消费者购买节能型汽车,减少CO2排放。
(3)税收优惠。对低碳经济发展实施税收优惠政策是发达国家普遍采用的措施。美国政府规定可再生能源相关设备费用的20%~30%可以用来抵税,可再生能源相关企业和个人还可享受10%~40%额度不等的减税额度。欧盟及英国、丹麦等成员国规定对可再生能源不征收任何能源税,对个人投资的风电项目则免征所得税等。[3]
总之,发达国家通过采取以上政策措施,在发展低碳经济方面的成效开始逐步体现。2006年以来,几乎所有的斯堪的纳维亚国家(丹麦、挪威和瑞典)以及比利时、荷兰、瑞士和英国的单位GDP碳排放增长趋于下降。瑞典和荷兰的碳排放已保持稳定,而在很难控制的运输行业,瑞典和日本已经稳定住了碳排放。
中国发展低碳经济面临挑战
中国作为世界第二大能源生产国和消费国,第二大CO2排放国,高度重视全球气候变化问题。中国先后于1998年签署、2002年批准了《联合国气候变化框架公约》和《京都议定书》。2007年6月中国发布实施《中国应对气候变化国家方案》,成立了由国务院总理担任组长的国家应对气候变化领导小组,并提出在“十一五”规划(2006—2010年)期间单位GDP能耗降低20%。在当前国际金融危机的形势下,中国也没有放松对气候变世界经济与政治论坛 2009年第6期化的重视,在新增加的4万亿刺激经济投资计划中,国家安排了5 800亿元用于节能减排、生态工程等与应对气候变化相关的项目。但是结合中国现阶段的实际情况,中国发展低碳经济还面临着严峻挑战。[4]
第一,发展阶段的挑战。目前,中国正处在工业化发展的加速阶段,人口基数庞大,减少贫困、发展经济、满足就业、提高全体人民的生活水平、实现国家的现代化仍然是中国面临的最大任务。研究表明,即便实现“十一五”节能减排目标,中国也只能做到相对的低碳经济发展。如果GDP的增长速度按9%来计算的话,即使我们每年能源强度下降4%以上,到2010年,总的CO2排放还会比2005年增加20%以上。这意味着中国温室气体排放总量将在一个比较长的时期内保持持继增长的趋势。
第二,能源结构的挑战。煤炭是我国的最主要的能源,主要是我国是世界上产煤大国之一,仅次于美国位居第二。在我国国内,长期以来形成了以煤炭为主的能源结构,到目前为止,我国能源供应仅以煤为主,在我国能源消费中,煤炭占70%以上。以煤炭为主的能源消费结构和单一的能源消费模式带来了严重的环境污染。由于煤的碳密集程度比其他化石燃料要高得多,单位能源燃煤释放的CO2是天然气的近两倍,以煤炭主为的能源结构必然会产生较高的排放强度。
第三,技术水平的挑战。我国研发和创新能力有限,总体技术水平不高,这是我国由“高碳经济”向“低碳经济”转型的最大挑战。尽管《联合国气候变化框架公约》和《京都议定书》要求发达国家向发展中国转让技术,但执行情况并不乐观。目前,我国与发达国家在低碳技术方面还存在较大落差。比如,在电力行业中煤电的整体煤气化联合循环技术、高参数超临界基组技术、热电多联产技术等,中国仍不太成熟可再生能源和新能源技术方面,大型风力发电设备、高性价比太阳能光伏电池技术、燃料电池技术、氢能技术等,与发达国家相比有不小差距。[5]
第四,强制性减排的挑战。虽然中国作为发展中国家在过去的10年中暂时没有强制性减排的任务,但是这样的时间最多不会超过2020年。伴随着我国经济的快速发展和能源需求量的持续增长,CO2的排放量也在不断增加。国际能源机构已经预测中国经济增长的能源消耗和CO2排放将在2010年左右超过美国。因此国际社会要求中国参与温室气体减排或限排承诺的压力与日俱增。
中国发展低碳经济的对策
(1)确立率先发展低碳经济的战略。从中国实际情况看,面对日益严峻的能源和环境约束,必须高度重视向低碳经济转型。各级政府都要把大力发展低碳经济作为建设资源节约型、环境友好型社会,增强可持续发展能力的重要举措,把发展低碳经济战略纳入国民经济发展总体规划,部署低碳经济的发展思路,为低碳经济的发展提供政策、制度、资金和组织保障。要大力开展低碳宣传,提高全社会的环境意识和节能意识,引导低碳社会生活方式,倡导公众循环消费、低碳消费,例如,提倡开环保车、家庭节能等,实现消费方式的转型与可持续发展。
(2)积极采取强有力的经济政策手段。目前,我国低碳经济的发展缺少强有力的经济政策手段,如我国至今还没有像一些发达国家那样对能源企业制定强制性的绿色能源比例,也没有鼓励消费者使用低碳产品的补贴。因此,要借鉴发达国家的已有做法,加强政策扶持,提供有利于低碳经济发展的税收优惠、财政补贴等措施。开征碳税和推行碳交易是富有成效的政策手段,我国应考虑开征碳税,开征碳税的结果可以极大地降低CO2的排放,而且也增加了工业的能效以及竞争力。碳排放交易机制有利于各地区、各单位之间实现利益均衡,提高减排效率。我国要建立碳交易市场,加强对碳交易的管理。一方面,要规范交易规则,发展碳交易的中介机构,确保合理的交易价格另一方面,要建立绿色能源交易机制,把碳交易与激励发展清洁能源政策结合起来,调动全社会发展和利用清洁能源的积极性。
(3)加大可再生能源和核能的开发利用。开发利用可再生能源是保护环境、应对气候变化的重要措施。中国可再生能源资源丰富,据有关资料介绍,我国可开发的水电资源居世界首位,我国有丰富的风能、氢能、生物质能,海洋能等资源也居世界领先地位。但目前除水电得到相对较好的开发利用外,由于技术开发水平、使用成本等问题,可再生能源在我国能源消费构成中不到2%,远远低于8%的国际平均水平。因此,要集中力量,大力发展风能、太阳能、生物质能等可再生能源。核电是一种不排放任何温室气体的高效和耐久能源。目前,全球核电发电量占总发电量的17.1%,发达国家比重更大,日本的核发电已占总发电量的36%,韩国占38%,美国占29%,英国占28%,法国占77%。但中国还以火力发电为主,燃煤的火电占总发电量的83%,水利发电占16%,核能发电只占1.8%,核电占总电量比重与发达国家相比落后20多年。[6]为此,我国必须从发展火电为主转变到以发展核电为主轨道上来,加快发展核能,大幅度提高核能消费比重,并加速形成产业化规模。
(4)加强低碳技术研发与创新。低碳经济的发展需要有坚实的基础研究做支撑。目前,我国低碳技术的研发能力较弱,为此政府要加强对国家级研究机构的长期投入,构建起国家级的低碳技术研究机构,整合国内现有的技术资源,协调开展基础性和公共性技术研发,并加强与企业的交流与合作,发挥政府和企业、基础研究与产业发展之间的纽带作用要加大清洁煤技术的开发利用。我国能源探明储量中,煤炭占90%以上,这种“富煤贫油少气”的能源资源特点决定我国能源生产以煤为主的格局将长期存在。因此,中国要大力发展煤炭洗选、加工转化先进燃烧、烟气净化技术,以此来大幅度减少CO2的排放加强国际技术交流合作,英国、美国等发达国家,具有成熟的低碳技术,中国要通过国际协商与合作机制,促进这些发达国家对中国的技术转让,增强低碳技术的国际引进、消化与二次创新。
(5)制定和完善有利于低碳经济发展的法律法规。要尽快建立和完善低碳经济的法律体系。发达国家在发展低碳经济的同时,都将立法作为推进低碳经济的重要手段。我国要加快低碳经济的立法工作,为发展低碳经济提供法律保证。要抓紧制定《低碳经济法》、《循环经济法》,制定《可再生能源法》的配套办法和标准,对于涉及能源、环保、资源等的法律需要做进一步修改,比如《环境保护法》、《环境影响评价法》、《大气污染防治法》、《煤炭法》、《电力法》等。通过立法、通过修改法律,通过采取行动落实这些法律,运用法律手段推进低碳经济的发展。
(6)大力植树造林,增加碳汇。碳汇是指由绿色植物通过光合作用吸收固定大气中的CO2,通过土地利用调整和林业措施将大气中的温室气体储存于生物碳库。据科学测定,一亩茂密的森林,一般每天可吸收CO267公斤,放出氧气49公斤,可供65人一天的需要。在《京都议定书》正式生效后的一系列气候公约国际谈判中,国际社会对森林吸收CO2的汇聚作用越来越重视,逐步将造林、再造林等林业活动纳入碳汇项目。因此,我国要大力植树造林,重视培育林地,特别是营造生物质能源林,在吸碳排污,改善生态的同时,创造更多的社会效益。
参考文献:
[1]任力.国外发展低碳经济的政策及启示.发展研究,2009(2)
[2]杨明钦.美国经济危机的复兴与应用清洁能源、节能技术的关系.中国能源,2009(4)
[3]熊良琼,吴刚.世界典型国家可再生能源政策比较分析及对我国启示.中国能源,2009(6)
[4]马建英·中国“气候威胁论”·世界经济与政治论坛,2009(3)
[5]金乐琴,刘瑞.低碳经济与中国发展模式转型.经济问题探索,2009(1)
[6]单宝.日本推进新能源开发利用的举措及启示.科学、经济、社会,2008(2)
文献来源:世界经济与政治论坛 2009年第6期
作者简介:徐冬青,江苏省社会科学院世经所副研究员
据《日本经济新闻》报道,曰产公布中止与戴姆勒公司及福特汽车联合开发燃料电池车的方案,将能量集中化与发展趋势电动式汽车。以前遭受热捧的氢燃料电池技术性,在其本营日本国遭受了发展趋势阻拦。就连丰田都没法明确氢燃料电池能不能变成将来流行,大部分汽车企业全是战略科学研究和试产,保证 关键技术领域不脱队罢了。
氢燃料电池缺点最先,氢的贮运较难:由于氢分子是最少的分子结构,再密闭式的器皿也难保不容易轻度泄露,仅仅能够操纵到泄露量几乎为零,不危害应用。可是所投入的成本费是极大的。压力容器成本费也不低,我觉得有关科学研究原材料觉得髙压氢罐最少要做35MPa,丰田用的是70MPa三层构造。除开压力容器之外,与氢罐连接的闸阀、管道等规定也比别的燃料高得多。使用期限不太清晰,但可能维修保养成本费要高许多 。
第二,铂金属催化剂成本增加:三元锂电池常用的金属催化剂原材料里边,主要是镍钴锰(NCM)或镍钴铝(NCA),实际上钴的使用量是非常少的(占有率10%上下),但如今钴的价格一路暴涨。关键缘故便是锂电生产量极大,因此 就算单独充电电池钴的使用量非常少,但吃不住充电电池多。因此 大伙儿都是在往无钴充电电池方位科学研究。氢燃料电池里边我看到一些毕业论文也在科学研究取代铂的金属催化剂,终究铂太贵了,比钴贵得多,这或是现阶段使用量不大的状况下。倘若氢燃料电池很多生产制造,那铂的价钱不清楚要高去哪里了。
第三,电力能源成本费也高:例如车用汽油的热值是47.3MJ/Kg,天然气(甲烷气体)的热值是78MJ/Kg,氢气的热值是141.8MJ/Kg,如今汽油油价依照7元每升测算好啦,1公斤9.7元(依照92汽油相对密度0.725Kg/L测算),天然气价钱依照商业气价钱4.5元一立方米,1公斤6.25元(依照天然气0.72Kg/m3测算),氢气价钱1公斤40元,依照等比热值测算,车用汽油每MJ热值成本费0.两元,天然气每MJ热值成本费0.08元,氢气每MJ热值成本费0.28元。注:氢燃料电池实际上不可以依照点燃热值测算,但为了更好地以便比照,这儿取的热值。
氢能的优点基本上仅有燃料电池这一个行业,在别的行业而言天然气(CH4)彻底能够完爆氢能。生产制造1立方氢气必须6.7-7.3度电,每度电依照规范碳排放量大约0.785Kg,也就是1立方米氢气大概碳排放量是5.3Kg,而1立方氢气才90g。天然气是一次能源,造成全过程全是有机化合物化学变化,没有碳排放量,点燃时每Kg碳排放量是2.04Kg,也就是每90g的天然气碳排放量是0.18Kg。90g氢气的热值是12.8MJ,90g天然气热值是7MJ。那麼同样热值下氢气的碳排放量是天然气的16倍,何况汽化的氢气的温度比天然气低,存取时间比天然气低,就代表着氢气的贮运成本费比天然气高
如出一辙,福特汽车汽车也在6月13日也公布申明称,其与戴姆勒公司坐落于大不列颠哥伦比亚省本那比的燃料电池合资企业将于2018年夏天关掉。但是,吵吵闹闹乃店家在所难免,那里忙着提出分手,这里奥迪车和当代公布达到专利权交叉式授权文件,将合作开发氢燃料电池汽车。
对比纯电动车汽车的关键技术,为什么氢燃料电池汽车在国际性上引起了这般大的异议?要处理这个问题,不但要了解氢燃料电池从技术上的难题和挑战,也要掌握世界各国政府部门在促进该技术性身后的动机。实际上较大的难题无非便是关键技术缺陷和昂贵成本费无法大规模营销推广。
实际上新能源燃料销售市场或是有新的技术性商品不被大伙儿掌握,今日告知大伙儿一种在新能源燃料销售市场实际效果非常好的新型燃料--较高能汇聚油。它是一种没有一切醛类的绿色植物类和矿物质类原材料生成的清洁燃料,关键适用家中餐饮店院校加工厂饭堂加热炉等层面,具备非易燃易爆物品用火点不燃非危险品的安全性特点,无毒性没害点燃无烟无味,点燃合理性比照传统式天然气,酒精类燃料也是有非常非常好的出色型,热值达到10000--13000卡路里,价格实惠具备竞争能力。
现阶段酒精类燃料和天然气类然料由于安全性和环境保护层面的难题,我国监管现行政策趋于紧张,多地颁布严禁和限定对策。因此 新能源技术无醇燃料品牌优势凸显,如今和能够预料的未来会变成燃料销售市场的主要产品,有新能源燃料创业计划的盆友何不关心掌握这款新型燃料商品。
曰产为什么不干氢燃料电池二战前后左右,没有丰田没有广州本田,曰产才算是日本国的大儿子,十分强劲。之后2000年上下,丰田和广州本田也起来了,曰产贴近倒闭。1999年,戈恩接任时,曰产汽车经营规模松垮、高效率不高、管理方法不当,承受170亿美金的负债。与之对比,丰田不但销售量蒸蒸日上,两年前丰田发布的混动系统THS也是确立它的信誉。
日本的政府也立在丰田一边,公布汽车国家产业政策是:丰田汽车要做的便是加强在混合动力技术性上的优点,别的日本国汽车企业要做的便是学习培训丰田的混合动力。但是,戈恩并不是那类想要认输的人,他让曰产汽车挑选与日本的政府唱反调:你让我跟丰田学混合动力,我偏不。随后它搞出以前销售量最大的纯电动车汽车:日产聆风LEAF。
换句话说:若第一名丰田大力推广混合动力,则追赶者曰产挑选别的线路 ,那便是纯电动车。若第一名丰田大力推广氢燃料电池,则追赶者曰产挑选别的线路,那便是 Zero Emission曰产纯电、VC-Turbo超变擎和e-POWER混合动力等。由此可见,曰产挑选终止氢燃料电池是一种日本和服逻辑性的公司经营战略:
在竞争策略上:追赶者要挑选不一样的关键技术。在公司设计风格上:Zero Emission曰产纯电、VC-Turbo超变擎、e-POWER混合动力,全是“大好脑洞大开”的技术性;不动基本路,是曰产汽车的设计风格,一时变不上。在资源资金投入上:另外搞了纯电、汽车发动机、混合动力,再搞氢燃料电池,确实搞没动了。因而,曰产终止氢燃料电池开发设计,大量是曰产汽车的竞争策略,彻底不可以作为否认氢能的关键技术的事实论据。
氢能管理体系遮盖源网荷储用以交通出行仅仅一个细分化行业,不可以意味着氢燃料电池未可以说,氢能是未来新能源管理体系的关键组成,我们不能独立地从氢能源车看来氢燃料电池发展趋势,要立在电力能源管理体系向清理低碳环保安全性高效率转型发展的大情况出来考虑到。氢燃料电池与电磁能一样,归属于二次能源,但但凡二次能源,就会有“源网荷储”四个行业必须一同发展趋势。源:氢气是怎么造成的,包含电解水的绿氢,也包含能源化工的灰氢。网:氢气管道网或是液氢髙压气氢运送,加氢站等。荷:客户,包含氢能汽车,化工厂、钢材冶金工业等。储:储气库。在这里四个行业之中,仅有氢燃料电池汽车与一般普通百姓触碰更为密切,可是不意味着氢燃料电池汽车不行,氢能管理体系就不行。
即便是氢燃料电池,汽车不需要了,还可以做变大,还可以作为移动式的电力能源站,热冷电联供等。总而言之,氢燃料电池假如从商品和技术性方面看来,确实是个好的方位。仅仅万物复苏,密切相关,一环扣一环,人类社会便是个群居动物大生态,技术性中间推动和发展趋势也是遭受蝴蝶效应的危害,期待这一产业链可以尽早技术性提升和创建起来。
3 日本车企的氢能源电池车发展
社会正向电气化/氢气化转型,车辆的电动化进程也越来越快,氢气是实现低碳社会的有效能量载体。在日本政府的鼓励下,日本车企如丰田、本田等都氢能源汽车的研发中加快了步伐…
新能源的未来已至:丰田Mirai丰田Mirai ( 查成交价 | 车型详解 )一如其名字一样,是为未来而来的一款划时代新能源车,代表着未来交通工具能源发展的方向。Mirai采用的氢燃料电池(Hydrogen Fuel Cell)是一套将氢气和氧气蕴含的化学能经过电化学反应直接转换为电能的发电装置。
然而氢的制造储存,电堆的寿命和性能阳极材料、质子交换膜、催化剂的材料,系统的耐久和可靠都是难点。也是因为难,Mirai的量产才如此令人佩服。Mirai有两个碳纤维制的氢气瓶,最大容积122.4L,70MPa的存储压力下可以存储5kg氢气。
Mirai的驱动功率大部分直接来自于燃料电池电堆(即是功率跟随),动力系统配备的锂电池用于FCV反应堆电能暂储、制动回收电能储存,更可与FCV反应堆同时为驱动电机供能。Mirai充一次氢气仅需3-5分钟,即可恢复483km续航里程。
阻碍氢燃料电池车发展的最大因素就是“钱”。Mirai在日本售价为723.6万日元(约合人民币44.2万元),除去各种税费减免,用户也需支付498.3万日元(约合人民币30.4万元)才能把Mirai开回家,这个价格能在日本买到 皇冠 2.0T了;美国售价为57500美元(约合人民币39万元),这个价格能在美国买 雷克萨斯RX 450h了。
丰田官方发言人透露,最终在2020年,大规模量产后,成本有望降到20万元这个普通家庭能够勉强能够到的价位,但也依然困难重重。加氢站的建设离不开各个国家的基础设施的支持和投资。另外大批量制氢的技术还不理想,成本更是不低。
另外不得不提到的一点,丰田已经宣布将会在全球范围内开放5680项有关氢燃料电池技术的专利,其中包括丰田Mirai的1970项技术,放期限到2020年底为止。丰田开放专利的目的是希望企业界接受丰田的技术标准,形成事实上的统一标准,以降低技术风险。
本田Clarity紧随其后 注重氢燃料电池汽车的精细化发展
本田以“制造”、“使用”、“连接”为 理念 ,正致力于开发实现氢气社会的技术。2016年3月发售了FCV“CLARITY FUEL CELL”。为普及燃料电池车,降低成本、建立品质技术以及完善基础设施将是亟待解决的问题。
本田估算下一代汽车削减CO²排放的可能性如下: 可再生能源发电产生的电力驱动小型BEV实现CO²零排放; 利用太阳能将水电解为氢气与氧气,驱动FCV “FCX Clarity”实现CO²零排放。本田计划到2030年,将销量的2/3替换为PHEV、HEV、FCV以及BEV等零排放车辆。
作为针对氢气社会的开发理念,以使用氢气、具有终极清洁性能的FCV为中心,将一体式氢气站SHS ( Smart Hydrogen Station) 与外部供电逆变器Power Exporter 9000连接使用。本田从1996年起开启基础研究,历经20年,终于完成了FCV Clarity、SHS、Power Exporter 9000等的研发。
1.启动出租车路试
为更多人提供观察FCV、试乘FCV的机会,使人们切身感受到FCV的优势。研究FCV在出租车行业的影响,并反映至今后的开发中。目前在日本国内的投放情况是日野交通 (神奈川县) 1辆、大宫汽车 (埼玉县) 1辆、帝都汽车交通 (东京都) 2辆、仙台出租车 (宫城县) 2辆。
2.氢燃料电池战略路线图
在日本国内,根据政府主导的氢气/燃料电池战略路线图,推进FCV的投放、以及氢气基建的完善。2025-2030年期间,将完善氢气站,并开始自主扩大规模。首先以4个大城市为中心,集中完善氢气站,随后推广至二三线城市、甚至全国。2025年前后,日本政府将重点参与其中,构建普及FCV的社会基础。
氢能源汽车发展规划 阶段目标 第一阶段 扶持FCV的应用 (2015~2020年前后)氢气基建:削减氢气站成本、扩大数量 (2015~2020年前后) 第二阶段 氢气发电:实证测试 (2015~2030年前后)、正式开展 (2030年~)
大规模氢气供应:利用海外原料制造氢气,运输试验 (2015~2025年前后)、正式开展 (2030年~) 第三阶段 无CO2氢气:CCS (Carbon dioxide Capture and Storage,碳捕获与储存)、采用可再生能源的氢气制造试验 (2015~2030年前后)、正式开展 (2040年~)
丰田燃料电池卡车欲为基础设施发展带来收益
由于加氢站建设成本太高,发展滞后,在加氢站数量有限的情况下,有目的、有节奏的点对点运输是最为合适的选择。因此,日本将氢能源汽车发展方向的思考,转向了为基础设施服务,打造FCV卡车成为优先项。
以目前用户数量来看,很难将氢站视为盈利性事业,仅依靠补助金很难增加数量。而将氢站作为盈利性事业对实现氢气社会至关重要,日本将目光锁定在了7-11便利店。2017年8月,日本丰田汽车公司签订了店铺及物流中节能、减排研究相关的基本协议书,在东京都内的2区域上开始实施。
为此,丰田汽车还专门制造了两辆具备冷藏和冷冻功能的FC卡车,FC卡车的氢气储存量是轿车MIRAI的1.5倍以上,且每天氢的使用量很大。7-11便利店的FC卡车对氢能源的使用量相当于普及30辆MIRAI的效果,无形中增加了氢基础设施的利用次数。
引入氢燃料电池摩托车
2018年12月28日,日本国土交通部宣布,将修改部分规定道路运输车辆安全标准的告示,以引入氢燃料电池摩托车。氢燃料电池摩托车的新标准是:当倒地等情况发生时,氢燃料电池摩托车能防止对氢容器表面造成严重损坏甚至是破裂,要有一定的缓冲性和耐擦性。
另外,在发生碰撞事故产生加速度时,氢容器要求被固定在车辆上,防止氢容器脱离车辆。此外,氢燃料电池摩托车在运行容器安全阀时的氢气释放方向,要求为在车辆正立状态下向垂直向下释放,以使周围的人能够判断氢气排出方向。
结 氢能源车或成电驱动车终极解决方案当我们放眼一个10年,对于汽车来讲是两个 世代 更替,而对于人类在能源革命上的探索,不过历史的一瞬。新能源车是个不断在扩充的天量市场,可以容纳下众多的产品。百花齐放,胜过孤注一掷。从目前技术发展和实用化水平看,纯电动汽车虽然性能上不占优势,但是实用性和普及性上是领先于氢燃料电池车的,但今后谁能真正领先新能源汽车领域,还要看最终技术进步和实用化的最终比拼结果。(文: 韩蕊)
氢燃料汽车 丰田Mirai 刚完成十万公里测试
Honda FCV Concept首发亮相2015北美车展
展开余下全文(1/2) 2 日本车企的氢能源电池车发展 回顶部3 日本车企的氢能源电池车发展
社会正向电气化/氢气化转型,车辆的电动化进程也越来越快,氢气是实现低碳社会的有效能量载体。在日本政府的鼓励下,日本车企如丰田、本田等都氢能源汽车的研发中加快了步伐…
新能源的未来已至:丰田Mirai丰田Mirai 一如其名字一样,是为未来而来的一款划时代新能源车,代表着未来交通工具能源发展的方向。Mirai采用的氢燃料电池(Hydrogen Fuel Cell)是一套将氢气和氧气蕴含的化学能经过电化学反应直接转换为电能的发电装置。
然而氢的制造储存,电堆的寿命和性能阳极材料、质子交换膜、催化剂的材料,系统的耐久和可靠都是难点。也是因为难,Mirai的量产才如此令人佩服。Mirai有两个碳纤维制的氢气瓶,最大容积122.4L,70MPa的存储压力下可以存储5kg氢气。
Mirai的驱动功率大部分直接来自于燃料电池电堆(即是功率跟随),动力系统配备的锂电池用于FCV反应堆电能暂储、制动回收电能储存,更可与FCV反应堆同时为驱动电机供能。Mirai充一次氢气仅需3-5分钟,即可恢复483km续航里程。
阻碍氢燃料电池车发展的最大因素就是“钱”。Mirai在日本售价为723.6万日元(约合人民币44.2万元),除去各种税费减免,用户也需支付498.3万日元(约合人民币30.4万元)才能把Mirai开回家,这个价格能在日本买到 皇冠 2.0T了;美国售价为57500美元(约合人民币39万元),这个价格能在美国买 雷克萨斯RX 450h了。
丰田官方发言人透露,最终在2020年,大规模量产后,成本有望降到20万元这个普通家庭能够勉强能够到的价位,但也依然困难重重。加氢站的建设离不开各个国家的基础设施的支持和投资。另外大批量制氢的技术还不理想,成本更是不低。
另外不得不提到的一点,丰田已经宣布将会在全球范围内开放5680项有关氢燃料电池技术的专利,其中包括丰田Mirai的1970项技术,放期限到2020年底为止。丰田开放专利的目的是希望企业界接受丰田的技术标准,形成事实上的统一标准,以降低技术风险。
本田Clarity紧随其后 注重氢燃料电池汽车的精细化发展
本田以“制造”、“使用”、“连接”为 理念 ,正致力于开发实现氢气社会的技术。2016年3月发售了FCV“CLARITY FUEL CELL”。为普及燃料电池车,降低成本、建立品质技术以及完善基础设施将是亟待解决的问题。
本田估算下一代汽车削减CO²排放的可能性如下: 可再生能源发电产生的电力驱动小型BEV实现CO²零排放; 利用太阳能将水电解为氢气与氧气,驱动FCV “FCX Clarity”实现CO²零排放。本田计划到2030年,将销量的2/3替换为PHEV、HEV、FCV以及BEV等零排放车辆。
作为针对氢气社会的开发理念,以使用氢气、具有终极清洁性能的FCV为中心,将一体式氢气站SHS ( Smart Hydrogen Station) 与外部供电逆变器Power Exporter 9000连接使用。本田从1996年起开启基础研究,历经20年,终于完成了FCV Clarity、SHS、Power Exporter 9000等的研发。
1.启动出租车路试
为更多人提供观察FCV、试乘FCV的机会,使人们切身感受到FCV的优势。研究FCV在出租车行业的影响,并反映至今后的开发中。目前在日本国内的投放情况是日野交通 (神奈川县) 1辆、大宫汽车 (埼玉县) 1辆、帝都汽车交通 (东京都) 2辆、仙台出租车 (宫城县) 2辆。
2.氢燃料电池战略路线图
在日本国内,根据政府主导的氢气/燃料电池战略路线图,推进FCV的投放、以及氢气基建的完善。2025-2030年期间,将完善氢气站,并开始自主扩大规模。首先以4个大城市为中心,集中完善氢气站,随后推广至二三线城市、甚至全国。2025年前后,日本政府将重点参与其中,构建普及FCV的社会基础。
氢能源汽车发展规划 阶段目标 第一阶段 扶持FCV的应用 (2015~2020年前后)氢气基建:削减氢气站成本、扩大数量 (2015~2020年前后) 第二阶段 氢气发电:实证测试 (2015~2030年前后)、正式开展 (2030年~)
大规模氢气供应:利用海外原料制造氢气,运输试验 (2015~2025年前后)、正式开展 (2030年~) 第三阶段 无CO2氢气:CCS (Carbon dioxide Capture and Storage,碳捕获与储存)、采用可再生能源的氢气制造试验 (2015~2030年前后)、正式开展 (2040年~)
丰田燃料电池卡车欲为基础设施发展带来收益
由于加氢站建设成本太高,发展滞后,在加氢站数量有限的情况下,有目的、有节奏的点对点运输是最为合适的选择。因此,日本将氢能源汽车发展方向的思考,转向了为基础设施服务,打造FCV卡车成为优先项。
以目前用户数量来看,很难将氢站视为盈利性事业,仅依靠补助金很难增加数量。而将氢站作为盈利性事业对实现氢气社会至关重要,日本将目光锁定在了7-11便利店。2017年8月,日本丰田汽车公司签订了店铺及物流中节能、减排研究相关的基本协议书,在东京都内的2区域上开始实施。
为此,丰田汽车还专门制造了两辆具备冷藏和冷冻功能的FC卡车,FC卡车的氢气储存量是轿车MIRAI的1.5倍以上,且每天氢的使用量很大。7-11便利店的FC卡车对氢能源的使用量相当于普及30辆MIRAI的效果,无形中增加了氢基础设施的利用次数。
引入氢燃料电池摩托车
2018年12月28日,日本国土交通部宣布,将修改部分规定道路运输车辆安全标准的告示,以引入氢燃料电池摩托车。氢燃料电池摩托车的新标准是:当倒地等情况发生时,氢燃料电池摩托车能防止对氢容器表面造成严重损坏甚至是破裂,要有一定的缓冲性和耐擦性。
另外,在发生碰撞事故产生加速度时,氢容器要求被固定在车辆上,防止氢容器脱离车辆。此外,氢燃料电池摩托车在运行容器安全阀时的氢气释放方向,要求为在车辆正立状态下向垂直向下释放,以使周围的人能够判断氢气排出方向。
结 氢能源车或成电驱动车终极解决方案当我们放眼一个10年,对于汽车来讲是两个 世代 更替,而对于人类在能源革命上的探索,不过历史的一瞬。新能源车是个不断在扩充的天量市场,可以容纳下众多的产品。百花齐放,胜过孤注一掷。从目前技术发展和实用化水平看,纯电动汽车虽然性能上不占优势,但是实用性和普及性上是领先于氢燃料电池车的,但今后谁能真正领先新能源汽车领域,还要看最终技术进步和实用化的最终比拼结果。(文: 韩蕊)
氢燃料汽车 丰田Mirai 刚完成十万公里测试
Honda FCV Concept首发亮相2015北美车展
@2019
日本从上世纪80年代开始就开始布局氢能源,直到现在新能源 汽车 产业被中国比亚迪等车企按在地上摩擦,中国2022年 汽车 出口总量将超越德国,再过几年还将超越日本,因为日本的新能源走了氢能源的歪路。下面我们详细聊聊,中国新能源 汽车 必胜的原因。
能源问题是当前人类迫切需要解决的难题。不只是为了解决温室效应,降低能源成本,更重要的是在信息技术、智能自动化制造技术的帮助下,已经具备了解决这一问题的能力。
工业革命后的两三百年, 所有在能源方面的努力都是为了提升太阳能转为服务人们生产生活的有用功转换效率和提高能源载体的有效能量密度 。以前、所有的研究者都只着眼于单个环节的。如提高光伏发电效率、提高汽油发动机热效率。未曾将从太阳能到有用功当成一个系统研究。
晶硅、薄膜、钙钛矿结构等等光伏技术,聚光光热技术、锂电池、锂硫固态、氟阴离子、氢氧燃料等电池技术和新能源 汽车 。研究者投入了巨大成本、大量的人力物力精力。
但是、研究人员未曾认识到一个可怕的事实,那就是不管他们多么努力,方向选择错了。即便他们的电池技术达到所有的理论上的最大值。他们研究出来的技术都是昙花一现。
那么什么样的技术方向才是正确的呢?且看下面分析。
1 氢能?未来能源?你有没有搞错!
氢能作为一种能源载体,被人误认为是未来的最佳能源。这种错误的想法源自两个事实,一个是氢能量密度高达143MJ/KG,另外一个氢的燃料电池理论效率高达80%。
论据是正确的,结论却错了。氢气如果是车载能源,将储罐和氢气当成一个整体,其能量密度远低于汽油、也低于低过甲醇。氢燃料电池的整体STS效率也不高。所以氢能毫无竞争力,详见如下分析。
1.1 常见能源载体的能量密度。
我们先看看常见的氢气储存技术。
A. 高压储氢:氢质量含量1~5.8wt%,压力为35/45/70/90MPa,目前已经商业化。对于氢能 汽车 中的高压储罐,一般有35Mpa和70Mpa两种,储氢重量密度达到了5.7wt%。
B. 液化储氢:氢质量含量>5wt%,将纯氢冷却至-253 储存,超低温消耗能量大,成本高,优势在于储氢密度高,多用于航天、军工领域。
C. 固态吸附储氢:氢质量含量5.3 9wt%,使用以碳材料为主进行物理储氢,环境为77k、4MPa,纳米碳材料储氢性能好,还处于实验阶段。
D. 液态有机化合物储氢:氢质量含量6 8wt%,常温常压,储氢容量大,目前还处于实验阶段。
E. 金属氢化物储氢:氢质量含量1.4 3.6wt%,常温常压,安全性好,但是储氢合金存在易粉化、能量衰减和变质,目前还处于实验阶段。
F. 自然储氢:包括水储氢、甲醇储氢等。其中,水储氢的氢质量含量为11.1wt%,常温常压,能量比度高,成本高,以电解水制氢为主。甲醇储氢的氢质量含量为12.5wt%,常温常压,能量密度高,低成本,大规模甲醇制氢技术早已实现商业化,微型化甲醇制氢技术已实现突破,商业化价值极高。
上面的六种氢储能方法中,甲醇的储氢质量分数是最高的了。并且,甲醇利用热重整、质量占比12.5%的氢会成为氢单质。而甲醇的能量密度是20MJ/KG,经过热重整后得到的氢能量必定有损失。
由上面分析得到本文的重点观点:
也就是说单质氢作为能源载体,考虑储罐等存储工具后,最大氢质量密度的居然是甲醇,甲醇可以作为可再生太阳能燃料。那我们为什么还要去发展单质氢能源?
我们应该去发展甲醇这样的可再生燃料,而不是氢能源。
显然,氢,作为能源载体。考虑储罐后,其整体能量密度不及汽油一半,也低于甲醇。此外,还要考虑氢能冷却压缩灌装造成的能量损失。单质氢气的极度危险性。
那么氢氧燃料电池的能量转换效率高呢?电池发电环节,氢能效率高,并不能弥补整体系统的能量效率。借助“油井-车轮”(WTW)效率理念。本文提出“STS”即solar to service。即将太阳能转换为服务人们生产生活的有用功。STS的效率中,氢能因为经过了太阳能发电、电解水、燃料电池转换电能,这个中间多了一个氢形态的变换环节。其STS效率也低于光伏、更低于太阳能生产甲醇,甲醇直燃、内燃、重整制氢的效率。
由此可见、那些错误认为氢能是终极能源并大规模投入的人最后可能赔得很惨。
2 什么才是未来的能源?
在所有非直接利用太阳能利用方式中太阳能光伏、光热的效率是最高的,电能、热能都是服务人们生产生活的有效形式。 基于STS的观点,未来能源必定是最高效利用太阳能服务人们生产生活的能源方式。 当然,作为太阳能在地球上的能量载体,STS的评价至少包含经济价值、能量密度、系统效率和适用场合等等方面的考虑。
首先太阳能光伏是太阳能利用方式的最优方式,但光伏不能解决储能问题。
以生物质为原料、太阳能为能量来源,利用碳氢氧元素为热储能工质储能。并在夜晚发电,生产甲醇、二甲醚。而在甲醇、二甲醚的使用端。将太阳光聚光产生光热温度180~500 的中低温太阳能,重整甲醇、二甲醚、水、沼气等组份,得到氢气、一氧化碳供给直燃、内燃机、燃料电池等方式利用。
2.1 太阳能可再生燃料利用系统
图 1 太阳能可再生燃料利用系统图示
当前技术技术发生了两个重大的转变,一个是太阳能光伏发电度电成本部分地区已经低于火力发电、未来将会在全球大部分地区平价上网。另外一个转变是,新能源 汽车 的普及,而可再生燃料混动车几乎是零成本的发电平台将会是最佳的新能源 汽车 路线。利用 汽车 的分散,对应太阳能的分散、生物质的短距离收集得到了单面面积的能量密度大幅度提升,而经济成本极低。
由上面分析,未来中国的新能源 汽车 短途(200公里以内)用能以电能为主,长途(超过200公里)以混动(燃油或可再生燃料)。不用去发展什么氢能源。
法律依据:
《中华人民共和国可再生能源法》第四条国家将可再生能源的开发利用列为能源发展的优先领域,通过制定可再生能源开发利用总量目标和采取相应措施,推动可再生能源市场的建立和发展。
随着经济的发展和社会的进步,世界各国将会更加重视环境保护和全球气候变化问题,通过制定新的能源发展战略、法规和政策,进一步加快可再生能源的发展。
从目前可再生能源的资源状况和技术发展水平看,今后发展较快的可再生能源除水能外,主要是生物质能、风能和太阳能。生物质能利用方式包括发电、制气、供热和生产液体燃料,将成为应用最广泛的可再生能源技术。风力发电技术已基本成熟,经济性已接近常规能源,在今后相当长时间内将会保持较快发展。太阳能发展的主要方向是光伏发电和热利用,近期光伏发电的主要市场是发达国家的并网发电和发展中国家偏远地区的独立供电。太阳能热利用的发展方向是太阳能一体化建筑,并以常规能源为补充手段,实现全天候供热,提高太阳能供热的可靠性,在此基础上进一步向太阳能供暖和制冷的方向发展。
总体来看,最近20多年来,大多数可再生能源技术快速发展,产业规模、经济性和市场化程度逐年提高,预计在2010-2020年间,大多数可再生能源技术可具有市场竞争力,在2020年以后将会有更快的发展,并逐步成为主导能源。 多年来,世界各国为了促进可持续发展,应对全球气候变化,积极推动可再生能源发展,已积累了丰富的经验,主要是:
1、目标引导
为了促进可再生能源发展,许多国家制定了相应的发展战略和规划,明确了可再生能源发展目标。1997年,欧盟提出可再生能源在一次能源消费中的比例将从1996年的6%提高到2010年的12%,可再生能源发电量占总发电量的比例从1997年的14%提高到2010年的22%。2007年初,欧盟又提出了新的发展目标,要求到2020年,可再生能源消费占到全部能源消费的20%,可再生能源发电量占到全部发电量的30%。美国、日本、澳大利亚、印度、巴西等国也制定了明确的可再生能源发展目标,引导可再生能源的发展。
2、政策激励
为了确保可再生能源发展目标的实现,许多国家制定了支持可再生能源发展的法规和政策。德国、丹麦、法国、西班牙等国采取优惠的固定电价收购可再生能源发电量,英国、澳大利亚、日本等国实行可再生能源强制性市场配额政策,美国、巴西、印度等国对可再生能源实行投资补贴和税收优惠等政策。
3、产业扶持
为了促进可再生能源技术进步和产业化发展,许多国家十分重视可再生能源人才培养、研究开发、产业体系建设,建立了专门的研发机构,支持开展可再生能源科学研究、技术开发和产业服务等工作。发达国家不仅支持可再生能源技术研究和开发活动,而且特别重视新技术的试验、示范和推广,经过多年的发展,产业体系已经形成,有力地支持了可再生能源的发展。
4、资金支持
为了加快可再生能源的发展,许多国家为可再生能源发展提供了强有力的资金支持,对技术研发、项目建设、产品销售和最终用户提供补贴。美国2005年的能源法令明确规定了支持可再生能源技术研发及其产业化发展的年度财政预算资金。德国对用户安装太阳能热水器提供40%的补贴。许多国家还采取了产品补贴和用户补助方式扩大可再生能源市场,引导社会资金投向可再生能源,有力地推动了可再生能源的规模化发展。
据美国能源部能源情报署《国际能源展望2004》基准状态预测,全球能源消费总量将从2001年的102.4亿吨油当量增加到2025年162亿吨油当量,世界能源消费在2001-2025年将增加54%。日本、欧盟等能源机构预计,全球能源消费峰值将出现在2020-2030年。全球化石能源的枯竭是不可避免的,将在本世纪内基本开采殆尽。《BP世界能源统计2006》的数据表明,全球石油探明储量可供生产40多年,天然气和煤炭则分别可以供应65年和155年。国际能源署2005年分析认为,到2030年世界能源需求将增长60%,届时仍将有“足够”的资源可满足需求。预测未来石油需求增长的大多数将来自运输部门,运输部门占全球石油需求的份额将从现在的47%增加到2030年的54%。同时指出,C02排放也将增多,减排温室气体是一个严峻的挑战。
国际能源署认为,中东将增加投资以扩增常规石油资源产能,非常规石油资源如油砂等将得到加快开发利用,氢能将有少量应用,可再生能源将有更大发展潜力。到2030年,替代能源尤其是可再生能源,不仅将成为不可或缺的重要能源,而且将成为降低温室气体排放的重要举措。作为全球能源市场日趋重要的一个组成部分,目前中国的能源消费已占世界能源消费总量的13.6%,世界能源消费将越来越向中国和亚太地区聚集。
据预测,目前中国主要能源煤炭、石油和天然气的储采比分别为约80、15和近50,大致为全球平均水平的50%、40%和70%左右,均早于全球化石能源枯竭速度。未来5-10年,中国煤炭国内生产量基本能够满足国内消费量,原油和天然气的生产则不能满足需求,特别是原油的缺口最大。注重能源资源的节约,提高能源利用效率,加快可再生能源的开发利用,对于中国来说既重要又迫切。
二、世界可再生能源发展趋势
世界大部分国家能源供应不足,各国努力寻求稳定充足的能源供应,都对发展能源的战略决策给予极大的重视,其中可再生能源的开发与利用尤为引人注目。化石能源的利用会产生温室效应,污染环境等,这一系列问题都使可再生能源在全球范围内升温。
从目前世界各国既定能源战略来看,大规模的开发利用可再生能源,已成为未来各国能源战略的重要组成部分。自上个世纪90年代以来可再生能源发展很快,世界上许多国家都把可再生能源作为能源政策的基础。从世界可再生能源的利用与发展趋势看,风能、太阳能和生物质能发展最快,产业前景最好,其开发利用增长率远高于常规能源。
风力发电技术成本最接近于常规能源,因而也成为产业化发展最快的清洁能源技术,风电是世界上增长最快的能源,年增长率达27%。国际能源署的研究资料表明,在大力鼓励可再生能源进入能源市场的条件下,到2020年新的可再生能源(不包括传统生物质能和大水电)将占全球能源消费的20%,可再生能源在能源消费中总的比例将达30%,无论从能源安全还是环境要求来看,可再生能源将成为新能源的战略选择。
三、世界部分国家可再生能源发展目标
2004年,美国、德国、英国和法国可再生能源发电占总发电量的比重分别为1%、8%、4.3%和6.8%;到2010年将分别达到7.5%、20.5%、10%和22%;到2020年将都提高到20%以上;到2050年,德国和法国可再生能源发电将达到50%。韩国可再生能源消费比重将由2004年的2.1%提高到2010年的5%。日本和中国的可再生能源消费比重将由2004年的3%和7.5%提高到2010年的10%左右,2020年分别达到20%和15%。
四、世界部分国家可再生能源利用进展
美国正在加大可再生能源研发和利用力度,2005年美国能源部能源研发总投资7.66亿美元,其中可再生能源研发投资占了42%。美国制定了庞大的太阳能发电计划,克林顿政府出台的“百万屋顶计划”将在1997年到2010年里,安装总容量达4.6亿兆瓦的光伏发电系统。
德国新的《可再生能源法》,为投资可再生能源提供了可靠的法律保障。德国制定了《未来投资计划》以促进可再生能源的开发,迄今投入研发经费17.4亿欧元。2004年,德国可再生能源发电量占总发电量的8%,年销售额达100亿欧元。风力发电占可再生能源发电量的54%,太阳能供热器总面积突破600万平方米。法国。法国推出了生物能源发展计划,2007年之前将生物燃料的产量提高3倍,使起成为欧洲生物燃料生产第一大国。具体内容是建设4个生物能源工厂,年均生产能力达到20万吨,生物燃料的总产量将从目前的45万吨上升到125万吨,用于生产生物燃料的作物面积也将达到100万公顷。由于生物燃料目前成本比汽油和柴油贵2倍,法国已出台一系列优惠措施,鼓励生物燃料的生产和消费。
英国把研究海洋风能、潮汐能、波浪能等作为开发新能源的突破口,设立了5000万英镑的专项资金,重点开发海洋能源。不久前,在苏格兰奥克尼群岛的世界首座海洋能量试验场正式启动。英国第一座大型风电场一直在不断发展,目前风电装机总量已达650兆瓦,可满足44万多个家庭的电力需求,近期还将建设10座类似规模的风电场。
日本官方报告,将从2010年正式启动生物能源计划,并与美国和欧盟共同开发可再生能源,建设500个示范区。预计将投资2600亿日元,而与之有关的产品和技术将成为日本新工业战略的重要组成部分。
其他国家和地区。一些发展中国家如中国、印度、印度尼西亚和巴西等国家,越来越重视可再生能源对满足未来发展需求的重要性。中国制定实施了《可再生能源法》,编制了《可再生能源中长期发展规划》,将大力发展可再生能源并确定了明确目标。印度成立了可再生能源部,政府全力推动可再生能源资源的开发利用,目前印度在风电和太阳能利用规模方面已居于世界前列。东盟国家也开始重视可再生能源的开发工作。10个成员国各自都有了发展可再生能源的计划,包括地热、水电、风能、太阳能和来自棕榈或椰子油的植物燃料等。按东盟计划,到2010年各成员国的可再生能源电力将达到2.75万兆瓦,其中印尼、菲律宾和泰国将成为领先者。