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(lǐng)域的技術(shù)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(yīng)用，已經(jīng)成為未來三十年海事工業(yè)最急迫的任務(wù)。

　　電池商用化應(yīng)用仍處初級階段

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

　　從船用燃料電池專利方面看，據(jù)中國船協(xié)知識產(chǎn)權(quán)分會統(tǒng)計，截至2022年4月，全球船用燃料電池相關(guān)專利申請量累計達3409件、專利授權(quán)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(yīng)用依然處于發(fā)展初期，另一方面也說明，經(jīng)過前期大規(guī)模研發(fā)嘗試之后，船用燃料電池技術(shù)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(shù)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(shù)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(yīng)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(shù)的發(fā)展和燃料電池產(chǎn)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(shù)的應(yīng)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(nèi)汽車PEMFC（即質(zhì)子交換膜燃料電池）壽命約5000小時，最新研究成果已經(jīng)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(jīng)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(chǎn)品壽命已經(jīng)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(guān)鍵技術(shù)的科技攻關(guān)。

　　在各國積極推動氫能產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)和氫燃料電池研發(fā)應(yīng)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(shè)LNG、甲醇、氨/氫等替代燃料供應(yīng)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(yīng)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(chǎn)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(nèi)普遍預(yù)計，未來5年P(guān)EMFC價格有望進一步下降70%左右。SOFC主要應(yīng)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(guān)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(zhuǎn)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(guān)科研項目的持續(xù)支持下，歐美相關(guān)機構(gòu)和企業(yè)開展的燃料電池實船應(yīng)用案例超過30項。應(yīng)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(jù)，形成了可觀的燃料電池船舶設(shè)計和系統(tǒng)集成成果。

　　日本企業(yè)長期深耕燃料電池領(lǐng)域，尤其是在車用質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)方面處于世界領(lǐng)先地位，固體氧化物燃料電池在家庭熱電聯(lián)產(chǎn)領(lǐng)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(shù)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(shù)、燃料電池與蓄電池相結(jié)合的能源管理系統(tǒng) （EMS）等工程技術(shù)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(nèi)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(guān)研發(fā)亟待加強

　　目前，我國已經(jīng)掀起了PEMFC研發(fā)熱潮，目標市場仍主要集中在汽車領(lǐng)域，整體技術(shù)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(jīng)發(fā)布了 《氫燃料電池動力船舶技術(shù)與檢驗暫行規(guī)則 （2022）》，中國船級社已經(jīng)發(fā)布了 《氫燃料電池》《氫氣瓶》《重整裝置》三份產(chǎn)品檢驗指南，并即將發(fā)布 《船舶應(yīng)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(dǎo)作用。

　　研究和出臺相關(guān)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(shù)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(lǐng)域原創(chuàng)技術(shù)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(quán)。(郭宇)

　　轉(zhuǎn)自：中國工業(yè)報

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