“氢舟”已过万重山！动力系统改为氢燃料电池就行了？没那么简单

是的你没看错，不只是汽车，船也能用上“新能源”啦！10月11日，氢燃料电池动力示范船“三峡氢舟1”号在湖北宜昌三峡游客中心（九码头）完成首航，这标志着氢燃料电池技术在内河船舶应用实现零的突破。“三峡氢舟1”号相比传统燃油动力船舶，预计每年可替代燃油103.16吨，减少二氧化碳排放343.67吨。该船由中国三峡集团所属长江电力、
中国船舶第七一二研究所、长江三峡通航管理局、中国船级社、武汉长江船舶设计院、江龙船艇等单位共同研发建造，是国内首艘入级中国船级社氢燃料电池动力船。“三峡氢舟1”号为钢铝复合结构，总长49.9米、型宽10.4米、型深3.2米，氢燃料电池额定输出功率500千瓦，续航里程可达200公里，交付后用于三峡库区及三峡-葛洲坝两坝间交通、巡查、应急等工作。这条氢舟是如何诞生的？让我们带你一起走进背后的故事！

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绿色氢舟过长江

近年来，国家出台《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》等系列政策，明确提出氢能是未来国家能源体系的重要组成部分，是用能终端实现绿色低碳转型的重要载体，氢能产业是战略性新兴产业和未来产业重点发展方向。在内河航运领域，研究清洁、高效、可持续发展的新能源动力推进技术已成为趋势。在国家政策的指导下，2021年，三峡集团在长江流域启动氢能业务布局，逐步推进氢燃料电池动力船研制项目的实施。“三峡氢舟1”号是长江电力检修厂水工检修部专业师梁强参与建造的第五艘船。在深度参与了电动船建造后，梁强成为了“三峡氢舟1”号研制项目的成员之一。过去的几十年，梁强是就着柴油味儿下饭的，“现在不行了，闻着就难受”。8月初，梁强参与了“三峡氢舟1”号试航，“几乎听不到噪声，行驶非常平稳，一点气味都没有。”如今说起氢舟，梁强讲得头头是道：“三峡氢舟1”号靠氢燃烧电池提供主要动力，氢燃料电池将氢气和氧气的化学能直接转换成电能，这个过程不通过燃烧，不存在热能和机械能的转换，发电效率更高，而且反应产物是水，不产生污染排放，所以它具有无污染、可再生、高效率的优势。“氢能是一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源，将氢燃料电池技术应用于船舶，是未来船舶动力装置的理想方案。”中船集团七一二所燃料电池事业部系统研究室主任王振说，“长江需要更多像氢舟一样的绿色船舶。”

氢舟的“心脏”

2022年的5月，中山江龙船艇的厂房内，弧光耀眼，火花飞溅，“三峡氢舟1”号底板焊接成功，国内首艘内河氢燃料电池动力示范船正式开工建造。怎么建？把船舶动力系统改为氢燃料电池就是氢舟了吗？可没那么简单。氢燃料电池相当于氢舟的“心脏”。在国内，氢燃料电池已经成功应用于航天领域和汽车交通领域，但在船舶交通领域，没有经验可循，相关技术规范、支持政策、建造标准尚不健全。“移植”心脏只是第一步，关键得看这颗全新的心脏如何与各个器官和系统实现匹配和协同，以达到整个身体机能发挥的最大化。这需要大量的研究论证，长江电力牵头各单位开展了氢燃料电池动力系统在船舶上的适用性与安全布置分析，以及氢燃料电池与锂电池能量管理、氢燃料船舶加注操作流程、内河氢燃料电池动力船示范应用方法等一系列技术研究。“我们成了第一个吃螃蟹的人。”汤文军接到“三峡氢舟1”的设计任务是2021年5月，那时他刚完成电动游轮“长江三峡1”的设计，“感觉很有难度，但是又很兴奋。”汤文军是“三峡氢舟1”主设计方武汉长江船舶设计院有限公司副总经理，在他看来，该船的船型设计涉及几个具体的关键点，“一是续航能力，氢舟采用的是氢燃料电池与锂电池混合动力系统，氢燃料电池作为主力电源，锂电池作为启动电源、变工况下的削峰填谷和应急电源，我们要通过多场景模拟测算，确定两种电池功率的配置，在此基础上确定最高航速和续航里程；二是要确定燃料电池系统、氢气瓶间、锂电池与机电设备间等重点风险区域的布局，以此敲定船舱各大区域的划分布局；三是要实现氢燃料电池系统与其它控制系统的关联与匹配，取得智能船舶认证。”“这个过程涉及多番试验、论证和沟通。”在船体的设计和建造中，长江电力检修厂承担了大量建造协调工作，由于施工正值新冠疫情，建造团队依靠线上开展日常沟通，船舶潜水分部主任许家铭最忙的时间是下午5点半以后，趁着设计方、船厂和供货商在晚餐时间有空，他逐个“煲电话粥”协调解决问题。“氢燃料电池具有能量转化率高、能量密度高、振动噪声低和零碳排放等优势，但在船舶领域大规模应用还要解决安全运行、氢气存储和加注等诸多问题。”中船712所王振说，“‘三峡氢舟1’的建成运行具有里程碑意义，实现了氢燃料电池技术在船舶应用从0到1的跨越，为氢燃料电池动力船在国内的大规模商业应用提供了实船示范。”

氢从哪里来

氢舟有了，氢气从哪里来呢？2021年，根据国家相关政策和三峡集团战略部署，当年6月，长江电力启动“中国三峡绿电绿氢示范站”项目建设，为内河氢燃料电池动力船提供加氢服务。“它是国内首个内河码头型制氢加氢一体站，可以一站式完成氢能的制备和加注。”长江电力科学技术研究中心关苏敏介绍，“示范站位于三峡工程下游杨家湾码头，利用三峡电站发出的绿电进行电解水制氢，再将制得的氢气经过压缩、储存、加注等环节，直接供给氢能源船舶，实现自给自足，提高供氢效率。”然而，给船加氢可没那么容易。关苏敏拿汽车加油举例，汽油是液态储存，便于管控，氢是以高压气体形式储存，危险源管控难度更大；而与氢能源车加氢相比，陆地上的车加氢主要采用加氢枪，加注时间一般不超过10分钟，但船舶加氢具有加注量大、持续时间长的特点，因此，加注设备不宜采用陆用加氢枪，应采用更加可靠的加注连接方式，并考虑船岸之间的紧急切断的联动功能。“由于船在泊岸状态会有晃动，加氢机与船舶充氢口的距离不可能完全固定，水平距离一般为5米，而垂直距离受季节性水位落差和强风影响，会存在5到11米的偏差。”关苏敏说。也就是意味着，要在确保安全的前提下，更加精准、快速地给船舶充氢。通过多种技术方案比选，项目组最终采用了“折叠机械臂牵引高压软管”的加氢方式，每小时可加氢240公斤，满足氢燃料电池船舶续航200公里。“制氢加氢示范站是‘三峡氢舟1’的配套设施，也是推动氢能源技术在内河船舶安全应用的先决条件。”长江电力科学技术研究中心主任研究员叶青平说，目前，示范站具备大量、快速充氢的能力，也实现了制加氢一体化控制，它的建成对于打通“制氢、加氢、储氢、用氢”全产业链条，推动长江大保护和践行“双碳”战略具有重要意义。2023年8月19日，随着第一缕晨光洒落长江水面，“中国三峡绿电绿氢示范站”为“三峡氢舟1”号注入第一方氢能。江水汤汤，山色苍苍，这座“绿色粮仓”在金色大坝的映照下静静等候，不久的将来，会有更多的氢舟在它的补给下“氢”装跨越万重山……来源：中国三峡集团 新华社

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