氢燃料动力船是绿色船舶新风口吗？

在“碳达峰”“碳中和”的愿景下，航运业正掀起一场前所未有的绿色变革，LNG、纯电动、燃料电池、生物质能等众多新型清洁能源走进大众视野，成为实现航运业减排目标的解决方案之一。

“氨、氢能源未来可能成为主流的零碳排放船舶动力替代燃料。”在今年的全国两会上，全国政协委员、民建上海市委副主委、江南造船（集团）有限责任公司科技委主任胡可一表达了他对氢燃料动力船舶应用前景的看好和期待。

在众多新型能源中，氢燃料为何备受期待？如何发展利用氢能源，助力航运业脱碳转型？带着这些疑问，记者采访了多位业内专家。

政策持续加码 发展备受青睐

为配合国家2060年实现“碳中和”目标的实现，航运业和造船业也面临新的挑战和机遇。胡可一介绍，在航运业和造船业，目前主要有三种清洁能源，分别是以天然气、醇类、醚类等为代表的低碳能源；以生物和合成燃料、电燃料为代表的碳中和能源；及氢、氨、核能为代表的零碳能源。

氢为何被称为“零碳能源”？中国船级社武汉分社产品处处长贾思庆为记者解惑。“氢燃料电池实际上是一种发电机，不是我们常规理解的充电再放电的‘电池’，它是利用氢气和空气中的氧气发生电化学反应从而产生电流的一种装置。当氢气和氧气反应后，只产生电能、热能和水，因此氢燃料电池没有尾气排放。”

与锂电池对比，氢燃料电池还克服了其续航里程低、充电时间长以及温度适应性差等缺点。同时锂电池的尺寸与贮存的电能是正比关系，这也就意味着载重量越大的船舶需要的电池越多，这样不仅增加了船舶自重，而且给电源管理带来了难度，再者大容量的锂电池对充电的要求也很高，所以纯电池动力船的应用场景受到一定限制。

而氢燃料电池实际为一种发电设备，其质量功率密度本身就比锂电池要高很多，而且电能总量要求只和氢气储存量有关，与燃料电池发电系统本身没有直接关系，庞大的船舶可以为储氢提供足够空间。据介绍，以一艘需携带3600度电能量的新能源船为例，燃料电池系统（含储氢）总重量要比锂电系统轻约20吨。

此外，锂电池在低温时性能衰减很快，过高的温度又会引发自燃问题，而目前使用最普遍的质子交换膜燃料电池在-40—90℃温度范围内都可保持可靠稳定的运行。

在全球能源紧缺、环境保护的压力下，氢燃料电池发电技术受青睐也就自然而然了。

在我国，氢能船舶的发展已获得国家层面的政策支持。2020年6月，交通运输部发布《内河航运发展纲要》，鼓励探索发展纯电力、燃料电池等动力船舶，研究推进太阳能、风能、氢能等在行业的应用。刚刚结束的全国两会上，氢能也被写入《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》的“前瞻谋划未来产业”章节中。

事实上，2019年以来已有广东、山西等十余个省份将发展氢能写入政府工作报告，尤其滨江临海的山东、浙江、河北等省份，明确提出发展氢能产业，并勾勒出详细“施工图”。如2019年12月，浙江省发展改革委、省经信厅、省科技厅联合印发《浙江省加快培育氢能产业发展的指导意见》，提出依托省内船舶制造企业，发展以氢燃料电池为动力的海洋及内河运输船舶和渔船；2020年7月，《山东省氢能产业中长期发展规划（2020-2030年）》印发，该省将在青岛积极培育氢能轨道车辆及船舶研发制造基地，全力打造“东方氢岛”。

核心部件国产化 迈出商用关键一步

政策持续加码，行业研发同步推进。

中国船级社早在2013年就开展了船用燃料电池的相关研究工作，并于2015年发布了《船舶应用燃料电池系统指南》，2017年又发布了《船舶应用替代燃料指南》取代了之前2015版本。目前2021新版《船舶应用燃料电池发电装置指南》即将发布，这为燃料电池在船舶上应用提供了技术标准。

目前，氢燃料电池在船用领域已取得多项突破。

在2019年12月举办的第20届上海国际海事会展上，中国船舶第七一二研究所发布了拥有自主知识产权的全国首台500KW级船用燃料电池系统解决方案，其核心组部件基本实现自主可控，关键性能指标达到国际先进，填补了国内该领域的空白。

2020年1月，中国船级社武汉分社向武汉众宇动力系统科技有限公司（以下简称“众宇动力”）颁发我国第一张船用燃料电池产品型式认可证书，标志着我国船用氢燃料电池正式从科研阶段转入商用化道路。值得一提的是，这套TWZFCSZ系列燃料电池系统是众宇动力完全自主研发、设计和生产的产品。

“船舶行驶在江河湖海中，形如孤岛，且一次出航从几天到几个月不等，因此相对于汽车，船用场景对燃料电池的安全性、可靠性要求高很多。此外，目前车用氢燃料电池的配套设备相对成熟，而船用系统很多都需要自主设计。”众宇动力品牌负责人陈通介绍，该公司致力于燃料电池电堆及核心零部件、燃料电池系统的研发、生产、销售与技术服务等，在车用、无人机和电源用领域已取得诸多成果，但从这些领域拓展到船用，需要突破的难题也不少。

为提高氢燃料电池系统的安全性，众宇动力对燃料电池氢气系统和电气控制系统都进行了特殊设计。“我们还增加了一个防护罩，在防护罩中设置有氢气泄露监测和两级报警以及系统排气装置，这对设备安全性又增加了一道安全防线，保证了产品的本质安全。”陈通说。

在产品性能和可靠性上，众宇动力通过对电堆采用的特殊设计及控制系统的优化，使得船用系统的寿命可长达4万小时以上；一些电气配套部件在车用基础上做了定向开发，比如在电气安全、电磁屏蔽、电器功能等方面都考虑了船舶特殊要求。

贾思庆参与了该型燃料电池系统的认可工作。他表示，经过系列船机化改造，TWZFCSZ系列燃料电池系统在船用环境条件及电磁兼容性、系统密性、噪音、工作负载等各项性能指标均满足中国船级社指南和IEC标准要求。

在中国人民解放军海军工程大学动力学院梁前超教授看来，众宇动力此次通过认证的船用燃料电池系统是具有划时代意义的，“奠定了船用燃料电池商用化的基础”。

开启明日氢旅 尚需多方助力

据交通运输部水科院的数据和专家预计，2025年氢燃料电池系统改造船数量和新建氢燃料电池船舶数量分别约400艘和200艘，氢燃料电池系统市场规模将达到200亿元。

“目前来说，氢燃料动力船在技术上已没有实质性难度，国内已有一批拥有自主核心技术的氢能领军企业，个别企业的燃料电池电堆已实现100%国产。影响产业发展的主要还是政策、法规、成本以及基础设施建设等方面的因素。”在贾思庆看来，氢能“上船”尚需多方助力铺平道路。

一方面要在政策上加强扶持。“对产业链最直接的支持政策依旧是适度的财政补贴。财政部、发改委等五部门已联合发布《关于氢能燃料电池汽车示范应用推广的通知》，但目前政府针对氢燃料动力船的补贴没有明确的规定，建议有关部门研究制定相关政策，奖励船舶使用清洁能源，同时鼓励企业对沿岸加氢站的建设，加大支持船舶污染治理和新能源船舶技术推广力度。”

另一方面要完善相关法规制定。贾思庆指出，由于国内暂未出台氢燃料电池船舶法定检验技术规则及相应的管理办法，在船舶建造或改造过程中缺乏可遵循的依据，国内科研院所目前还是以示范项目为主开展试验论证工作。中国船级社与中国船舶集团712所正联合开展“氢燃料电池动力船舶”工信部研制项目，为船舶氢燃料的应用推广提供技术支持。同时中国船级社受部海事局委托正在进行氢燃料船舶应用技术的专项研究，开展《氢燃料电池动力船舶技术与检验暂行规定》的编制工作，将尽快出台氢燃料电池船舶法规，为氢能上船提供支撑。

在全国两会上，胡可一聚焦“碳中和”目标，提出推进航运能源转型顶层设计的建议。他指出，对于长期的、可持续的能源转型，航运业和造船业如果没有一个顶层规划是很难达到预期的目标。鉴于氨、氢能源未来可能成为主流的零碳排放船舶动力替代燃料，他建议要重点超前规划氨、氢燃料发动机的研发、运行的安全性法规、氨、氢燃料的生产、运输、存储等技术以及加注网点的布局，加强工业副氢利用的能源链建设。

当然，从实验室走向大市场，氢能源“上船”绕不开成本问题。“船用氢燃料电池系统的价格还是比较高的。不过产品还没有形成规模化以前，谈成本是没有意义的。比如在2015年左右纯电动车价格很高，但现在已和燃油车相差无几。”陈通坦言。

随着燃料电池规模化生产后，在材料、技术及工艺上势必得到进一步突破和提高，成本将会呈断崖式下降。专家预计在年产2000套规模时，系统成本将降至2000元/KW以下，届时燃料电池在价格上和锂电池相当。

此外，当前氢气的制备、储存、运输、加注等各环节的成本均较高。但随着新能源电解制氢的技术不断成熟，光伏、水力、风力等将为社会提供大量廉价的“绿氢”，这也将是未来发展的必然方向和重要途径。专家预测，在未来的10年内，燃料电池的运营成本将比纯电池或柴油动力更低。

船用氢燃料电池转入商用化道路还需要开展实船验证工作。贾思庆告诉记者，中国船级社正在与业界合作，结合一些示范项目稳步推进，最终走向深远海。“在示范运行中，中国船级社将对装置可靠性、安全性、环境适应性等进行系统考核，推广自主研发的设备，积累实践经验，尽快推动船用氢燃料电池动力系统向产业化方向迈进。”