石油產(chǎn)品、煤炭和天然氣仍然主導(dǎo)著日本的能源系統(tǒng)。2019年，可再生能源在日本能源供應(yīng)總量中只占6%，在最終能源消耗中的份額為8%。大約三分之一的可再生能源來自生物質(zhì)能源。2011年福島核災(zāi)難后，核能被淘汰，通過化石能源（主要是天然氣）的增加來補(bǔ)償。近年來，可再生電力（最初主要是水力發(fā)電）正在增長，特別是太陽能，但也有一些以生物質(zhì)發(fā)電。煤炭仍然占日本電力產(chǎn)量的三分之一，而且尚未出現(xiàn)任何大幅下降。日本的熱量供應(yīng)和運(yùn)輸燃料仍然主要是基于化石燃料。在交通領(lǐng)域，日本正高度關(guān)注可持續(xù)航空燃料(SAF)。
日本有進(jìn)一步部署生物質(zhì)能源的重要機(jī)會(huì)，特別是通過固體生物質(zhì)取代煤炭，增加運(yùn)輸領(lǐng)域的生物燃料和沼氣，還可以利用垃圾焚燒發(fā)電。
1.國家概況
日本國土總面積36.5萬平方公里，1.27億人口。日本大約三分之二的土地面積是林地，11%的土地面積是耕地。日本有非常有利的地理和氣候生長條件，因此農(nóng)林生物質(zhì)具有重要的潛力。
從能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)上看，日本的人均最終能源消耗約為2.2 噸油當(dāng)量 (toe)，與IEA生物質(zhì)能成員國人均能源消費(fèi)平均值相當(dāng)（如表1所示）。
表1. 2019年日本全行業(yè)人均能源最終消費(fèi)分布
在政策方面上，2020 年10 月 26 日，日本首相菅義偉宣布，日本的目標(biāo)是到 2050年將溫室氣體排放量減少到零，使日本成為碳中和、脫碳社會(huì)。日本的目標(biāo)是到 2030年將溫室氣體排放量比 2013年的水平減少 46%，并計(jì)劃到 2030年在電力供應(yīng)中使用 36% 至 38% 的可再生能源。
如圖1所示，2019 年日本的能源供應(yīng)總量為 17.4 EJ，其中化石燃料（石油、煤炭、天然氣）占 88%。石油產(chǎn)品（6.7 EJ）是主要燃料，占能源供應(yīng)總量的 38%。煤炭占另外 28% (4.8 EJ)，天然氣約占 22% (3.9 EJ)?？稍偕茉磧H占總能源供應(yīng)的 6.3%，其中約 40% 是生物能源。
在過去的 15 年里，日本的能源供應(yīng)總量實(shí)際上已經(jīng)從 2005 年的 22 EJ 下降。目前為 17 EJ，平均每年下降近 2%。煤炭量在 4.9 EJ 左右非常穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)任何下降（與其他工業(yè)化國家相比）。石油產(chǎn)品仍占主導(dǎo)地位，但已從 2000 年代初期的 10 EJ 下降到近年來的 7 EJ。到 2010 年，核能占 TES 的 3 EJ 或 15%，但在2011 年 3月福島事故后下降到零。最近略有回升，達(dá)到 TES 的 4%（0.7 EJ）。天然氣在 2000 年代從 2.7 到 3.5 EJ 穩(wěn)步增長。隨著核能的突然淘汰能量，它一步增加到 4.4 EJ。近年來，這一數(shù)字再次略微下降至 2019 年的 3.9 EJ 水平?？稍偕茉丛谶^去 10 年中穩(wěn)步增長，盡管水平相當(dāng)溫和（從 TES 的 3.5% 到 6.3%）。水電在 300 PJ 左右相當(dāng)穩(wěn)定，而生物質(zhì)能源在過去 10年從 300 PJ 穩(wěn)步增加到 400 PJ。主要增長的是太陽能，同期從 30 PJ 增加到 250 PJ。
圖1：2000年至2019年日本能源供應(yīng)量及組成
2.生物質(zhì)能總體發(fā)展
圖2主要介紹了日本生物質(zhì)能變化過程。生物質(zhì)能源供應(yīng)總量從 2000 年初的 200 PJ 增加到 2019 年的 400 PJ。固體生物質(zhì)燃料是日本生物質(zhì)能源的主要類型，其中主要增長是用于發(fā)電供熱行業(yè)的生物質(zhì)燃料。固體生物質(zhì)能源在工業(yè)中的應(yīng)用相當(dāng)穩(wěn)定，在110 PJ左右。住宅、商業(yè)和公共建筑中固體生物燃料的使用率要低得多約為57 PJ?？稍偕鞘泄腆w廢物在 2010 年初達(dá)到 26 PJ 的歷史最高水平后于近年來降至 15 PJ。2010 年左右日本引入了生物質(zhì)燃料（尤其是生物乙醇），但數(shù)量仍然相當(dāng)少約為17 PJ。過去 10 年，日本開發(fā)了少量的沼氣約為9 PJ。
圖2：2000年至2019年日本生物質(zhì)能供應(yīng)量及組成
3.日本生物質(zhì)能在不同部門的使用
生物質(zhì)能在電力、交通和供熱等終端能源消費(fèi)中的占比約為2.7 %。其中生物質(zhì)發(fā)電占總用電量的2.7%；生物質(zhì)燃料占交通運(yùn)輸能源消耗的0.6%，而生物質(zhì)能供熱為3.9%。
3.1 電力
從電力能源結(jié)構(gòu)來看，化石燃料在日本發(fā)電量中的占比最大約為總發(fā)電量的四分之三。天然氣占比 38% (385 TWh) 和煤炭 占比32% (330 TWh)。2010 年之前，核能發(fā)電占總發(fā)電量的 25% 至 30%（約 280 TWh）之間。在福島災(zāi)難之后，這一比例降至零，近些年來僅略微恢復(fù)至 6%（65 TWh）的水平。2011年以來核電的下降主要是由天然氣以及一些石油和煤炭的增加來彌補(bǔ)的。近年來，石油正降至非常低的水平（占發(fā)電總量的 3.5%），天然氣略微下降至 385 TWh（從其峰值 430 TWh）。煤炭保持穩(wěn)定在 330 TWh 左右?？稍偕娏χ饕撬Πl(fā)電，在過去幾十年中產(chǎn)生了 75 到 95 TWh，占日本發(fā)電量的 8%。生物質(zhì)發(fā)電的作用不大，但略有增長（目前約為 3%）。太陽能從 2010 年的 3.5 TWh 大幅增長到 2020 年的 70 TWh，目前占發(fā)電量的 7%。風(fēng)力發(fā)電量非常低，僅為 8 TWh (0.8%) 。
圖3：2000年至2019年日本電力供應(yīng)量及組成
3.2 供熱和燃料領(lǐng)域應(yīng)用
圖4展示了近20年來日本燃料和供熱演變過程。過去二十年里，燃料和供熱的消耗總量在逐年遞減，，但在 2019 年仍主要由化石燃料主導(dǎo)（占 93%），其中石油產(chǎn)品占 44%，天然氣占 30%，煤炭占 20%。另外 2% 來自不可再生廢物。直接使用生物質(zhì)供熱占 4%（160 PJ）——這個(gè)數(shù)量在過去十年中相當(dāng)穩(wěn)定，其中大約三分之二用于工業(yè)，另外三分之一用于商業(yè)和公共建筑。太陽熱能在 2000年占總熱量消耗的 0.6%（30 PJ），但這一比例在最近幾年正顯著下降。
圖4：2000年至2019年日本供熱和燃料供應(yīng)量及組成
3.3 交通運(yùn)輸業(yè)的應(yīng)用
圖5顯示了日本交通運(yùn)輸中使用的能源類型。日本交通運(yùn)輸?shù)恼w能源使用量正在穩(wěn)步下降，與 10 年前相比減少了 10%。汽油是主要燃料，占運(yùn)輸燃料消耗的 55%；柴油占33%，其他油基燃料（主要是航空燃料）占 8%。
圖5：2000年至2019年日本交通運(yùn)輸業(yè)供應(yīng)量及組成
生物燃料僅占運(yùn)輸能源消耗的 0.6%，主要集中在生物乙醇上。生物乙醇在 2010 年推出了，并維持在 8 PJ 的水平，到2019年這一水平略微增加到 17 PJ。生物柴油的使用量要更低約為 0.5 PJ（圖6）。
圖6：2000年至2019年日本交通運(yùn)輸業(yè)可再生能源供應(yīng)量及組成
4.日本生物質(zhì)能研究重點(diǎn)
日本在2014-2021財(cái)年制定一批當(dāng)?shù)乜沙掷m(xù)生物質(zhì)能源系統(tǒng)示范項(xiàng)目。為實(shí)現(xiàn)利用區(qū)域特色的最佳生物質(zhì)能源系統(tǒng)，從原材料采購、能源轉(zhuǎn)換技術(shù)、能源利用和整體系統(tǒng)四個(gè)角度進(jìn)行了35項(xiàng)可行性研究。其中，實(shí)施了被評(píng)價(jià)為具有商業(yè)潛力的7個(gè)示范項(xiàng)目和1個(gè)技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目，其結(jié)果已反映在促進(jìn)每個(gè)地區(qū)生物能源可持續(xù)利用的指導(dǎo)發(fā)針中。
新能源和工業(yè)技術(shù)開發(fā)組織 (NEDO) 已委托三菱重工、JERA 公司、東洋工程公司和日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)開發(fā)生物航空燃料項(xiàng)目的生產(chǎn)技術(shù) (JAXA) 致力于開發(fā)以廢木為原料的燃料生產(chǎn)技術(shù)，IHI Corporation 致力于開發(fā)微藻燃料生產(chǎn)技術(shù)。每種技術(shù)生產(chǎn)的生物航空燃料于 2021 年 6 月 17 日作為可持續(xù)航空燃料 (SAF) 供應(yīng)給 JAL 和 ANA 定期航班。該燃料是通過氣化 FT 合成技術(shù)生產(chǎn)的，該技術(shù)從氣化實(shí)木木質(zhì)纖維素衍生的合成氣中合成液體燃料，以及 (2) 加氫精煉技術(shù)，該技術(shù)從微藻中提煉油。這兩種技術(shù)均已確認(rèn)符合 SAF 的國際標(biāo)準(zhǔn) ASTM D7566。這將為到 2050 年實(shí)現(xiàn)碳中和鋪平道路，并有助于減少航空領(lǐng)域的溫室氣體排放。
5.總結(jié)
從能源結(jié)構(gòu)來看，目前化石能源依舊是日本主要的能源來源，被廣泛的運(yùn)用到電力、供暖和交通等多個(gè)領(lǐng)域。近些年來，日本政府對(duì)生物航空燃料領(lǐng)域進(jìn)行大量研發(fā)資金的投入。因此，我國也需要積極研發(fā)生物航空燃料相關(guān)技術(shù)，以取得先機(jī)。
評(píng)論