王思佳

隨著未來大功率氫燃料電池技術(shù)以及液氫等高密度儲(chǔ)氫技術(shù)的成熟、氫氣價(jià)格的下降、加氫基礎(chǔ)設(shè)施的完善，氫有望成為最具發(fā)展?jié)摿Φ拇昧闩欧盘娲剂稀?/p>

近日，中國(guó)船級(jí)社（CCS）在廣州組織召開了“船舶氫燃料儲(chǔ)運(yùn)及應(yīng)用技術(shù)研究”項(xiàng)目結(jié)題評(píng)審會(huì)，來自設(shè)計(jì)單位、科研院所、高校、氫能裝備企業(yè)以及CCS系統(tǒng)內(nèi)單位的22位專家和代表參加了會(huì)議，該項(xiàng)目最終順利通過結(jié)題評(píng)審。項(xiàng)目的研究成果不僅對(duì)氫燃料在船舶上應(yīng)用的相關(guān)規(guī)范法規(guī)的編制具有重要支撐作用，還為各項(xiàng)相關(guān)技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室邁向產(chǎn)業(yè)化打下扎實(shí)基礎(chǔ)，為船舶實(shí)現(xiàn)零排放目標(biāo)進(jìn)程提速。

加快氫能發(fā)展意義重大

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(chǔ)能、安全性優(yōu)于其它能源等特點(diǎn)，是現(xiàn)階段最具發(fā)展?jié)摿Φ拇眯履茉粗弧?/p>

據(jù)國(guó)際可再生能源機(jī)構(gòu)（IRENA）發(fā)布的《氫能：可再生能源的前景》報(bào)告顯示，通過可再生能源制取的氫氣（即“綠色氫氣”）將在全球能源轉(zhuǎn)型中發(fā)揮核心作用，預(yù)計(jì)2050年綠色氫氣將占全球能源消費(fèi)的8%，尤其將在鋼鐵、化工、航運(yùn)、卡車和航空業(yè)等難以脫碳的行業(yè)發(fā)揮重大潛力。報(bào)告提出，大規(guī)模發(fā)展氫能的時(shí)機(jī)已經(jīng)來臨，氫能將在能源轉(zhuǎn)型中發(fā)揮關(guān)鍵作用。顯然，面對(duì)資源約束趨緊、環(huán)境污染嚴(yán)重、生態(tài)系統(tǒng)退化的嚴(yán)峻形勢(shì)，發(fā)展氫能將是能源轉(zhuǎn)型的最佳選項(xiàng)之一。

目前，日本、美國(guó)和歐洲的氫能源利用發(fā)展迅速，日本和美國(guó)的燃料電池技術(shù)以及氫的制造、儲(chǔ)存、運(yùn)輸技術(shù)已基本成熟。日本川崎重工已計(jì)劃建造世界第一艘液氫運(yùn)輸船，國(guó)際海事組織（IMO）海上安全委員會(huì)第97屆會(huì)議 (MSC97)通過了《液氫散裝運(yùn)輸?shù)呐R時(shí)建議案》及其MSC決議草案，經(jīng)過未來3年左右的實(shí)船應(yīng)用后將可能正式納入到《國(guó)際船舶使用氣體或其它低閃點(diǎn)燃料船舶國(guó)際安全規(guī)則》（IGF規(guī)則）；國(guó)際能源署成立了液氫海上運(yùn)輸工作組。此外，歐洲國(guó)家在氫燃料電池船上應(yīng)用方面已取得了一些經(jīng)驗(yàn)，例如由挪威研究理事會(huì)、挪威創(chuàng)新署和德國(guó)聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)技術(shù)部贊助建造的Viking Lady號(hào)平臺(tái)供應(yīng)船采用氫燃料電池和電池組混合系統(tǒng)，該船降低了15%左右的能耗。

我國(guó)對(duì)于氫能的利用也已被提上日程。統(tǒng)計(jì)顯示，目前國(guó)際制氫年產(chǎn)量6300萬噸左右，中國(guó)每年產(chǎn)氫約2200萬噸，占世界氫產(chǎn)量的三分之一，已成為世界第一產(chǎn)氫大國(guó)。自我國(guó)將氫能寫入《政府工作報(bào)告》之后，氫能產(chǎn)業(yè)更是成為業(yè)界關(guān)注的熱點(diǎn)。據(jù)預(yù)計(jì)，到2030年，中國(guó)氫氣需求量將達(dá)到3500萬噸，在終端能源體系中占5%；到2050年，氫能在中國(guó)能源體系中的占比約為10%，氫能需求量接近6000萬噸，年經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值超過10萬億元，全國(guó)加氫站達(dá)到1000座以上。無疑，加快氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展意義重大。

2012年11月，黨的十八大從新的歷史起點(diǎn)出發(fā)，做出了“大力推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)”的戰(zhàn)略決策，而全面深入推進(jìn)綠色交通發(fā)展是實(shí)現(xiàn)我國(guó)生態(tài)文明建設(shè)的重要舉措。船舶領(lǐng)域作為綠色交通建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，更加需要滿足低污染和低排放的綠色發(fā)展目標(biāo)?；谏鲜霰尘?，同時(shí)考慮到CCS《船舶應(yīng)用替代燃料指南》第2篇——燃料電池系統(tǒng)中，已經(jīng)對(duì)船舶應(yīng)用氫燃料電池提出了相關(guān)技術(shù)要求，但該指南目前主要適用于高壓氣瓶?jī)?chǔ)氫技術(shù)，尚未對(duì)其他形式的儲(chǔ)氫技術(shù)及其在船舶上的應(yīng)用進(jìn)行研究。因此，CCS啟動(dòng)了“船舶氫燃料儲(chǔ)運(yùn)及應(yīng)用技術(shù)研究”項(xiàng)目，對(duì)多種形式的氫燃料儲(chǔ)存技術(shù)在船舶上應(yīng)用的可行性、適用性及安全性展開研究，并針對(duì)不同儲(chǔ)氫形式的儲(chǔ)氫技術(shù)，對(duì)其配套的燃料加注及供給技術(shù)進(jìn)行研究，旨在推進(jìn)氫燃料在船舶領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用，加速實(shí)現(xiàn)船舶零排放目標(biāo)。

氫能儲(chǔ)運(yùn)安全是關(guān)鍵

目前，國(guó)內(nèi)外氫燃料動(dòng)力船舶技術(shù)處于快速發(fā)展期，但對(duì)于氫能的儲(chǔ)運(yùn)，特別是高密度氫燃料儲(chǔ)存技術(shù)以及高溫燃料電池技術(shù)仍不成熟。顯然，對(duì)多種形式的船舶氫燃料儲(chǔ)存技術(shù)進(jìn)行研究，是推動(dòng)我國(guó)氫能技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室邁向產(chǎn)業(yè)化的重要步驟。

對(duì)于氫燃料的儲(chǔ)存方法主要有高壓儲(chǔ)氫、固態(tài)儲(chǔ)氫與有機(jī)液體儲(chǔ)氫三種。高壓儲(chǔ)氫是目前廣泛采用的商業(yè)化方式，而高壓氫氣對(duì)設(shè)備和相關(guān)管道零部件等提出了很高的要求，一旦發(fā)生泄漏或者材料氫腐蝕問題，就極有可能發(fā)生火災(zāi)爆炸等重大安全事故，造成人員傷亡和不良的社會(huì)影響。這就需要建立高標(biāo)準(zhǔn)的高壓氫安全監(jiān)控體系，開展高壓氫系統(tǒng)安全測(cè)試技術(shù)研究等，為氫能安全利用提供技術(shù)支撐。固態(tài)儲(chǔ)氫與有機(jī)液體儲(chǔ)氫可在較溫和的儲(chǔ)存條件下實(shí)現(xiàn)相對(duì)較高的儲(chǔ)氫密度，但儲(chǔ)氫后的固態(tài)材料以及有機(jī)液體在遇外部火災(zāi)或沖擊等情況下的本質(zhì)安全性值得進(jìn)一步研究。液氫是未來氫能大規(guī)模應(yīng)用的必然技術(shù)選擇，其低溫下的危險(xiǎn)特性包括液氫蒸發(fā)、固空固氧與液氫混合危險(xiǎn)、低溫傷害、兩相流及靜電累計(jì)等問題，目前只在軍工領(lǐng)域獲得一定的經(jīng)驗(yàn)積累，在民用中的使用風(fēng)險(xiǎn)還未得到充分研究與掌握。

規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)方面，目前氫能及燃料電池技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在陸上領(lǐng)域已基本成熟，我國(guó)已發(fā)布88項(xiàng)氫能及燃料電池技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，形成了涵蓋氫制取、氫儲(chǔ)運(yùn)、加氫基礎(chǔ)設(shè)施、燃料電池及應(yīng)用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。相比于陸上標(biāo)準(zhǔn)體系，船用燃料電池技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)尚不成熟，相關(guān)燃料電池系統(tǒng)及儲(chǔ)氫、加氫系統(tǒng)主要采標(biāo)陸上現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)。

船用方面，目前IMO正在開展IGF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，但不包括燃料存儲(chǔ)和燃料供應(yīng)系統(tǒng)。如果燃料電池使用的是天然氣以外的其他氣體或低閃點(diǎn)燃料（如氫氣），則必須根據(jù)《IGF規(guī)則》A部分為燃料存儲(chǔ)和燃料供應(yīng)系統(tǒng)使用替代設(shè)計(jì)方法，直到針對(duì)每種低閃點(diǎn)燃料制定了這些方面的具體規(guī)定。一些船級(jí)社也發(fā)布了關(guān)于船舶應(yīng)用燃料電池系統(tǒng)的規(guī)范指南，適用范圍包含所有低閃點(diǎn)燃料和不同類型的燃料電池，其主要內(nèi)容參照了IGF規(guī)則最新討論稿，并在此基礎(chǔ)上提出了附加要求。

“綠色珠江”500kW氫燃料電池動(dòng)力示范船

“船舶氫燃料儲(chǔ)運(yùn)及應(yīng)用技術(shù)研究”項(xiàng)目旨在為船舶儲(chǔ)存及應(yīng)用氫燃料的環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)成熟度等方面進(jìn)行研究，目標(biāo)在于研究掌握不同形式的氫燃料儲(chǔ)存、加注、供給等相關(guān)系統(tǒng)檢驗(yàn)技術(shù)，包括船用氫氣管路連接方式和燃料電池處所安全防護(hù)技術(shù)，為CCS《船舶應(yīng)用替代燃料指南》中的燃料電池系統(tǒng)的技術(shù)要求補(bǔ)充建議提供理論及研究支撐，即在現(xiàn)有CCS《船舶替代燃料應(yīng)用指南》2017版的相關(guān)要求基礎(chǔ)上，形成船舶氫燃料儲(chǔ)運(yùn)及應(yīng)用方面的技術(shù)要求建議，對(duì)現(xiàn)有指南進(jìn)行補(bǔ)充完善，拓展CCS對(duì)于氫燃料儲(chǔ)運(yùn)及應(yīng)用的技術(shù)服務(wù)能力。評(píng)審組專家一致認(rèn)為，該課題研究技術(shù)分析論證充分，所形成的研究成果科學(xué)合理，對(duì)相關(guān)規(guī)范法規(guī)的編制具有重要支撐作用。同時(shí)，該項(xiàng)目為全面深入推進(jìn)綠色交通發(fā)展，鼓勵(lì)綠色創(chuàng)新技術(shù)先行先試，減少航運(yùn)業(yè)污染物排放等方面發(fā)揮了積極作用。

行業(yè)脫碳，氫能大有所為

CCS早在2015年就開始了針對(duì)船舶應(yīng)用燃料電池的相關(guān)研究工作，重點(diǎn)研究燃料電池系統(tǒng)故障模式及后果、供電可靠性、滅火、通風(fēng)及廢氣排放、電力系統(tǒng)穩(wěn)定性、探測(cè)與監(jiān)控等方面?；谘芯砍晒?，2017年，CCS對(duì)外發(fā)布了《船舶應(yīng)用替代燃料指南》，其中第2篇燃料電池系統(tǒng)根據(jù)氫燃料電池系統(tǒng)主要構(gòu)成及各系統(tǒng)設(shè)備在船舶上的應(yīng)用特點(diǎn)，提出了燃料電池船舶布置、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、燃料儲(chǔ)存、加注輔助系統(tǒng)等方面的安全技術(shù)指標(biāo)。

2018年8月，交通運(yùn)輸部黨組書記楊傳堂會(huì)見中國(guó)船舶集團(tuán)黨組書記、董事長(zhǎng)雷凡培一行時(shí)要求，部屬單位要加強(qiáng)與中船集團(tuán)的戰(zhàn)略合作，提升船舶的綠色化水平。按照交通運(yùn)輸部的部署，CCS積極參加中國(guó)船舶集團(tuán)“綠色珠江”氫燃料電池示范船舶重大科技專項(xiàng)，經(jīng)前期綜合論證，確定將“內(nèi)河2000噸級(jí)散貨船”作為氫燃料電池動(dòng)力示范船船型。2019年12月，在第20屆中國(guó)國(guó)際海事展期間，CCS向中國(guó)船舶集團(tuán)頒發(fā)了我國(guó)首艘氫燃料試點(diǎn)船舶設(shè)計(jì)方案的原理認(rèn)可（AiP）證書。

本次順利結(jié)題的“船舶氫燃料儲(chǔ)存及應(yīng)用技術(shù)”項(xiàng)目在已有指南基礎(chǔ)上，對(duì)氫燃料加注技術(shù)、船用氫氣管路連接方式、燃料電池處所安全防護(hù)技術(shù)開展了深入分析，解決了陸上技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與船舶環(huán)境條件差異性問題。此外，研究了液體有機(jī)化合物儲(chǔ)氫、金屬氫化物儲(chǔ)氫技術(shù)在船舶上的應(yīng)用技術(shù)，有針對(duì)性地提出了船舶儲(chǔ)存、布置、脫氫、材料等方面的技術(shù)要求建議；在《國(guó)際散裝運(yùn)輸液化氣體船舶構(gòu)造和設(shè)備規(guī)則》（IGC規(guī)則）液化氫散裝運(yùn)輸臨時(shí)導(dǎo)則的基礎(chǔ)上，結(jié)合陸上液化氫儲(chǔ)罐技術(shù)，通過風(fēng)險(xiǎn)分析等研究方式，從材料、液貨艙、管系、壓力釋放系統(tǒng)、安全監(jiān)控系統(tǒng)、消防等方面，提出了船舶儲(chǔ)存液化氫的補(bǔ)充規(guī)定建議，為后續(xù)開展高密度儲(chǔ)氫技術(shù)研究、拓展船舶氫燃料適用面奠定基礎(chǔ)。

此外，除了對(duì)多種形式的船舶氫燃料儲(chǔ)存技術(shù)開展研究，CCS還與中國(guó)船舶集團(tuán)聯(lián)合開展了氫燃料電池示范船的研制項(xiàng)目。該項(xiàng)目結(jié)題評(píng)審會(huì)同日，CCS與中國(guó)船舶集團(tuán)605院組織召開了“氫燃料電池動(dòng)力船舶專項(xiàng)研究驗(yàn)證”項(xiàng)目開題評(píng)審會(huì)。該項(xiàng)目是CCS與中國(guó)船舶集團(tuán)以及業(yè)界其他參與方共同開展氫燃料在船上應(yīng)用技術(shù)專項(xiàng)研究課題，包括船用燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)、船用儲(chǔ)氫加氫系統(tǒng)、船用氫氣管路連接方式、船用燃料電池及其處所安全防護(hù)、船舶氫燃料加注、氫燃料動(dòng)力船舶技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分析等7大方面的專項(xiàng)研究驗(yàn)證內(nèi)容。旨在對(duì)我國(guó)首艘氫燃料動(dòng)力示范船的技術(shù)方案、相關(guān)系統(tǒng)或設(shè)備性能等采取仿真、試驗(yàn)驗(yàn)證等形式，評(píng)估技術(shù)方案的可行性，為相關(guān)技術(shù)法規(guī)編制工作的同步開展提供支撐。同時(shí)， CCS已接受交通運(yùn)輸部海事局委托開展《氫燃料電池動(dòng)力船舶技術(shù)與檢驗(yàn)暫行規(guī)定》編制工作。

CCS氫燃料船舶研究項(xiàng)目專家秦傲寒表示：“盡管氫能在船舶上的應(yīng)用目前仍處于起步探索階段，但隨著未來大功率氫燃料電池技術(shù)以及液氫等高密度儲(chǔ)氫技術(shù)的成熟、氫氣價(jià)格的下降、加氫基礎(chǔ)設(shè)施的完善，氫有望成為最具發(fā)展?jié)摿Φ拇昧闩欧盘娲剂?。以上兩個(gè)項(xiàng)目的研究工作將有力推進(jìn)氫燃料在船舶領(lǐng)域的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)船舶‘零排放’的目標(biāo)，助力水運(yùn)行業(yè)綠色健康發(fā)展?！?/p>