日本船舶氫燃料及相關(guān)裝備發(fā)展路徑

2022-05-07 16:19:34
來源：中國船舶工業(yè)行業(yè)協(xié)會編輯：國際船舶網(wǎng) 我有話要說

2021年，日本國土交通省宣布日本政府碳中和發(fā)展政策，明確到2050年實現(xiàn)碳中和目標(biāo)，強(qiáng)調(diào)將與工業(yè)界、學(xué)術(shù)界合作開發(fā)必要的技術(shù)，加強(qiáng)日本海運業(yè)的國際競爭力，率先實現(xiàn)海運碳中和。日本各界一致認(rèn)為，零排放船舶是實現(xiàn)碳中和的必經(jīng)之路，重點是推廣使用新的替代燃料，要在2030年前完成零排放船舶部署，除了研發(fā)相應(yīng)裝備外，還需加快替代燃料的供應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施布局。2021年末，日本綠色創(chuàng)新基金決定，進(jìn)一步支持3個氫燃料相關(guān)技術(shù)裝備的研制和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，包括主要航運公司、造船廠、發(fā)動機(jī)制造商、貿(mào)易公司、大學(xué)和行業(yè)協(xié)會等在內(nèi)的12家企業(yè)將在項目中進(jìn)行合作，爭取在2028年或更早實現(xiàn)項目成果的商業(yè)化運營。

一、氫燃料

川崎重工（Kawasaki Heavy Industries）、洋馬動力科技（Yanmar Power Technology）和日本發(fā)動機(jī)公司（J-ENG），同步開發(fā)以氫為燃料的低速、中速、高速發(fā)動機(jī)，到2026年左右，推出一系列可用于各種船型的氫燃料船舶發(fā)動機(jī)，同時開發(fā)相應(yīng)的船用氫燃料罐和燃料供應(yīng)系統(tǒng)。

該項目將耗資約219億日元，其中約210億日元將由綠色創(chuàng)新基金提供。川崎重工將開發(fā)中速4沖程發(fā)動機(jī)，其輸出功率在2000KW至3000KW之間，洋馬動力將研發(fā)中速和高速4沖程、輸出功率為800KW和1400KW的輔助發(fā)動機(jī)，日本發(fā)動機(jī)公司將開發(fā)輸出功率超過5000KW的低速2沖程發(fā)動機(jī)。日本航運公司和川崎重工各造船廠合作，聯(lián)合研發(fā)首制船并試運行，其中，中速4沖程發(fā)動機(jī)和低速2沖程發(fā)動機(jī)將在液化氫運輸船上試用，中速和高速4沖程輔助發(fā)動機(jī)將在油輪上試用，在試用中對相關(guān)技術(shù)完善后，進(jìn)行批量建造和商業(yè)運營。川崎重工還將開發(fā)船用氫燃料系統(tǒng)（MHFS），由船用氫燃料罐和燃料供應(yīng)系統(tǒng)組成。船用氫燃料系統(tǒng)經(jīng)過陸基測試后，將同時在首制船上試用。

2021年，上述三家公司成立了合資開發(fā)公司HYENG。HYENG將開發(fā)氫燃料技術(shù)包括基本燃燒分析、儲罐材料和密封技術(shù)、行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)則規(guī)范等。HYENG委托九州大學(xué)、廣島大學(xué)承擔(dān)基礎(chǔ)試驗研究，并為發(fā)動機(jī)性能測試、運行數(shù)據(jù)分析等提供技術(shù)支持。川崎重工計劃通過大型液化氫運輸船示范，與這一項目銜接，實現(xiàn)液化氫供應(yīng)鏈的商業(yè)化。

二、液氫運輸

2016年，川崎重工、日本巖谷材料（Iwatani）、殼牌日本公司（Shell Japan）和日本電力開發(fā)公司（J-Power）成立了“零碳?xì)淠茉垂⿷?yīng)鏈技術(shù)研究協(xié)會（HYSTRA）”，旨在推動氫能源在日本實現(xiàn)社會化應(yīng)用。之后，日本丸紅（Marubeni）、新日本石油公司（Eneos）和川崎汽船（K-Line）相繼加入。2019年，經(jīng)上述各方努力，川崎重工建造的液氫運輸船“SUISO Frontier”完工下水，成為世界第一艘能夠在零下253攝氏度的空前低溫下運送貨物的船只。

“SUISO Frontier”號

2021年，日本創(chuàng)新基金支持上述7家企業(yè)合作，進(jìn)一步開展氫能源試用技術(shù)、液氫運輸存儲等技術(shù)研發(fā)，旨在建立一個經(jīng)濟(jì)和穩(wěn)定的氫能源供應(yīng)鏈。按照計劃，日本與澳大利亞政府合作，在澳大利亞褐煤礦中生產(chǎn)氫氣，并以液氫的形式運輸?shù)饺毡荆撚媱澋暮诵氖且簹涞暮Ｉ线\輸。為此，川崎重工將對“SUISO Frontier”做進(jìn)一步技術(shù)完善，包括開發(fā)新的真空隔熱不銹鋼罐作為液氫的貨物密封系統(tǒng)，改進(jìn)船體的雙殼結(jié)構(gòu)通過雙殼間的真空防止對流熱傳遞，研發(fā)耐傳導(dǎo)熱量的玻璃纖維增強(qiáng)塑料（GFRP）作為絕緣材料，以及研發(fā)低溫閥門、貨運泵、貨運壓縮機(jī)、溫度計、液位計等各種用于低溫的貨運設(shè)備。

受新冠疫情影響，原計劃于2021年初完成對“SUISO Frontier”的技術(shù)升級，直到2021年四季度才完成。川崎重工在2022年1月制定商業(yè)化推廣計劃，將基于該船型推出更大船型的設(shè)計方案、液氫存儲維護(hù)系統(tǒng)的方案，為日本2030年前實現(xiàn)液氫運輸?shù)纳虡I(yè)化提供裝備支持。

三、氫動力船

2019年，日本常石集團(tuán)造船公司（TFC）和比利時海事集團(tuán)（CMB），合資成立賓果研究院（Bingo Research Institute），共同開發(fā)氫動力船舶，2021年推出世界上第一艘氫動力渡輪“Hydro Bingo”。該船配備了兩臺氫-柴雙燃料發(fā)動機(jī)“Hypenta DB-1000”，每臺最大連續(xù)功率輸出為441KW，實際混合燃燒率范圍為0%-70%（氫氣），該船計劃以30%-50%的混合燃燒率運行，實現(xiàn)較傳統(tǒng)柴油發(fā)動機(jī)減少50%的二氧化碳排放。

2021年，日本常石和比利時海事加強(qiáng)對賓果研究院的資本注入，同時爭取到日本創(chuàng)新基金的支持，進(jìn)一步拓展和推動氫動力船舶的市場化運營。繼氫動力渡輪之后，賓果研究院將于2022年開始設(shè)計氫動力拖船，并于2023年在日本常石建造一艘氫動力拖船。（謝予）

標(biāo)簽：氫燃料