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近日，廣州市發展改革委對外發布《廣州市氫能產業發展規劃（2019-2030）》，提出發揮南沙在資源、制造、物流、港口等方面的綜合優勢，開展氫能公交、氫能港口、氫能船舶等應用示范，并向外推廣氫能技術，打造南沙氫能產業樞紐。氫能被視為21世紀最有發展潛力的清潔能源。尤其在環保要求日益嚴苛的情況下，零排放的氫能備受青睞。
《內河航運發展綱要》中也明確提出，要加大新能源、清潔能源推廣應用力度，探索發展純電力、燃料電池等動力船舶，研究推進太陽能、風能、氫能等在行業的應用。記者就氫燃料電池在船舶上的應用情況、存在的瓶頸以及今后的發展等相關問題采訪了行業專家。
新能源船舶方興未艾
“氫能是一種綠色、高效的二次能源，具有來源廣泛、燃燒熱值高、清潔無污染、利用形式多種多樣、可儲能等特點。氫能作為‘零排放、無污染’的清潔替代燃料，是最具發展潛力的船用新能源之一。氫燃料電池船舶的產物只有水，可以實現船用端真正意義上的零碳排放。”中國船級社武漢規范研究所高級工程師，也是該所氫燃料應用項目主要參與人陳立劍告訴記者，氫燃料電池具有能效高、零污染、噪聲低、振動小的優點，從長期看，是綠色航運的首選動力源。
“從源頭上對船舶污染進行控制，是解決沿海、內河污染問題，推動綠色航運發展的重要舉措。”遼寧省高校新能源船舶創新團隊負責人、大連海事大學教授楊國剛說，LNG、純電動以及氫燃料電池作為船舶動力，根據各自的優勢特點將應用于不同場景，短期內將會多種形式共存。比如現階段LNG動力船在技術成熟性、經濟性、環保性、燃料可供性上是最均衡的，在內河1000噸到2000噸的貨船上有較大前景，但不太適合于客船和更小型的船，而且在使用中會產生二氧化碳，因此從長久的發展來看會受到限制。
楊國剛告訴記者，純電動船技術上相對成熟，法律法規基本完善，有一定的市場，但存在成本比較高、充電時間長與續航里程短等缺點，目前推廣的主要場景是對環保要求較高水域的觀光船、渡船、執法船、工作船等。氫燃料電池船是完全清潔的，完全沒有炭排放。而且，化學能轉化為電能的效率更高，運行十分安靜，振動很小。長江、珠江、京杭大運河等內河航運量大，流經區域主要集中在我國人口稠密、經濟發達地區，對環保要求高，地方政府也有能力提供較多的資金支持，氫燃料電池船舶有望在這些區域率先推廣。
在積極探索中砥礪前行
據了解，一些企業和科研單位已經開展了氫燃料電池船舶的研究工作。2018年8月，中國船級社與中國船舶集團合作研發內河2000噸級散貨船作為氫燃料電池動力示范船船型。2019年12月，在上海海事展上，中國船級社向中國船舶集團頒發了我國首艘氫燃料試點船舶設計方案的AIP認可。該船為2100噸級定點航線內河自卸貨船，采用4x135kW質子交換膜氫燃料電池作為船舶主動力源，輔以4x250kWh鋰電池組進行調峰補償，續航力約為140公里。目前該船的船舶總體技術設計和氫燃料動力系統原理設計工作已基本完成，中國船舶集團605院正聯合中船712所、中船718所等單位開展該船的研制工作，計劃于2021年底完成示范船的建造并示范運營。
目前，大連海事大學也在開發一艘13.9米的燃料電池動力游艇。“這是一艘實驗性質的船舶，我們主要是對氫燃料電池從岸上到船上的適用性、安全性進行評估，并且進行成本測算，為法律法規提供數據依據。”楊國剛說。
法規與技術瓶頸待破解
“氫燃料有著不可替代的先天優勢，前景看好，而且在國內汽車上已有廣泛應用。但要將氫燃料電池應用于船舶，還存在一些法律法規方面的制約。比如氫目前是當作危化品來管理，作為燃料應用于船舶之前，國家需要出臺一系列的配套法規。”楊國剛說。
據了解，目前國內已形成包括珠三角在內的7個氫能產業群，2019年實現制氫產能約2000萬噸，是世界最大的工業制氫國。制氫、儲氫、加氫、用氫的產業鏈正在逐步形成。“而把陸上的應用移植到船上并非易事。”楊國剛說，相對于汽車而言，船舶運行相對平穩，空間更大，這有利于燃料電池長時間運行在最佳工作區間以及能布置更多的貯氫裝置，但船舶對安全性要求更高。在多維搖擺以及高濕、高鹽的工作環境下，對燃料電池穩定、長壽命的運行將是嚴峻的考驗，而目前相關的研究很少。
“目前，交通運輸部海事局已委托中國船級社研究制定相關法律法規，計劃將于明年8月出臺。”中國船級社武漢規范研究所工業技術部工程師秦傲寒告訴記者，中國船級社早就開始著手這方面的工作。2017年中國船級社發布了《船舶應用替代燃料指南》，其中第2篇燃料電池系統中，根據氫燃料電池系統主要構成及各系統設備在船舶上的應用特點，提出了燃料電池船舶布置、系統設計、燃料儲存、燃料加注、輔助系統等方面的安全技術指標。
“除了法律法規的瓶頸，適用于船舶的氫燃料電池技術也需進一步研發。”秦傲寒說，在車用領域，氫燃料電池系統的開發和應用已具備較好技術基礎與投資環境。相比而言，國內船用氫燃料電池系統研究工作剛起步。船用氫燃料電池系統功率更高、儲能更大，而且船舶環境有其特殊性，對氫源的儲氫密度、安全性、補給性有更高要求，對系統的匹配性、可靠性、安全性、環境適應性、監控與能量管理技術也要求更高，相應部分工程化關鍵技術需要突破。此外，氫燃料電池船的配套設施，水上加氫站的要求也比陸上更高。
據秦傲寒介紹，氫燃料電池船與目前常見的柴油動力船在安全防護、機艙設置、管路設計、技術標準等方面均有很大的區別。目前，中國船級社武漢規范研究所正在開展氫燃料在船上應用技術專項研究課題，以及《氫燃料電池動力船舶技術與檢驗暫行規定》編制工作。
推廣應用還需政策加持
“近年來，我國在新能源汽車大規模的應用推廣方面，積累了豐富的政策經驗以及雄厚的產業基礎，可以預見，我國將迎來新能源船舶的快速甚至爆發式的發展期。”楊國剛對氫燃料電池船舶十分看好。
“但是當前必須解決幾個急迫的問題。”楊國剛說，成本較高就是其中一個無法回避的問題。目前氫燃料電池船的建造成本可達到同類內燃機船舶的2倍以上，建造加氫站或是充電站還需要大量的前期投入。船東雖然在環保高壓下具有造船的內在動力，卻也有可能無力承擔高昂成本，或是把增加的成本轉嫁到運費當中，造成整個水路運輸成本的上升。
秦傲寒認為，根據氫能源汽車推廣的經驗，隨著技術進步與應用規模的擴大，未來幾年氫燃料電池船舶的成本會快速下降，最后可達到政府不補貼或是小規模補貼船東就能接受的程度。但是在這之前，國家和政府必須進行合理的規劃與布局，再加以必要的扶持政策，以促進氫燃料電池船舶產業快速健康發展。
據了解，廣東省目前正在開展“綠色珠江”建設，對氫能船舶等領域提供了一些政策支持；安徽省銅陵市率先提出“氫動長江”計劃；大連市提出氫能海島規劃。楊國剛建議交通運輸部可以創造條件，支持有條件的省市先行先試，積累的試點成果再向外推廣。
楊國剛說，產業發展要提前做好戰略規劃和頂層設計，建議圍繞長江、珠江、大運河、沿海重點城市等區域，做好氫燃料電池船舶的中長期發展規劃。同時，加強與沿海沿河省市的溝通，充分考慮各地現有的支持政策，注重陸水協同發展，基礎設施共用等具體工作部署，進而降低氫燃料電池船舶的研發支出，減少交通系統整體成本。此外，加快健全氫燃料電池船舶配套政策法規體系建設。對符合要求的氫燃料電池船舶給予補貼，國家財政安排資金對鋰電池與燃料電池船舶應用規模較大的城市和企業給予獎勵，獎勵資金用于基礎建設。研究加氫站等基礎設施支持政策，鼓勵各地港口利用現有設施推動加氫設施項目建設，在符合規劃的前提下，批準加氫設施用地規劃。
