日前，湖北宜昌印發《宜昌市氫能產業發展規劃 (2023-2035年)》，提出建設宜昌船舶工業園等氫能船舶研發及制造產業集聚區，依托三峽壩區碼頭、景區、礦區等地建設多個氫能應用示范點。
“雙碳”背景下，氫燃料電池在船舶領域的應用迎來巨大機遇。截至目前，中國船舶、國氫科技、大連物化所、中氫創博等企業分別主導實現了氫能船舶核心部件認證、船用燃料電池認證、氫燃料電池無人船試航等項目。國內氫燃料電池船舶示范運營蓄勢待發，但與此同時，船舶用站、燃料補給、電池應用等標準還需完善。
契合船舶業低碳轉型需求
國務院印發的《2030年前碳達峰行動方案》提出，加快老舊船舶更新改造，發展電動、液化天然氣動力船舶，深入推進船舶靠港使用岸電，因地制宜開展沿海、內河綠色智能船舶示范應用。
“應用低碳/零碳能源，是實現水運領域碳達峰碳中和的重要路徑。”中船第七一二研究所燃料電池事業部副主任葉東浩指出，中國船級社對四種不同情形下國內船舶二氧化碳排放量進行了測算，如果不使用低碳/零碳燃料，國內船舶二氧化碳排放量將持續增長；如果僅使用液化天然氣（LNG）燃料，2035年之前無法實現碳達峰；如果綜合使用LNG和零碳燃料，國內船舶領域有望在2028年實現碳達峰。
“我國航運減排總體發展思路是以清潔能源為核心，以動力技術、能效技術為輔助措施的綜合減排路徑。”葉東浩說，相比傳統船舶動力系統，氫燃料電池系統具有能量轉化效率高、振動噪聲低、零排放、無污染等優勢，契合船舶低碳轉型需求，是綠色船舶電力推進系統理想的發電裝置。
清華大學燃料電池與儲能研究中心主任韓敏芳表示，“雙碳”目標下，航運業減排壓力巨大。“國際海事組織測算，只有將清潔燃料和電力推進技術相結合，才能實現航運業降碳目標，選擇燃料電池船作為突破口既為船用燃料電池產業帶來廣闊發展空間，也是船運業低碳轉型的重要路徑。”
探索裝備技術多元化發展
目前，適用于船舶應用的燃料電池主要是質子交換膜燃料電池(PEM)和固體氧化物燃料電池(SOFC)，此外，純氫內燃機也有望成為氫能船舶動力的重要選擇。
據葉東浩介紹，PEM具有溫度低、啟停快、高比功率等特性，技術成熟度較高，在一些領域已有較多典型應用等優點，但也存在需要貴金屬催化劑、燃料適應性差等缺點。SOFC燃料性適應好、壽命長、余熱品質高，可與燃氣輪機或蒸汽輪機等聯用，燃料綜合利用率達80%-95%。目前，國內SOFC技術剛剛起步，成熟度較低。
“功率需求越來越大是船用燃料電池的總體發展趨勢。”韓敏芳表示，PEM技術相對成熟，在車用和船用領域已實現一馬當先，SOFC為基礎的船用動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100兆瓦，可滿足船用燃料電池未來的大功率需求，因此，行業可在實現PEM在船舶成熟應用的同時，持續探索船用SOFC的發展。
除燃料電池外，內燃機也是未來低碳零碳海洋船舶動力的主流選擇。“內河沿海船舶由于載重噸位相對較小，對動力裝置推進功率與能量的需求沒有遠洋船舶要求高，因此，內河沿海船舶適用溫室氣體減排技術路徑相對更加多樣化。”葉東浩指出，而對于遠洋船舶而言，內燃機將成為其低碳轉型的主流選擇之一。
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，燃料電池電堆、氫氣循環泵等關鍵零部件的期望壽命約為5萬小時，而國內PEM電堆的壽命目前只有約1萬小時；成本方面，目前符合中國船級社認可的燃料電池系統成本約為1萬元/千瓦，相對偏高。
產業配套尚待完善
政策支持、裝備技術發展背景下，氫能船舶發展潛力持續釋放。業內專家同時提醒，船的安全性和可靠性要求更高，船舶用站、燃料補給、電池應用等相關技術標準、應用、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社完成了船用燃料電池動力系統等七項專項安全驗證研究工作，為國內氫燃料電池船舶應用奠定了技術基礎。在此七項專項驗證研究成果基礎上，國家海事局和中國船級社相繼完成了《氫燃料動力船舶技術與檢驗暫行規則》和《船舶應用燃料電池發電裝置指南》。
中國汽車工業協會技術部副總監龐天舒提醒，我國提倡船舶用燃料電池動力系統的技術發展，但國內燃料電池技術標準主要圍繞車用領域進行研制，由于船用使用環境、運行功率范圍等與車用燃料電池存在差異，不能完全借鑒現有車用領域燃料電池標準，因此，船舶用燃料電池技術標準尚屬空白。
葉東浩也指出，目前，氫燃料補給、氫氣管路連接方式、不同氫源和燃料電池種類在船舶上應用、氫燃料在不同尺寸和船型上應用等方面的法規和標準，以及氫燃料電池船舶領域的標準都有待完善。“同時，氫能船舶示范運營也有待加強，目前國內尚無取得中國船級社認可的氫能船舶在示范運營，運營的管理模式、成本及區域經濟性需要進一步探索。”
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