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氢能船舶发展“困局”-凯发登录首页

2022-11-17 来源:势银能链 浏览数:130

自2002年我国公开报道的首艘以燃料电池为动力的游艇试航成功后,氢能船舶的优势逐渐进入大众视野。历经20余年的研发推广,国家/

 自2002年我国公开报道的首艘以燃料电池为动力的游艇试航成功后,氢能船舶的优势逐渐进入大众视野。历经20余年的研发推广,国家/地方政府纷纷出台了相应政策以带动产业发展,氢船发展已进入“加速度”阶段。

同时,在国家双碳目标中对交通领域的减碳转型提出了明确要求,氢能船舶的优势不断凸显,但氢能船舶的投用仍需克服成本、技术、法规、安全、监管和管理方面存在的各种困难。

业内某领先企业负责人向势银能链表示:“氢燃料电池动力船舶应用目前技术可行,然而氢气作为危险品管理,设计建造附加要求较高;船用氢气加注基站的规划审批及营运监管等政策空白,氢气生产与供给均处于起步培育阶段;氢燃料电池动力系统研制成本过高等问题,制约了氢燃料电池动力船舶的推广应用。”

困难与机遇并存,未来将如何面对氢能船舶这一巨大市场?又该克服哪些问题?

对此,势银能链特采访了在氢能船舶方面积极布局的企业——国氢科技、众宇动力、国氢新能源、保胜燃料电池等燃料电池企业,通过企业的角度来明晰目前氢能船舶“发展之困”。

图为2022年上述企业的氢能船舶相关进展(部分)

车/船用燃料电池技术的主要区别

目前来说,我国研究氢车汽车的技术已经相对成熟,并且已陆续开展了大规模应用,但氢船的研发还只是停留在实验、初步下水的前期探索阶段,这也进一步说明燃料电池在车用与船用方面有较大的设计差距。

具体有哪些不同?对此,国氢科技、国氢新能源、众宇动力、保胜对燃料电池分别在不同方面做了阐述,总结来看分为以下几大方面——

功率等级不同,现有氢船需要500kw-1000kw级系统才能满足电能需求,兆瓦级燃料电池系统更是作为未来重点发展方向,氢车普遍需求在100kw-200kw级,体量较小研发难度较小;

稳定性要求不同,船舶救援相对车辆救援困难安全性要求高,同时船舶倾斜摇摆幅度比较大且比较频繁,需要做更多可靠性设计,而氢车主要考虑路况整体要求相对较低;

耐久性要求不同,船舶环境空气湿度高、盐度高,耐腐蚀性要求高,同时远洋船舶需要更长时间的使用寿命,保证船只正常运行;

空间设计布局不同,氢车对空间需求严苛,产品功率密度要求高,而船舶应用空间大,其中通风排风设计、能源配套管理系统更加复杂。

针对上述部分问题,保胜相关负责人表示目前powercellution系列产品在特定的工况下已经可以做到20000-30000个小时,并且到目前为止的运行状况均十分良好。目前保胜针对船舶应用开发的燃料电池产品功率从kw到mw级都有配套,标准化模块200kw船舶燃料电池系统已获得dnv原则性认证。

据其透露,目前保胜燃料电池还在进行多项船舶项目工作的交付。例如,计划明年交付3mw船舶燃料电池系统,可支持船舶巡航3提案或为船舶提供一周的日常用电;正在建造的1.6mw燃料电池系统将为maritime partners拖轮提供动力,该船舶将使用绿色甲醇重整制氢为拖轮提供动力;日后将为amogy作业船提供船舶燃料电池系统,该船将使用绿氨制取氢气。

国氢新能源相关负责人表示,目前该公司设计的系统较上一代完成了升级换代,满足船用动态特性要求、高湿度和高盐雾等技术要求。值得一提是,2021年国氢新能源开发了中国第一艘燃料电池海钓渔船,该渔船配备30kw燃料电池系统,并已经成功交付客户,目前运行状况整体良好。

安全是氢船研发设计的重中之重

作为公共交通领域的氢船,在远洋航行时十天甚至半个月才能完成一场旅程。如果在航行途中发生安全问题救援将变得十分困难,并且会危及到整个船舶的生命和财产,因此安全才是在设计研发试用时应该着重考虑的问题。

那么氢能船舶安全性的考虑有哪些特别之处?对此,众宇动力、国氢新能源、国氢科技相关负责人对氢气的存储、燃料电池产品的管路与零部件、船舶绝缘设计等方面提出了相关意见。

由于目前高压气态储氢技术较为成熟并已商业化应用,因此目前船舶主要采用气态储氢方式。因此,在能源安置的安全问题中主要涉及存储条件、预防处理系统两大方面——

目前船舶储氢系统一般放置在密闭空间,氢气一旦泄露、聚集,将会有爆炸的危险,这需要船舶配备防爆房间放置储氢系统。同时为应对突发事故,船舶还应具备碰撞防护措施,在固定支架外设置缓冲设施以减少船舶运行中频繁摇摆的影响;

在预防处理系统方面,船舶应配齐相应的监测系统、通风系统及自动灭火系统等,在故障发生时进行相应报警及应急处理。

同时在管路和零部件方面,为防止运行过程中出现电火花点燃氢气发生自燃或者爆炸事故,在管路与部件的设计中需要防爆、防静电、阻燃、防盐雾等性质。

国氢新能源相关负责人表示,目前该公司新一代船用燃料电池系统已经能够满足高湿度、高盐雾环境,但为规避部分零部件不满足防爆要求,在系统的防爆设计中还采用了整体防爆的技术方案,最终满足船舶整体的安全需求。

今年6月,由国氢新能源配套的浙江舟山首批氢能船舶正式交付,同时现场还就全国首批20艘氢燃料电力系统玻璃钢钓鱼艇示范船的建设签署了合作协议,旨在共同探索新能源、新材料、新技术现代化船舶的推广应用。国氢新能源交付情况

氢能制储运加均存在制约氢船发展的因素

近年来,国内燃料电池产业得到了长足发展,已经形成了包括众宇动力、国氢科技、国氢新能源、保胜燃料电池等一批具有自主知识产权的船用燃料电池系统厂家,部分企业还拿到了产品认可证书,标志着燃料电池船舶商业化应用向前迈进了一大步。

图为船用氢燃料电池发电系统型式认可证书 来源:国氢科技

但是,我国氢能产业正处于“陆热水冷”的阶段,氢能在船用方面的生产、储存、运输条件和行驶环境的瓶颈都会有所不同,发展备受制约。

针对目前制约氢船发展的主要因素,众多企业提出的观点大同小异。按照保胜燃料电池负责人的话来总结,目前主要包括基础设施配套、加氢、储氢以及标准规范(政策、操作规范)四大方面。对此国氢科技与国氢新能源也做了相应的补充——

基础设施配套方面:目前受到港口加氢站等相关标准并未实施,造成加氢站建设整体不足,同时因安全问题也无法广泛推广;

加氢:由于氢燃料补给限制条件多,加注设施选址困难、审批难度大等问题亟待突破;

储氢:目前船舶主要采用气态储氢方案,但船舶空间有限储氢量不足(例如目前35mpa的压缩氢气,一般储氢量在100kg以下比较合适空间布置,但是续航上往往不能满足要求)。但其它如液氢、氨制氢技术路线更不成熟,无法考量;

操作规范:目前与氢船相关的船员培训要求、操作规程、应急预案等配套管理办法都暂未出台,为推进氢船商业应用,需要对氢燃料电池动力船舶的管理技术进行研究。

标准/政策的缺失延缓产业发展

今年3月,国家《氢能产业发展中长期规划(2021—2035年)》出台,规划明确提出交通领域将率先开展氢能普及应用,同时要积极探索氢燃料电池在船舶、航空器等领域的示范应用,不断提升交通领域氢能应用市场规模。

国家级规划的出台进一步加速了我国氢船的发展速度,目前我国与氢船有关的法规《氢燃料电池动力船舶技术与检验暂行规则(2022)》,其中从检验与发证、船舶布置、轮机、电气装置、控制检测和安全系统、消防、氢燃料储存、氢燃料加注等方面做出了具体的要求,这些都是仅对船舶本体涉及氢能相关的技术进行的要求。

国氢科技相关负责人表示,目前船用燃料电池系统目前标准主要依据iec固定式发电系统,部分测试项目内容和指标与车用系统不同,因此目前还存在车用氢能标准不适用、标准建设零散等问题。

对此,国氢新能源、国氢科技、保胜燃料电池表示目前还需要对船舶加氢站、多点加注技术标准、船上供氢系统标准、管路连接方式、船员安全操作等相关方面作出相应的规范或技术要求。

日后,凭借标准的完善、技术的升级氢能船舶的发展必将呈现飞速发展趋势,未来氢能船舶何时能够产业化、规模化?我们拭目以待。

【延伸阅读】

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阅读上文 >> 超50家主流氢气制储运加企业齐聚高工年会
阅读下文 >> “氢”情出品!东方电气氢燃料电池 绿色清洁的国货好物

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