日本氢能及燃料电池示范项目

JapanHydrogen&FuelCellDemonstrationProject(JHFC)日本氢能及燃料电池示范项目为减缓全球温室效应和减少对有限的石油资源的依赖。燃料电池车是在交通领域减少二氧化碳排放和减少对石油依赖的关键新技术之一。1.日本的能源战略中长期能源战略的主要目标包括(a)能源储备；(b)二氧化碳排放减少；(c)降低石油依存度。日本的能源战略框架：2.日本、美国、欧洲能源战略比较日、美、欧都将减少二氧化碳排放和降低石油依存度作为最终目标。战略二氧化碳的减少能源效率的提高降低石油依存度其它日本新国家能源战略到2030年能源效率提高30％（2003年开始）石油依存度：20032030总依存度：47％40％交通领域：98％80％到2030年核能发电占有率为30-40％美国新能源启动计划氢燃料启动计划对中东石油的依存度：到2025年，从20％降到5％到2017年生物燃料的采用达到30％；设定燃料电池车在2020年进入市场的时间表欧洲欧洲能源政策到2020年减少20％的二氧化碳排放；能源效率提高20％可再生能源的比重增加到20％；生物燃料的采用增加到10％“安全稳定的能源供应”“环境适应性”“工业竞争力”能源政策基本法规规定时期内制定的关键能源政策的目标框架(-2013)能源基本计划（2003）能源基本计划（2007）能源需求/供应的展望(2008)预计2030年能源需求/供应的上升趋势，及为中长期能源战略提供建议。2030年能源需求/供应的展望（2005）到2050年二氧化碳排放减少50％为能源安全制定的日本中长期（－2030）能源战略。目标：总能源储备增长30％；总的石油依存度为40％；交通领域石油依存度为80％；核能发电率为30-40％新国家能源战略(2006)CoolEarth50(2007)阐释实现新国家能源战略目标的方法：“新一代电池”；“氢能和燃料电池”；“清洁柴油”；“生物燃料”；“ITS”下一代汽车和燃料的解决途径（2007）技术路线创造新产业的技术目标和创造产品需求的措施和服务的实现3.未来车用燃料的能源路线主要任务是减少对石油的依赖，达到减少50％二氧化碳排放的长期目标：z初级能源：核心为生物能源、核能和自然能源z车用燃料：核心为生物燃料、氢和电z利用可再生能源和核能结合发电或制氢(采用二氧化碳采集和存储技术CCS)能从根本上减少二氧化碳排放汽车汽车燃料（能源来源）初级能源来源吸收石油天然气煤生物能核能水力发电风能，太阳能提炼压缩重整＋CCS生产CO2CO2CCSCO2高温分解发电PG+CCSCO2CO2CCSCO2氢气生物燃料电汽油柴油液化气压缩天然气内燃机车氢内燃机车电动车燃料电池车电解CO2排放车辆行驶时CO2零排放内燃机使用生物燃料可减少CO2排放，但供应受限制4.燃料电池车(FCV)和电动车(EV)的特点比较z燃料电池车和(FCV)和电动车(EV)在能源效率和二氧化碳排放方面非常优秀，但在商业化方面依然存在很多困难。z燃料电池车和(FCV)和电动车(EV)都是电动车，有共用技术，与混合动力车也有共用技术项目电动车(EV)氢燃料电池车(FCV)总能源效率（油井--车轮）（welltowheel）ⅰ0.94MJ/km0.99MJ/km二氧化碳排放（油井--车轮）（welltowheel）ⅰ49.0g-CO2/km58.2g-CO2/km续驶里程100-200km350-830km车辆燃料加注时间数小时几分钟燃料运输使用电网缺乏输送网络基础设施服务站投资小投资大ⅰ行使1公里消耗的初级能源和排放的二氧化碳（来源：JHFCReportonWelltoWheelTotalEfficiency）5.燃料电池车(FCV)研发的目标z为实现中长期能源战略的目标（如，减少二氧化碳的排放，降低对石油的依赖），可供选择的关键的能源有生物能、核能及可再生能源。可选择的关键的汽车燃料有生物燃料，电及氢气。z利用生物燃料所涉及的技术问题比较少，但关键问题是生物燃料的供应是有限的。z电动车效率比较高，而且能减少二氧化碳排放，但是续驶里程有限，蓄电池性能的制约，需长时间充电。z燃料电池车在性能和便利性方面可与汽油车相比。但是，燃料电池技术、氢存储技术及基础设施方面存在诸多挑战。6.燃料电池车推广和加氢站面临的难题（1）车的技术障碍日本FuelCellCommercializationStrategyBoard在2001年确定的燃料电池车技术目标：项目目标值（2010年）燃料电池堆的功率密度≧1.3kW/L燃料电池堆的耐久性≧5000小时10年内30000-60000次启动/关机堆的成本≤4000日元/kW车的效率～60%氢的储存（续驶里程）车载氢气：≧5kg续驶里程：≧500km来源：FuelCellCommercializationStrategyBoard（燃料电池商业化战略部门）实际上通过制造商的研发，一些难题已得到解决，耐久性和成本障碍方面虽未解决但已取得一定进展。NENO,METI和FCCJ都明确了解决技术难题的技术发展路线图和目标时间。虽然他们制定的技术目标值与“FuelCellCommercializationStrategyBoard”定的相当，但都推迟了预定执行时间。难题目前2015左右2020-2030车辆的效率50％（LHV）60%(LHV)大于60%(LHV)耐久性1000小时5000小时大于5000小时运行温度大约80℃-30℃＜T＜90～100℃（大约）-40℃＜T＜100～200℃（大约）堆的成本几十万日元/kW10000日元/kW＜4000日元/kWLHV:低热值来源：NEDO《技术路线图2008》（2）基础设施的技术难题z应有降低加氢站建设成本的有效技术z在商业化初期阶段政府对发展基础设施的支持非常重要（a）氢气成本在现有的规定和技术条件下，一个中型加氢站为燃料电池车加满氢气的情况下，氢气的成本估计是1236-1656日元/kg，折算成相当的汽油成本(不含税)为145-194日元/L。目前实际普通汽油价格为160日元/L，实际不含税成本为99日元/L，只有氢气成本的1/2-2/3。所以，必需找到能降低氢气成本的技术。项目氢气的成本估计1kg1236～1656日元1m3110～147日元相当于汽油（不含税）145～194日元假设：工程费用：6亿日元折旧年限：5-10年城市燃气价(天然气或石油气)：54.3日元/m3内燃机汽车汽油消耗量：11.7km/L燃料电池车燃料消耗量：100km/kg-H2（b）加氢站工程费用项目加氢站建设成本加氢站6亿日元―――降低至――1.5亿日元天然气加气站1亿日元加油站几千万日元（3）公共议题z为能启动氢燃料电池车宣传介绍，2005年3月底之前完成了6部法律中28条款的审查修订。z为了解决与燃料电池车相关的社会障碍，关键是通过推进相关法规和标准的颁布实施使氢气供应设施顺利推广。7.燃料电池车技术的发展（1）现在的技术情况（2）技术目标8.在燃料电池车和加氢站的推广工作上取得的成就为有效解决技术和公共议题，需要在基础研究、技术发展、示范项目和标准制定等方面形成反馈和协调机制。（1）氢和燃料电池车的相关组织FCCJ（FuelCellCommercializationConferenceofJapan）日本燃料电池商业化协会基础研究技术开发示范测试标准国家项目识别技术难题引进新技术大学，研究机构JARI、ENAA基础设施建设者能源供应商车制造商识别技术难题引进新技术识别技术难题引进新技术识别技术难题符合制造要求提供数据提供数据建议标准制定机构政府，内阁工业贸易部：NEDO教育科技部：JST土地建设交通部环保部NEDO:NewEnergyandIndustrialTechnologyDevelopmentOrganization,JST:JapanScienceandTechnologyAgencyJARI:JapanAutomobileResearchInstitute,ENAA:EngineeringAdvancementAssociationofJapan（2）燃料电池/氢能发展预算日本近几年对氢能和燃料电池车的国家研发项目的投入快速增长，项目重点在基础研究上。9.日本氢燃料电池示范项目(JHFC)概要日本氢燃料电池示范项目（JHFC）从2002年开始，2002年-2005年为第一阶段，2006-2010年为第二阶段。该项目由“燃料电池车等的示范研究”和“氢基础设施示范研究”两部分组成，并都是受日本工贸部(METI)资助的“燃料电池系统示范研究”项目中的一部分。该示范项目通过燃料电池车公开上路测试和加氢站的运作促进公众对燃料电池和氢能技术的接受，以及收集国际认可的数据用以分析和评估总的能源效率、环境友好性和氢基础设施的成本。（1）JHFC项目目标：关于燃料电池车和氢基础设施a.根据实际运行情况，确定仍存在的问题b.为法规、标准的制定收集数据c.为促进公众的了解，向公众提供相关的知识教育d.核实氢和燃料电池车的能源节约（燃料经济性）、环境友好性e.确定技术和政策的趋势（2）示范测试的参与者汽车制造商z燃料电池技术开发z车载储氢的研发z车的开发z内部行驶测试能源公司：z制氢技术研发z氢储运技术的研发z加氢站的研制示范运行：z上路行驶z向特定客户出租z加氢站的建设和运作z提高燃料电池车的耐久性和可靠性z基础设施硬件技术的发展z加氢站运作专有技术的发展z加氢站的相关标准制定和可靠性的确认（3）JHFC示范项目中注册的车辆，到2007年至，共有60辆，包括：z43辆燃料电池轿车：TOYOTAFCHV;NISSANX-TRAILFCV;HONDAFCX;GMHrdroGen3;DAIMLERA-ClassF-Cell;SUZUKIMRwagonFCVz12辆氢内燃机轿车：MAZDARX-8HydrogenRE;BMWHydrogen7z5辆燃料电池客车：TOYOYA、HINO（4）到2007年，该项目共建了12个加氢站，其中东京地区9个。10.示范项目的成果（1）燃料电池车的环境效应通过采集车辆在实际使用过程中的行驶里程和消耗的氢气量收集示范的数据。在JHFC的第一阶段,通过对燃料电池车、内燃机车和混合动力车的燃料消耗量进行比较，可以看到燃料电池车（FCV）具有较好的燃料经济性。根据收集到的示范数据，“Well-to-Wheel”总能源效率和总二氧化碳排放方面，燃料电池车优于混合动力车(HEV)和内燃机车(ICV)。“Well-to-Wheel”的定义：总能量效率包括从初始能源的开采、生产、运输、燃料补给到车辆行驶所涉及的各种能源的消耗。（2）加氢站的储氢压力都升级到70MPa(700bar)（3）JHFC项目努力通过公共教育提高公众对氢能和燃料电池车的认知度。11.与国外示范项目的比较（1）世界主要示范项目日本：JHFC美国：DOE；CaFCP欧洲：LighthouseProject(HyFLEET；CUTE；Zero-Regio；HyCHAIN)德国：CEP（2）项目时间z日本JHFC是世界上第一个为燃料电池车商业化通过示范运行获得行驶数据的政府燃料电池车示范项目z美国DOE项目以技术可靠性作为研究的主要目标，比JHFC晚两年开始z欧洲燃料电池客车示范项目，比JHFC晚一年启动z美国加州CaFCP项目是世界上第一个通过FCV实际上路行驶收集运行数据和提高公众认知度的项目。项目地区200020012002200320042005200620072008JHFC日本准备阶段第一阶段第二阶段DOE研究示范美国准备阶段第一阶段CUTE/ECTOS(客车项目)欧洲，冰岛准备阶段第一阶段HyFLEET:CUTE(客车项目)欧洲，澳大利亚，中国第二阶段指导性项目Zero-Regio(车辆项目)欧洲第一阶段第二阶段CEP德国准备阶段第一阶段CaFCP美国第一阶段第二阶段第三阶段（3）项目规模日、美、欧氢/燃料电池项目比较（至2007年）出资部门预算（亿日元/年）测试