搭载70kw系统 续航180km，中国第一艘燃料电池游艇问世！关于燃料电池船你知多少？

博研能源

１、中国第一艘燃料电池游艇问世 日前，大连海事大学在绿色航运领域又传来好消息，学校新能源船舶动力技术研究院牵头建造的中国第一艘燃料电池游艇“蠡湖”号通过试航，标志着我国燃料电池在船舶动力上的实船应用迈出关键一步。 近年来，燃料电池在汽车上的应用得到迅猛发展，技术已经相对成熟，但想应用在船舶上，还需要解决诸多安全与技术问题。海大的研究团队依托多年来的研究积累，先后解决了船舶氢气加注、氢气瓶组轻量化、涉氢安全设计、船用燃料电池系统设计、船舶混动系统设计等技术难关。在此基础上设计的燃料电池游艇船长13.9m，采用70KW燃料电池及86KWH的锂电池组成混合动力，设计船速18km/h，续航180km，可载乘员10人。船型及动力等接近于国外的对标船型，而对于电动船最为关键的续航指标已略有优势。经过半个多月的海上调试，该船各项指标达到设计要求，顺利通过试航。

“我们的测试验证了燃料电池作为船舶动力的实用性，船体运行过程平稳、安静、舒适，也证实其在游艇等对体验感要求较高的船型上具有独特的发展优势。”大连海事大学新能源船舶动力技术研究院杨国刚教授说。

燃料电池未来在船舶上大规模应用，还要解决成本、安全、系统船舶适用性等诸多问题。杨国刚呼吁更多的人关注燃料电池船舶，共同推动我国燃料电池船舶的发展。

２、燃料电池船历史简介

2020年初，比尔盖茨支付了6.45亿美元（约合人民币45.2亿元），委托一家豪华游艇制造商为他定做一艘属于他自己的搭载日本丰田燃料电池驱动的超豪华游艇。 游艇长370英尺（约合113米），由五层甲板组成，能容纳14名客人、31名船员，还配备有健身房、瑜伽室、美容室、按摩室等设施，后甲板上还有游泳池。在游艇上可以通过玻璃面板看到氢燃料箱，它由两个28吨重的真空密封罐组成，并被冷却至零下253摄氏度。液氢燃料可以在一种特殊的燃料电池中发生化学反应，这种燃料电池将氢转化为电能，同时释放出可以安全泵入海洋的水。不过，船上还同时配备有柴油发动机，作为后备。 而全球第一艘把燃料电池作为动力系统的船舶试验项目叫“Fellow Ship”，在挪威和德国资金支持下顺利实施，并由DNV（挪威船级社）对燃料电池的安全和风险进行了核查和认定，亦藉此制定出全球首个船用燃料电池入级认证规范。这个320千瓦功率的全尺寸燃料电池动力系统，被安装到一艘在北海运营的海洋工程供应船“Viking Lady”号上，这亦是全球首艘通过燃料电池技术，实现船上发电试验的营运船舶。

３、燃料电池船的示范与应用现状

欧盟、德国、美国、挪威、日本等先进国家和地区在船用氢燃料电池推进技术领域处于领先地位，已实现船用氢燃 料电池动力推进装置的示范及应用，进入推广应用阶段。国外主要船用燃料电池推进技术示范项目如表1所示。 欧盟：在2007年资助世界上第一个商业客轮ZEMships项目，该船采用混合动力推进方式，整合了两个峰值功率48k W的氢燃料电池和560V的铅蓄电池，可运送100名乘客。

德国：在2008年研制出100客“Alsterwasser”号氢燃料电池游船，其采用氢燃料电池动力推进装置作为主推进动力， 功率达到100kW，最高航速可达到14km/h，目前实现载客共14000余名。

法国：在2017年建成氢–风–光动力船“EnergyObserver”号，该船长30m，重20t，采用氢燃料电池系统22kW。

荷兰：在2009年建成100客“FuelCellBoatAmsterdam”用于运河旅游事业，该船配备60~70kW氢燃料电池系统，采用 高压氢气提供氢燃料，能够以7节（1节=1nmile/h）航速航行9h。

美国：在2018年6月25日宣布，将在海湾地区建造第一艘氢燃料电池渡轮。该渡轮载客84名，电力推进动力功率是2 ×300kW，长21m，铝质船体，航速为22节。

挪威：在2009年与瓦锡兰集团、MTU船级社合作研制出著名的氢燃料电池海面补给船“VikingLady”号，该氢燃料 电池系统功率为320kW，燃料为液化天然气，是全球第一艘投入运营的氢燃料电池工程船舶。

日本：在2015年下水试航首款氢燃料电池渔船，该渔船全长12.5m，可乘坐12人，可搭载450L氢燃料，最高速度可 达37km/h。

氢燃料船舶行业：挪威模式的启示

据联合国贸易和发展会议（UNCTAD）统计，海运贡献了全球约80%的货运量。截止2020年，全球共有9.8万艘商用船，其中1000吨以上的船只有5.3万艘，占一半以上。按地域来看，亚洲（东盟+中日韩）、美国和欧盟地区的船舶数量最多，分别拥有3.3万、2万和1.2万艘，共占全球船舶数量的67%。按吨位来看，欧洲和亚洲占比91%，成为清洁航运应用的重要场景。 据德国劳氏船级社预测，世界范围内船舶用燃料电池的市场容量大约有160GW。国内交通运输部水科院的数据和专家预计，到2025年氢燃料电池系统改造船数量和新建氢燃料电池船舶数量将分别达到400艘和200艘，氢燃料电池系统市场规模有望达到200亿元。

船舶作为交通领域的重要组成部分，是温室气体和其他污染物的主要来源之一。全球船舶每年排放9.4亿吨二氧化碳，占总排放量的2.5%；排放的硫氧化物（SOx）占全球5~10%，而氮氧化物（NOx）更是高达17~31%。 根据国际海事组织（IMO）当前目标，到2050年，全世界海运二氧化碳排放量需减少至2008年水平的一半。同时在其《国际防止船舶造成污染公约》 (MARPOL)中也对船舶燃料的含硫量和NOx量进行了明确规定。
为应对国际海事组织（IMO）日益趋近的排放标准，全世界主要国家已经在氢燃料船舶领域进行布局，并完成理论研究，进入实船试航阶段。

• 欧盟：氢燃料船舶方面的研究示范最为领先，汇集多个主要氢燃料船舶项目。其中德国氢燃料电池在212A级和214级潜艇上的应用已较为成熟，并于2009年推出世界首艘内河氢动力船Alsterwasser；挪威是海洋氢燃料船舶发展先锋。

• 日本：船用氢燃料电池已进入初步导入阶段，计划2030年后正式进入实用普及阶段。2020年9月日本邮船株式会社、东芝能源系统&解决方案公司，川崎重工有限公司、日本海事协会和ENEOS公司共同宣布开始进行大功率燃料电池船舶商业化示范项目，计划于2024年在横滨港试航。

• 美国：国家层面尚无明确的政策规划，主要在加州湾进行探索。金门零排放海洋公司（Golden Gate Zero Emission Marine）开发的Water-Go-Round船是世界首艘纯氢燃料动力的商用船，目前在加州湾运行。

• 韩国：雷声大雨点小，曾在2012年推出“平昌2018号”氢燃料电池船舶研发项目，但随后不了了之。目前尚处于研究阶段，斗山、三星重工、韩国现代等正在积极布局。2020年12月23日，韩国公布了“2030 绿色船舶K计划”，将氢能定位为船舶燃料的长期目标，短期减排依靠LNG和电力等清洁能源。
在诸多国家当中，挪威对氢燃料电池在海运方面的应用探索最为丰富和系统，形成了纵横联合、相对完善的发展模式。纵向来看，从议会立法到政府资助到企业研发建设，自上而下推动项目；横向来看，船级社为行业提供标准依据和咨询认证，并与国内外企业密切分工配合，共同打造项目。因此，我们在此将挪威单独进行梳理，希望为我国氢燃料船舶事业提供参考。 1、概况
作为维京古国，挪威有着悠久的航海传统，海岸线长度全球第八，是世界上最早探索航运减排的国家之一。挪威从1990年起就开始关注低碳航运，是世界上第一个在海洋船舶上使用LNG燃料的国家，也是氢燃料船舶研究领域的先驱。

挪威坚持多路线减排，同时积极推进氢燃料船舶研究。由于氢燃料电池成本高，船舶加氢基础设施不完善以及民用氢燃料船舶运营法律法规缺失等原因，氢燃料技术在船舶上的应用无法一步到位。挪威以零排放氢燃料船舶为远期目标，同时探索LNG、混合燃料、锂电池等其他技术路线作为前期减少碳排放的权宜之策。据日本船用工业协会统计，2018年，全球200多艘电动船中，约有40%属于挪威。2009年推出的Viking Lady是世界上首艘把燃料电池作为动力系统的船只，初始推进燃料为LNG，于2013年改造为LNG-锂电混动船，曾被誉为世界上最环保的船舶。

目前有多个氢燃料船舶项目正在研究和建设当中，2021年预计将有1~2艘氢燃料船舶项目完成。 2、减排目标明确、坚定
挪威政府一直以来积极参与环保和清洁能源事业，先后加入《京都协定》和《巴黎协定》，制定了明确的温室气体减排目标，并不断提高完成标准。2015年，挪威议会要求政府 “在技术可行范围内，未来公开招标的船只必须搭载零排放和低排放技术”，并提出到2030年实现气候中和的非正式目标。 2020年10月，挪威进步党希望政府将峡湾零排放计划由2026年推迟到2030年，但遭到社会主义左翼党和保守党的强烈反对。由此可见挪威政府实现海洋减排的决心。

3、上下齐心，共同推进
挪威从上层设计到资金支持到企业合作都较为完备，各层级分工明确，密切配合。

• 议会：负责制定相关法律和敦促政府实现环保目标

• 政府：设立国有企业、分支机构、专项产业基金，协调各方对项目进行补贴

• 船级社：制定行业标准和船级规范，对船舶进行评估认证，海事咨询等

• 企业：国内外企业与船级社联合对项目进行设计、研发、建设，完成船舶试航
4、补贴制度完善，全面支持技术与基建
为支持行业发展，挪威政府制定了Klimasats，PILOT-E和EnergiX等专项补助计划对包括氢燃料电池船舶在内的清洁技术事业进行投资，并设立Enova和挪威创新署等机构扶持中小企业和加快技术创新。据不完全统计，自2015年起，Enova已在挪威环保和清洁能源产业中投入超过30亿克朗（约合22.7亿人民币），其中一半投向清洁船舶领域，主要用于研发船舶电池技术。2020年6月3日，挪威政府发布了国家氢能战略计划，其中提出给与主要负责攻克氢能技术的ENERGIX项目1.2亿克朗（约合9000万人民币）的补助。 《中国制造2025》已将高技术船舶列为十大重点发展领域之一，全国多地已出台相关氢能政策，提及氢燃料电池在船舶领域的应用。 目前我国在氢燃料船舶领域只有小规模试验和测试，主要为内河应用：

• 北京富原燃料电池公司于2002年9月研发了富原1号燃料电池游艇，功率仅为0.4KW，是我国在氢燃料船舶领域最早的尝试。

• 2005年11月，上海海事大学研制“天翔一号”小艇，功率仅为2KW。

• 2019年12月，由中国船舶集团有限公司旗下中船605院自主研发的500kW内河氢燃料电池动力货船正式对外发布，并获得中国船级社（CCS）的原理认可证书（AiP），其500kW的燃料电池主电源功率是目前国内外最高水平。

• 同月，中国船舶第七一二研究所展出了15款最新船用设备。其中，拥有完全自主知识产权的船用氢燃料电池系统以及国内第一艘纯电池动力客船君旅号亮相。

挪威的发展模式固然有其环境的特殊性，香橙会研究院认为，挪威模式为我国氢燃料船舶发展带来一定启示：

• 应加快确立船用氢燃料电池的战略与目标；

• 完善氢燃料电池船舶领域的技术标准和应用规范；

• 发挥政府、船级社、企业三方协同效应，共同推进；

• 大力研发或引进船用氢燃料电池、高密度储氢、氢燃料电池系统集成等技术；

• 加快建设港口及海上配套基础设施建设。