五、主要造船國正在加快燃料電池動力船舶研發(fā)

燃料電池的眾多優(yōu)點(diǎn)吸引了歐美及日韓海事業(yè)界的極大關(guān)注和不斷探索。尤其是2018年以來，在IMO頗具雄心的溫室氣體減排目標(biāo)下，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。

歐美國家長期關(guān)注和持續(xù)開展燃料電池船舶的研發(fā)試驗(yàn)。

2000年以來，在歐盟、德國、美國等相關(guān)科研項(xiàng)目的持續(xù)支持下，歐美相關(guān)機(jī)構(gòu)和企業(yè)開展的燃料電池實(shí)船應(yīng)用案例超過30項(xiàng)。上述項(xiàng)目中，船用PEMFC超過20項(xiàng)，應(yīng)用方式包括作為船舶的輔助發(fā)電單元、輔助推進(jìn)和主推進(jìn)等多個(gè)方面，積累了大量工程試驗(yàn)數(shù)據(jù)，形成了可觀的燃料電池船舶設(shè)計(jì)和系統(tǒng)集成成果。

歐洲SOFC項(xiàng)目近年來明顯增多，地中海郵輪為一艘正在建造的20萬總噸豪華郵輪安裝美國Bloom Energy提供的以LNG為燃料的SOFC發(fā)電系統(tǒng)，并將SOFC作為其未來零碳戰(zhàn)略的重要方向；阿法拉伐正在參與由丹麥支持的SOFC4 Maritime項(xiàng)目，探索SOFC完全替代船舶內(nèi)燃機(jī)的可行性。

日本擁有較好的燃料電池技術(shù)基礎(chǔ)，近期開始加快燃料電池船舶的研發(fā)。

日本企業(yè)長期深耕燃料電池領(lǐng)域，尤其是在車用PEMFC技術(shù)方面處于世界領(lǐng)先地位，SOFC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(yàn)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(xiàng)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。該項(xiàng)目計(jì)劃于2023年建造一艘150噸級試驗(yàn)船，重點(diǎn)驗(yàn)證大功率船舶燃料電池系統(tǒng)的實(shí)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。

韓國三大造船企業(yè)掀起了SOFC替代低速機(jī)的研發(fā)競賽。

2018年以來，韓國三大造船企業(yè)不約而同的開展了SOFC替代內(nèi)燃機(jī)的船舶研發(fā)項(xiàng)目。

三星重工選擇與Bloom Energy合作，先后開發(fā)了SOFC替代發(fā)電機(jī)的阿芙拉型原油船，SOFC完全替代內(nèi)燃機(jī)的 LNG 船初步設(shè)計(jì)，均獲得DNV的原則性批復(fù)；Bloom Energy的船用SOFC產(chǎn)品還獲得了ABS概念驗(yàn)證成熟度聲明。

現(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Ceres Power合作，開發(fā)了SOFC替代發(fā)電機(jī)的VLCC，相關(guān)SOFC系統(tǒng)獲得ABS原則性批復(fù)。

韓國船廠在燃料電池船舶動力標(biāo)準(zhǔn)化方面展開了布局。

2021年，三星重工在其SOFC動力LNG船初步設(shè)計(jì)獲DNV原則認(rèn)可時(shí)明確表示，公司將引領(lǐng)燃料電池對船用內(nèi)燃機(jī)的完全替代和燃料電池推進(jìn)系統(tǒng)的國際標(biāo)準(zhǔn)化。

2022年2月，大宇造船海洋與KR、STX Engine簽署協(xié)議，聯(lián)合開展“固體氧化物燃料電池的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化和商業(yè)化”，旨在通過共享技術(shù)資源，促進(jìn)未來船舶動力系統(tǒng)的變革。

六、中國船舶企業(yè)對燃料電池動力船舶的研發(fā)亟待加強(qiáng)

當(dāng)前國際海事業(yè)在探討航運(yùn)去碳化的解決方案時(shí)，迫于緊迫的公約制定與履約時(shí)間限制，不得不從最易實(shí)現(xiàn)的方案中進(jìn)行選擇，并且主要依托成熟的供應(yīng)體系和工業(yè)基礎(chǔ)，因此未來五年將會出現(xiàn)以氨、甲醇等為替代燃料的新型內(nèi)燃機(jī)接續(xù)原來的柴油發(fā)動機(jī)作為船舶的主動力選擇。

但在去碳化背景下，疊加智能化航運(yùn)、水下噪聲治理等要求，航運(yùn)全電化將呈現(xiàn)出新的生命力，燃料電池發(fā)展應(yīng)用具有極強(qiáng)的想象空間。

目前，我國已經(jīng)掀起了PEMFC研發(fā)熱潮，目標(biāo)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(jìn)度相較歐美也存在明顯落后的情況，目前僅中國船舶集團(tuán)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(qiáng)。

一是加快大型燃料電池動力船舶的設(shè)計(jì)研發(fā)和專利布局。

大型燃料電池動力船舶設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是電池系統(tǒng)集成和動力系統(tǒng)布置。國外船企已在開展相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和專利布局。一旦燃料電池動力船舶市場成熟，我國船舶工業(yè)將可能處于被動的局面。

二是加快燃料電池船舶動力系統(tǒng)設(shè)備的合作研發(fā)。

大型燃料電池動力船舶涉及PEMFC技術(shù)，SOFC技術(shù)，直流組網(wǎng)技術(shù)，直流電驅(qū)技術(shù)以及相關(guān)用電設(shè)備、轉(zhuǎn)換設(shè)備、控制系統(tǒng)、儲能單元等，船舶工業(yè)企業(yè)在上述多數(shù)領(lǐng)域與國外均存在較大差距，亟需進(jìn)一步聯(lián)合燃料電池企業(yè)、電機(jī)企業(yè)、電力系統(tǒng)相關(guān)企業(yè)（如國網(wǎng)、中車等）以及高校等研究機(jī)構(gòu)開展合作研發(fā)，促進(jìn)各設(shè)備間協(xié)同優(yōu)化，并逐步形成自主品牌。

三是急需推出持續(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(yàn)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(yàn)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。

燃料電池雖然存在對內(nèi)燃機(jī)的替代潛力，但在國際規(guī)則、技術(shù)成熟度、產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)等方面仍需要一段時(shí)間，這也為我國燃料電池船舶的發(fā)展?fàn)幦×藭r(shí)間窗口。

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，并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(jìn)而在新一輪國際船舶動力競賽中取得主動權(quán)。