氫能或成為航運業減排主力

　　當前，航運業應對溫室氣體減排的壓力越來越大，需要尋找替代能源以減少二氧化碳等廢氣污染物排放。氫能是具有廣闊前景的綠色船舶能源，對我國航運業實現減排目標具有重要意義。

　　“脫碳”減排

　　2018年11月，交通運輸部出臺《船舶大氣污染物排放控制區實施方案》，劃定了排放控制區域，明確規定自2019年1月1日起，海船進入排放控制區，應使用硫含量不大于0.5%m/m的船用燃油。2020年1月1日起，海船進入內河控制區，應使用硫含量不大于0.1%m/m的船用燃油。基于氫燃料電池在船舶領域應用優勢明顯，且不產生溫室氣體，因此氫燃料電池船舶成為船舶業實現綠色轉型的重要選擇。

　　2022年3月，國家發展改革委、國家能源局印發《氫能產業發展中長期規劃(2021—2035年)》，明確了氫能在未來國家能源體系的重要戰略地位，氫能產業將是戰略性新興產業和未來產業重點發展方向。

　　相較鋰電池而言，氫燃料電池船舶具有加注時間短、續航里程長、功率密度高等特點，因此在大功率、長航程等場景下，氫能船舶優勢會更加明顯。

　　“隨著高密度氫能制儲運發展、成本大幅降低、燃料補給站規模化及燃料電池技術進步，氫能燃料將會成為新一代內河船舶主流能源，近海及遠洋船舶的輔助能源。”中國船舶集團首席專家，中國船舶集團第七一二研究所(簡稱“七一二所”)研究員/博導彭元亭表示。

　　據權威研究機構預測，到2050年，全球用于能源目的的氫氣生產支出將達到6.8萬億美元，氫能在中國能源體系中的占比約為10%，氫氣需求量接近6000萬噸，年經濟產值超過10萬億元。目前國內各地均出臺了不同的氫能產業補貼政策，有力支持氫燃料產業技術發展。

　　應用提速

　　氫作為能源主要以兩種形式的動力裝置應用于船舶：一是應用于傳統內燃機，包括純氫內燃機或與氨/甲醇等燃料一起使用的混燒型內燃機;二是應用于新型動力裝置——燃料電池。

　　使用氫內燃機作為船舶動力，具有對船體結構改變小、耐久性高、對氫氣純度要求低、生產成本低、易產業化等優點，但其熱效率相對燃料電池較低，且氫內燃機會產生氮氧化物等排放。相較之下，氫燃料電池具有能量轉換效率高、振動噪音低、技術成熟度高等優勢，其效率可達50%—80%，排放產物只有水，因此目前在船用領域發展較為迅速。

　　2019年12月，在第20屆上海國際海事會展上，七一二所發布了擁有自主知識產權的全國首臺500kW級船用燃料電池系統解決方案，為助推我國綠色船舶發展提供了新的動力。

　　2021年1月，大連海事大學牽頭制造的中國第一艘燃料電池游艇“蠡湖”號通過試航，該船采用燃料電池和鋰電池組成混合動力系統，船型及動力等接近于國外的對標船型，而對于電動船最為關鍵的續航指標已略有優勢。

　　2021年5月，在丹灶仙湖畔，廣東省內首艘氫能源船舶——由廣東中氫博創產業發展有限公司研發的“仙湖1號”氫能游船在丹灶仙湖下水。該船采用了佛山市攀業氫能源科技有限公司生產的30kW氫燃料電堆。

　　2022年5月，由三峽集團長江電力與七一二所合作研發建造的國內首艘內河氫燃料電池動力工作船——“三峽氫舟1號”，在廣東省中山市正式開工建造。這是國內首艘入級中國船級社(CCS)的氫燃料電池動力工作船。

　　2023年3月，國內首艘氫電混合新能源高端旅游觀光船，在江西省九江市九江湖心新能源船艇科技園內正式開始建造，這標志著國內氫能船舶自此進入商業化應用階段。

　　由此可見，目前國內氫能船舶主要應用案例是內河領域的游船，包括觀光船、公務船等。從“面世”的氫能船舶來看，國內在該領域已掌握了船用燃料電池系統設計等多項技術，商業化應用潛力初顯。

　　難題突破

　　近年來，全球都在競相研發氫動力船，以加快推進脫碳船舶的進程。然而，技術瓶頸仍是當前氫能產業面臨的共性問題，對于氫能船舶來說，可主要分為船用燃料電池系統、供氫技術兩方面。

　　“對于船用燃料電池系統，其壽命瓶頸在燃料電池電堆、氫氣循環泵等關鍵零部件，要求5萬小時以上;而國內氫燃料電池電堆的壽命約1萬小時，在關鍵材料穩定性、結構設計以及操作策略等方面仍需加強研究開發。”彭元亭表示。

　　在供氫技術方面，目前的儲氫方式很多，包括高壓氣態儲氫、固態儲氫、液氫、液氨、有機液體儲氫、甲醇等，在儲氫密度、排放、安全性、補給保障性等方面各有特色，需要針對不同的船型、排放要求、水域和應用周邊的燃料補給保障條件決定選用特定氫源，需要進一步開發新型高效高安全性船用儲供氫技術(美國能源部雙7%指標)，以及快速補給技術，以滿足船舶應用各個方面的要求。

　　截至目前，中國海事局法規《氫燃料動力船舶技術與檢驗暫行規則(2022)》、中國船級社(CCS)規范《船舶應用燃料電池發電裝置指南》，以及CCS產品檢驗指南《氫燃料電池》《氫氣瓶》和《重整裝置》的編制和頒布工作相繼完成，這些法規、規范和產品檢驗指南的頒布標志著國內氫燃料動力船舶將正式進入工程化應用階段，初步形成了體系性的標準。

　　但與法規和規范配套的船舶行業標準及營運安全監管等標準體系仍然需要進一步完善，標準仍然空缺。需要配合CCS開展如氫燃料補給、不同燃料電池種類在船舶上應用、燃料電池在不同尺寸和船型上應用等方面的規范研究。

　　千里之行，始于足下。按照國內產業發展經驗，遵循“項目示范—小規模示范應用—大規模示范推廣—商業化推廣”的產業發展規律，因此找對場景、選對技術方案、積累數據和技術迭代是首要工作。

　　中國作為造船大國、航運大國，必須跟上國際船舶電動化發展的腳步，抓住船舶電動化轉型發展的機會，快速形成燃料電池船舶的實踐項目，制定各類標準、探索產業化技術和模式，打造綠色氫能船舶大國。(來源：中國水運報)