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东京晴海旗:氢能小镇样板什么样?

日期:2021-06-09    来源:能源评论

国际氢能网

2021
06/09
17:39
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关键词: 氢能 丰田 氢能小镇

受新冠疫情影响,在距离7月23日的东京奥运会开幕还有不到50天的时候,日本延长了国内第三波紧急状态。据了解,不同于前两轮紧急状态,本轮紧急状态关系着一个多月后东京奥运会的命运。不过,不管能否如期举办,东京奥运会确实践行了其举办“最绿色”奥运的口号,尤其是其奥运村的相关配套设施。

2013年9月,在国际奥委会第125次全会上,东京申奥CEO水野正人用英文做出承诺:“东京有45亿美元的现金储备,随时可以为奥运建设所使用。”这个条件,最终帮助东京打败对手马德里,拿到奥运会举办权。

申奥成功后,这笔关键资金流向和奥运建设有关的诸多领域,特别是东京奥运村所在地——晴海新城。

晴海新城位于东京东南,20世纪50年代,这里就因建成了供东京车展等重大展览使用的东京国际见本市会场而名声大噪。20世纪80年代,会场因设施老化与交通不便关闭,加上东京湾沿岸开始进行水岸开发计划,晴海新城开始了一轮新的基础建设,很快,这里就变身为一个办公大楼与高层公寓林立的街区。

为了迎接奥运会, 晴海新城启动实施了又一轮升级改造,改造于2020年基本完成。为准备这场奥运所做出的努力和成果,并没有因奥运会的延期而消失。晴海新城的氢能就是成果之一。

打造氢能小镇

晴海新城的建设目标之一,是实现自然和社会环境可持续发展。为此,建设者把这里的住宅建筑群打造为日本首个全方位使用氢燃料能源系统的小镇——晴海旗。

晴海旗和氢能相关的建设分为三部分:一是快速公交系统和燃料电池汽车的氢供应站;二是为公共空间和商业建筑安装新一代燃料电池;三是为所有的居民住宅安装氢燃料家用电池。

其中,最受人关注的无疑是安装在每家每户的燃料电池。晴海旗使用的氢燃料家用电池EneFram来自松下集团,作为日本最大的家用电器制造商,松下集团很早就参与氢能源技术研制,2009年就向市场推出了第一代氢燃料家用电池。

所谓氢燃料家用电池,就是将氢注入燃料电池,利用氢与氧的化学反应产生电能和热能的燃料电池。因为这个化学反应过程的副产品只有水,不排放任何二氧化碳,因此被认为是未来能源替代的终极解决方案。

近年来,松下集团已经实验性开发了几处小型的氢能住宅小区,取得了一定的经验。根据松下对EneFram的介绍,和化石能源发电相比,氢能源发电的能效更高,更重要的是,在氢能生电的过程中同时会产生大量的热,可以用于向居民提供热水和供暖。

从第一代EneFram投入市场至今,设备已进行了多次升级和完善,在效率、使用寿命、噪声、体积和运维上都有了很大的改进,成本和价格也不断下降。

除了氢电转换技术外,晴海旗还充分利用数字技术、信息和通信技术与新能源相结合来提高社区服务质量,降低运营成本和资源消耗。在这里,每座建筑都有数据采集 器,采集到的能耗数据被送到管理中心进行分析,用以了解居民当前的用电趋势、预计用电高峰,以自动形成最佳供电方式。

福岛核电站事故发生以后,日本对新能源发展的安全性更为重视。在晴海旗的建筑上,建设者特别安装了750个能源安全监测摄像头,将系统运行的情况传送到控制中心。

晴海旗用于发电的氢能来自附近的集中供氢站,为了预防地震和气压异常等危险情况,管理者对供氢管道也进行实时监控。任何异常情况发生时,管道都会自动关闸,并采取保护措施。

参与晴海新城建设的东京燃气公司的工程师说,氢能除了高能效和零排放等优点以外,还可以实现大规模和长期的储存,在大型灾害发生的时候,氢能可以保证家庭一年的电力供应。因此,氢能发电的应用范围会更广,未来将会有更多类似晴海旗的氢能小镇将会出现。

创建氢能社会

在全球范围内,日本的氢能开发起步早,但初期速度不快。福岛核电站事故发生以后,核电全部停运,日本只能靠增加进口天然气和煤炭等化石能源发电,这使得日本的能源自给率从近20%降至6%~7%。于是,寻找清洁、安全和高效的替代能源成为日本国家能源战略的主要目标。此前一直缓慢发展的氢 能,被推上了快车道。

2014年,日本丰田推出了世界第一款氢能源车,日语意为“未来”。2年后,日本本田也推出了Clarity氢能源车。截至2020年年底,日本全国已有氢能汽车3757辆,计划在2030年前实现80万辆。

在发展氢能源车的同时,日本也大力开发家庭用氢燃料电池。2016年 3月,东京市政府宣布了关于环境和可持续性的计划,声明“建立一个氢社会的倡议”,其中包括了两大目标:一是到2020年东京奥运会开幕时,将氢能的使用量增加一倍;二是为奥运村“启动全面的氢供应系统”。正因为这两个目标,晴海旗得以诞生。

2017年12月,日本公布了氢能战略,明确提出“创造一个氢能社会”。战略具体目标包括建设大量的加氢站、用氢燃料汽车代替燃油汽车、用氢能发电代替煤炭和天然气发电、发展家庭用热电联供燃料电池,并且建立起氢能的生产、储存和输送的全球性供应链。

正如日本经济产业省氢气和燃料电池战略办公室主任白井俊之所说,氢气之所以具有吸引力,是因为它可以用化石燃料、风力或阳光等各种资源生产,而且与电力不同,它还可以从任何地方进口。

当下,这条氢能全球性供应链已经初步形成。据悉,日本制造的全球首艘液化氢专用运输船将在年内首航。届时,由澳大利亚褐煤制成的氢气,将被液化后压缩储存,并通过这条专用运输船送至日本,形成氢能社会的支撑。

好愿景还是乌托邦?

在展望日本氢能开发利用的美好前景时,我们也应该明确,看似高能效、零排放的氢能实际上仍然存在不少问题。

氢能本身是很清洁的能源,用氢环节只排放水,这可以减缓温室效应对地球气候的影响,但制氢环节则不同。

用传统化石能源生产的氢称为“灰氢”。由于它使用化石能源,因此生产成本相对较低,但碳排放量大,这是目前日本制氢最常用的方法,也是最主流的制氢方法。据统 计,灰氢占当今全球氢产量的90%以上。

用传统能源加上碳捕集技术生产的氢称为“蓝氢”,它是越来越多的制氢企业正在考虑制得的氢。用可再生能源生产的氢称为“绿氢”。绿氢是真正实现二氧化碳零排放的氢能,但由于获得“绿氢”的成本很高,目前仍没有大规模应用。

为了实现本国的二氧化碳减排目标,实现氢能的零排放。日本企业直接从外国进口氢作为本国氢能燃料,从而避免制氢过程大量二氧化碳的排放。但是,氢需要在零下253摄氏度液化后才能储存和运输,这也是造成氢能应用价格很高的原因之一。

以日本为例 ,目前投入运行 的3000多辆氢燃料汽车主要是政府机构购置的, 晴海旗的住宅价格也高于本地区同等级普通住宅的价格。

除了高成本,进口氢能的方式虽然降低了本国的二氧化碳排放量,但从全球的角度看,它并没有真正起到减少二氧化碳排放的作用。气候问题是全球的问题,即使某个国家达到零排放目标,也不可能独善其身。拆东墙补西墙的做法阻止不了地球环境的恶化,只有世界各国共同努力,地球才能得以正常呼吸。

所以,氢能应用尽管有诱人的前景,但实施起来困难重重。但好在,晴海旗的建设为我们打开了一扇窗,透过它,我们看到了问题,也看到了希望。


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