CCS助力氫能上船提速

王思佳

隨著未來大功率氫燃料電池技術以及液氫等高密度儲氫技術的成熟、氫氣價格的下降、加氫基礎設施的完善，氫有望成為最具發展潛力的船用零排放替代燃料。

近日，中國船級社（CCS）在廣州組織召開了“船舶氫燃料儲運及應用技術研究”項目結題評審會，來自設計單位、科研院所、高校、氫能裝備企業以及CCS系統內單位的22位專家和代表參加了會議，該項目最終順利通過結題評審。項目的研究成果不僅對氫燃料在船舶上應用的相關規范法規的編制具有重要支撐作用，還為各項相關技術從實驗室邁向產業化打下扎實基礎，為船舶實現零排放目標進程提速。

加快氫能發展意義重大

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、可儲能、安全性優于其它能源等特點，是現階段最具發展潛力的船用新能源之一。

據國際可再生能源機構（IRENA）發布的《氫能：可再生能源的前景》報告顯示，通過可再生能源制取的氫氣（即“綠色氫氣”）將在全球能源轉型中發揮核心作用，預計2050年綠色氫氣將占全球能源消費的8%，尤其將在鋼鐵、化工、航運、卡車和航空業等難以脫碳的行業發揮重大潛力。報告提出，大規模發展氫能的時機已經來臨，氫能將在能源轉型中發揮關鍵作用。顯然，面對資源約束趨緊、環境污染嚴重、生態系統退化的嚴峻形勢，發展氫能將是能源轉型的最佳選項之一。

目前，日本、美國和歐洲的氫能源利用發展迅速，日本和美國的燃料電池技術以及氫的制造、儲存、運輸技術已基本成熟。日本川崎重工已計劃建造世界第一艘液氫運輸船，國際海事組織（IMO）海上安全委員會第97屆會議 (MSC97)通過了《液氫散裝運輸的臨時建議案》及其MSC決議草案，經過未來3年左右的實船應用后將可能正式納入到《國際船舶使用氣體或其它低閃點燃料船舶國際安全規則》（IGF規則）；國際能源署成立了液氫海上運輸工作組。此外，歐洲國家在氫燃料電池船上應用方面已取得了一些經驗，例如由挪威研究理事會、挪威創新署和德國聯邦經濟技術部贊助建造的Viking Lady號平臺供應船采用氫燃料電池和電池組混合系統，該船降低了15%左右的能耗。

我國對于氫能的利用也已被提上日程。統計顯示，目前國際制氫年產量6300萬噸左右，中國每年產氫約2200萬噸，占世界氫產量的三分之一，已成為世界第一產氫大國。自我國將氫能寫入《政府工作報告》之后，氫能產業更是成為業界關注的熱點。據預計，到2030年，中國氫氣需求量將達到3500萬噸，在終端能源體系中占5%；到2050年，氫能在中國能源體系中的占比約為10%，氫能需求量接近6000萬噸，年經濟產值超過10萬億元，全國加氫站達到1000座以上。無疑，加快氫能產業發展意義重大。

2012年11月，黨的十八大從新的歷史起點出發，做出了“大力推進生態文明建設”的戰略決策，而全面深入推進綠色交通發展是實現我國生態文明建設的重要舉措。船舶領域作為綠色交通建設的重要環節，更加需要滿足低污染和低排放的綠色發展目標。基于上述背景，同時考慮到CCS《船舶應用替代燃料指南》第2篇——燃料電池系統中，已經對船舶應用氫燃料電池提出了相關技術要求，但該指南目前主要適用于高壓氣瓶儲氫技術，尚未對其他形式的儲氫技術及其在船舶上的應用進行研究。因此，CCS啟動了“船舶氫燃料儲運及應用技術研究”項目，對多種形式的氫燃料儲存技術在船舶上應用的可行性、適用性及安全性展開研究，并針對不同儲氫形式的儲氫技術，對其配套的燃料加注及供給技術進行研究，旨在推進氫燃料在船舶領域的實際應用，加速實現船舶零排放目標。

氫能儲運安全是關鍵

目前，國內外氫燃料動力船舶技術處于快速發展期，但對于氫能的儲運，特別是高密度氫燃料儲存技術以及高溫燃料電池技術仍不成熟。顯然，對多種形式的船舶氫燃料儲存技術進行研究，是推動我國氫能技術從實驗室邁向產業化的重要步驟。

對于氫燃料的儲存方法主要有高壓儲氫、固態儲氫與有機液體儲氫三種。高壓儲氫是目前廣泛采用的商業化方式，而高壓氫氣對設備和相關管道零部件等提出了很高的要求，一旦發生泄漏或者材料氫腐蝕問題，就極有可能發生火災爆炸等重大安全事故，造成人員傷亡和不良的社會影響。這就需要建立高標準的高壓氫安全監控體系，開展高壓氫系統安全測試技術研究等，為氫能安全利用提供技術支撐。固態儲氫與有機液體儲氫可在較溫和的儲存條件下實現相對較高的儲氫密度，但儲氫后的固態材料以及有機液體在遇外部火災或沖擊等情況下的本質安全性值得進一步研究。液氫是未來氫能大規模應用的必然技術選擇，其低溫下的危險特性包括液氫蒸發、固空固氧與液氫混合危險、低溫傷害、兩相流及靜電累計等問題，目前只在軍工領域獲得一定的經驗積累，在民用中的使用風險還未得到充分研究與掌握。

規范標準方面，目前氫能及燃料電池技術標準在陸上領域已基本成熟，我國已發布88項氫能及燃料電池技術標準，形成了涵蓋氫制取、氫儲運、加氫基礎設施、燃料電池及應用的技術標準體系。相比于陸上標準體系，船用燃料電池技術標準尚不成熟，相關燃料電池系統及儲氫、加氫系統主要采標陸上現有標準。

船用方面，目前IMO正在開展IGF規則關于納入船舶應用燃料電池系統的技術要求編制工作，但不包括燃料存儲和燃料供應系統。如果燃料電池使用的是天然氣以外的其他氣體或低閃點燃料（如氫氣），則必須根據《IGF規則》A部分為燃料存儲和燃料供應系統使用替代設計方法，直到針對每種低閃點燃料制定了這些方面的具體規定。一些船級社也發布了關于船舶應用燃料電池系統的規范指南，適用范圍包含所有低閃點燃料和不同類型的燃料電池，其主要內容參照了IGF規則最新討論稿，并在此基礎上提出了附加要求。

“綠色珠江”500kW氫燃料電池動力示范船

“船舶氫燃料儲運及應用技術研究”項目旨在為船舶儲存及應用氫燃料的環境效益、經濟性、技術成熟度等方面進行研究，目標在于研究掌握不同形式的氫燃料儲存、加注、供給等相關系統檢驗技術，包括船用氫氣管路連接方式和燃料電池處所安全防護技術，為CCS《船舶應用替代燃料指南》中的燃料電池系統的技術要求補充建議提供理論及研究支撐，即在現有CCS《船舶替代燃料應用指南》2017版的相關要求基礎上，形成船舶氫燃料儲運及應用方面的技術要求建議，對現有指南進行補充完善，拓展CCS對于氫燃料儲運及應用的技術服務能力。評審組專家一致認為，該課題研究技術分析論證充分，所形成的研究成果科學合理，對相關規范法規的編制具有重要支撐作用。同時，該項目為全面深入推進綠色交通發展，鼓勵綠色創新技術先行先試，減少航運業污染物排放等方面發揮了積極作用。

行業脫碳，氫能大有所為

CCS早在2015年就開始了針對船舶應用燃料電池的相關研究工作，重點研究燃料電池系統故障模式及后果、供電可靠性、滅火、通風及廢氣排放、電力系統穩定性、探測與監控等方面。基于研究成果，2017年，CCS對外發布了《船舶應用替代燃料指南》，其中第2篇燃料電池系統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、加注輔助系統等方面的安全技術指標。

2018年8月，交通運輸部黨組書記楊傳堂會見中國船舶集團黨組書記、董事長雷凡培一行時要求，部屬單位要加強與中船集團的戰略合作，提升船舶的綠色化水平。按照交通運輸部的部署，CCS積極參加中國船舶集團“綠色珠江”氫燃料電池示范船舶重大科技專項，經前期綜合論證，確定將“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，在第20屆中國國際海事展期間，CCS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原理認可（AiP）證書。

本次順利結題的“船舶氫燃料儲存及應用技術”項目在已有指南基礎上，對氫燃料加注技術、船用氫氣管路連接方式、燃料電池處所安全防護技術開展了深入分析，解決了陸上技術標準與船舶環境條件差異性問題。此外，研究了液體有機化合物儲氫、金屬氫化物儲氫技術在船舶上的應用技術，有針對性地提出了船舶儲存、布置、脫氫、材料等方面的技術要求建議；在《國際散裝運輸液化氣體船舶構造和設備規則》（IGC規則）液化氫散裝運輸臨時導則的基礎上，結合陸上液化氫儲罐技術，通過風險分析等研究方式，從材料、液貨艙、管系、壓力釋放系統、安全監控系統、消防等方面，提出了船舶儲存液化氫的補充規定建議，為后續開展高密度儲氫技術研究、拓展船舶氫燃料適用面奠定基礎。

此外，除了對多種形式的船舶氫燃料儲存技術開展研究，CCS還與中國船舶集團聯合開展了氫燃料電池示范船的研制項目。該項目結題評審會同日，CCS與中國船舶集團605院組織召開了“氫燃料電池動力船舶專項研究驗證”項目開題評審會。該項目是CCS與中國船舶集團以及業界其他參與方共同開展氫燃料在船上應用技術專項研究課題，包括船用燃料電池動力系統、船用儲氫加氫系統、船用氫氣管路連接方式、船用燃料電池及其處所安全防護、船舶氫燃料加注、氫燃料動力船舶技術標準、風險評估分析等7大方面的專項研究驗證內容。旨在對我國首艘氫燃料動力示范船的技術方案、相關系統或設備性能等采取仿真、試驗驗證等形式，評估技術方案的可行性，為相關技術法規編制工作的同步開展提供支撐。同時， CCS已接受交通運輸部海事局委托開展《氫燃料電池動力船舶技術與檢驗暫行規定》編制工作。

CCS氫燃料船舶研究項目專家秦傲寒表示：“盡管氫能在船舶上的應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以及液氫等高密度儲氫技術的成熟、氫氣價格的下降、加氫基礎設施的完善，氫有望成為最具發展潛力的船用零排放替代燃料。以上兩個項目的研究工作將有力推進氫燃料在船舶領域的應用，實現船舶‘零排放’的目標，助力水運行業綠色健康發展。”