隨著燃料電池技術(shù)持續(xù)突破和相關(guān)配套設(shè)施不斷完善，國內(nèi)氫能船舶時代即將到來。

▲10月11日，氫燃料電池動力示范船“三峽氫舟1”號在湖北宜昌三峽游客中心(九碼頭)完成首航。該示范船為鋼鋁復(fù)合結(jié)構(gòu)，總長49.9米、型寬10.4米、型深3.2米，氫燃料電池額定輸出功率為500千瓦，續(xù)航里程可達(dá)200公里。

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近日，我國首艘氫燃料電池動力示范船“三峽氫舟1”號在湖北宜昌完成首航。這是國內(nèi)首艘入級中國船級社氫燃料電池動力船，首航成功標(biāo)志著氫燃料電池技術(shù)在內(nèi)河船舶應(yīng)用實(shí)現(xiàn)零的突破，對加快內(nèi)河航運(yùn)綠色低碳發(fā)展具有示范意義。

目前，氫燃料電池在船舶領(lǐng)域應(yīng)用迎來巨大機(jī)遇，中國船舶、國氫科技、大連物化所等企業(yè)先后主導(dǎo)實(shí)現(xiàn)了船用燃料電池認(rèn)證、氫燃料電池?zé)o人船試航等項目。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，隨著燃料電池技術(shù)持續(xù)突破和相關(guān)配套設(shè)施不斷完善，國內(nèi)氫能船舶時代即將到來。

船運(yùn)減排突破口

近年來，新能源動力推進(jìn)技術(shù)應(yīng)用成為綠色船舶的重要發(fā)展方向。氫燃料電池技術(shù)在船舶上應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)能源高效、零排放和船舶舒適度提升，是綠色船舶的理想動力推進(jìn)裝置。據(jù)測算，“三峽氫舟1”號相比傳統(tǒng)燃油動力船舶，每年可替代燃油103.16噸，減少二氧化碳排放343.67噸。

根據(jù)國際海事組織的數(shù)據(jù)，全球航運(yùn)業(yè)的溫室氣體排放量約占世界總排放量的2.5%，航運(yùn)業(yè)污染治理和向可持續(xù)能源轉(zhuǎn)型的壓力越來越大。運(yùn)輸船舶作為污染排放大戶，也加快轉(zhuǎn)型步伐，選擇燃料電池船作為突破口。

中國船級社武漢分社處長賈思慶介紹，2018年4月，國際海事組織通過全球首個航運(yùn)業(yè)溫室氣體減排初步戰(zhàn)略，計劃到2030年碳排放強(qiáng)度降低40%，到2050年降低70%，碳排放總量降低50%，于本世紀(jì)內(nèi)盡快逐步停止海運(yùn)溫室氣體排放。

“我國航運(yùn)減排總體發(fā)展思路是以清潔能源為核心，以動力技術(shù)、能效技術(shù)為輔助措施的綜合減排路徑?！敝写谄咭欢芯克剂想姵厥聵I(yè)部副主任葉東浩指出，相比傳統(tǒng)船舶動力系統(tǒng)，氫燃料電池系統(tǒng)具有能量轉(zhuǎn)化效率高、噪聲低、零排放等優(yōu)勢，契合船舶低碳轉(zhuǎn)型需求。

“目前，我國關(guān)于氫能船舶的規(guī)范法規(guī)已陸續(xù)發(fā)布，包括技術(shù)法規(guī)、船舶應(yīng)用指南、產(chǎn)品檢驗(yàn)指南等，為燃料電池在船舶領(lǐng)域應(yīng)用提供了全面的技術(shù)支持和服務(wù)?！辟Z思慶說。

系統(tǒng)性能要求高

值得關(guān)注的是，與氫能車輛相比，氫能船舶面臨不同的運(yùn)行環(huán)境，對氫燃料電池系統(tǒng)提出了更高要求。

未勢能源科技有限公司技術(shù)中心燃料電池系統(tǒng)部總監(jiān)崔天宇表示，在功率方面，一般100千瓦-300千瓦級就可以滿足氫能車輛整車動力要求，而根據(jù)不同氫能船舶的規(guī)格，一般在200千瓦-1000千瓦級才能滿足船舶動力要求，兆瓦級別氫能船舶是未來發(fā)展方向。

“在應(yīng)用場景上，氫能船舶應(yīng)用在高濕、高鹽度的環(huán)境中，相比于車輛，氫能船舶對燃料電池系統(tǒng)的耐腐蝕性要求更高，同時要求有更高的安全性和可靠性；另外，氫能船舶的傾斜搖擺角度比氫車要求更高，這要求船舶燃料電池系統(tǒng)能夠在多角度下保證系統(tǒng)正常運(yùn)行?！贝尢煊钪赋?，燃料電池系統(tǒng)的布置需求也不一致。“氫能汽車布置空間有限，要求燃料電池系統(tǒng)有更高的集成度；而氫能船舶布置空間大，對集成度要求不高，但要求系統(tǒng)布置能夠便于維修和維護(hù)?！?/p>

為滿足氫能船舶運(yùn)行需求，崔天宇指出，需要設(shè)計大功率燃料電池系統(tǒng)，并進(jìn)行模塊化設(shè)計，通過“模塊化組裝”滿足不同船的動力要求?！澳壳?，國內(nèi)船舶全部采用氣態(tài)儲氫方案，存在儲氫量不多的問題，不能滿足船舶長續(xù)航要求，需要開發(fā)液態(tài)儲氫方案，提高儲氫系統(tǒng)能量密度。同時，氫能船舶的安全設(shè)計也尤為重要，需要進(jìn)行安全監(jiān)測系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)及自動滅火系統(tǒng)等設(shè)計，保證氫能船舶運(yùn)行安全?！?/p>

除系統(tǒng)性能外，加氫基礎(chǔ)設(shè)施也需要滿足船舶大量、快速充氫需求。據(jù)了解，“三峽氫舟1”號能源補(bǔ)給站是國內(nèi)首個內(nèi)河碼頭型制氫加氫一體站，利用三峽電站發(fā)出的清潔電能進(jìn)行電解水制氫，直接供給氫能船舶。示范站包括200標(biāo)準(zhǔn)立方米/小時PEM電解水制氫系統(tǒng)、500公斤/日加氫系統(tǒng)、船用氫氣加注系統(tǒng)、車用氫氣加注系統(tǒng)、8標(biāo)準(zhǔn)立方米/小時氧氣充裝系統(tǒng)等相應(yīng)配套附屬設(shè)施，可實(shí)現(xiàn)240公斤/小時的氫氣安全快速充裝。

多元技術(shù)融合發(fā)展

目前，適用于船舶應(yīng)用的燃料電池主要是質(zhì)子交換膜燃料電池(PEM)和固體氧化物燃料電池(SOFC)，此外，純氫內(nèi)燃機(jī)也有望成為氫能船舶動力的重要選擇。

崔天宇表示，PEM的理論綜合效率可達(dá)到80%以上，具有能量轉(zhuǎn)換效率高、環(huán)境友好、工作溫度低、啟停響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，但也存在需要貴金屬催化劑、氫氣純度要求高，且儲氫系統(tǒng)能量密度不高等缺點(diǎn)。目前，全球已建成的氫燃料動力船舶主要以PEM動力船為主，如“三峽氫舟1號”、“蠡湖號”等。

在SOFC方面，崔天宇認(rèn)為，SOFC具備發(fā)電效率高、壽命長、燃料選用范圍廣、容易液化和儲存，且能耗更低等優(yōu)勢，但也存在工作溫度高、啟動時間長、動態(tài)響應(yīng)差等缺點(diǎn)。

“總體來看，PEM和SOFC都具有創(chuàng)造長距離、零排放航運(yùn)的巨大潛力。中短期內(nèi)，PEM將被廣泛應(yīng)用，而從長期來看，SOFC將擁有更大應(yīng)用空間?！贝尢煊钫f。

除燃料電池外，氫內(nèi)燃機(jī)也是未來低碳、零碳海洋船舶動力的主流選擇?！皟?nèi)河船舶由于載重噸位相對較小，對動力裝置推進(jìn)功率與能量的需求沒有遠(yuǎn)洋船舶高，因此，內(nèi)河船舶適用溫室氣體減排技術(shù)路徑相對更加多樣化?！比~東浩進(jìn)一步指出，而對于遠(yuǎn)洋船舶而言，內(nèi)燃機(jī)將成為其低碳轉(zhuǎn)型的主流選擇之一。