氫能船舶發(fā)展“困局”

 自2002年我國(guó)公開(kāi)報(bào)道的首艘以燃料電池為動(dòng)力的游艇試航成功后，氫能船舶的優(yōu)勢(shì)逐漸進(jìn)入大眾視野。歷經(jīng)20余年的研發(fā)推廣，國(guó)家/地方政府紛紛出臺(tái)了相應(yīng)政策以帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，氫船發(fā)展已進(jìn)入“加速度”階段。

同時(shí)，在國(guó)家雙碳目標(biāo)中對(duì)交通領(lǐng)域的減碳轉(zhuǎn)型提出了明確要求，氫能船舶的優(yōu)勢(shì)不斷凸顯，但氫能船舶的投用仍需克服成本、技術(shù)、法規(guī)、安全、監(jiān)管和管理方面存在的各種困難。

業(yè)內(nèi)某領(lǐng)先企業(yè)負(fù)責(zé)人向勢(shì)銀能鏈表示：“氫燃料電池動(dòng)力船舶應(yīng)用目前技術(shù)可行，然而氫氣作為危險(xiǎn)品管理，設(shè)計(jì)建造附加要求較高；船用氫氣加注基站的規(guī)劃審批及營(yíng)運(yùn)監(jiān)管等政策空白，氫氣生產(chǎn)與供給均處于起步培育階段；氫燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)研制成本過(guò)高等問(wèn)題，制約了氫燃料電池動(dòng)力船舶的推廣應(yīng)用。”

困難與機(jī)遇并存，未來(lái)將如何面對(duì)氫能船舶這一巨大市場(chǎng)？又該克服哪些問(wèn)題？

對(duì)此，勢(shì)銀能鏈特采訪了在氫能船舶方面積極布局的企業(yè)——國(guó)氫科技、眾宇動(dòng)力、國(guó)氫新能源、保勝燃料電池等燃料電池企業(yè)，通過(guò)企業(yè)的角度來(lái)明晰目前氫能船舶“發(fā)展之困”。

圖為2022年上述企業(yè)的氫能船舶相關(guān)進(jìn)展（部分）

車/船用燃料電池技術(shù)的主要區(qū)別

目前來(lái)說(shuō)，我國(guó)研究氫車汽車的技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟，并且已陸續(xù)開(kāi)展了大規(guī)模應(yīng)用，但氫船的研發(fā)還只是停留在實(shí)驗(yàn)、初步下水的前期探索階段，這也進(jìn)一步說(shuō)明燃料電池在車用與船用方面有較大的設(shè)計(jì)差距。

具體有哪些不同？對(duì)此，國(guó)氫科技、國(guó)氫新能源、眾宇動(dòng)力、保勝對(duì)燃料電池分別在不同方面做了闡述，總結(jié)來(lái)看分為以下幾大方面——

功率等級(jí)不同，現(xiàn)有氫船需要500kW-1000kW級(jí)系統(tǒng)才能滿足電能需求，兆瓦級(jí)燃料電池系統(tǒng)更是作為未來(lái)重點(diǎn)發(fā)展方向，氫車普遍需求在100kW-200kW級(jí)，體量較小研發(fā)難度較小；

穩(wěn)定性要求不同，船舶救援相對(duì)車輛救援困難安全性要求高，同時(shí)船舶傾斜搖擺幅度比較大且比較頻繁，需要做更多可靠性設(shè)計(jì)，而氫車主要考慮路況整體要求相對(duì)較低；

耐久性要求不同，船舶環(huán)境空氣濕度高、鹽度高，耐腐蝕性要求高，同時(shí)遠(yuǎn)洋船舶需要更長(zhǎng)時(shí)間的使用壽命，保證船只正常運(yùn)行；

空間設(shè)計(jì)布局不同，氫車對(duì)空間需求嚴(yán)苛，產(chǎn)品功率密度要求高，而船舶應(yīng)用空間大，其中通風(fēng)排風(fēng)設(shè)計(jì)、能源配套管理系統(tǒng)更加復(fù)雜。

針對(duì)上述部分問(wèn)題，保勝相關(guān)負(fù)責(zé)人表示目前PowerCellution系列產(chǎn)品在特定的工況下已經(jīng)可以做到20000-30000個(gè)小時(shí)，并且到目前為止的運(yùn)行狀況均十分良好。目前保勝針對(duì)船舶應(yīng)用開(kāi)發(fā)的燃料電池產(chǎn)品功率從kW到MW級(jí)都有配套，標(biāo)準(zhǔn)化模塊200kW船舶燃料電池系統(tǒng)已獲得DNV原則性認(rèn)證。

據(jù)其透露，目前保勝燃料電池還在進(jìn)行多項(xiàng)船舶項(xiàng)目工作的交付。例如，計(jì)劃明年交付3MW船舶燃料電池系統(tǒng)，可支持船舶巡航3提案或?yàn)榇疤峁┮恢艿娜粘Ｓ秒姡徽诮ㄔ斓?.6MW燃料電池系統(tǒng)將為Maritime Partners拖輪提供動(dòng)力，該船舶將使用綠色甲醇重整制氫為拖輪提供動(dòng)力；日后將為AMOGY作業(yè)船提供船舶燃料電池系統(tǒng)，該船將使用綠氨制取氫氣。

國(guó)氫新能源相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，目前該公司設(shè)計(jì)的系統(tǒng)較上一代完成了升級(jí)換代，滿足船用動(dòng)態(tài)特性要求、高濕度和高鹽霧等技術(shù)要求。值得一提是，2021年國(guó)氫新能源開(kāi)發(fā)了中國(guó)第一艘燃料電池海釣漁船，該漁船配備30kW燃料電池系統(tǒng)，并已經(jīng)成功交付客戶，目前運(yùn)行狀況整體良好。

安全是氫船研發(fā)設(shè)計(jì)的重中之重

作為公共交通領(lǐng)域的氫船，在遠(yuǎn)洋航行時(shí)十天甚至半個(gè)月才能完成一場(chǎng)旅程。如果在航行途中發(fā)生安全問(wèn)題救援將變得十分困難，并且會(huì)危及到整個(gè)船舶的生命和財(cái)產(chǎn)，因此安全才是在設(shè)計(jì)研發(fā)試用時(shí)應(yīng)該著重考慮的問(wèn)題。

那么氫能船舶安全性的考慮有哪些特別之處？對(duì)此，眾宇動(dòng)力、國(guó)氫新能源、國(guó)氫科技相關(guān)負(fù)責(zé)人對(duì)氫氣的存儲(chǔ)、燃料電池產(chǎn)品的管路與零部件、船舶絕緣設(shè)計(jì)等方面提出了相關(guān)意見(jiàn)。

由于目前高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)較為成熟并已商業(yè)化應(yīng)用，因此目前船舶主要采用氣態(tài)儲(chǔ)氫方式。因此，在能源安置的安全問(wèn)題中主要涉及存儲(chǔ)條件、預(yù)防處理系統(tǒng)兩大方面——

目前船舶儲(chǔ)氫系統(tǒng)一般放置在密閉空間，氫氣一旦泄露、聚集，將會(huì)有爆炸的危險(xiǎn)，這需要船舶配備防爆房間放置儲(chǔ)氫系統(tǒng)。同時(shí)為應(yīng)對(duì)突發(fā)事故，船舶還應(yīng)具備碰撞防護(hù)措施，在固定支架外設(shè)置緩沖設(shè)施以減少船舶運(yùn)行中頻繁搖擺的影響；

在預(yù)防處理系統(tǒng)方面，船舶應(yīng)配齊相應(yīng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)及自動(dòng)滅火系統(tǒng)等，在故障發(fā)生時(shí)進(jìn)行相應(yīng)報(bào)警及應(yīng)急處理。

同時(shí)在管路和零部件方面，為防止運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)電火花點(diǎn)燃?xì)錃獍l(fā)生自燃或者爆炸事故，在管路與部件的設(shè)計(jì)中需要防爆、防靜電、阻燃、防鹽霧等性質(zhì)。

國(guó)氫新能源相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，目前該公司新一代船用燃料電池系統(tǒng)已經(jīng)能夠滿足高濕度、高鹽霧環(huán)境，但為規(guī)避部分零部件不滿足防爆要求，在系統(tǒng)的防爆設(shè)計(jì)中還采用了整體防爆的技術(shù)方案，最終滿足船舶整體的安全需求。

今年6月，由國(guó)氫新能源配套的浙江舟山首批氫能船舶正式交付，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)還就全國(guó)首批20艘氫燃料電力系統(tǒng)玻璃鋼釣魚(yú)艇示范船的建設(shè)簽署了合作協(xié)議，旨在共同探索新能源、新材料、新技術(shù)現(xiàn)代化船舶的推廣應(yīng)用。國(guó)氫新能源交付情況

氫能制儲(chǔ)運(yùn)加均存在制約氫船發(fā)展的因素

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)燃料電池產(chǎn)業(yè)得到了長(zhǎng)足發(fā)展，已經(jīng)形成了包括眾宇動(dòng)力、國(guó)氫科技、國(guó)氫新能源、保勝燃料電池等一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的船用燃料電池系統(tǒng)廠家，部分企業(yè)還拿到了產(chǎn)品認(rèn)可證書(shū)，標(biāo)志著燃料電池船舶商業(yè)化應(yīng)用向前邁進(jìn)了一大步。

圖為船用氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)型式認(rèn)可證書(shū) 來(lái)源：國(guó)氫科技

但是，我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)正處于“陸熱水冷”的階段，氫能在船用方面的生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸條件和行駛環(huán)境的瓶頸都會(huì)有所不同，發(fā)展備受制約。

針對(duì)目前制約氫船發(fā)展的主要因素，眾多企業(yè)提出的觀點(diǎn)大同小異。按照保勝燃料電池負(fù)責(zé)人的話來(lái)總結(jié)，目前主要包括基礎(chǔ)設(shè)施配套、加氫、儲(chǔ)氫以及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范（政策、操作規(guī)范）四大方面。對(duì)此國(guó)氫科技與國(guó)氫新能源也做了相應(yīng)的補(bǔ)充——

基礎(chǔ)設(shè)施配套方面：目前受到港口加氫站等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)并未實(shí)施，造成加氫站建設(shè)整體不足，同時(shí)因安全問(wèn)題也無(wú)法廣泛推廣；

加氫：由于氫燃料補(bǔ)給限制條件多，加注設(shè)施選址困難、審批難度大等問(wèn)題亟待突破；

儲(chǔ)氫：目前船舶主要采用氣態(tài)儲(chǔ)氫方案，但船舶空間有限儲(chǔ)氫量不足（例如目前35Mpa的壓縮氫氣，一般儲(chǔ)氫量在100kg以下比較合適空間布置，但是續(xù)航上往往不能滿足要求）。但其它如液氫、氨制氫技術(shù)路線更不成熟，無(wú)法考量；

操作規(guī)范：目前與氫船相關(guān)的船員培訓(xùn)要求、操作規(guī)程、應(yīng)急預(yù)案等配套管理辦法都暫未出臺(tái)，為推進(jìn)氫船商業(yè)應(yīng)用，需要對(duì)氫燃料電池動(dòng)力船舶的管理技術(shù)進(jìn)行研究。

標(biāo)準(zhǔn)/政策的缺失延緩產(chǎn)業(yè)發(fā)展

今年3月，國(guó)家《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃（2021—2035年）》出臺(tái)，規(guī)劃明確提出交通領(lǐng)域?qū)⒙氏乳_(kāi)展氫能普及應(yīng)用，同時(shí)要積極探索氫燃料電池在船舶、航空器等領(lǐng)域的示范應(yīng)用，不斷提升交通領(lǐng)域氫能應(yīng)用市場(chǎng)規(guī)模。

國(guó)家級(jí)規(guī)劃的出臺(tái)進(jìn)一步加速了我國(guó)氫船的發(fā)展速度，目前我國(guó)與氫船有關(guān)的法規(guī)《氫燃料電池動(dòng)力船舶技術(shù)與檢驗(yàn)暫行規(guī)則（2022）》，其中從檢驗(yàn)與發(fā)證、船舶布置、輪機(jī)、電氣裝置、控制檢測(cè)和安全系統(tǒng)、消防、氫燃料儲(chǔ)存、氫燃料加注等方面做出了具體的要求，這些都是僅對(duì)船舶本體涉及氫能相關(guān)的技術(shù)進(jìn)行的要求。

國(guó)氫科技相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，目前船用燃料電池系統(tǒng)目前標(biāo)準(zhǔn)主要依據(jù)IEC固定式發(fā)電系統(tǒng)，部分測(cè)試項(xiàng)目?jī)?nèi)容和指標(biāo)與車用系統(tǒng)不同，因此目前還存在車用氫能標(biāo)準(zhǔn)不適用、標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)零散等問(wèn)題。

對(duì)此，國(guó)氫新能源、國(guó)氫科技、保勝燃料電池表示目前還需要對(duì)船舶加氫站、多點(diǎn)加注技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、船上供氫系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)、管路連接方式、船員安全操作等相關(guān)方面作出相應(yīng)的規(guī)范或技術(shù)要求。

日后，憑借標(biāo)準(zhǔn)的完善、技術(shù)的升級(jí)氫能船舶的發(fā)展必將呈現(xiàn)飛速發(fā)展趨勢(shì)，未來(lái)氫能船舶何時(shí)能夠產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化？我們拭目以待。