隨著減排措施逐步加碼，綠色能源動(dòng)力已成為未來的主要發(fā)展方向滋捶。這時(shí)余黎，具備獨(dú)特優(yōu)異特性的氫能被推到聚光燈下弛镣。2019年12月，在第 20屆中國國際海事展期間舉辦的中國船級社(CCS)綠色技術(shù)論壇上才擒，由中國船舶集團(tuán)自主設(shè)計(jì)研發(fā)的我國首艘氫燃料試點(diǎn)船舶設(shè)計(jì)方案正式對外發(fā)布，并獲得中國船級社的原理認(rèn)可(AiP)證書善瞧。本次我國首艘氫燃料試點(diǎn)船舶設(shè)計(jì)方案的發(fā)布图盖，無疑將氫燃料的研究與應(yīng)用向前推進(jìn)了一大步，具有里程碑意義蓬肢。

氫能上船

對于新型燃料企著，保障其安全應(yīng)用最為關(guān)鍵。氫氣具有燃點(diǎn)低魂中、爆炸區(qū)間范圍寬和擴(kuò)散系數(shù)大等特點(diǎn)冒溜，長期以來被作為危化品管理。因此饶辆，明確氫的危險(xiǎn)性酪律，對氫安全事故后果及預(yù)防展開基礎(chǔ)研究，從而為相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)的制定提供可靠依據(jù)翻默，是氫能技術(shù)可持續(xù)發(fā)展和應(yīng)用的重要保障缸沃。一直以來，氫安全備受政府重視冰蘑。除標(biāo)準(zhǔn)體系技術(shù)規(guī)范的建設(shè)外和泌，國內(nèi)外氫能應(yīng)用的實(shí)踐也為氫的安全保障工作積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。

本次在第 20屆中國國際海事展期間推出的我國首艘氫燃料試點(diǎn)船舶設(shè)計(jì)方案的船型為 500kW級內(nèi)河氫燃料電池動(dòng)力貨船祠肥。該船是中國船舶集團(tuán)廣州船舶及海洋工程設(shè)計(jì)研究院(605院)自主設(shè)計(jì)研發(fā)的我國首艘以氫燃料電池為主動(dòng)力源的內(nèi)河船舶設(shè)計(jì)方案武氓。該船為 2100噸級定點(diǎn)航線內(nèi)河自卸貨船，采用4x135kW質(zhì)子交換膜氫燃料電池作為船舶主動(dòng)力源仇箱，輔以 4x250kWh鋰電池組進(jìn)行調(diào)峰補(bǔ)償县恕，同時(shí)船舶載有 35MPa高壓氫氣瓶組儲存氫氣燃料，續(xù)航力約為 140公里剂桥，詳見下圖忠烛。

中國船舶集團(tuán)605院500kW級內(nèi)河氫燃料電池動(dòng)力貨船

目前該船的船舶總體技術(shù)設(shè)計(jì)和氫燃料動(dòng)力系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)工作已基本完成，并于 2019年 12月取得了中國船級社頒發(fā)的AIP證書权逗。示范船的AiP認(rèn)可主要參照 CCS《船舶應(yīng)用替代燃料指南》第 2部分燃料電池系統(tǒng)美尸，示范船的技術(shù)方案基本滿足指南相關(guān)技術(shù)要求，安全風(fēng)險(xiǎn)可控僵馒。中國船舶集團(tuán) 605院正聯(lián)合中船動(dòng)力院幼氏、廣船國際等單位開展該船的研制工作，計(jì)劃于 2021年底完成示范船的建造并在珠江水域示范運(yùn)營绸秸。

隨著氫能優(yōu)勢的逐漸凸顯嬉拾，全球主要國家也紛紛開始對氫能與燃料電池的發(fā)展投以較高關(guān)注，美國匠似、日本臊吓、德國等發(fā)達(dá)國家已經(jīng)將氫能上升到國家能源戰(zhàn)略高度，不斷加大對氫能及燃料電池的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化扶持力度暗沉。

近年來英谢，為了使氫能上船，業(yè)界做了大量研究里淡，且已獲得顯著成效刃伞。應(yīng)用形式上，目前主要以燃料電池為主榔汤。早期栽斑，燃料電池系統(tǒng)在船舶上使用主要是游艇艇挨，并且許多游艇僅用于相對小的區(qū)域残炮，如河流和湖泊韭赘，連續(xù)使用時(shí)間和功率的要求都不大。2003年以來势就，燃料電池在游船上主要作為輔助電源和主推進(jìn)使用泉瞻，功率范圍在2 ～ 24kW，最早的燃料電池游船是“SailingYachtNo1”號苞冯，于 2013年 10月投入使用袖牙。

在一般的商業(yè)應(yīng)用方面，2008年 4月 投 入 使 用 的 125噸 觀 鯨 船“SMART-H2ELDINGI”號舅锄。該船可容納 150名乘客鞭达，輔助供電系統(tǒng)(APU)由壓縮氫氣供氣的 10kW燃料電池系統(tǒng)構(gòu)成，并可以在觀鯨期間切換至由內(nèi)燃機(jī)供電皇忿。

全球首個(gè)在商業(yè)客輪上使用燃料電池的項(xiàng)目ZEMSHIP項(xiàng)目起始中國船舶集團(tuán)605院500kW級內(nèi)河氫燃料電池動(dòng)力貨船 于 2007年畴蹭，由歐盟 EU-Life項(xiàng)目資金資助，其目的是為了在環(huán)境敏感區(qū)域使用零排放的船舶并進(jìn)行實(shí)際的測試鳍烁，以推廣此技術(shù)在航運(yùn)界更廣泛的應(yīng)用叨襟。該船整合了兩個(gè)峰值功率 48kW的燃料電池和 560V的鉛蓄電池，船長為 25.5米羞条，船寬 5.25米慌缨，可以運(yùn)送 100名乘客。該船于2008年 8月投入使用资妇。

“FuelCellBoatAmsterdam”項(xiàng)目是為了實(shí)現(xiàn)歐洲內(nèi)陸客船上燃料電池及氫能源的應(yīng)用娱背，以及相關(guān)的加注燃料設(shè)施的構(gòu)建。該船長為 22米皇苫，船寬 4.25米创靴，配備 60 ～ 70kW燃料電池系統(tǒng)，乘客數(shù)量為 100名烈拉。“FuelCellBoatAmsterdam”在荷蘭Bodewes船廠建造，于 2009年初航行于 Amsterdam的運(yùn)河上牛拭，用于運(yùn)河旅游事業(yè)嘹谎。

“VikingLady”項(xiàng)目由挪威研究理事會、挪威創(chuàng)新署和德國聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)技術(shù)部贊助割扬，是一艘 92.2m長的平臺供應(yīng)船囤恶，采用混合動(dòng)力推進(jìn)，配有 68x6.5kWh的燃料電池系統(tǒng)和電池組窘游，該船在動(dòng)力定位工況以及在港口時(shí)采用燃料電池及電池組供電唠椭，以降低排放和能耗，根據(jù)相關(guān)資料該船降低了 15%左右的能耗。

氫能到底有多能贪嫂？

為了實(shí)現(xiàn)航運(yùn)業(yè)減排目標(biāo)寺庄，人們將目光對準(zhǔn)了清潔能源，逐步加大了包括天然氣力崇、鋰電池斗塘、燃料電池、太陽能亮靴、風(fēng)能以及核能等新能源的研究和應(yīng)用馍盟。在這眾多的清潔能源中，最熱的當(dāng)屬連國際海事組織(IMO)都為其背書的液化天然氣(LNG)茧吊。然而，隨著環(huán)保進(jìn)程的推進(jìn)搓侄，人們也逐漸意識到祖擦，LNG并不是真正的清潔能源装魁。首先酷豫，LNG大部分由甲烷構(gòu)成，其余部分非常復(fù)雜逐程，無法確認(rèn)其完整的清潔屬性雀秤。其次，甲烷并不屬于清潔氣體飒自，有數(shù)據(jù)顯示缔龟，每立方米的甲烷所造成的溫室效應(yīng)約為二氧化碳的 20 ～ 25倍。由此秘驻，盡管LNG相對于煤炭和石油來說清潔許多值豫，但其并不能滿足最終的零碳目標(biāo)。同時(shí)戳明，上述能源均屬于不可再生能源澈拖，存量有限，終有用完之日赋焕。因此参歹，尋找新的、可再生的替代能源迫在眉睫隆判。這時(shí)犬庇，出于對安全、環(huán)保侨嘀、高效臭挽、可靠捂襟、經(jīng)濟(jì)等各方面因素的考慮，同樣身處清潔能源梯隊(duì)的氫能脫穎而出笆豁，成為航運(yùn)業(yè)未來應(yīng)用的焦點(diǎn)。

氫 (H)赤赊，在元素周期表中排名第一位，是地球的重要組成元素煞赢，是大自然中最常見的物質(zhì)抛计，也是宇宙中含量最高的物質(zhì)。據(jù)《中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書 2019》介紹照筑，氫能屬于清潔低碳能源嫡澄。不論氫燃燒還是通過燃料電池的電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)物只有水诽矩，沒有傳統(tǒng)能源利用所產(chǎn)生的污染物及碳排放改擂。此外，生成的水還可繼續(xù)制氫租触，反復(fù)循環(huán)使用胶棕，真正實(shí)現(xiàn)低碳甚至零碳排放，有效緩解溫室效應(yīng)和環(huán)境污染蔽宜。氫能的來源多樣水亮，儲量豐富。作為二次能源苫颤，氫不僅可以通過煤炭枢菇、石油、天然氣等化石能源重整俯坐、生物質(zhì)熱裂解或微生物發(fā)酵等途徑制取噩拼，還可以來自焦化、氯堿寺晌、鋼鐵世吨、冶金等工業(yè)副產(chǎn)氣，也可以利用電解水制取呻征，特別是與可再生能源發(fā)電結(jié)合另假，不僅實(shí)現(xiàn)全生命周期綠色清潔，更拓展了可再生能源的利用方式怕犁。氫能靈活高效边篮。氫熱值高 (140.4MJ/kg)，是同質(zhì)量焦炭奏甫、汽油等化石燃料熱值的 3 ～ 4倍戈轿，通過燃料電池可實(shí)現(xiàn)綜合轉(zhuǎn)化效率90%以上凌受。氫能可以成為連接不同能源形式 (氣、電思杯、熱等 )的橋梁胜蛉，并與電力系統(tǒng)互補(bǔ)協(xié)同，是跨能源網(wǎng)絡(luò)協(xié)同優(yōu)化的理想互聯(lián)媒介色乾。氫能應(yīng)用場景豐富誊册。氫可廣泛應(yīng)用于能源、交通運(yùn)輸圾框、工業(yè)窘吟、建筑等領(lǐng)域。既可以直接為煉化残团、鋼鐵蠕蹋、冶金等行業(yè)提供高效原料、還原劑和高品質(zhì)的熱源画眯，有效減少碳排放 ;也可以通過燃料電池技術(shù)應(yīng)用于汽車阔渔、軌道交通、船舶等低長距領(lǐng)域灌当，降離高負(fù)荷交通對石油和天然氣的依賴 ;還可應(yīng)用于分布式發(fā)電您风，為家庭住宅、商業(yè)建筑等供電供暖京球。

提前布局氫路線

氫能买臣，作為一種來源豐富、清潔無碳筏拢、靈活高效术陶、應(yīng)用場景豐富的二次能源，是推動(dòng)傳統(tǒng)化石能源清潔高效利用和支撐可再生能源大規(guī)模發(fā)展的理想互聯(lián)媒介煤痕，也是實(shí)現(xiàn)交通運(yùn)輸領(lǐng)域大規(guī)模深度脫碳的理想選擇梧宫。氫能的應(yīng)用將逐步成為全球能源技術(shù)革命的重要方向。然而摆碉，盡管氫能源已被公認(rèn)為是船舶節(jié)能減排問題的終極解決方案之一塘匣，但其研究及應(yīng)用一直都是雷聲大雨點(diǎn)小，推進(jìn)緩慢巷帝。

對此忌卤，中國船級社氫燃料船舶研究項(xiàng)目專家秦傲寒對此表示 ：“綜合來看，歐洲楞泼、美國驰徊、日本、韓國等國家均在積極推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展堕阔，氫燃料電池技術(shù)在汽車行業(yè)已有大量商業(yè)應(yīng)用案例棍厂，相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也較為成熟颗味。除交通運(yùn)輸領(lǐng)域應(yīng)用外，氫燃料電池在分布式能源牺弹、大規(guī)模儲能等領(lǐng)域也取得了成功應(yīng)用鹃改，例如日本正在極力推進(jìn)‘氫能源社會’的建設(shè)，政府將大力普及家庭和工業(yè)用燃料電池砸新。船用方面侦萍，國外燃料電池船舶應(yīng)用發(fā)展仍處于研究測試階段。從 2003年以來拿奥，德國均壳、美國、挪威码遥、日本、韓國等國家先后開展了部分船用燃料電池系統(tǒng)研究測試項(xiàng)目碗冈，積累了一定的船舶應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)班粥，但目前國外氫燃料電池船舶均處于研究試驗(yàn)階段，氫燃料電池系統(tǒng)一般也僅作為船舶輔助電源而非主動(dòng)力源怪褐。另外目前的示范項(xiàng)目中溜勃，燃料電池功率仍比較小，一般為 80 ～ 400kW蝠欲，仍然無法滿足船舶對于動(dòng)力系統(tǒng)主機(jī)功率的需求廉丽。國內(nèi)方面，我國燃料電池在船舶上的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)仍是空白妻味。目前有關(guān)單位正積極開展研究試點(diǎn)工作正压，如上文所提到的中船集團(tuán)正在與中國船級社合作開展‘綠色珠江’氫燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)示范船研制工作，確定‘內(nèi)河 2000噸級散貨船’作為氫燃料電池動(dòng)力示范船船型责球。”

我國首艘氫燃料試點(diǎn)船舶設(shè)計(jì)方案

近日，國際可再生能源機(jī)構(gòu)(IRENA)對外發(fā)布了《氫能 ：可再生能源的前景》報(bào)告雏逾，報(bào)告詳細(xì)分析了氫能用于能源脫碳的潛力嘉裤。報(bào)告指出，通過可再生能源制取的氫氣(即“綠色氫氣”)將在全球能源轉(zhuǎn)型中發(fā)揮核心作用栖博，預(yù)計(jì)2050年綠色氫氣將占全球能源消費(fèi)的8%，尤其將在鋼鐵仇让、化工典奉、航運(yùn)、卡車和航空業(yè)等難以脫碳的行業(yè)發(fā)揮重大潛力丧叽。報(bào)告提出秋柄，大規(guī)模發(fā)展氫能的時(shí)機(jī)已經(jīng)來臨考叽，氫能將在能源轉(zhuǎn)型中發(fā)揮關(guān)鍵作用。這意味著主渤，氫能應(yīng)用風(fēng)口已至连碎。對于氫能的未來研究與應(yīng)用，我們應(yīng)如何提前布局?對此瘪叉，秦傲寒提出了他的看法 ：

一是開展規(guī)范法規(guī)研究弧哥。配合主管機(jī)關(guān)做好氫燃料電池動(dòng)力船舶法規(guī)研究與編制工作，聯(lián)合業(yè)界將涉及船舶氫氣系統(tǒng)與燃料電池系統(tǒng)應(yīng)用安全的基礎(chǔ)性專項(xiàng)研究驗(yàn)證工作做深做實(shí)药扒，主要包括船用燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)榆眷、儲氫和加氫系統(tǒng)、船用氫氣管路系統(tǒng)隙殴、船用燃料電池及其處所安全防護(hù)屡旺、船舶氫燃料加注、設(shè)計(jì)方案風(fēng)險(xiǎn)評估分析等方面掷栋。

二是突破工程化關(guān)鍵技術(shù)端制。在車用領(lǐng)域，氫燃料電池系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用已具備較好技術(shù)基礎(chǔ)與投資環(huán)境邦鲫。相比而言灸叼，國內(nèi)船用氫燃料電池系統(tǒng)研究工作剛起步。船用氫燃料電池系統(tǒng)功率更高庆捺、儲能更大古今，而且船舶環(huán)境有其特殊性，對氫源的儲氫密度滔以、安全性捉腥、補(bǔ)給性有更高要求，對系統(tǒng)的匹配性你画、可靠性但狭、安全性、環(huán)境適應(yīng)性撬即、監(jiān)控與能量管理技術(shù)要求更高立磁，相應(yīng)部分工程化關(guān)鍵技術(shù)需要突破。

三是加強(qiáng)高密度儲氫技術(shù)和大功率燃料電池技術(shù)攻關(guān)剥槐。目前陸上車輛普遍采用高壓氣瓶儲氫技術(shù)和質(zhì)子交換膜燃料電池唱歧，其儲氫密度和燃料電池功率難以滿足船舶需求，為此有必要開展高能量密度儲氫技術(shù)(如液氫)和大功率燃料電池技術(shù)(如高溫燃料電池)船用化技術(shù)研發(fā)工作助潭。

四是加強(qiáng)配套基礎(chǔ)設(shè)施與環(huán)境建設(shè)烙凝。例如挖掘我國制氫產(chǎn)能、使氫氣價(jià)格更具競爭力 ;打通氫能物流鏈打且，打破氫氣運(yùn)輸限制宠录、降低氫氣運(yùn)輸價(jià)格 ;加大船用加氫站建設(shè)椅损，打造氫能加注港口 ;加強(qiáng)船員培訓(xùn)工作、制定氫氣災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案等祸麸。