日本的“水素”热情

史川轩

日本东京都中央区晴海有一片围海而成的土地，一个名为HARUMI FLAG的在建项目引人瞩目，项目由三井、三菱、住友等日本知名财团旗下的地产公司联合开发，这里将成为2020年东京奥运会的奥运村所在地。奥运会结束后，内部设施拆除后会重新装修向外出售，成为一个5600户家庭、12000人口的大型社区。

东京奥运村共有5种主力户型，大体有62-106平方米，售价在0.6亿-1.3亿日元左右（约合380-820万元人民币）。HARUMI FLAG的光环不只是奥运，日本许多知名公司将此打造为新技术试验场。

其中一项是氢能源的使用，松下与东京燃气合作，会为每户家庭搭载家用燃料电池ENE.FARM，打造全日本首个全户搭载“燃料电池+蓄电池+智能HEMS （家庭能源管理系统） ”的社区，许多家庭可实现电力自给;松下还计划在公用部分提供4处纯氢燃料电池，并在区域内修建氢管线，向街区和车辆提供氢。

在日本，氢能源称为“水素”，视为未来核心的能源战略。根据2017年2月制定的“氢能源基本战略”，日本计划在2030年实现氢能发电的商业化，推进可大量生产、运输氢的全球性供应链建设。其实，日本的产业界已更早行动起来，多项成果已落地，商业化全球领先。

松下的新家电

松下在东京奥运村推出的ENE.FARM，是日本的家庭用分布式氢燃料电池项目，其运作原理是，从家用天然气中提取氢，然后，将氢气与氧气发生化学反应，用于发电，且产生的热能以热水形式回收，供家用以及取暖使用。

传统系统发电的能源利用率只有41%，ENE.FRAM系统则可以实现电能、热能的综合利用，将能源利用率提升到97%。据测算，利用该设备，一户普通家庭一年可减少1.4吨温室气体的排放。

在地震多发的日本，维持一个相对独立的电力供应，有很多现实价值。目前，松下家用燃料电池设备的发电功率为0.7kW，足够一般家庭使用，如有多余的电能，可上网售电。

据松下智能能源系统事业部的河村典彦介绍，日本一般电价约为1度电25日元，家庭燃料电池的发电，1度电成本约为20日元，同时产生大量热水，这样直接取代了热水器，综合考虑下来，按照每台设备100万日元计，一般10年左右即可收回投资。

公开资料显示，日本对于家用燃料电池的兴趣可追溯到1999年，并于2005年启动一个大型家用燃料电池示范项目。截至2009年，试点期间累计销售分布式燃料电池系统只有约5000套，其后，日本政府开始提供补贴，销量节节攀升。

截至2019年6月，全日本已累计售出超过30万台，松下一家售出16万台，占据一半市场份额。日本政府有更加雄心勃勃的计划，2030年，计划实现累计530万台的目标，届时，将有10%的家庭会引入这种设备，并可能成为一种新的标配电器。

松下也以不断的技术迭代提升设备性价比，2009年起，10年时间推出了6代产品，每隔2年进行一次改型设计，改进功能和可用性，燃料电池系统价格快速下降，已由之前超过300万日元/台降低到100万日元/台，安装面积从3.9平方米下降到1.5平方米，这样，政府补贴额度得以不断下降，从2009年的140万日元/台降至2018年的4万日元/台，直至2019年完全取消，完全实现商业化。

河村典彦告诉《21CBR》记者，家用燃料电池一般使用在两个场景：一是新建住宅的装修;二是原有住宅的翻修，尤其需更换热水器时，很多人会选择这种新设备。

松下的燃料电池计划并不限于家用，其已公开宣布，计划在2021年4月上市纯氢燃料电池。家用燃料电池需配备从天然气中提取氢的装置，而纯氢燃料电池则直接使用氢，其特点是相对小型化，与蓄热水装置组合起来，可利用热水实现热电联供，也能通过安装多台支持大功率，应用于加氢站和小型商业设施，帮助其实现电力自足，未来，晴海项目也将配备相关设施。

目前，松下已在多地开始纯氢燃料电池的测试，比如位于横滨纲岛的ENEOS氢气站，其纯氢燃料电池利用氢气站的氢气进行发电，为附设的氢展厅“Suiso terrace”提供电力，设备输出功率为5kW，足够展厅使用。

“氢化”交通

在日本，丰田、本田、ENEOS等公司则在交通领域推动氢的使用，关键应用是燃料电池汽车（FCV）和加氫站。

氢具有很高的能量密度，释放能量足以使汽车发动机运转，且氢与氧气在燃料电池中发生化学反应只生成水，没有污染。丰田、本田均已推出高续航里程的氢燃料电池汽车，将车载储气罐中储存的氢气，以车载燃料电池发电后驱动电动机运行的电动汽车，代表车型是丰田的MIRAI和SORA（巴士），本田车型为Clarity Fuel Cell，性能大体与MIRAI保持在同一水平，两者也是全球少数能量产的氢能源车。

丰田在FCV的推进上尤为积极，丰田汽车社长丰田章男曾形容：“氢燃料汽车是丰田未来非常关键的一部分。”MIRAI也是最具代表性的氢能源车。

MIRAI一词在日语里是“未来”的意思，在2014年开始量产销售，现在日本国内普及约3200辆，燃料电池是该车的核心技术之一，其新型燃料电池组的体积功率密度为3.2kW/L，电池组体积缩小到37L，重量减小到56公斤，车内的两个储氢瓶可承受 700 个大气压的压强，且其氢燃料电池的能源转化率高，较当今全球能源转化率最高的内燃机效率高出两倍不止。而且，FCV的使用不只无碳，也无大气污染物。

在推进车辆氢动力化的同时，全日本已开设109处氢气站，根据日本经产省执行的“氢和燃料电池战略路线图”，2030年目标普及80万FCV，到时将有约900座氢站。

目前，占据国内燃油市场50%份额的JXTG能源集团（ENEOS为其核心品牌），其氢站网络在全国居首，已在四大城市圈布局41座，占比接近四成，其中分成加油站一体型、单独型和移动式。为保证氢站的稳定供应，2016年3月，JXTG在日本横滨的本牧事业所开设了氢生产发送中心，以液化石油气为原材料，大规模集中制取氢气。

记者在横滨纲岛ENEOS加氢站看到，一辆车加氢只要3-5分钟，MIRAI一次加满约需氢5公斤，每公斤氢的售价为1080日元（约合人民币68元），可行驶600公里，平均每公里燃料成本在0.5元人民币左右。

当然，氢气在交通领域的大规模商用依然面临很多挑战。

比如 FCV本身量产化和低成本化的课题，需要进一步延长续航距离，并且投放大众消费车型。以MIRAI为例，2018年的車辆价格高于700万日元（约为46.6万元人民币），比一般混合动力车（HV）车高出300万日元。日本计划到2020年左右，将两种车的成本差距缩小到180万日元，2025年进一步缩至70万日元。

就氢站而言，降低氢供应成本，降低建设和运营成本也是当务之急。在访谈中得知，目前，一个氢气站的建设成本高达4亿-5亿日元，是一般加油站的4-5倍。JXTG正致力于氢气供应商设备的小型化，立求在2020年后半叶实现氢站完全商业化运营，届时将充分利用起13000座的加油站网络，进行整合运营。

万事俱备

日本发展氢气的热情，与其国情密切相关。

日本能源奇缺，尤其福岛核电事故后，更加倚重进口的化石能源，其能源自给率迅速下降，从2010年的19.9%降至2012年的6%。

目前，日本一次能源约94%来自化石能源，主要为进口，这不止危及能源安全，也加剧了日本的减排压力。按照《巴黎协定》，以2013年二氧化碳排放量为基准，日本须在2030年前降低26%，到2050年下降80%。日本曾一度将太阳能视作重要的解决路径，然而，太阳能稳定性天然较弱，冲击电力网络，多家电力公司其后宣布停止收购太阳能。

发展氢能源的好处则是多方面的，不仅限于环保减排。比如，氢能生产方法多样，最简单的方法是电解水，也能以煤炭焦化或气化的方法制取，ENE.FARM则是用天然气制氢，可稳定供给，保证能源安全，且能源密度约为一般电池的7倍，易于长期存储和运输。

重要的是，氢能源暗含着一种零排放的能源解决路径。比如，借力太阳能、风能及海洋能等可再生资源发电，以电制得氢气，将氢用作中间载能体进行调节，将过剩的可再生能源转为氢储能，再通过电网转为可控的电能。松下在日本山梨已经开展相关实证测试，其太阳能面板获取电能，用来水电解制氢，储存的氢气可经其纯氢燃料电池发电，实现可再生能源的平滑使用。

氢气在安全层面的问题也基本得以解决，氢气本身拥有易挥发、不易爆炸的特性，在运输途中的危险性非常小。日本在压缩后装入“储氢瓶”，以电磁阀、安全阀、溢流阀、热熔栓、手动截止阀、温度传感器、压力传感器等辅助安全装置，已有效地解决氢气存储及泄漏问题，大幅降低汽车剧烈碰撞时氢气爆炸的可能。

在氢气站的安全性方面，JXTG等公司已有10年以上的技术实证和经验，为保证氢气的利用，利用氢的扩散性进行开放设计，确保与场地边界和公路等的距离，用各种设备检测器监控氢泄漏、温度、压力等指标，防范地震、火灾等异常情况。日本行业协会甚至在2018年5月，制定了“自助充填指导方针”，比如，在纲岛ENEOS加氢站，用户可自助在氢站加氢。

为加速氢气事业的开展，支持氢气站本身的商业化，2018年2月，丰田、日产、JXTG等11家公司宣布联合成立“Japan H2 Mobility（下称JHyM）”，联手打造全球第一个框架，促进在日本全境部署加氢站，确立的基础目标是2020年新建160个氢气站，普及约4万辆FCV，JHyM的生态圈在不断扩大，现在已有23家公司参加，遍及基础设施、汽车制造、金融投资三大领域。

可以说，日本氢能源开发利用已万事俱备，渐成星火燎原之势，并在全球居于领先地位。比如，丰田公司的燃料电池专利数量居世界首位，其专利涉及从制氢到整车装备的所有环节，截至2018年9月，包括在建的氢气站以内，日本也以134座、34%的全球占比遥遥领先。虽然汽车电池路线之争尚未有定论，但其潜力不容小觑。

同时，政府正在快速推进相关产学研的联合行动。根据日本经产省2019年3月修订的“氢和燃料电池战略路线图”，日本拟在车辆价格、开发新一代充填机（缓和冷却设备）、提高密封材料和软管的耐用性、以远程监控实现氢站运营自动化、在氢站使用低成本钢材等领域持续努力，以更快速度加快商业化步伐，提高产业竞争力。

2020年东京奥运会也将成为日本展示氢能源技术的重要舞台，包括松下的ENE.FARM家用燃料电池，氢能源将会用于奥运相关的多个场景，而HARUMI FLAG奥运村项目将有望成为展示氢技术的样板小区。