氢能或成为航运业减排主力

　　当前，航运业应对温室气体减排的压力越来越大，需要寻找替代能源以减少二氧化碳等废气污染物排放。氢能是具有广阔前景的绿色船舶能源，对我国航运业实现减排目标具有重要意义。

“脱碳”减排

　　2018年11月，交通运输部出台《船舶大气污染物排放控制区实施方案》，划定了排放控制区域，明确规定自2019年1月1日起，海船进入排放控制区，应使用硫含量不大于0.5%m/m的船用燃油。2020年1月1日起，海船进入内河控制区，应使用硫含量不大于0.1%m/m的船用燃油。基于氢燃料电池在船舶领域应用优势明显，且不产生温室气体，因此氢燃料电池船舶成为船舶业实现绿色转型的重要选择。

　　2022年3月，国家发展改革委、国家能源局印发《氢能产业发展中长期规划(2021—2035年)》，明确了氢能在未来国家能源体系的重要战略地位，氢能产业将是战略性新兴产业和未来产业重点发展方向。

　　相较锂电池而言，氢燃料电池船舶具有加注时间短、续航里程长、功率密度高等特点，因此在大功率、长航程等场景下，氢能船舶优势会更加明显。

　　“随着高密度氢能制储运发展、成本大幅降低、燃料补给站规模化及燃料电池技术进步，氢能燃料将会成为新一代内河船舶主流能源，近海及远洋船舶的辅助能源。”中国船舶集团首席专家，中国船舶集团第七一二研究所(简称“七一二所”)研究员/博导彭元亭表示。

　　据权威研究机构预测，到2050年，全球用于能源目的的氢气生产支出将达到6.8万亿美元，氢能在中国能源体系中的占比约为10%，氢气需求量接近6000万吨，年经济产值超过10万亿元。目前国内各地均出台了不同的氢能产业补贴政策，有力支持氢燃料产业技术发展。

　应用提速

　　氢作为能源主要以两种形式的动力装置应用于船舶：一是应用于传统内燃机，包括纯氢内燃机或与氨/甲醇等燃料一起使用的混烧型内燃机;二是应用于新型动力装置——燃料电池。

　　使用氢内燃机作为船舶动力，具有对船体结构改变小、耐久性高、对氢气纯度要求低、生产成本低、易产业化等优点，但其热效率相对燃料电池较低，且氢内燃机会产生氮氧化物等排放。相较之下，氢燃料电池具有能量转换效率高、振动噪音低、技术成熟度高等优势，其效率可达50%—80%，排放产物只有水，因此目前在船用领域发展较为迅速。

　　2019年12月，在第20届上海国际海事会展上，七一二所发布了拥有自主知识产权的全国首台500kW级船用燃料电池系统解决方案，为助推我国绿色船舶发展提供了新的动力。

　　2021年1月，大连海事大学牵头制造的中国第一艘燃料电池游艇“蠡湖”号通过试航，该船采用燃料电池和锂电池组成混合动力系统，船型及动力等接近于国外的对标船型，而对于电动船最为关键的续航指标已略有优势。

　　2021年5月，在丹灶仙湖畔，广东省内首艘氢能源船舶——由广东中氢博创产业发展有限公司研发的“仙湖1号”氢能游船在丹灶仙湖下水。该船采用了佛山市攀业氢能源科技有限公司生产的30kW氢燃料电堆。

　　2022年5月，由三峡集团长江电力与七一二所合作研发建造的国内首艘内河氢燃料电池动力工作船——“三峡氢舟1号”，在广东省中山市正式开工建造。这是国内首艘入级中国船级社(CCS)的氢燃料电池动力工作船。

　　2023年3月，国内首艘氢电混合新能源高端旅游观光船，在江西省九江市九江湖心新能源船艇科技园内正式开始建造，这标志着国内氢能船舶自此进入商业化应用阶段。

　　由此可见，目前国内氢能船舶主要应用案例是内河领域的游船，包括观光船、公务船等。从“面世”的氢能船舶来看，国内在该领域已掌握了船用燃料电池系统设计等多项技术，商业化应用潜力初显。

难题突破

　　近年来，全球都在竞相研发氢动力船，以加快推进脱碳船舶的进程。然而，技术瓶颈仍是当前氢能产业面临的共性问题，对于氢能船舶来说，可主要分为船用燃料电池系统、供氢技术两方面。

　　“对于船用燃料电池系统，其寿命瓶颈在燃料电池电堆、氢气循环泵等关键零部件，要求5万小时以上;而国内氢燃料电池电堆的寿命约1万小时，在关键材料稳定性、结构设计以及操作策略等方面仍需加强研究开发。”彭元亭表示。

　　在供氢技术方面，目前的储氢方式很多，包括高压气态储氢、固态储氢、液氢、液氨、有机液体储氢、甲醇等，在储氢密度、排放、安全性、补给保障性等方面各有特色，需要针对不同的船型、排放要求、水域和应用周边的燃料补给保障条件决定选用特定氢源，需要进一步开发新型高效高安全性船用储供氢技术(美国能源部双7%指标)，以及快速补给技术，以满足船舶应用各个方面的要求。

　　截至目前，中国海事局法规《氢燃料动力船舶技术与检验暂行规则(2022)》、中国船级社(CCS)规范《船舶应用燃料电池发电装置指南》，以及CCS产品检验指南《氢燃料电池》《氢气瓶》和《重整装置》的编制和颁布工作相继完成，这些法规、规范和产品检验指南的颁布标志着国内氢燃料动力船舶将正式进入工程化应用阶段，初步形成了体系性的标准。

　　但与法规和规范配套的船舶行业标准及营运安全监管等标准体系仍然需要进一步完善，标准仍然空缺。需要配合CCS开展如氢燃料补给、不同燃料电池种类在船舶上应用、燃料电池在不同尺寸和船型上应用等方面的规范研究。

　　千里之行，始于足下。按照国内产业发展经验，遵循“项目示范—小规模示范应用—大规模示范推广—商业化推广”的产业发展规律，因此找对场景、选对技术方案、积累数据和技术迭代是首要工作。

　　中国作为造船大国、航运大国，必须跟上国际船舶电动化发展的脚步，抓住船舶电动化转型发展的机会，快速形成燃料电池船舶的实践项目，制定各类标准、探索产业化技术和模式，打造绿色氢能船舶大国。(来源：中国水运报)