随着燃料电池技术持续突破和相关配套设施不断完善，国内氢能船舶时代即将到来。
▲10月11日，氢燃料电池动力示范船“三峡氢舟1”号在湖北宜昌三峡游客中心(九码头)完成首航。该示范船为钢铝复合结构，总长49.9米、型宽10.4米、型深3.2米，氢燃料电池额定输出功率为500千瓦，续航里程可达200公里。人民图片
近日，我国首艘氢燃料电池动力示范船“三峡氢舟1”号在湖北宜昌完成首航。这是国内首艘入级中国船级社氢燃料电池动力船，首航成功标志着氢燃料电池技术在内河船舶应用实现零的突破，对加快内河航运绿色低碳发展具有示范意义。
目前，氢燃料电池在船舶领域应用迎来巨大机遇，中国船舶、国氢科技、大连物化所等企业先后主导实现了船用燃料电池认证、氢燃料电池无人船试航等项目。业内人士认为，随着燃料电池技术持续突破和相关配套设施不断完善，国内氢能船舶时代即将到来。
船运减排突破口
近年来，新能源动力推进技术应用成为绿色船舶的重要发展方向。氢燃料电池技术在船舶上应用可实现能源高效、零排放和船舶舒适度提升，是绿色船舶的理想动力推进装置。据测算，“三峡氢舟1”号相比传统燃油动力船舶，每年可替代燃油103.16吨，减少二氧化碳排放343.67吨。
根据国际海事组织的数据，全球航运业的温室气体排放量约占世界总排放量的2.5%，航运业污染治理和向可持续能源转型的压力越来越大。运输船舶作为污染排放大户，也加快转型步伐，选择燃料电池船作为突破口。
中国船级社武汉分社处长贾思庆介绍，2018年4月，国际海事组织通过全球首个航运业温室气体减排初步战略，计划到2030年碳排放强度降低40%，到2050年降低70%，碳排放总量降低50%，于本世纪内尽快逐步停止海运温室气体排放。
“我国航运减排总体发展思路是以清洁能源为核心，以动力技术、能效技术为辅助措施的综合减排路径。”中船第七一二研究所燃料电池事业部副主任叶东浩指出，相比传统船舶动力系统，氢燃料电池系统具有能量转化效率高、噪声低、零排放等优势，契合船舶低碳转型需求。
“目前，我国关于氢能船舶的规范法规已陆续发布，包括技术法规、船舶应用指南、产品检验指南等，为燃料电池在船舶领域应用提供了全面的技术支持和服务。”贾思庆说。
系统性能要求高
值得关注的是，与氢能车辆相比，氢能船舶面临不同的运行环境，对氢燃料电池系统提出了更高要求。
未势能源科技有限公司技术中心燃料电池系统部总监崔天宇表示，在功率方面，一般100千瓦-300千瓦级就可以满足氢能车辆整车动力要求，而根据不同氢能船舶的规格，一般在200千瓦-1000千瓦级才能满足船舶动力要求，兆瓦级别氢能船舶是未来发展方向。
“在应用场景上，氢能船舶应用在高湿、高盐度的环境中，相比于车辆，氢能船舶对燃料电池系统的耐腐蚀性要求更高，同时要求有更高的安全性和可靠性；另外，氢能船舶的倾斜摇摆角度比氢车要求更高，这要求船舶燃料电池系统能够在多角度下保证系统正常运行。”崔天宇指出，燃料电池系统的布置需求也不一致。“氢能汽车布置空间有限，要求燃料电池系统有更高的集成度；而氢能船舶布置空间大，对集成度要求不高，但要求系统布置能够便于维修和维护。”
为满足氢能船舶运行需求，崔天宇指出，需要设计大功率燃料电池系统，并进行模块化设计，通过“模块化组装”满足不同船的动力要求。“目前，国内船舶全部采用气态储氢方案，存在储氢量不多的问题，不能满足船舶长续航要求，需要开发液态储氢方案，提高储氢系统能量密度。同时，氢能船舶的安全设计也尤为重要，需要进行安全监测系统、通风系统及自动灭火系统等设计，保证氢能船舶运行安全。”
除系统性能外，加氢基础设施也需要满足船舶大量、快速充氢需求。据了解，“三峡氢舟1”号能源补给站是国内首个内河码头型制氢加氢一体站，利用三峡电站发出的清洁电能进行电解水制氢，直接供给氢能船舶。示范站包括200标准立方米/小时PEM电解水制氢系统、500公斤/日加氢系统、船用氢气加注系统、车用氢气加注系统、8标准立方米/小时氧气充装系统等相应配套附属设施，可实现240公斤/小时的氢气安全快速充装。
多元技术融合发展
目前，适用于船舶应用的燃料电池主要是质子交换膜燃料电池(PEM)和固体氧化物燃料电池(SOFC)，此外，纯氢内燃机也有望成为氢能船舶动力的重要选择。
崔天宇表示，PEM的理论综合效率可达到80%以上，具有能量转换效率高、环境友好、工作温度低、启停响应快等优点，但也存在需要贵金属催化剂、氢气纯度要求高，且储氢系统能量密度不高等缺点。目前，全球已建成的氢燃料动力船舶主要以PEM动力船为主，如“三峡氢舟1号”、“蠡湖号”等。
在SOFC方面，崔天宇认为，SOFC具备发电效率高、寿命长、燃料选用范围广、容易液化和储存，且能耗更低等优势，但也存在工作温度高、启动时间长、动态响应差等缺点。
“总体来看，PEM和SOFC都具有创造长距离、零排放航运的巨大潜力。中短期内，PEM将被广泛应用，而从长期来看，SOFC将拥有更大应用空间。”崔天宇说。
除燃料电池外，氢内燃机也是未来低碳、零碳海洋船舶动力的主流选择。“内河船舶由于载重吨位相对较小，对动力装置推进功率与能量的需求没有远洋船舶高，因此，内河船舶适用温室气体减排技术路径相对更加多样化。”叶东浩进一步指出，而对于远洋船舶而言，内燃机将成为其低碳转型的主流选择之一。
