氫能船舶時代將至

　　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。這是國內首艘入級中國船級社氫燃料電池動力船，首航成功標志著氫燃料電池技術在內河船舶應用實現零的突破，對加快內河航運綠色低碳發展具有示范意義。

　　目前，氫燃料電池在船舶領域應用迎來巨大機遇，中國船舶、國氫科技、大連物化所等企業先后主導實現了船用燃料電池認證、氫燃料電池無人船試航等項目。業內人士認為，隨著燃料電池技術持續突破和相關配套設施不斷完善，國內氫能船舶時代即將到來。

　　■■ 船運減排突破口

　　近年來，新能源動力推進技術應用成為綠色船舶的重要發展方向。氫燃料電池技術在船舶上應用可實現能源高效、零排放和船舶舒適度提升，是綠色船舶的理想動力推進裝置。據測算，“三峽氫舟1”號相比傳統燃油動力船舶，每年可替代燃油103.16噸，減少二氧化碳排放343.67噸。

　　根據國際海事組織的數據，全球航運業的溫室氣體排放量約占世界總排放量的2.5%，航運業污染治理和向可持續能源轉型的壓力越來越大。運輸船舶作為污染排放大戶，也加快轉型步伐，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業溫室氣體減排初步戰略，計劃到2030年碳排放強度降低40%，到2050年降低70%，碳排放總量降低50%，于本世紀內盡快逐步停止海運溫室氣體排放。

　　“我國航運減排總體發展思路是以清潔能源為核心，以動力技術、能效技術為輔助措施的綜合減排路徑。”中船第七一二研究所燃料電池事業部副主任葉東浩指出，相比傳統船舶動力系統，氫燃料電池系統具有能量轉化效率高、噪聲低、零排放等優勢，契合船舶低碳轉型需求。

　　“目前，我國關于氫能船舶的規范法規已陸續發布，包括技術法規、船舶應用指南、產品檢驗指南等，為燃料電池在船舶領域應用提供了全面的技術支持和服務。”賈思慶說。

　　■■ 系統性能要求高

　　值得關注的是，與氫能車輛相比，氫能船舶面臨不同的運行環境，對氫燃料電池系統提出了更高要求。

　　未勢能源科技有限公司技術中心燃料電池系統部總監崔天宇表示，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，而根據不同氫能船舶的規格，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展方向。

　　“在應用場景上，氫能船舶應用在高濕、高鹽度的環境中，相比于車輛，氫能船舶對燃料電池系統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能夠在多角度下保證系統正常運行。”崔天宇指出，燃料電池系統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，但要求系統布置能夠便于維修和維護。”

　　為滿足氫能船舶運行需求，崔天宇指出，需要設計大功率燃料電池系統，并進行模塊化設計，通過“模塊化組裝”滿足不同船的動力要求。“目前，國內船舶全部采用氣態儲氫方案，存在儲氫量不多的問題，不能滿足船舶長續航要求，需要開發液態儲氫方案，提高儲氫系統能量密度。同時，氫能船舶的安全設計也尤為重要，需要進行安全監測系統、通風系統及自動滅火系統等設計，保證氫能船舶運行安全。”

　　除系統性能外，加氫基礎設施也需要滿足船舶大量、快速充氫需求。據了解，“三峽氫舟1”號能源補給站是國內首個內河碼頭型制氫加氫一體站，利用三峽電站發出的清潔電能進行電解水制氫，直接供給氫能船舶。示范站包括200標準立方米/小時PEM電解水制氫系統、500公斤/日加氫系統、船用氫氣加注系統、車用氫氣加注系統、8標準立方米/小時氧氣充裝系統等相應配套附屬設施，可實現240公斤/小時的氫氣安全快速充裝。

　　■■ 多元技術融合發展

　　目前，適用于船舶應用的燃料電池主要是質子交換膜燃料電池(PEM)和固體氧化物燃料電池(SOFC)，此外，純氫內燃機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到80%以上，具有能量轉換效率高、環境友好、工作溫度低、啟停響應快等優點，但也存在需要貴金屬催化劑、氫氣純度要求高，且儲氫系統能量密度不高等缺點。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，崔天宇認為，SOFC具備發電效率高、壽命長、燃料選用范圍廣、容易液化和儲存，且能耗更低等優勢，但也存在工作溫度高、啟動時間長、動態響應差等缺點。

　　“總體來看，PEM和SOFC都具有創造長距離、零排放航運的巨大潛力。中短期內，PEM將被廣泛應用，而從長期來看，SOFC將擁有更大應用空間。”崔天宇說。

　　除燃料電池外，氫內燃機也是未來低碳、零碳海洋船舶動力的主流選擇。“內河船舶由于載重噸位相對較小，對動力裝置推進功率與能量的需求沒有遠洋船舶高，因此，內河船舶適用溫室氣體減排技術路徑相對更加多樣化。”葉東浩進一步指出，而對于遠洋船舶而言，內燃機將成為其低碳轉型的主流選擇之一。