日前，湖北宜昌印發(fā)《宜昌市氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃 (2023-2035年)》，提出建設(shè)宜昌船舶工業(yè)園等氫能船舶研發(fā)及制造產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)，依托三峽壩區(qū)碼頭、景區(qū)、礦區(qū)等地建設(shè)多個(gè)氫能應(yīng)用示范點(diǎn)。

“雙碳”背景下，氫燃料電池在船舶領(lǐng)域的應(yīng)用迎來巨大機(jī)遇。截至目前，中國船舶、國氫科技、大連物化所、中氫創(chuàng)博等企業(yè)分別主導(dǎo)實(shí)現(xiàn)了氫能船舶核心部件認(rèn)證、船用燃料電池認(rèn)證、氫燃料電池?zé)o人船試航等項(xiàng)目。國內(nèi)氫燃料電池船舶示范運(yùn)營蓄勢待發(fā)，但與此同時(shí)，船舶用站、燃料補(bǔ)給、電池應(yīng)用等標(biāo)準(zhǔn)還需完善。

契合船舶業(yè)低碳轉(zhuǎn)型需求

國務(wù)院印發(fā)的《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》提出，加快老舊船舶更新改造，發(fā)展電動(dòng)、液化天然氣動(dòng)力船舶，深入推進(jìn)船舶靠港使用岸電，因地制宜開展沿海、內(nèi)河綠色智能船舶示范應(yīng)用。

“應(yīng)用低碳/零碳能源，是實(shí)現(xiàn)水運(yùn)領(lǐng)域碳達(dá)峰碳中和的重要路徑。”中船第七一二研究所燃料電池事業(yè)部副主任葉東浩指出，中國船級(jí)社對四種不同情形下國內(nèi)船舶二氧化碳排放量進(jìn)行了測算，如果不使用低碳/零碳燃料，國內(nèi)船舶二氧化碳排放量將持續(xù)增長；如果僅使用液化天然氣（LNG）燃料，2035年之前無法實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰；如果綜合使用LNG和零碳燃料，國內(nèi)船舶領(lǐng)域有望在2028年實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰。

“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(dòng)力技術(shù)、能效技術(shù)為輔助措施的綜合減排路徑。”葉東浩說，相比傳統(tǒng)船舶動(dòng)力系統(tǒng)，氫燃料電池系統(tǒng)具有能量轉(zhuǎn)化效率高、振動(dòng)噪聲低、零排放、無污染等優(yōu)勢，契合船舶低碳轉(zhuǎn)型需求，是綠色船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)理想的發(fā)電裝置。

清華大學(xué)燃料電池與儲(chǔ)能研究中心主任韓敏芳表示，“雙碳”目標(biāo)下，航運(yùn)業(yè)減排壓力巨大。“國際海事組織測算，只有將清潔燃料和電力推進(jìn)技術(shù)相結(jié)合，才能實(shí)現(xiàn)航運(yùn)業(yè)降碳目標(biāo)，選擇燃料電池船作為突破口既為船用燃料電池產(chǎn)業(yè)帶來廣闊發(fā)展空間，也是船運(yùn)業(yè)低碳轉(zhuǎn)型的重要路徑。”

探索裝備技術(shù)多元化發(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(dòng)力的重要選擇。

據(jù)葉東浩介紹，PEM具有溫度低、啟停快、高比功率等特性，技術(shù)成熟度較高，在一些領(lǐng)域已有較多典型應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)，但也存在需要貴金屬催化劑、燃料適應(yīng)性差等缺點(diǎn)。SOFC燃料性適應(yīng)好、壽命長、余熱品質(zhì)高，可與燃?xì)廨啓C(jī)或蒸汽輪機(jī)等聯(lián)用，燃料綜合利用率達(dá)80%-95%。目前，國內(nèi)SOFC技術(shù)剛剛起步，成熟度較低。

“功率需求越來越大是船用燃料電池的總體發(fā)展趨勢。”韓敏芳表示，PEM技術(shù)相對成熟，在車用和船用領(lǐng)域已實(shí)現(xiàn)一馬當(dāng)先，SOFC為基礎(chǔ)的船用動(dòng)力裝置是兼顧降碳與高功率的有效途徑，且功率潛力大，高達(dá)100兆瓦，可滿足船用燃料電池未來的大功率需求，因此，行業(yè)可在實(shí)現(xiàn)PEM在船舶成熟應(yīng)用的同時(shí)，持續(xù)探索船用SOFC的發(fā)展。

除燃料電池外，內(nèi)燃機(jī)也是未來低碳零碳海洋船舶動(dòng)力的主流選擇。“內(nèi)河沿海船舶由于載重噸位相對較小，對動(dòng)力裝置推進(jìn)功率與能量的需求沒有遠(yuǎn)洋船舶要求高，因此，內(nèi)河沿海船舶適用溫室氣體減排技術(shù)路徑相對更加多樣化。”葉東浩指出，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。

需要注意的是，目前，我國氫能船舶裝備在壽命和成本上離商業(yè)化還有一定距離。葉東浩指出，壽命方面，對于船用燃料電池系統(tǒng)，燃料電池電堆、氫氣循環(huán)泵等關(guān)鍵零部件的期望壽命約為5萬小時(shí)，而國內(nèi)PEM電堆的壽命目前只有約1萬小時(shí)；成本方面，目前符合中國船級(jí)社認(rèn)可的燃料電池系統(tǒng)成本約為1萬元/千瓦，相對偏高。

產(chǎn)業(yè)配套尚待完善

政策支持、裝備技術(shù)發(fā)展背景下，氫能船舶發(fā)展?jié)摿Τ掷m(xù)釋放。業(yè)內(nèi)專家同時(shí)提醒，船的安全性和可靠性要求更高，船舶用站、燃料補(bǔ)給、電池應(yīng)用等相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用、管理都亟需建立健全。

了解到，目前，605研究院、712所等單位配合中國船級(jí)社完成了船用燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)等七項(xiàng)專項(xiàng)安全驗(yàn)證研究工作，為國內(nèi)氫燃料電池船舶應(yīng)用奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。在此七項(xiàng)專項(xiàng)驗(yàn)證研究成果基礎(chǔ)上，國家海事局和中國船級(jí)社相繼完成了《氫燃料動(dòng)力船舶技術(shù)與檢驗(yàn)暫行規(guī)則》和《船舶應(yīng)用燃料電池發(fā)電裝置指南》。

中國汽車工業(yè)協(xié)會(huì)技術(shù)部副總監(jiān)龐天舒提醒，我國提倡船舶用燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展，但國內(nèi)燃料電池技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要圍繞車用領(lǐng)域進(jìn)行研制，由于船用使用環(huán)境、運(yùn)行功率范圍等與車用燃料電池存在差異，不能完全借鑒現(xiàn)有車用領(lǐng)域燃料電池標(biāo)準(zhǔn)，因此，船舶用燃料電池技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)尚屬空白。

葉東浩也指出，目前，氫燃料補(bǔ)給、氫氣管路連接方式、不同氫源和燃料電池種類在船舶上應(yīng)用、氫燃料在不同尺寸和船型上應(yīng)用等方面的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，以及氫燃料電池船舶領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)都有待完善。“同時(shí)，氫能船舶示范運(yùn)營也有待加強(qiáng)，目前國內(nèi)尚無取得中國船級(jí)社認(rèn)可的氫能船舶在示范運(yùn)營，運(yùn)營的管理模式、成本及區(qū)域經(jīng)濟(jì)性需要進(jìn)一步探索。”