“氫舟”駛過(guò)“萬(wàn)重山”

自2023 年10 月11 日首航以來(lái)，我國(guó)氫燃料電池動(dòng)力船“三峽氫舟1”號(hào)已經(jīng)累計(jì)運(yùn)行超192 小時(shí)，航行里程超 2 200 千米，減少排放二氧化碳超68.04 噸。與燃油船舶相比，“三峽氫舟1”號(hào)在航行過(guò)程中幾乎實(shí)現(xiàn)了零排放。

采用氫燃料電池

“三峽氫舟1”號(hào)是一艘以氫燃料電池為主，并輔以磷酸鐵鋰電池動(dòng)力的雙體交通船。船體總長(zhǎng)49.9 米、型寬10.4 米、型深3.2 米，額定乘員80 人。它的氫燃料電池額定輸出功率高達(dá)500千瓦，最高航速可達(dá)每小時(shí)28 千米，續(xù)航里程在200 千米左右。

氫燃料電池是一種將氫氣和氧氣的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電裝置。我們知道，水是由氫元素和氧元素組成的。將水電解后，就會(huì)生成氫氣、氧氣，其中正極產(chǎn)生的是氧氣，負(fù)極產(chǎn)生的是氫氣。氫燃料電池的基本原理其實(shí)就是電解水的逆反應(yīng)。

和普通的干電池、蓄電池最大的不同在于，氫燃料電池本身是一種發(fā)電裝置，大致相當(dāng)于一個(gè)迷你的“發(fā)電廠”。而干電池和蓄電池是一種儲(chǔ)能裝置，它們把電能貯存起來(lái)，到需要時(shí)再釋放出來(lái)。

氫燃料電池動(dòng)力船具有環(huán)保、高效和低噪聲等優(yōu)點(diǎn)。由于氫燃料電池采用的是電化學(xué)反應(yīng)，整個(gè)發(fā)電過(guò)程并不會(huì)發(fā)生燃燒，僅產(chǎn)生水和熱，對(duì)環(huán)境幾乎沒(méi)有污染。同樣的道理，由于氫燃料電池是直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能，并不需要經(jīng)過(guò)熱能和機(jī)械能的變換，所以它的發(fā)電效率可以達(dá)50% 以上，十分高效。同時(shí)，由于氫燃料動(dòng)力船沒(méi)有柴油機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)等噪聲制造“大戶”，因此航行時(shí)產(chǎn)生的噪聲很小。

綠色、智能

從設(shè)計(jì)、研發(fā)開(kāi)始，“三峽氫舟1”號(hào)就秉持著“綠色、智能”的理念。建成之后，它更是取得中國(guó)船級(jí)社燃料電池- 動(dòng)力1、綠色船舶-3、能效設(shè)計(jì)-3、智能船舶（智能機(jī)艙）等附加標(biāo)志。這些附加標(biāo)志，其實(shí)就是代表“三峽氫舟1”號(hào)符合中國(guó)船級(jí)社的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求。

中國(guó)船級(jí)社是我國(guó)制定船舶規(guī)范和對(duì)船舶及其材料和設(shè)備進(jìn)行檢驗(yàn)的專門機(jī)構(gòu)。而“入級(jí)”是指船舶滿足了船級(jí)社的建造規(guī)范。“入級(jí)中國(guó)船級(jí)社”的意思大致就是“三峽氫舟1”號(hào)已經(jīng)完全滿足了中國(guó)船級(jí)社的建造規(guī)范，并且通過(guò)了驗(yàn)收。

所謂“綠色船舶”，就是指船舶從設(shè)計(jì)、建造、營(yíng)運(yùn)到拆解的整個(gè)生命周期內(nèi)，通過(guò)應(yīng)用綠色技術(shù)最大程度上實(shí)現(xiàn)低能耗、低排放、低污染、高能效、安全健康的功能目標(biāo)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是它們整個(gè)生命周期的各個(gè)環(huán)節(jié)都要具備綠色、環(huán)保的要素。而“三峽氫舟1”號(hào)取得的“綠色船舶-3”，則是綠色船舶規(guī)范的最高等級(jí)附加標(biāo)志。

中國(guó)船級(jí)社對(duì)于“智能船舶”的定義包含了很多內(nèi)容，比如綠色物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)手段、自動(dòng)控制技術(shù)、大數(shù)據(jù)處理和分析技術(shù)等。“三峽氫舟1”號(hào)采用的全回轉(zhuǎn)舵槳推進(jìn)系統(tǒng)也是其中之一。

我們都知道，傳統(tǒng)意義上的船舶推力主要來(lái)自它的螺旋槳，推力的大小取決于其發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，船舶航行的方向則主要依靠舵來(lái)完成。而全回轉(zhuǎn)舵槳推進(jìn)系統(tǒng)不需要舵，就能夠隨意變換推力的方向，實(shí)現(xiàn)向任意方向推進(jìn)。

綠電制氫

“三峽氫舟1”號(hào)是一艘氫燃料電池動(dòng)力船，雖然也有硫酸鐵鋰電池作為輔助，但是氫元素是它航行所必不可少的燃料。那么，在這茫茫大江之上，氫又從何而來(lái)呢？

早在2021 年，我國(guó)就在湖北宜昌楊家灣碼頭開(kāi)始建設(shè)國(guó)內(nèi)首個(gè)內(nèi)河碼頭型制氫加氫一體站。這個(gè)名為“中國(guó)三峽綠電綠氫示范站”的氫能源船舶補(bǔ)給站，從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，是氫能源船舶的配套工程。它利用三峽電站水力發(fā)出的電來(lái)進(jìn)行電解水制氫。產(chǎn)生的氫氣再經(jīng)過(guò)壓縮、存儲(chǔ)和加注等環(huán)節(jié)，對(duì)氫燃料動(dòng)力電池船舶進(jìn)行補(bǔ)給。

然而，給氫能源船舶加注氫可沒(méi)有想象中那么容易。船舶停泊在碼頭時(shí)，會(huì)因?yàn)轱L(fēng)、浪等因素而產(chǎn)生晃動(dòng)。同時(shí)，枯水期和豐水期的水位又明顯不同。所以，加氫機(jī)和船舶的充氫口位置始終處于一個(gè)不斷變動(dòng)的狀態(tài)。而且，相對(duì)于氫燃料動(dòng)力電池汽車來(lái)說(shuō)，氫能源船舶加注氫氣的時(shí)間要多上好幾倍。

于是，科研人員采用了“折疊機(jī)械臂牽引高壓軟管”的加氫方式，最終解決了這個(gè)問(wèn)題。目前，“中國(guó)三峽綠電綠氫示范站”對(duì)“三峽氫舟1”號(hào)進(jìn)行氫氣加注時(shí)，僅需要60 分鐘即可加注240 千克氫，就能滿足它續(xù)航200 千米。

“三峽氫舟1”號(hào)實(shí)現(xiàn)了我國(guó)內(nèi)河船舶應(yīng)用氫燃料動(dòng)力電池技術(shù)零的突破。由于它還肩負(fù)著同步開(kāi)展實(shí)船測(cè)試等科技研究的任務(wù)，2024 年年初，相關(guān)部門為其建立了“成長(zhǎng)檔案”。從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，“三峽氫舟1”號(hào)總體運(yùn)行情況良好。

（責(zé)任編輯：陸艷）