可再生氢驱动的燃料电池：新一代船舶主流能源

“氢燃料电池已在公共汽车、卡车、汽车、叉车甚至客运火车等领域得到应用并验证了其优越的环保性能。鉴于氢燃料电池在重型车辆中的成功，氢燃料电池也逐渐被应用到船舶动力中。未来，氢燃料电池将在船舶温室气体排放方面发挥关键作用。”

船舶为何要实现碳的零排放？

众所周知，海运是温室气体排放的重要来源之一。航运业温室气体排放主要是由于船舶发动机大量使用低等级重柴油而产生。近年来，为了应对全球变暖、应对空气污染和气候变化的压力，各国政府采取了诸多积极措施来减少污染物和碳排放。

航行中的豪华邮轮

针对海上温室气体排放的相关法规已经开始在全球范围内实施：

2018年，挪威议会颁布了一项保护世界遗产峡湾的决议：规定在2026年前停止海湾内游轮和渡轮的所有碳排放。

阿拉斯加州的可见排放物标准：海岸线三英里内所有船舶禁止排放可见污染物。

国际海事组织（IMO）已采取强制性措施来减少温室气体的排放，在本世纪末实现零排放。到2050年，国际航运业产生的温室气体总排放量减少到2008年水平的50％。

欧洲海上安全组织（EMSA）计划到 2050年将欧盟海上运输的二氧化碳排放量至少减少 40％（与2005年的水平相比）。北极、美洲、地中海、黑海、日本、韩国和澳大利亚等地区的排放限制措施也正在讨论中。

船舶工业如何应对这些变化？

这些排放法规将对海上船舶及其运营组织产生重大影响。为了适应不同类型的船只，船舶工业需要一种真正的零排放解决方案。

可再生氢驱动的燃料电池：最切实可行的解决方案

目前船舶应用比较多的零排放解决方案多采用动力电池驱动，然而动力电池仅适用于短航程小型船舶（例如小型客运渡轮和湖泊服务船）。动力电池具有的低能量密度和大重量特点，使其在更多类型船舶中的应用受到限制。

在船舶领域，氢燃料电池是真正唯一可行的零排放解决方案。氢燃料电池可以像动力电池一样，通过电化学反应高效地发电。两者的区别在于，燃料电池的能量以氢燃料的形式单独存储，持续供电能力更强。除了续航能力强，氢燃料电池的排放物只有水蒸气，更加清洁环保。

另外，氢燃料的产生可以利用可再生能源产生，包括太阳能、风能、水力发电和地热能。随着欧洲、澳大利亚和智利开始出现大规模可再生氢的生产项目，制氢成本逐年持续下降。

可再生氢的生产运输和应用

混合动力电池/燃料电池解决方案可能会应用在首批燃料电池船舶中

从传统能源过渡到可再生能源是一项重大任务。就船舶的氢燃料电池而言，障碍在于港口的加氢基础设施是否完善以及氢气的可用性。在船舶可以使用燃料电池为其供电之前，需要进一步完善氢气生产、运输、存储和港口加氢基础设施等环节。

虽然氢燃料电池应用到大型船舶主动力中还存在诸多限制，但相信在不久的将来，混合动力电池/燃料电池的解决方案很快就应用在如下场景中：

为轮渡、内河船舶等小型船舶提供推进动力

作为大型船舶（如邮轮）的辅助供电

为港口停靠的船舶提供岸电

氢燃料电池在船舶应用中的优势

（1）模块化氢燃料电池系统可适应多种负载需求

氢燃料电池

Ballard PEM（质子交换膜）燃料电池是模块化的，可以并行使用，在发功率100kW到1MW范围均可适用，为提供了船舶所需的功率和冗余度。

（2）直流电特性更适合现代直流电力推进船舶

燃料电池与动力电池相同，均为直流电源，较少了整流环节，更加高效，更加适合为船舶电力推进装置供电。

（3）燃料电池系统具有灵活的配置

在燃料电池系统中，发电和燃料存储是分开的，这为船舶设计者提供了比动力电池更大的灵活性。可以适应船舶的空间限制。分解为多个模块，分别位于不同的位置。

燃料电池可以应用到哪些类型的船舶

（1）轮渡

渡轮

可扩展的模块化燃料电池系统将为渡轮推进装置提供零排放的清洁电能。燃料电池提供的大量直流电还可以满足辅助电力需求，例如：

灯光  加热  空调  船舶仪表  应急系统，厨房和其他系统

为了提高效率，燃料电池产生的多余热量还可用于生活用水的加热。如有需要，甚至可以回收燃料电池产生的水。

（2）豪华邮轮

豪华邮轮

豪华邮轮可能成为燃料电池在海上应用的第一种类船舶。目前国际上一些邮轮港口已经要求零排放运营。对于邮轮，燃料电池可以为以下场景提供清洁的电能：

酒店

应急系统

推进力的一部分。

为了使船舶行业达到本世纪的零排放目标，随着与气相关的基础设施逐渐成熟，氢燃料电池将为豪华邮轮上提供100％的电力需求。

（3）内河船

拖轮

燃料电池是内河船实现零排放推进的可行解决方案，其中包括：

驳船    拖轮

巴拉德已经在法国里昂进行氢燃料电池内河船示范项目。该项目将为世界上最苛刻的河流之一罗纳河上的杂货船提供动力。

结论

为了减少空气污染和温室气体排放，世界各地政府和组织都在制定更为严苛的船舶排放标准。船舶工业即将面临巨大的零排放法规压力。由可再生氢驱动的燃料电池系统是最切实可行的零排放解决方案。这项技术的实施将是减少船舶温室气体排放、净化空气、创造更宜居世界的关键一步。

平台声明：该文观点仅代表作者本人，氢能网系信息发布平台，我们仅提供信息存储空间服务。