氫能源在港口應用的優勢與短板分析

許丹

摘 要：氫能源作為國際流行的新能源在港口生產作業中有著較大的應用前景，目前國內多個碼頭已經開始研究、使用氫能源設備。隨著國內加氫站建設不斷擴大，氫能源使用、儲存、加裝相關制度不斷完善，港口氫能源使用將更上一個臺階。本文在分析港口氫能源應用背景和港口生產主要裝卸設備能耗方式的基礎上，探討了當前氫能源在港口推廣應用的優勢與主要短板，提出了港機設備下一步氫能源使用的幾點建議。

關鍵詞：氫能源;港口;設備

中圖分類號：TK91? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2020）11-0133-02

1港口氫能源應用背景

氫能源是一種儲量大、來源廣、效率高、清潔低碳、可再生的二次能源，是能源革命的重要方向，目前正受到全球各國的廣泛關注。2018年開始，美國將10月8日定為美國國家氫能與燃料電池紀念日。2019年，韓國、歐洲燃料電池和氫能聯合組織、日本先后發布了本地區的氫能經濟發展路線及利用計劃。同年，我國首次將氫能源寫入政府工作報告，并于2019年6月發布《中國氫能源及燃料電池產業白皮書》，進一步加快了氫能存儲、運輸技術的研究，氫能商業化運用已經提上日程。

中國目前處于氫能市場發展初期，中國氫能聯盟的統計數據顯示，2018年國內氫氣產量約為2100萬噸，換算熱值占終端能源總量的份額為2.7%。隨著國內能源結構從傳統能源主導轉向傳統能源、生物能源、光伏、風力、核能、燃料電池等能源多元化格局，氫能源的發展將會得到大力推進，氫能源的使用范圍也將不斷擴大。

港口中各種大型起重機械、水平搬運機械及流動車輛眾多，是區域耗能大戶。以北方某港區為例，年作業集裝箱2000萬TEU，日常進出拖車2萬輛，能耗大，成本高，因此港口對新能源的應用有著極大的需求。交通運輸部、發展改革委、財政部、自然資源部、生態環境部、應急部、海關總署、市場監管總局、國家鐵路集團等九部門在《關于建設世界一流港口的指導意見》中指出，“鼓勵新增和更換港口作業機械、港內車輛和拖輪等優先使用新能源和清潔能源，加快提升港口作業機械和車輛清潔化比例”。2019年6月14日，國際能源署發布《氫能的未來——抓住今天的機會》，指出“使工業港口成為擴大清潔氫利用的中樞”。可以說，“低碳綠色”是港口發展的大方向，氫能源的推廣應用有助于港口的深度減排工作的推進 。

2港口生產主要裝卸設備和能耗方式

（1）大型固定機械，主要有集裝箱岸橋、軌道式龍門起重機、門座起重機、卸船機等。這類大型固定設備能耗高，用電量大，能耗方式主要為傳統工業用電。

（2）場地搬運機械，主要有輪胎式龍門起重機、輪胎式起重機、空箱堆高機、集裝箱跨運車、叉車、裝載機。這類大型固定設備的能耗方式有工業用電、內燃機組、鋰電池、鋰電池-柴油機混合動力等。

（3）各種道路流動機械，主要有港口牽引車、拖車、自卸車等，主要能耗方式主要有柴油、LNG、鋰電池等。

3港機設備氫能源應用的主要優點

（1）港口作業設備一般負荷大、速度低，主要輻射在碼頭泊位周邊作業，設備密度大、排放區域集中，對環境影響大，進行氫能源使用后，地區排放量將大大降低，節能、環保效果顯著。

（2）港口設備類型及規格相對集中，作業時間和工作范圍相對固定，單車能耗可準確采集，對氫燃料設備選型及改造目標相對明確;設備加氫量及加氫周期相對固定，為加氫站選址、加氫站容量規劃提供相對準確數據參考。

（3）港口設備使用率高，設計壽命長，常規內燃動力設備隨著設備年限增加，設備維修成本逐漸變大，使用氫燃料電池后，取消內燃動力設備，維修保養工作量及維修、備件成本將大大降低。

（4）氫燃料電池直接將化學能轉換為電能，噪聲小，一般在65dB以下，設備運行平穩，有效降低碼頭現場工作噪音，提升操作人員現場工作環境質量。

（5）老舊碼頭因自生產能力、節能環保、自動化推進等原因進行設備電力化改造，因供電負荷容量影響需做相應設施改造，碼頭基礎設施建設、改造投資大，周期長，對生產影響大，采用氫能可大大減少碼頭基礎設施建設，滿足設備流動性、機動性，節能環保，降低設備對供電容量的依賴。

（6）目前國內港區周邊一般布置有符合國家規范的加油站或者LNG加氣站，可以根據現場條件利用現有加油站或者LNG加氣站，進行加氫站改建，降低專業加氫站建設成本。

4當前氫能源在港口推廣應用的主要短板

（1）目前國內的加氫站布局和建設仍處于緩慢起步階段。截至2019年11月，我國已投產的加氫站為41座，從地域分布來看，主要集中在廣東、江蘇、上海、湖北、河北等地，并且服務對象主要為城市公共交通設備，沒有港口專用加氫站，需額外進行加氫，提高運行成本，未來加氫站的建設數量及地域分布還有待完善。

（2）目前在上游制約氫能源發展的兩大問題就是氫燃料的儲存和運輸，國內為港口流動機械等專業供氫廠家少，運輸方式單一，氫氣使用成本較高。

（3）目前國內氫氣使用主要以氣態氫為主，現階段氫氣運輸主要采用的是長管拖車運輸，運輸壓力多為20MPa，單車次可運輸347kg，國內儲氫瓶主要以35MPa型瓶為主，70MPa型氫瓶技術較國外落后，因拖車運輸壓力低，設備加氫時間相對較加注柴油、LNG時間長，影響碼頭作業效率。

（4）目前國內流動機械相關氫能源標準規范需要進一步完善，提高氫能的儲運效率、降低氫能的儲運成本是目前氫能儲運技術的發展重點。

5港機設備下一步氫能源使用探討

（1）確定穩定可靠的氫源：充分利用港口區域保稅區、自貿區和加工自貿區相關政策紅利，吸引可制氫、產氫的相關企業在港口周邊經濟輻射區建廠營業，并利用港內現有加油站、加氣站改造加氫站，源頭上降低氫氣運輸、存儲成本。

（2）推進目前港口設備氫能源利用并進行現場作業測試，根據港口機械工作模式和設備類型可先對具有靈活移動能力的港口牽引車、拖車、發電車上進行氫能源更新、改造測試，積累港口機械氫能源使用經驗，并研究制定氫能源加注、使用、維護等相關制度標準。

（3）對于固定式港口設備，無法到加氫站進行氫氣加注，根據設備作業能耗需求，使用氫瓶儲瓶方式工作，并設計、制作專門的氫瓶更換設施，編訂標準化換氫流程，采用可移動設備半自動更換，保持設備機動性特點，又避免加氫場所固定造成的場地占用及設備移機難題，提高氫瓶更換效率。

（4）加強液氫存儲技術在港口設備的研究，目前國際液氫加注站占氫燃料總加注站的三分之一，主要集中在歐、美、日本，國內需加快民用液氫技術研發及相關使用標準的建立，并進行港口設備的實驗性應用，推進液氫在港口的實際使用。

（5）目前港口設備在進行電力化改造、混合動力改造時需同時考慮后續氫能源使用利用規劃，改造設備同時預留后續加裝儲氫設備的空間。

（6）港口加強與氫能源研發、氫能源設備制作廠家的合作，可采用業務外包形式引進氫能源設備進行港內裝卸及運輸，按照實際作業量進行付費。一方面減少港口的一次性投資，一方面能夠加快氫能源設備的實際投入使用。

6 結語

目前港口氫能源使用受各類因素影響，實際推廣較慢，隨著國內液氫技術的發展和氫能源設施的不斷完善，氫能源一定會在新一輪綠色智慧港口建設中發揮更大作用。

參考文獻：

[1]中國氫能聯盟.中國氫能源及燃料電池產業白皮書[R].北京：中國氫能聯盟，2019.

[2]王學軍.基于加氫站建設的氫能源產業鏈分析[J].中國氯堿，2019（06）：1-4.

[3]洪虹，章斯淇.氫能源產業鏈現狀研究與前景分析[J].氯堿工業，2019，55（09）：1-9.

[4]氫能源：超前布局的清潔能源[J].今日科技，2019（05）：15-17.

[5]凌文，劉瑋，李育磊，萬燕鳴.中國氫能基礎設施產業發展戰略研究[J].中國工程科學，2019，21（03）：76-83.

[6]吳善略，張麗娟.世界主要國家氫能發展規劃綜述[J].科技中國，2019（07）：91-97.

[7]蔣東方，賈躍龍，魯強，洪博文，神瑞寶，張巖.氫能在綜合能源系統中的應用前景[J].中國電力，2020，53（05）：135-142.

[8]潘相敏，林瑞，李昕，馬建新.氫能與燃料電池的研發及商業化進展[J].科技導報，2011，29（27）：73-79.

[9]國際能源署.氫的未來：抓住今天的機遇[Z].