战略研究丨绿色船舶：船用氢燃料电池推进技术

本文选自《中国工程科学》2019年第6期

作者：彭元亭，徐增师

来源：船用氢燃料电池推进技术发展研究[J].中国工程科学,2019,21(6):18-21.

摘要：本文介绍了船用氢燃料电池推进技术发展的必要性、国内外现状、问题及技术需求。与国外先进国家相比存在差距：船用氢燃料电池推进装置的战略与目标亟待确立；氢燃料电池船舶领域法规规范研究不足；船用氢燃料电池推进技术工程化的部分关键技术有待突破；船用氢燃料电池配套基础设施建设缺乏。提出了我国船用氢燃料电池推进技术发展思路与建议，分析了船用氢燃料电池推进技术的应用前景。

关键词：高技术船舶 ; 氢燃料电池 ; 推进技术

船舶是为航运业、海洋开发及国防建设提供技术装备的综合性产业，也是国家实施海洋强国和制造强国战略的重要支撑。

船用氢燃料电池推进是先进船舶装备升级换代的使能技术，引领船舶产业绿色化发展，助推我国制造业高质量发展。

  一、船舶先进动力发展趋势

柴油机、蒸汽轮机、燃气轮机等传统的船舶动力推进装置，消耗柴油产生动力，但存在不足：化石燃料储量有限且非可再生，燃料能量转换效率低（约35%），振动噪声强度高而影响舒适度，排放氮氧化物、硫氧化物和颗粒物而破坏环境。

研究清洁、高效、可持续发展的新能源动力推进技术已经成为绿色船舶的重要发展方向。氢燃料电池被视为21世纪的绿色动力能源技术制高点，具有能量转化效率高、能量密度高、振动噪声低和零排放等突出优点。

氢燃料电池推进技术作为推进动力和辅助动力装置，应用于内河、内湖和近海的游船和游艇，满足该类型船舶对节能减排、绿色环保和提升乘坐舒适度的需求。

氢燃料电池推进技术作为推进动力和辅助动力装置，应用于科考船，满足该类型船舶对噪声振动及废气排放的需求。

氢燃料电池推进技术作为辅助动力装置，应用于频繁进出港口的散货船和客船，满足该类型船舶对降低港口环境保护的需求。

二、国际研究与示范应用情况

（一）规划与标准

发达国家已将船用氢燃料电池推进技术作为政府产业支持的重点方向，发布了一系列规划与标准，引导并支持绿色船舶产业发展。

美国能源局向国会提交了《2015年美国燃料电池和氢能技术发展报告》，建议投资发展先进氢燃料电池技术。

2016年，美国能源部联合多个机构，开始制定有关环境、安全、许可等方面的船用氢燃料电池和加氢站行业规范。

2017年，日本船级社发布液氢运输船安全建造运营导则，填补了氢燃料动力领域海事规则规范的空白。

韩国的多家主力船舶企业参与了政府牵头的船用燃料电池研发项目。

（二）示范与应用

欧盟、德国、美国、挪威、日本等先进国家和地区在船用氢燃料电池推进技术领域处于领先地位，已实现船用氢燃料电池动力推进装置的示范及应用，进入推广应用阶段。

美国在2018年6月宣布，将建造第一艘氢燃料电池渡轮并在海湾地区投入运营。该渡轮为铝质船体，长21 m，载客84名，电力推进功率为2×300 kW，航速为22节。

表1  国外主要船用燃料电池推进技术示范项目

三、国内研发进展

近年来，国内车用氢燃料电池技术及其配套设施的研发投入不断加大，车用氢燃料电池系统的开发和应用已具备较好的技术基础与投资环境。国内船用氢燃料电池推进技术研究工作刚刚起步，但有望承接车用新能源动力的技术辐射。

国内对船用氢燃料电池推进技术的规范研究工作主要集中在中国船级社。《船舶应用替代燃料指南》的“燃料电池推进系统”章节规定了燃料电池船舶的各项设计与检验要求。

国内在氢燃料电池电堆、氢源技术、控制与能量管理、系统集成等方面取得了一些技术突破，建立了较好的技术基础和储备。

完成了救援船、液化天然气船、水声测量船、太阳能游船、游船与轮渡、挖泥船、海上风电安装船等多类船舶的电力推进系统集成工作。

启动了300客位全电动客船研制项目，后续将采用氢燃料电池替换锂电池作为全船动力装置，瞄准成为“零排放”“环境友好”的绿色动力客船。

后续，我国船用氢燃料电池推进方向的主要工作有：确立船用氢燃料电池推进装置的战略与目标，开展氢燃料电池船舶领域的法规规范研究与制定，攻关船用氢燃料电池推进技术工程化的部分关键技术，启动船用氢燃料电池配套基础设施建设。

四、发展思路与建议

（一）加强统筹规划，形成国家产业推动机制

明确氢燃料电池船舶领域的发展思路和技术路线，制定氢燃料电池推进装置的战略与目标，发挥国家产业推动机制的优势。引导行业、企业、科研院校的研究发展方向，共享技术资源、提高投资效益。

（二）加大对关键核心技术的研发力度，提高自主创新能力

合理加大政府层面的科研投入，组织开展船用氢燃料电池推进技术工程化的关键核心技术研发。以企业创新研发为主体，强化产学研合作，整合优势技术资源，打造一流研究团队，形成创新发展机制。

（三）开展法规规范的符合性研究，完善法规规范体系

由国家相关部门牵头，开展储氢设备上船的合规性分析研究、船用氢源及氢燃料电池推进技术的安全性分析研究、氢燃料电池船舶风险评估规范研究，逐步建立和完善法规规范，指导技术研发和工程示范。

（四）开展示范运行，加速市场应用进程

按照内河–近海–远洋的次序，逐步开展氢燃料电池船舶示范推广应用，考核其可靠性、安全性和环境适应性。同步建设氢燃料存储、补给配套设施建设。总结示范应用经验，加快推动船用氢燃料电池推进技术的产业化应用。

（五）开展国际合作，增强我国技术核心竞争力

围绕船用氢燃料电池推进装置技术的战略定位与发展目标，开展和各相关国际机构、组织、企业的合作，推行双边或多边国家政府间的合作。提升国际科技合作质量，参与国际市场竞争，增强我国的领域研发和持续发展能力。

改编丨崔鹏

如需阅读全文，请点击文末“阅读原文”

☟ 更多相关阅读，点击以下链接查看

点击图片阅读丨李华军院士谈海洋油气开采

点击图片阅读丨战略研究：海洋强国

中国工程院院刊

工程造福人类

科技开创未来

微信公众号ID ：CAE-Engineering