可再生氫驅(qū)動的燃料電池：新一代船舶主流能源

2020-03-10 10:34:37
來源：零碳航行編輯：國際船舶網(wǎng) 我有話要說

“氫燃料電池已在公共汽車、卡車、汽車、叉車甚至客運火車等領(lǐng)域得到應用并驗證了其優(yōu)越的環(huán)保性能。鑒于氫燃料電池在重型車輛中的成功，氫燃料電池也逐漸被應用到船舶動力中。未來，氫燃料電池將在船舶溫室氣體排放方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。”

船舶為何要實現(xiàn)碳的零排放？

眾所周知，海運是溫室氣體排放的重要來源之一。航運業(yè)溫室氣體排放主要是由于船舶發(fā)動機大量使用低等級重柴油而產(chǎn)生。近年來，為了應對全球變暖、應對空氣污染和氣候變化的壓力，各國政府采取了諸多積極措施來減少污染物和碳排放。

航行中的豪華郵輪

針對海上溫室氣體排放的相關(guān)法規(guī)已經(jīng)開始在全球范圍內(nèi)實施：

2018年，挪威議會頒布了一項保護世界遺產(chǎn)峽灣的決議：規(guī)定在2026年前停止海灣內(nèi)游輪和渡輪的所有碳排放。

阿拉斯加州的可見排放物標準：海岸線三英里內(nèi)所有船舶禁止排放可見污染物。

國際海事組織（IMO）已采取強制性措施來減少溫室氣體的排放，在本世紀末實現(xiàn)零排放。到2050年，國際航運業(yè)產(chǎn)生的溫室氣體總排放量減少到2008年水平的50％。

歐洲海上安全組織（EMSA）計劃到 2050年將歐盟海上運輸?shù)亩趸寂欧帕恐辽贉p少 40％（與2005年的水平相比）。北極、美洲、地中海、黑海、日本、韓國和澳大利亞等地區(qū)的排放限制措施也正在討論中。

船舶工業(yè)如何應對這些變化？

這些排放法規(guī)將對海上船舶及其運營組織產(chǎn)生重大影響。為了適應不同類型的船只，船舶工業(yè)需要一種真正的零排放解決方案。

可再生氫驅(qū)動的燃料電池：最切實可行的解決方案

目前船舶應用比較多的零排放解決方案多采用動力電池驅(qū)動，然而動力電池僅適用于短航程小型船舶（例如小型客運渡輪和湖泊服務船）。動力電池具有的低能量密度和大重量特點，使其在更多類型船舶中的應用受到限制。

在船舶領(lǐng)域，氫燃料電池是真正唯一可行的零排放解決方案。氫燃料電池可以像動力電池一樣，通過電化學反應高效地發(fā)電。兩者的區(qū)別在于，燃料電池的能量以氫燃料的形式單獨存儲，持續(xù)供電能力更強。除了續(xù)航能力強，氫燃料電池的排放物只有水蒸氣，更加清潔環(huán)保。

另外，氫燃料的產(chǎn)生可以利用可再生能源產(chǎn)生，包括太陽能、風能、水力發(fā)電和地熱能。隨著歐洲、澳大利亞和智利開始出現(xiàn)大規(guī)�？稍偕鷼涞纳a(chǎn)項目，制氫成本逐年持續(xù)下降。

可再生氫的生產(chǎn)運輸和應用

混合動力電池/燃料電池解決方案可能會應用在首批燃料電池船舶中

從傳統(tǒng)能源過渡到可再生能源是一項重大任務。就船舶的氫燃料電池而言，障礙在于港口的加氫基礎(chǔ)設施是否完善以及氫氣的可用性。在船舶可以使用燃料電池為其供電之前，需要進一步完善氫氣生產(chǎn)、運輸、存儲和港口加氫基礎(chǔ)設施等環(huán)節(jié)。

雖然氫燃料電池應用到大型船舶主動力中還存在諸多限制，但相信在不久的將來，混合動力電池/燃料電池的解決方案很快就應用在如下場景中：

為輪渡、內(nèi)河船舶等小型船舶提供推進動力

作為大型船舶（如郵輪）的輔助供電

為港口停靠的船舶提供岸電

氫燃料電池在船舶應用中的優(yōu)勢

（1）模塊化氫燃料電池系統(tǒng)可適應多種負載需求

氫燃料電池

Ballard PEM（質(zhì)子交換膜）燃料電池是模塊化的，可以并行使用，在發(fā)功率100kW到1MW范圍均可適用，為提供了船舶所需的功率和冗余度。

（2）直流電特性更適合現(xiàn)代直流電力推進船舶

燃料電池與動力電池相同，均為直流電源，較少了整流環(huán)節(jié)，更加高效，更加適合為船舶電力推進裝置供電。

（3）燃料電池系統(tǒng)具有靈活的配置

在燃料電池系統(tǒng)中，發(fā)電和燃料存儲是分開的，這為船舶設計者提供了比動力電池更大的靈活性�？梢赃m應船舶的空間限制。分解為多個模塊，分別位于不同的位置。

燃料電池可以應用到哪些類型的船舶

（1）輪渡

渡輪

可擴展的模塊化燃料電池系統(tǒng)將為渡輪推進裝置提供零排放的清潔電能。燃料電池提供的大量直流電還可以滿足輔助電力需求，例如：

燈光

加熱

空調(diào)

船舶儀表

應急系統(tǒng)，廚房和其他系統(tǒng)

為了提高效率，燃料電池產(chǎn)生的多余熱量還可用于生活用水的加熱。如有需要，甚至可以回收燃料電池產(chǎn)生的水。

（2）豪華郵輪

豪華郵輪

豪華郵輪可能成為燃料電池在海上應用的第一種類船舶。目前國際上一些郵輪港口已經(jīng)要求零排放運營。對于郵輪，燃料電池可以為以下場景提供清潔的電能：

酒店

應急系統(tǒng)

推進力的一部分。

為了使船舶行業(yè)達到本世紀的零排放目標，隨著與氣相關(guān)的基礎(chǔ)設施逐漸成熟，氫燃料電池將為豪華郵輪上提供100％的電力需求。

（3）內(nèi)河船

拖輪

燃料電池是內(nèi)河船實現(xiàn)零排放推進的可行解決方案，其中包括：

駁船

拖輪

巴拉德已經(jīng)在法國里昂進行氫燃料電池內(nèi)河船示范項目。該項目將為世界上最苛刻的河流之一羅納河上的雜貨船提供動力。

結(jié)論

為了減少空氣污染和溫室氣體排放，世界各地政府和組織都在制定更為嚴苛的船舶排放標準。船舶工業(yè)即將面臨巨大的零排放法規(guī)壓力。由可再生氫驅(qū)動的燃料電池系統(tǒng)是最切實可行的零排放解決方案。這項技術(shù)的實施將是減少船舶溫室氣體排放、凈化空氣、創(chuàng)造更宜居世界的關(guān)鍵一步。

標簽：燃料電池