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中國工程院:氫內(nèi)燃機在船舶上可取得廣泛應(yīng)用

2022-08-04 09:11  來源:中國工程院院刊  瀏覽:  

一、發(fā)展氫動力船舶的技術(shù)經(jīng)濟可行性

(一)氫和氨燃料

制氫技術(shù)分為化石能源制氫、工業(yè)副產(chǎn)制氫、電解水制氫等。化石能源制氫盡管將過渡到可再生能源電解水制氫,但在一定時間內(nèi)仍占重要地位。利用可再生能源實現(xiàn)低成本、高效率制氫是未來大規(guī)模制氫的發(fā)展方向,也是各國氫能領(lǐng)域支持的重點方面。現(xiàn)階段綠氫成本依然偏高(約為 32.2 元 /kg),其中可再生能源電力、電解槽的成本占比達到 90%,因此控制綠氫成本關(guān)鍵在于降低可再生能源電價與電解槽成本。未來通過降低可再生能源發(fā)電成本、提升電解槽技術(shù)水平、以規(guī)?;瘧?yīng)用促進成本下降,我國綠氫成本有望在 2030 年、2040 年、2050 年分別降至 14.7 元 /kg、10 元 /kg、8 元 /kg,這就為氫動力船舶的規(guī)?;瘧?yīng)用逐步提供了經(jīng)濟可行性。

氨燃料是另一種具有應(yīng)用前景的零碳燃料,還可作為儲氫載體,其能量密度較高、生產(chǎn)成本低、易于儲存和運輸、產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)完善,在船舶應(yīng)用方面具有優(yōu)勢。我國合成氨技術(shù)和產(chǎn)業(yè)成熟,目前主要利用化石能源制氨,制造成本較低(約 4000 元 /t)?!吨袊茉大w系碳中和路線圖》預(yù)測,在 " 雙碳 " 目標(biāo)背景下,我國氨產(chǎn)量將由 2020 年的 5.4 × 107 t 增加至 2060 年的 8 × 107 t,且 2060 年有 2/3 的氨燃料應(yīng)用于航運行業(yè),至少滿足水運行業(yè) 40% 的能源需求??稍偕茉措娊馑茪湓俸铣砂钡某杀据^高,因而降低可再生能源制氫的成本是控制綠氨生產(chǎn)成本的關(guān)鍵,預(yù)計 2020 — 2060 年我國可再生能源電解水制氫再合成氨的成本將下降 70% 以上。

(二)氫燃料電池

2010 年以來,氫燃料電池成本降低了約 60%。根據(jù)《中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書(2019 版)》提出的目標(biāo),燃料電池系統(tǒng)的成本將從 2019 年的 8000 元 /kW 下降到 2025 年的 4000 元 /kW、2035 年的 800 元 /kW、2050 年的 300 元 /kW;假定船舶燃料電池系統(tǒng)的功率為 500 kW,則 2050 年單船燃料電池系統(tǒng)成本可控制在 15 萬元左右。

隨著我國氫能產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展,國產(chǎn)燃料電池的電堆功率、最低啟動溫度、壽命等指標(biāo)均得以大幅改善,自主化程度也在不斷提升。燃料電池電堆成本約占燃料電池系統(tǒng)成本的 65%,電堆成本仍有下降空間,中長期的降幅可達 85%。我國企業(yè)積極布局雙極板、膜電極、空氣壓縮機、氫氣循環(huán)泵等燃料電池關(guān)鍵零部件研制,如上海捷氫科技股份有限公司生產(chǎn)的燃料電池電堆,58 個核心一級零部件全部實現(xiàn)國產(chǎn)化,采用新型貴金屬涂層的金屬雙極板和優(yōu)化結(jié)構(gòu)進一步提升了燃料電池效率并降低了制造成本。2020 年,燃料電池電堆的成本出現(xiàn)了明顯下降勢頭(3000~4000 元 /kW),甚至部分產(chǎn)品報價下降至 2000 元 /kW。盡管如此,氫燃料電池電堆及系統(tǒng)的可靠性、耐久性是商業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵,仍待持續(xù)優(yōu)化提升。

(三)氫內(nèi)燃機

現(xiàn)有氫內(nèi)燃機的有效熱效率為 35%~45%,而 PEMFC 系統(tǒng)的效率為 50%~60%;雖然氫內(nèi)燃機的效率偏低,但功率可以達到高值(目前可達到兆瓦級),已用于拖船和渡船。在成本方面,氫內(nèi)燃機明顯低于 PEMFC 系統(tǒng),以 100 kW 發(fā)電裝置為例,基于當(dāng)前技術(shù)的氫內(nèi)燃機成本僅為 PEMFC 系統(tǒng)的 50%??梢灶A(yù)判,隨著船舶儲氫技術(shù)的發(fā)展、氫能基礎(chǔ)設(shè)施的完善,氫內(nèi)燃機在船舶上可取得廣泛應(yīng)用。

(四)基礎(chǔ)設(shè)施

在我國,現(xiàn)有加氫技術(shù)與基礎(chǔ)設(shè)施以車輛應(yīng)用為主,而船舶應(yīng)用基本空白;主流的加氫站規(guī)模為 500 kg/d、1000 kg/d,對應(yīng)的建設(shè)成本分別為 1200~1500 萬元、2000~2500 萬元(不考慮土地成本),其中設(shè)備、土建成本占比超過 70%。氫氣壓縮機、儲氫罐(分為高壓儲氫罐和液氫儲罐)、加氫機是加氫站的核心裝備。在氫氣壓縮機方面,隔膜式壓縮機、液驅(qū)式壓縮機已實現(xiàn)國產(chǎn)化,未來有望逐步占據(jù)國內(nèi)市場,而離子式壓縮機需進一步研制。加氫站儲氫裝置已具備一定的自主化基礎(chǔ),如中集安瑞科控股有限公司生產(chǎn)的 45 MPa 大容積無縫鋼制儲氫氣瓶已實現(xiàn)出口,300 m3 大型液氫儲罐完成了方案設(shè)計和小批量生產(chǎn)。35 MPa 規(guī)格的加氫機基本實現(xiàn)國產(chǎn),但加氫槍、流量計、閥件等核心零部件依賴進口;國內(nèi)企業(yè)已掌握 70 MPa 加氫技術(shù),但相關(guān)應(yīng)用落后于國外。

在氫動力船舶發(fā)展初期,宜借助氫動力汽車的良好發(fā)展勢頭,積累基礎(chǔ)設(shè)施相關(guān)技術(shù);逐步開展船舶領(lǐng)域的氫能應(yīng)用,以技術(shù)改進與裝備更新的方式匹配氫動力船舶的專有應(yīng)用需求。

(五)船舶總擁有成本

船舶總擁有成本(TCO)包括建造成本、運營成本:前者分為主動力系統(tǒng)成本、輔助動力成本、燃料儲罐成本、船身及其他零部件成本等,后者涵蓋燃料成本、維修成本、箱位損失、人員工資、保修費等。由于氫動力船舶仍處于研制與小規(guī)模應(yīng)用階段,相關(guān)的 TCO 分析依然不夠充分。針對 15 000 TEU 氨氫動力集裝箱船開展的 TCO 分析表明,假定配備 1 臺 51 MW 氨發(fā)動機作為主動力,2 臺 4 MW、2 臺 2 MW 氫燃料電池系統(tǒng)作為輔助動力,則 TCO 約是同等條件下傳統(tǒng)燃料船舶的 2 倍;燃料成本是影響氨氫動力船舶經(jīng)濟性能的重要參數(shù)。

二、氫動力船舶產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵環(huán)節(jié)分析

(一)高效低碳的氫氣制取技術(shù)

當(dāng)前,氫氣主要利用化石能源來獲得,約占世界氫氣生產(chǎn)量的 95%,生產(chǎn)過程排放 CO2;利用可再生能源獲得的電能來進行電網(wǎng)規(guī)模級別的電解水制氫,生產(chǎn)過程屬于零碳排放,但所占比例僅約 4%~5%。碳捕集、利用與封存(CCUS)技術(shù)可應(yīng)用于傳統(tǒng)的化石能源制氫過程以降低碳排放量,但考慮現(xiàn)有技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施的成熟度,預(yù)計 2030 年前基于 CCUS 技術(shù)的化石能源制氫難有明顯突破。因此,基于可再生能源的電解水制氫是未來氫氣制取的發(fā)展趨勢。

電解水制氫分為堿水電解、PEM 水電解、固體氧化物水電解。堿水電解、PEM 水電解被認(rèn)為是當(dāng)前可實際應(yīng)用的技術(shù):前者在我國已經(jīng)工業(yè)化,國產(chǎn)設(shè)備的生產(chǎn)率達到 1000 Nm3/h;后者正處于從研發(fā)走向工業(yè)化的前期階段。近年來,我國電解水制氫設(shè)備的裝機容量顯著提升,2020 年裝機容量為 18 MW,約占世界增量的 1/4。在 " 雙碳 " 目標(biāo)背景下,隨著技術(shù)提升和配套制造業(yè)的完善,2030 年、2060 年我國電解水制氫設(shè)備裝機容量將分別達到 25 GW、750 GW,分別占世界總量的 15%、40%。

(二)大規(guī)模低成本的氫氣運輸技術(shù)

可實現(xiàn)規(guī)模化運輸氫氣的方式主要有高壓氣氫長管拖車、低溫液氫槽車、氫氣管道。高壓氣氫長管拖車方式技術(shù)成熟,適用于運輸距離較近、輸送量較低、氫氣日用量為噸級的用戶,與當(dāng)前的氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模相適應(yīng)。國內(nèi)長管拖車氫氣瓶的工作壓力多為 20 MPa,TT11-2140-H2-20-I 型集裝箱束箱每次可充裝氫氣約 347 kg。高壓氣氫長管拖車適用于 200 km 以內(nèi)的運輸, 200 km 距離的運輸成本約為 7.72 ~8.82 元 /kg。

低溫液氫槽車的運氫能力強(是高壓氣氫長管拖車的 10 倍以上),在 200 km 以上距離的運輸成本僅為高壓氣氫長管拖車的 1/5~1/8,但氫氣液化能耗較高,如 20 MPa 高壓氣氫的壓縮成本約為 2 元 /kg,而大型氫氣液化裝置的液化成本約為 12.5 元 /kg。此外,氫氣液化裝備的初始投資成本不容忽視。在解決相關(guān)成本和效率問題后,液氫罐車在中遠距離的輸氫領(lǐng)域?qū)⒂辛己玫膽?yīng)用前景。近期,液氫海運船受到廣泛關(guān)注,有可能成為新興的液氫運輸方式,如日本 "Suiso Frotier" 液氫運輸船。

基于氣態(tài)氫的管道運輸分為兩類:純氫的管道運輸、天然氣摻氫的管道運輸。管道運輸適用于大規(guī)模、長距離的氫氣運輸,但前期投資較大。當(dāng)氫氣儲運設(shè)施尚不完善時,將氫氣摻入天然氣中并利用天然氣管道進行運輸,是一種兼顧技術(shù)與成本的大規(guī)模運氫方式(當(dāng)摻氫天然氣的含氫量約為 15% 時,僅需對原有管道進行適當(dāng)改造即可),主要涉及天然氣運輸管道與氫氣的相容性、氫氣泄漏與檢測、終端氫氣分離等。隨著氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)模的擴大、應(yīng)用需求的增加,具有運輸規(guī)模優(yōu)勢的管道輸氫將成為優(yōu)選方式。

(三)船舶大容量儲氫技術(shù)

儲氫技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)出 " 低儲氫密度—高儲氫密度 " 的趨勢。高密度儲氫技術(shù)仍不成熟,技術(shù)路線仍在進行多方案探索,包括超高壓氣態(tài)儲氫、液化儲氫、金屬氫化物儲氫、液態(tài)有機物儲氫等。

高壓儲氫是當(dāng)前船舶適用的方式,儲氫瓶有 35 MPa、70 MPa 兩種規(guī)格,對應(yīng)的體積儲氫密度分別為 25 g/L、41 g/L。國外的 70 MPa 高壓儲氫技術(shù)基本成熟并實現(xiàn)商業(yè)化,如豐田 Mirai 氫燃料電池汽車即采用 70 MPa 儲氫瓶。我國的 35 MPa 高壓儲氫瓶技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)成熟,國產(chǎn)氫燃料電池汽車較多采用;正在研發(fā) 70 MPa 高壓氣瓶,已接近商業(yè)應(yīng)用階段。因此,我國氫動力船舶,如 " 綠色珠江號 " 內(nèi)河貨船先期采用了 35 MPa 高壓氣瓶儲氫方式,待技術(shù)條件成熟后再轉(zhuǎn)向更高規(guī)格。

液氫的密度為 70.8 g/L,在儲存密度上較高壓儲氫有明顯優(yōu)勢;隨著氫能產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,低溫液態(tài)儲氫將逐步擴大民用范圍,有望成為未來的主流儲氫方式??紤]到現(xiàn)有高壓儲氫技術(shù)的儲存密度較低,無法滿足未來船舶續(xù)航力的要求,船舶儲氫將朝著能量密度更高的方向發(fā)展,如 "Topeka" 滾裝船、"AQUA" 概念游艇計劃采用低溫液態(tài)儲氫方式。金屬氫化物儲氫方式具有儲氫體積密度大、壓力低、安全性高等優(yōu)點,在潛艇上具有良好應(yīng)用前景,推廣應(yīng)用過程需著力解決成本、吸脫氫溫度、反應(yīng)速率等問題。

理論上氨的儲氫密度約為 17.6%,液氨的體積儲氫密度是液氫的 1.5 倍,加之氨的液化、儲存、運輸技術(shù)成熟,使得以氨為載體的儲氫方式成為極具潛力的大容量儲氫解決方案。氨的裂化分解是以氨為載體的儲氫系統(tǒng)需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題,開發(fā)低壓、低溫、高活性、低成本的催化劑是后續(xù)研究重點。甲醇具有較高的儲氫密度且自身含氫量達 12.5%,可作為綠氫的載體來實現(xiàn)高效儲存和運輸,當(dāng)距離大于 200 km 時較直接運氫具有經(jīng)濟優(yōu)勢。考慮到甲醇制氫會產(chǎn)生 CO,需配備氫氣純化裝置以避免 PEMFC 催化劑中毒。

(四)船舶大功率燃料電池技術(shù)

船用燃料電池技術(shù)表現(xiàn)為 " 小功率—大功率 " 的發(fā)展趨勢。燃料電池主要分為以 PEMFC 為代表的低溫燃料電池,以熔融碳酸鹽(MCFC)和固體氧化物(SOFC)為代表的高溫燃料電池:前者技術(shù)成熟,正在進行產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化發(fā)展,力求實現(xiàn)價格更低、壽命更長、功率更高;后者因其功率高、效率高、氫氣純度要求低等技術(shù)優(yōu)勢,更適合船舶應(yīng)用,也是未來大型船舶的發(fā)展方向。

船舶功率需求與船型、操作工況相關(guān),不同船型的需求功率如表 1 所示。PEMFC 系統(tǒng)可作為小型船舶的主動力或大型船舶的輔助動力。在現(xiàn)有的氫動力船舶示范項目中,PEMFC 系統(tǒng)輸出功率基本為百千瓦級。為了拓寬氫動力船舶的適用場景,未來 PEMFC 系統(tǒng)的輸出功率應(yīng)提高至兆瓦級,這是船舶燃料電池亟需攻克的關(guān)鍵技術(shù)。

(五)船舶氫內(nèi)燃機技術(shù)

氫氣燃燒火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤?、放熱集中,因而氫?nèi)燃機相對傳統(tǒng)內(nèi)燃機具有更高的熱效率。普通內(nèi)燃機熱效率約為 30%~40%,而德國企業(yè)研制的氫內(nèi)燃機驗證機熱效率最高達到 42%,我國正在研發(fā)的氫內(nèi)燃機熱效率有望達到 44%。也要注意到,氫內(nèi)燃機雖然具有輸出功率高、熱效率高、節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點,但存在爆燃、早燃、回火等技術(shù)難題,也會產(chǎn)生 NO,因而提升動力系統(tǒng)性能、降低 NO 排放是后續(xù)氫內(nèi)燃機研究亟待攻關(guān)的方面。

氫內(nèi)燃機相比 PEMFC 系統(tǒng)具有輸出功率優(yōu)勢,待攻克相關(guān)技術(shù)難題后,將在船舶領(lǐng)域獲得廣闊應(yīng)用。2017 年,比利時海事集團推出了世界首制柴氫雙燃料客船,搭載的 Behydro 發(fā)動機輸出功率為 1000~2670 kW。目前我國的氫內(nèi)燃機技術(shù)集中在汽車領(lǐng)域而尚未開展船舶應(yīng)用研究,相較國際先進水平還存在較大差距。

(六)氫動力船舶標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范

在陸上領(lǐng)域,氫能及燃料電池技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)基本成熟,我國發(fā)布的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)多達 91 項。然而氫動力船舶標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范尚不成熟,相關(guān)燃料電池系統(tǒng)以及儲氫、加氫系統(tǒng)主要沿用陸上標(biāo)準(zhǔn)。國際海事組織正在開展《使用氣體或其他低閃點燃料船舶國際安全規(guī)則》關(guān)于納入船舶應(yīng)用燃料電池系統(tǒng)的技術(shù)要求編制工作,但并不包含燃料存儲、供應(yīng)系統(tǒng)。氫動力船舶技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)環(huán)節(jié)存在的問題在于:規(guī)范法規(guī)缺項、操作規(guī)范缺項、安全研究不足。例如,船用氫氣加注標(biāo)準(zhǔn)(包括液氫加注和金屬氫化物的船舶加氫技術(shù))、70 MPa 儲氫瓶上船標(biāo)準(zhǔn)、船舶重整制氫標(biāo)準(zhǔn)等均處于缺失狀態(tài)。

面向氫動力船舶快速發(fā)展需求,相關(guān)船舶標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范需要盡快進行補充完善:① 船用燃料電池動力系統(tǒng)專項研究驗證,船舶功率需求較大,對燃料電池單體的一致性、電池管理系統(tǒng)、散熱等要求高于車用系統(tǒng);② 氫燃料電池動力船舶設(shè)計方案風(fēng)險評估分析與船用燃料電池及其處所安全防護專項研究驗證,高鹽霧腐蝕和潮濕的海上環(huán)境、船舶振動等因素可能降低系統(tǒng)的可靠性和耐久性;③ 船舶氫燃料加注方式、安全操作規(guī)程及監(jiān)管方式研究,我國港口或錨地尚無船用氫燃料加注設(shè)施,相關(guān)技術(shù)與規(guī)范需深入研究;④ 船用儲氫系統(tǒng)、氫氣供給系統(tǒng)專項研究驗證,及時制定并持續(xù)完善氫燃料電池動力船舶的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。

三、我國氫動力船舶的發(fā)展目標(biāo)與建設(shè)路徑

(一)我國氫動力船舶的發(fā)展目標(biāo)

應(yīng)對 " 雙碳 " 發(fā)展目標(biāo),我國乃至全世界在航運業(yè)碳減排問題上都面臨著巨大壓力。發(fā)展氫動力船舶,全面牽引水路交通領(lǐng)域從氫能基礎(chǔ)設(shè)施到終端應(yīng)用的建設(shè),革新水路交通運輸裝備的用能構(gòu)成,支持實現(xiàn)清潔能源轉(zhuǎn)型。圍繞交通強國、《中國制造 2025》等行動綱領(lǐng),推動傳統(tǒng)船舶制造行業(yè)的轉(zhuǎn)型與升級,催生新型船舶設(shè)計與研究單位及產(chǎn)業(yè)鏈配套企業(yè),引領(lǐng)船舶制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。實施大功率燃料電池、大容量儲氫、快速加氫、多能源協(xié)同控制、氫利用安全等核心關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān),制定氫動力船舶標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范,完善氫能配套設(shè)施,推動多類型氫動力船舶的示范應(yīng)用。

至 2025 年為技術(shù)積累階段。借助燃料電池汽車技術(shù)進展,重點突破船用氫燃料電池等關(guān)鍵技術(shù),制定氫動力船舶標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范;完成氫動力船舶裝備研發(fā),在內(nèi)河 / 湖泊等場景實現(xiàn)氫動力船舶示范應(yīng)用。

2025 — 2030 年為完善產(chǎn)業(yè)階段。構(gòu)建氫動力船舶設(shè)計、制造、調(diào)試、測試、功能驗證、性能評估體系,建立配套的氫氣 " 制儲運 " 基礎(chǔ)設(shè)施;擴大內(nèi)河 / 湖泊等場景的氫動力船舶示范應(yīng)用規(guī)模,完善水路交通相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施。

2030 — 2035 年為提升質(zhì)量階段。降低燃料電池和氫氣成本,提高船用氫燃料電池系統(tǒng)壽命、轉(zhuǎn)化效率和船上儲氫量,研發(fā)高溫燃料電池和余熱利用技術(shù);構(gòu)建完備的水路交通載運裝備技術(shù)和產(chǎn)業(yè)體系,在近海場景實現(xiàn)氫動力船舶應(yīng)用示范。

2035 — 2060 年為推廣應(yīng)用階段。優(yōu)化氫動力船舶的綜合性能,推廣本土商業(yè)化應(yīng)用;與綠氨、碳中和 LNG / 甲醇等動力形式船舶協(xié)同,完成我國水路交通運輸裝備領(lǐng)域碳中和目標(biāo);在國際航線上開展氫動力船舶應(yīng)用示范,提升我國氫動力船舶產(chǎn)業(yè)的國際競爭力。

(二)我國氫動力船舶的建設(shè)路徑

面向碳中和的氫動力船舶總體路線圖

LNG 船舶應(yīng)用前景良好,將是近期船舶清潔用能的主要形式。蓄電池技術(shù)是現(xiàn)階段盡快實現(xiàn)內(nèi)河及近海船舶零排放的解決方案,但能量密度有限,主要在短程、小型船舶上有應(yīng)用空間,而在中短途運輸領(lǐng)域未有廣泛應(yīng)用。氫燃料是實現(xiàn)船舶零排放的重點發(fā)展方向,近期將在內(nèi)河及近海船上開展應(yīng)用研究。在制氫方面,目前化石能源制氫是主要方式,未來占比將逐步下降,可在 CCUS 技術(shù)成熟后引入以進一步降低碳排放;可再生能源制氫是未來主要的制氫途徑。在儲氫方面,為滿足國際遠洋航行船舶的續(xù)航要求,需進一步發(fā)展包括液氫儲氫在內(nèi)的高效儲氫技術(shù),甲醇重整制氫、氨分解制氫等現(xiàn)場制氫技術(shù)。

氫的最佳應(yīng)用載體是燃料電池,PEMFC 受限于功率等級較低以及氫氣純度要求高,將主要應(yīng)用于內(nèi)河及近海船舶,未來繼續(xù)發(fā)展高溫 PEMFC。高溫燃料電池(如 SOFC)可使用富氫液體燃料而不再依賴純氫,采用余熱利用技術(shù)可進一步提升系統(tǒng)效率,功率等級有望達到兆瓦級,在遠期是適用于遠洋船舶的技術(shù)路線。氫內(nèi)燃機是另一種氫能動力系統(tǒng),隨著船載儲氫技術(shù)發(fā)展表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景,將在水路交通 " 雙碳 " 目標(biāo)實現(xiàn)過程中發(fā)揮重要作用。

氫動力船舶發(fā)展路徑與氫燃料電池、氫內(nèi)燃機、儲氫等技術(shù)以及氫能基礎(chǔ)設(shè)施緊密相關(guān),按照先內(nèi)河 / 內(nèi)湖、再近海、最后遠洋的路線分步實施(見表 2):湖泊區(qū)域的游船 / 渡船等,可采用氫燃料電池動力系統(tǒng);內(nèi)河干線小型船舶(8000 t 以下)可采用氫燃料電池動力系統(tǒng),內(nèi)河干線大型船舶(8000 t 以上)可采用基于氫、氨、甲醇等燃料的內(nèi)燃機系統(tǒng);近海、遠洋船舶可采用混合動力系統(tǒng)。

四、推動我國氫動力船舶發(fā)展的建議

(一)明晰應(yīng)用場景

針對氫燃料電池動力系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及未來演變趨勢,借鑒先發(fā)國家的氫動力船舶運營經(jīng)驗,結(jié)合我國氫能戰(zhàn)略規(guī)劃與產(chǎn)業(yè)布局,明晰適應(yīng)國情的氫動力船舶應(yīng)用場景。可按照先內(nèi)河 / 湖泊、再近海、最后遠洋的發(fā)展次序,制定產(chǎn)業(yè)規(guī)劃,梯次推進技術(shù)攻關(guān)、裝備研制、應(yīng)用示范、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。

(二)突破關(guān)鍵技術(shù)

發(fā)揮宏觀戰(zhàn)略的引導(dǎo)作用,兼顧自主創(chuàng)新與對外合作,系統(tǒng)發(fā)揮企業(yè)、科研院所、高校的差異化優(yōu)勢,以企業(yè)為主體實施氫動力船舶裝備創(chuàng)新。著力突破氫動力船舶研發(fā)、示范、推廣面臨的關(guān)鍵核心技術(shù),如高效低碳的氫氣制取技術(shù)、船舶大容量儲氫技術(shù)、大功率燃料電池技術(shù)等;促進水路交通載運工具氫能應(yīng)用水平盡快達到國際先進,為更大規(guī)模的氫動力船舶應(yīng)用示范筑牢基礎(chǔ)。

(三)完善配套設(shè)施

建議在國家層面開展交通領(lǐng)域能源需求演變態(tài)勢論證,統(tǒng)籌 " 水陸空 " 交通的氫能綜合應(yīng)用格局,研究提出燃料供應(yīng)體系、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等專項規(guī)劃。鼓勵各地區(qū)結(jié)合自有能源與技術(shù)優(yōu)勢,發(fā)展低成本、少污染、高可靠的制氫項目并開展應(yīng)用示范,以試驗試用積累工程化經(jīng)驗,為后續(xù)的大規(guī)模氫能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提供依托。

(四)創(chuàng)新運營體系

針對氫動力船舶產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用存在的前期投資大、回報周期長的客觀實際,積極配套政策、資金等資源支持,鼓勵各類企業(yè)依托自身優(yōu)勢提前布局氫動力船舶市場,以示范運營支持新型運營模式探索;同步支持傳統(tǒng)船舶下游環(huán)節(jié)積極開拓針對氫動力載運裝備的檢測、維修、培訓(xùn)等業(yè)務(wù)。以產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同模式探索建立我國氫動力船舶創(chuàng)新運營體系。

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