【福瑞電氣•聚焦（jiāo）】船用氫燃料電池推進的困局與破局

船（chuán）舶是為（wéi）航運業、海洋開發及國防建設提供技術裝備（bèi）的綜合（hé）性產業，對鋼鐵、石化、紡織、裝備（bèi）製造、電子信息等重點產業發展和（hé）擴大出口具有較強的帶動作用，是國家實施海（hǎi）洋強國和製（zhì）造強國戰略的重要支撐。《中國製造2025》已將高技術船舶列為十大（dà）重點發（fā）展領域之一。

船舶的傳（chuán）統動力推進（jìn）裝置，如柴油機、蒸汽輪機、燃氣輪機等，通過消耗柴油來產生動力（lì），存在如下主要問（wèn）題：

  ●燃（rán）料能量轉換效率低（約35%）；

  ●柴油機（jī）的振動噪聲等級高，極大降低了船舶的舒適度；

  ●燃料（liào）燃燒產生大量溫室氣體、氮氧化物、硫氧（yǎng）化物和顆粒物，造成嚴（yán）重的生（shēng）態環境（jìng）汙染；

  ●化石能（néng）源是非可再生能源，而且現有的化（huà）石能源儲量有限，不能支撐人類的持久發展。

因此，研究清潔、高效、可持（chí）續發展的新能源動力推進技術已經成（chéng）為綠色船舶的（de）重要發展方向。

氫燃料電池是21世紀綠色動力能源技術製高點，是一種將自身攜帶氫燃料與氧化劑中的化學能經電化學反應直接轉化為（wéi）電能的發電裝置，具有能（néng）量轉化（huà）效率高、能量密度高、振動噪聲（shēng）低和零排放等優點。此外，氫（qīng）是可再生能源，可（kě）通（tōng）過太陽能、風能、水勢能、生物能等綠色（sè）能源製氫獲得。因此，氫（qīng）燃料電（diàn）池推進技術在船舶上應用可實現能源高效、零排放和（hé）船舶舒適度提升，是綠色船舶的理想動力推（tuī）進裝置，適應綠色船舶（bó）市場需求。

（一）規劃與標準

北美、日本（běn）、韓國等先進國家和地區已將船用氫燃料電池推進技（jì）術作（zuò）為政府重點支持方向，相繼頒布一係列規劃與標準，引導（dǎo）並支（zhī）持氫燃料電池船舶產業發展。

北美：對氫能的研發始於1973年（nián）的石油危機，當時成立了國（guó）際氫能協會，並在美國邁阿密（mì）海灘召開了有（yǒu）關該主題的第一界國際會議，美國能源研究開發署（ERDA）對氫能研究計劃加以（yǐ）扶（fú）持，作為對美國（guó）政府能源自給不成功計劃部分的一種彌補。2015年，美國能源局向國會提交了《2015年美國燃料電（diàn）池和氫能技術發展報告》，大（dà）力投資發展先進氫燃料電池技術。2016年，美（měi）國能源（yuán）部報告稱，正（zhèng）聯合製定環境、安全、許可等方麵的船用氫燃料電池和加氫站行業規範。

日本：2009年國土交通省製定的《對於船舶（bó）行業中長期科研計劃》中便提到將燃料電池作為船舶電力（lì）推進係統來減（jiǎn）少排放。得益於日本燃料電池領域的技術（shù）優勢，其在船用領域雖起步晚（wǎn）但發展較快。2017年，日本船級（jí）社發（fā）布液氫運輸船（chuán）安（ān）全建造運（yùn）營導則，填補了目前海事規則規範在氫燃（rán）料動力領域的空白。

韓國：知識經濟部在2010年製定的《造船產業中長期發展戰略規劃（huá）》中（zhōng）便（biàn）提到將（jiāng）燃料電池（chí）等綠色能源（yuán）應用到船舶行業中。2015年，政府推出的燃料電池船舶項目共投（tóu）入160億韓元，由（yóu）韓（hán）國船級社牽頭進行相應的研發。韓（hán）國的大型（xíng）船廠與（yǔ）企業如大宇造船海洋（山東）有限公司、浦項製鐵電力公司（POSCOPower）、三星重工（gōng）有限公司、SystemTechnologyExcellence（STX）造船集團都參加了政（zhèng）府（fǔ）牽頭的船用燃料電池研發項目或（huò）自主研發。

（二）示範與應用現狀

歐盟、德國、美國、挪威、日本（běn）等先進國家和地區在船用氫燃（rán）料電池推進技術領域處於領先地位，已實現船用氫燃料電池（chí）動力推進裝置的示範及應用（yòng），進入推廣應用階段（duàn）。國外主要船用燃料電池推進技術示範項目如（rú）表1下所示：

表1：國外（wài）主要船用燃料電（diàn）池推進技術示範項（xiàng）目（mù）

歐盟（méng）：在2007年資助世界上第一個商業客輪ZEMships項目（mù），該船采（cǎi）用混合動力（lì）推進方式，整合了兩個（gè）峰值（zhí）功（gōng）率48kW的氫燃料電池（chí）和（hé）560V的鉛蓄電池，可運送100名乘客。

德（dé）國：在2008年研製出100客“Alsterwasser”號氫燃料電池遊船，其采用氫燃料電池動力推進裝置（zhì）作為主推進動力，功率（lǜ）達到100kW，最高航速可（kě）達到14km/h，目前實現載客共14000餘名。

法國：在2017年建（jiàn）成氫–風–光動力船“EnergyObserver”號（hào），該（gāi）船長30m，重20t，采用氫（qīng）燃料電池係統22kW。

荷蘭：在2009年建成100客（kè）“Fuel Cell Boat Amsterdam”用於運河旅遊事業，該（gāi）船配備60~70kW氫燃（rán）料電池係統，采用高壓氫氣提供氫燃料（liào），能夠以7節（jiē）（1節=1nmile/h）航速航行9h。

美國：在2018年6月25日宣布，將在海灣地區建造第一艘氫燃料電池渡輪（lún）。該渡輪載客84名，電力推進動力功率是2×300kW，長21m，鋁質船體，航速為22節。

挪威：在2009年與瓦錫蘭集團、MTU船級社合作研（yán）製出著名的氫燃料電池海麵補給船“VikingLady”號，該（gāi）氫燃料電池係統功率為320kW，燃料為液化51吃瓜网，是全球第一艘投入運營的氫燃料電池（chí）工程船舶。

日本：在2015年下水試航首款（kuǎn）氫燃料電池漁船（chuán），該漁船全長12.5m，可乘坐12人，可搭載450L氫燃料，最高（gāo）速度可達37km/h。

氫燃（rán）料電池推進技術可作為推（tuī）進動力（lì）和輔助動力裝置，應用於內河、內湖（hú）和近海的遊（yóu）船和遊艇（tǐng），滿足該類型船舶對節能減排、綠色環保和提升船舶舒適度的需求；作為（wéi）推進（jìn）動力和輔助動力裝置，應用於科考（kǎo）船，滿足該類型船（chuán）舶對噪聲振動及廢氣排放的需（xū）求；作為（wéi）輔助動力裝置，應用於頻繁進出（chū）港口的散貨船和客船，滿足該類型船舶對降低港口環境保護的需求。

近年來，車用氫燃料電（diàn）池技術及其（qí）配套（tào）設施投入不（bú）斷加大，上海汽車集（jí）團股份有限公司、上汽大通（tōng）汽車有限公司（sī）、鄭州宇通集團有限公等國內知名車企先後推出各型號燃料電池作為發動機的新能源汽（qì）車。中國船舶重工集團第七一二研究所通過承擔科學技術部新能源汽車重點專項“快速動態響應燃料電（diàn）池發動機研發”，已攻克物流車（chē）用燃料電池發動機（jī）的工（gōng）程化核心（xīn）技術。總（zǒng）體而言，在車用領域（yù），氫燃料電池係統的開發和應用（yòng）已具備較好的技（jì）術基（jī）礎與投資環境。相比而（ér）言（yán），國內船用氫燃料電池推進技術研究工作剛起（qǐ）步。

國內對船用（yòng）氫燃料電池推進技術（shù）的規範研究工作（zuò）主要集中在（zài）中國船級（jí）社（shè）（CCS）。2017年12月，CCS的《船舶應（yīng）用替代燃料指（zhǐ）南》第（dì）2篇燃料電池推進（jìn）係統中規定了燃料電池船舶的各項設計與檢驗要（yào）求。國內（nèi）對船用氫燃料電池推進技術的工程化研究工作（zuò）主要集中在中國船舶重工集團第七一二研究所，通過承擔國家政府（fǔ）科研項目，在艦船和水下裝備領域的（de）氫燃料電池動力係統的技術攻關（guān）工作中積累了豐富的研（yán）製經驗，在氫（qīng）燃料電池電堆、氫（qīng）源技術、控製（zhì）與能量（liàng）管理（lǐ）、係統集成等方麵取得關鍵技術突破，在船用氫燃料電池推進技術領域處於國內領先地位，具備（bèi）較好的技術基礎儲備。

此外，中國船舶重工集團第七一二研究所在電力推（tuī）進係統方麵，承擔了工業和信息化（huà）部“船（chuán）舶綜合電力推進技術”和（hé）“船舶綜合電力推進係統工程化技術研究”項目、科學技（jì）術部“船用電力推進係統”項目等。完成了救援船、液化51吃瓜网（LNG）船、散貨船、水聲測量船、太陽能遊船、蘇（sū）州環城河（hé）遊船、三亞環島遊（yóu）船、新疆天池遊船、武漢輪渡、挖泥船、海上風電安裝船等船舶的（de）電力推進係統（tǒng）集成工作。目前，正在承擔（dān）國內首艘300客位（wèi）全電動客船研製項目，采用高性能（néng）鋰電池作為全船動力推進裝（zhuāng）置，後續將采用（yòng）氫燃料電池替換（huàn）鋰電（diàn）池作為全（quán）船動力裝置，是國內率先推出的“零排放”“環境友好”綠色動力客船。

雖然，近年來我國（guó）船用氫燃料電池推進技術取得了長足的進步，但與國外先進國家相比仍存在（zài）差距：

①船用氫燃料電池推（tuī）進裝置的戰（zhàn）略與（yǔ）目標（biāo）亟待確立；

②氫燃料（liào）電池船舶領域法規規範研（yán）究不足；

③船用氫燃料電（diàn）池推進（jìn）技術（shù）工程（chéng）化的部分關鍵技術（氫燃料電池電堆（duī）船用化技術，船用高安全、高儲氫密度（dù）氫源技術，船用氫燃料電池係統集（jí）成技術）有待突破；

④船用氫燃料電池配套基礎設（shè）施建設缺乏。

（一）基本思（sī）路

按照《中國製（zhì）造2025》對（duì）高技術船（chuán）舶在2025年實現船舶工業製造強國（guó）的要求，圍繞氫燃料電池推進技術在（zài）節（jiē）能、環保、安全、高效船舶推進裝置領域（yù）的市場（chǎng）需求和發展趨勢，以突破（pò）具有自主知識產權的船用氫燃料電池推進技術工程化為目標，通過政策引導、關鍵技術攻關和綠色（sè）環保技術應用，實現船用（yòng）氫燃料電池推進裝（zhuāng）置自主化和工（gōng）程化，加（jiā）快推進船舶工業轉型升級，以適應（yīng）高性能綠（lǜ）色船舶在內河、近海、遠洋船舶領域的市場需（xū）求。

（二（èr））發展建議

1.加強統籌規劃，建立（lì）國家推動機製

明確（què）氫燃料電池船舶的發展（zhǎn）思路和技術路線，製定國家發展氫燃料電池推進裝置的戰略與目標。根據戰略定位與發展目標製定船用氫燃料電池推進技術發展（zhǎn）政策（cè）與統籌規劃，建立國家推動機（jī）製。引導行業、企業，科研院所、高校及各（gè）地方政府的發展方向，加強組（zǔ）織管理，實現資源（yuán）共享，減少資源、投資的浪費。

2.加大對（duì）關鍵（jiàn）核心技術的研發力度，提高自主創新能力（lì）

加大國家及各級（jí）地方政府科（kē）研投入，重（chóng）點加強對船用氫燃料電池推進技術工程化的（de）關鍵核心（xīn）技術研發（fā）：高效率、高可靠和長（zhǎng）壽命的氫燃料（liào）電池電堆船用（yòng）化技術；高安全性、高儲氫密度（dù）、高存儲釋放可逆、補給便捷的船用氫源技術；高緊湊、智能化的大（dà）功率（lǜ）氫燃（rán）料電池係統（tǒng）集成技術。此外，在以企（qǐ）業自主創新（xīn）為核心的基礎上，強化產學研合作，整合（hé）行業的優勢技術資源和產業鏈資源，打造技術一流的研發（fā）團隊和技術（shù）領（lǐng）軍人才，提高自（zì）主創新能力。

3.開（kāi）展法規規範的符合（hé）性研究，建（jiàn）立燃料電池船舶法規規範

以國家相關規定為準繩，聯合國家海事局相關部門，重點開展儲（chǔ）氫設（shè）備上船的合規性分析研究、船用氫源及氫燃料（liào）電池（chí）推進技術的安全性分析研究（jiū）和氫燃（rán）料電（diàn）池船舶風險評估規範研究，逐步建立和（hé）完善氫燃料電（diàn）池船舶法規規範。

4.開展示範運行（háng），推廣市場應用進程

以生態優先綠（lǜ）色發展為引（yǐn）領，實現內（nèi）河–近海–遠洋（yáng）的逐（zhú）步（bù）示範推廣。在示範（fàn）運行中，對裝置可靠性、安全性、環境適應性等進行係統考核（hé），推廣自主研（yán）發的（de）裝置，加快（kuài）氫燃（rán）料存儲、補給配套設施建設。為（wéi）在全國範圍的示範積（jī）累經驗，盡快推動船用氫燃料電池推進技術向產業化方向（xiàng）邁進。

5.開展（zhǎn）國際合作，推進我（wǒ）國技術核心競爭力

圍繞船（chuán）用氫（qīng）燃料電池推進裝置（zhì）技術戰略定位與發展目標，積極開展和（hé）各相關國際機構、組織、企（qǐ）業的（de）合（hé）作，積極開（kāi）展（zhǎn）雙邊或多邊國家政府間的合（hé）作。全（quán）麵提（tí）升國際科技合作的質量，增強我國在船用氫燃料電池推進裝置的科技創新（xīn）能力和核心競爭（zhēng）力。