船舶工業(yè)動力形式變革迫在眉睫

　　中國船舶工業(yè)行業(yè)協(xié)會近日提出船舶能效、替代燃料及船舶動力形式等三大領域的技術變革是當前全球海事工業(yè)最重要的創(chuàng)新高地。面對2050年海運碳中和要求，替代燃料和新動力形式的應用，已經成為未來三十年海事工業(yè)最急迫的任務。

　　電池商用化應用仍處初級階段

　　過去很長一段時期，燃料電池技術一直處于緩慢發(fā)展中，多數(shù)成果處于技術驗證階段。近十年來，燃料電池技術的突破并在汽車工業(yè)的快速應用，吸引了更多投資，推動了其商業(yè)化進程，技術轉化節(jié)奏明顯加快。

　　從船用燃料電池專利方面看，據中國船協(xié)知識產權分會統(tǒng)計，截至2022年4月，全球船用燃料電池相關專利申請量累計達3409件、專利授權1786件。其中1999-2008年是船舶燃料電池專利申請的高峰期。2010年以來，船用燃料電池專利申請量呈現(xiàn)下滑趨勢。

　　這一方面說明船用燃料電池的商業(yè)化應用依然處于發(fā)展初期，另一方面也說明，經過前期大規(guī)模研發(fā)嘗試之后，船用燃料電池技術路線逐漸聚焦，研發(fā)活動也逐漸集中在少數(shù)頭部科技企業(yè)。

　　考慮到船用燃料電池技術的進一步發(fā)展和外部環(huán)境的利好，以及近期車用燃料電池風口的到來，船用燃料電池有可能掀起新一輪研發(fā)熱潮。

　　技術迭代推動商業(yè)化發(fā)展

　　長期以來，阻礙燃料電池在船舶上應用的主要因素是燃料電池系統(tǒng)占用體積大、使用壽命短、燃料獲取難度大、投資成本高等問題。

　　然而，隨著近些年燃料電池技術的發(fā)展和燃料電池產業(yè)發(fā)展環(huán)境的巨大變化，船用燃料電池的商業(yè)化逐步成為可能。未來，隨著燃料電池功率密度的進一步提升以及系統(tǒng)集成技術的應用，船用燃料電池及其燃料系統(tǒng)的體積有望進一步快速下降。

　　目前國內汽車PEMFC（即質子交換膜燃料電池）壽命約5000小時，最新研究成果已經提升至20000小時。船舶運行不會出現(xiàn)頻繁的負載變化，電池系統(tǒng)能夠得到較好維護，壽命也較長。歐洲已經開展的船用PEMFC項目中，電池壽命最長達到35000小時 （4年）。

　　美國公司推出的SOFC（即固體氧化物燃料電池）產品壽命已經超過5年，部分固定式SOFC持續(xù)運行了90000小時 （10年）以上。

　　目前一些國家從能源戰(zhàn)略角度出發(fā)，加快更高壽命燃料電池的研發(fā)。日本提出了將PEMFC壽命延長至15年的研發(fā)目標，我國科技部門也在展開高效率、長壽命燃料電池關鍵技術的科技攻關。

　　在各國積極推動氫能產業(yè)鏈建設和氫燃料電池研發(fā)應用推廣，特別是隨著航運業(yè)溫室氣體減排戰(zhàn)略的深入推進，全球正在加快建設LNG、甲醇、氨/氫等替代燃料供應鏈，基本掃清了長期制約船用燃料電池發(fā)展的富氫燃料供應障礙。

　　過去10年，車用燃料電池價格下降了60%。隨著燃料電池汽車產業(yè)規(guī)模的不斷增長，特別是中國企業(yè)的大規(guī)模進入，業(yè)內普遍預計，未來5年PEMFC價格有望進一步下降70%左右。SOFC主要應用于分布式發(fā)電，目前商業(yè)化項目不斷增多，SOFC價格也有望繼續(xù)下跌

　　主要造船國正在加快布局

　　燃料電池的眾多優(yōu)點吸引了歐美及日韓海事界的極大關注和不斷探索。尤其是2018年以來，燃料電池憑借其極高的能量轉換效率和燃料類型的巨大靈活性，成為企業(yè)開展低碳/零碳船舶研發(fā)的重要方向。

　　2000年以來，在歐盟、德國、美國等相關科研項目的持續(xù)支持下，歐美相關機構和企業(yè)開展的燃料電池實船應用案例超過30項。應用方式包括作為船舶的輔助發(fā)電單元、輔助推進和主推進等多個方面，積累了大量工程試驗數(shù)據，形成了可觀的燃料電池船舶設計和系統(tǒng)集成成果。

　　日本企業(yè)長期深耕燃料電池領域，尤其是在車用質子交換膜燃料電池技術方面處于世界領先地位，固體氧化物燃料電池在家庭熱電聯(lián)產領域也形成了較大的市場規(guī)模，但在燃料電池船舶方面發(fā)展相對緩慢。2018年以來，日本政府和企業(yè)開始加快燃料電池船舶的研發(fā)。2019年日本洋馬使用豐田燃料電池汽車的組件，在試驗船上開發(fā)和測試船用氫燃料電池系統(tǒng)。

　　2020年，日本郵船、東芝能源系統(tǒng)公司、川崎重工、ClassNK和ENEOS宣布合作開發(fā)氫燃料電池船舶。2021年，該項目獲得日本新能源和工業(yè)技術發(fā)展組織 （NEDO）管理的日本政府綠色創(chuàng)新基金的支持。項目計劃于2023年建造一艘150噸級試驗船，重點驗證大功率船舶燃料電池系統(tǒng)的實現(xiàn)與操作技術、燃料電池與蓄電池相結合的能源管理系統(tǒng) （EMS）等工程技術問題。

　　2018年以來，韓國三大造船企業(yè)不約而同開展了固體氧化物燃料電池替代內燃機的船舶研發(fā)項目。三星重工選擇與BloomEnergy合作，先后開發(fā)了固體氧化物燃料電池替代發(fā)電機的阿芙拉型原油船?，F(xiàn)代重工和大宇造船海洋則選擇與斗山燃料電池公司及英國CeresPower合作，開發(fā)了固體氧化物燃料電池替代發(fā)電機。

　　中國船企相關研發(fā)亟待加強

　　目前，我國已經掀起了PEMFC研發(fā)熱潮，目標市場仍主要集中在汽車領域，整體技術水平與國外企業(yè)存在一定差距；SOFC目前研究尚處于起步階段。

　　我國燃料電池動力船舶的研發(fā)進度相較歐美也存在明顯落后的情況。目前僅中國船舶集團712所推出了500kW級船用PEM燃料電池系統(tǒng)，全行業(yè)在燃料電池動力船舶方面的研發(fā)工作亟待加強。

　　協(xié)會認為，急需推出持續(xù)性的政策支持措施。交通部海事局已經發(fā)布了 《氫燃料電池動力船舶技術與檢驗暫行規(guī)則 （2022）》，中國船級社已經發(fā)布了 《氫燃料電池》《氫氣瓶》《重整裝置》三份產品檢驗指南，并即將發(fā)布 《船舶應用燃料電池發(fā)電裝置指南》，這些措施對我國燃料電池動力船舶的發(fā)展起到積極引導作用。

　　研究和出臺相關研發(fā)支持政策和市場推廣政策，為我國燃料電池動力船舶起步創(chuàng)造良好的政策環(huán)境，是加速推動燃料電池船舶技術發(fā)展和市場推廣的重要保障，將有利推動中國在船舶動力領域原創(chuàng)技術的群體性突破，進而在新一輪國際船舶動力競賽中取得主動權。(郭宇)

　　轉自：中國工業(yè)報

　　【版權及免責聲明】凡本網所屬版權作品，轉載時須獲得授權并注明來源“中國產業(yè)經濟信息網”，違者本網將保留追究其相關法律責任的權力。凡轉載文章及企業(yè)宣傳資訊，僅代表作者個人觀點，不代表本網觀點和立場。版權事宜請聯(lián)系：010-65363056。

延伸閱讀