三、燃料電池模塊化和直流輸出有利于全船電力化、智能化發(fā)展

燃料電池以電堆為功率輸出的基本單位，通過模塊化組合，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)百兆瓦的功率輸出，能夠滿足遠(yuǎn)洋船舶的功率需求。燃料電池輸出的為直流電，與當(dāng)前船舶直流組網(wǎng)技術(shù)有著巨大結(jié)合空間。

一是有望實(shí)現(xiàn)船舶主動(dòng)力裝置的標(biāo)準(zhǔn)化、大批量生產(chǎn)。

船用低速機(jī)體積龐大，設(shè)計(jì)、生產(chǎn)極為復(fù)雜。如果燃料電池大規(guī)模應(yīng)用在近海甚至大型遠(yuǎn)洋船舶，可以實(shí)現(xiàn)不同噸位、不同船型的動(dòng)力系統(tǒng)使用同一標(biāo)準(zhǔn)的燃料電池模塊進(jìn)行組裝，將極大降低船舶動(dòng)力設(shè)備設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的復(fù)雜性，也為船舶設(shè)計(jì)提供更加靈活的總布置選擇。

二是有望為全船電力化提供更高效的解決方案。

當(dāng)前動(dòng)力設(shè)備和工業(yè)設(shè)備領(lǐng)域均呈現(xiàn)出明顯的電動(dòng)化浪潮，交通運(yùn)輸設(shè)備的電動(dòng)化也從高鐵、汽車等向船舶領(lǐng)域蔓延。在鋰電池能量密度難以滿足大型船舶能量需求的背景下，燃料電池已經(jīng)成為船舶電動(dòng)化的主要方向。

燃料電池的直流輸出也為船舶直流組網(wǎng)和電力推進(jìn)在船舶上的廣泛應(yīng)用提供了更加有利條件。船舶直流組網(wǎng)技術(shù)作為一種新興的船舶電力系統(tǒng)技術(shù)，能夠進(jìn)一步降低船舶能耗，節(jié)省配電設(shè)備空間，與燃料電池的模塊化特點(diǎn)相結(jié)合，將為船舶動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供巨大靈活性。

此外，基于燃料電池實(shí)現(xiàn)的船舶電動(dòng)化，將對智能船舶的發(fā)展起到極大促進(jìn)作用。燃料電池和直流系統(tǒng)的應(yīng)用，也將為船員提供靜音、低震動(dòng)的工作和生活環(huán)境，同時(shí)也能夠?yàn)閼?yīng)對未來國際海事法規(guī)關(guān)于水下噪聲控制的行動(dòng)提供技術(shù)解決方案。

四、技術(shù)加速迭代推動(dòng)船用燃料電池的商業(yè)化應(yīng)用成為可能

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。

一是燃料電池系統(tǒng)的空間占用已經(jīng)接近氣體燃料低速機(jī)及其燃料系統(tǒng)。

燃料電池系統(tǒng)占用空間大的主要原因是燃料能量密度低或電池功率密度低。其中，PEMFC使用氫作為燃料，導(dǎo)致燃料罐體積較大；SOFC可以直接采用氨、LNG等燃料，但電池功率密度低、體積較大。

為解決上述問題，PEMFC可以通過加裝燃料重整裝置，進(jìn)而可以采用氨、LNG等其他燃料，能夠較大程度較低整體體積。SOFC則主要依靠技術(shù)研發(fā)，進(jìn)一步降低電池體積；近十年來，國際領(lǐng)先的SOFC企業(yè)已經(jīng)將功率密度提升了10倍以上。

2020年韓國企業(yè)開展的一項(xiàng)研究顯示，使用液氨作為燃料，為一艘2500TEU集裝箱船提供全部推進(jìn)和輔助電力，在充分考慮功率冗余和空間冗余的情況下，PEMFC及其燃料系統(tǒng)和SOFC及其燃料系統(tǒng)的體積，僅比氨燃料低速機(jī)及其燃料系統(tǒng)大25%和47%。

未來，隨著燃料電池功率密度的進(jìn)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(jìn)一步快速下降。

二是船用燃料電池壽命已達(dá)數(shù)年并仍在不斷提升之中。

目前國內(nèi)汽車PEMFC壽命約5000小時(shí)，最新研究成果已經(jīng)提升至20000小時(shí)。船舶運(yùn)行不會出現(xiàn)頻繁的負(fù)載變化，電池系統(tǒng)能夠得到較好維護(hù)，壽命也較長。歐洲已經(jīng)開展的船用PEMFC項(xiàng)目中，電池壽命最長達(dá)到35000小時(shí)（4年）。

美國公司推出的SOFC產(chǎn)品壽命已經(jīng)超過5年，部分固定式SOFC持續(xù)運(yùn)行了90000小時(shí)（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(biāo)，我國國家科技部也在展開高效率、長壽命燃料電池關(guān)鍵技術(shù)的科技攻關(guān)。

三是燃料供應(yīng)問題已經(jīng)不再是制約船用燃料電池發(fā)展的障礙。

在各國積極推動(dòng)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(yùn)業(yè)溫室氣體減排戰(zhàn)略的深入推進(jìn)，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。

四是燃料電池成本加速下降。

船用燃料電池尚未形成市場，近年來相關(guān)燃料電池示范船項(xiàng)目中，船用PEMFC平均價(jià)格約1000美元/KW，最低價(jià)格僅為45美元/KW；船用SOFC平均價(jià)格約為2000美元/KW，最低價(jià)格為558美元/KW（已經(jīng)接近低速機(jī)的功率單價(jià)）。

燃料電池的價(jià)格與規(guī)模化生產(chǎn)息息相關(guān)。過去10年，車用燃料電池價(jià)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(jìn)入這一領(lǐng)域，業(yè)內(nèi)普遍預(yù)計(jì)，未來5年P(guān)EMFC價(jià)格有望進(jìn)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(xiàng)目不斷增多，SOFC價(jià)格也有望繼續(xù)下跌