当前,航运业应对温室气体减排的压力越来越大,需要寻找替代能源以减少二氧化碳等废气污染物排放。氢能是具有广阔前景的绿色船舶能源,对我国航运业实现减排目标具有重要意义。
“脱碳”减排
2018年11月,交通运输部出台《船舶大气污染物排放控制区实施方案》,划定了排放控制区域,明确规定自2019年1月1日起,海船进入排放控制区,应使用硫含量不大于0.5%m/m的船用燃油。2020年1月1日起,海船进入内河控制区,应使用硫含量不大于0.1%m/m的船用燃油。基于氢燃料电池在船舶领域应用优势明显,且不产生温室气体,因此氢燃料电池船舶成为船舶业实现绿色转型的重要选择。
2022年3月,国家发展改革委、国家能源局印发《氢能产业发展中长期规划(2021—2035年)》,明确了氢能在未来国家能源体系的重要战略地位,氢能产业将是战略性新兴产业和未来产业重点发展方向。
相较锂电池而言,氢燃料电池船舶具有加注时间短、续航里程长、功率密度高等特点,因此在大功率、长航程等场景下,氢能船舶优势会更加明显。
“随着高密度氢能制储运发展、成本大幅降低、燃料补给站规模化及燃料电池技术进步,氢能燃料将会成为新一代内河船舶主流能源,近海及远洋船舶的辅助能源。”中国船舶集团首席专家,中国船舶集团第七一二研究所(简称“七一二所”)研究员/博导彭元亭表示。
据研究机构预测,到2050年,全球用于能源目的的氢气生产支出将达到6.8万亿美元,氢能在中国能源体系中的占比约为10%,氢气需求量接近6000万吨,年经济产值超过10万亿元。目前国内各地均出台了不同的氢能产业补贴政策,有力支持氢燃料产业技术发展。
应用提速
氢作为能源主要以两种形式的动力装置应用于船舶:一是应用于传统内燃机,包括纯氢内燃机或与氨/甲醇等燃料一起使用的混烧型内燃机;二是应用于新型动力装置——燃料电池。
使用氢内燃机作为船舶动力,具有对船体结构改变小、耐久性高、对氢气纯度要求低、生产成本低、易产业化等优点,但其热效率相对燃料电池较低,且氢内燃机会产生氮氧化物等排放。相较之下,氢燃料电池具有能量转换效率高、振动噪音低、技术成熟度高等优势,其效率可达50%—80%,排放产物只有水,因此目前在船用领域发展较为迅速。
2019年12月,在第20届上海国际海事会展上,七一二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,为助推我国绿色船舶发展提供了新的动力。
2021年1月,大连海事大学牵头制造的中国艘燃料电池游艇“蠡湖”号通过试航,该船采用燃料电池和锂电池组成混合动力系统,船型及动力等接近于国外的对标船型,而对于电动船为关键的续航指标已略有优势。
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