基于气态氢的管道运输分为两类：纯氢的管道运输、天然气掺氢的管道运输。管道运输适用于大规模、长距离的氢气运输，但前期投资较大。当氢气储运设施尚不完善时，将氢气掺入天然气中并利用天然气管道进行运输，是一种兼顾技术与成本的大规模运氢方式(当掺氢天然气的含氢量约为 15% 时，仅需对原有管道进行适当改造即可)，主要涉及天然气运输管道与氢气的相容性、氢气泄漏与检测、终端氢气分离等。随着氢能产业规模的扩大、应用需求的增加，具有运输规模优势的管道输氢将成为优选方式。

　　(三)船舶大容量储氢技术

　　储氢技术发展呈现出 " 低储氢密度—高储氢密度 " 的趋势。高密度储氢技术仍不成熟，技术路线仍在进行多方案探索，包括超高压气态储氢、液化储氢、金属氢化物储氢、液态有机物储氢等。

　　高压储氢是当前船舶适用的方式，储氢瓶有 35 MPa、70 MPa 两种规格，对应的体积储氢密度分别为 25 g/L、41 g/L。国外的 70 MPa 高压储氢技术基本成熟并实现商业化，如丰田 Mirai 氢燃料电池汽车即采用 70 MPa 储氢瓶。我国的 35 MPa 高压储氢瓶技术标准成熟，国产氢燃料电池汽车较多采用;正在研发 70 MPa 高压气瓶，已接近商业应用阶段。因此，我国氢动力船舶，如 " 绿色珠江号 " 内河货船先期采用了 35 MPa 高压气瓶储氢方式，待技术条件成熟后再转向更高规格。

　　液氢的密度为 70.8 g/L，在储存密度上较高压储氢有明显优势;随着氢能产业的快速发展，低温液态储氢将逐步扩大民用范围，有望成为未来的主流储氢方式。考虑到现有高压储氢技术的储存密度较低，无法满足未来船舶续航力的要求，船舶储氢将朝着能量密度更高的方向发展，如 "Topeka" 滚装船、"AQUA" 概念游艇计划采用低温液态储氢方式。金属氢化物储氢方式具有储氢体积密度大、压力低、安全性高等优点，在潜艇上具有良好应用前景，推广应用过程需着力解决成本、吸脱氢温度、反应速率等问题。

　　理论上氨的储氢密度约为 17.6%，液氨的体积储氢密度是液氢的 1.5 倍，加之氨的液化、储存、运输技术成熟，使得以氨为载体的储氢方式成为极具潜力的大容量储氢解决方案。氨的裂化分解是以氨为载体的储氢系统需要解决的关键技术问题，开发低压、低温、高活性、低成本的催化剂是后续研究重点。甲醇具有较高的储氢密度且自身含氢量达 12.5%，可作为绿氢的载体来实现高效储存和运输，当距离大于 200 km 时较直接运氢具有经济优势。考虑到甲醇制氢会产生 CO，需配备氢气纯化装置以避免 PEMFC 催化剂中毒。

　　(四)船舶大功率燃料电池技术

　　船用燃料电池技术表现为 " 小功率—大功率 " 的发展趋势。燃料电池主要分为以 PEMFC 为代表的低温燃料电池，以熔融碳酸盐(MCFC)和固体氧化物(SOFC)为代表的高温燃料电池：前者技术成熟，正在进行产业化、规模化发展，力求实现价格更低、寿命更长、功率更高;后者因其功率高、效率高、氢气纯度要求低等技术优势，更适合船舶应用，也是未来大型船舶的发展方向。

　　船舶功率需求与船型、操作工况相关，不同船型的需求功率如表 1 所示。PEMFC 系统可作为小型船舶的主动力或大型船舶的辅助动力。在现有的氢动力船舶示范项目中，PEMFC 系统输出功率基本为百千瓦级。为了拓宽氢动力船舶的适用场景，未来 PEMFC 系统的输出功率应提高至兆瓦级，这是船舶燃料电池亟需攻克的关键技术。

　　(五)船舶氢内燃机技术

　　氢气燃烧火焰传播速度快、放热集中，因而氢内燃机相对传统内燃机具有更高的热效率。普通内燃机热效率约为 30%~40%，而德国企业研制的氢内燃机验证机热效率最高达到 42%，我国正在研发的氢内燃机热效率有望达到 44%。也要注意到，氢内燃机虽然具有输出功率高、热效率高、节能环保的优点，但存在爆燃、早燃、回火等技术难题，也会产生 NO，因而提升动力系统性能、降低 NO 排放是后续氢内燃机研究亟待攻关的方面。

　　氢内燃机相比 PEMFC 系统具有输出功率优势，待攻克相关技术难题后，将在船舶领域获得广阔应用。2017 年，比利时海事集团推出了世界首制柴氢双燃料客船，搭载的 Behydro 发动机输出功率为 1000~2670 kW。目前我国的氢内燃机技术集中在汽车领域而尚未开展船舶应用研究，相较国际先进水平还存在较大差距。

　　(六)氢动力船舶标准及规范

　　在陆上领域，氢能及燃料电池技术标准基本成熟，我国发布的相关技术标准多达 91 项。然而氢动力船舶标准及规范尚不成熟，相关燃料电池系统以及储氢、加氢系统主要沿用陆上标准。国际海事组织正在开展《使用气体或其他低闪点燃料船舶国际安全规则》关于纳入船舶应用燃料电池系统的技术要求编制工作，但并不包含燃料存储、供应系统。氢动力船舶技术标准环节存在的问题在于：规范法规缺项、操作规范缺项、安全研究不足。例如，船用氢气加注标准(包括液氢加注和金属氢化物的船舶加氢技术)、70 MPa 储氢瓶上船标准、船舶重整制氢标准等均处于缺失状态。

　　面向氢动力船舶快速发展需求，相关船舶标准及规范需要尽快进行补充完善：① 船用燃料电池动力系统专项研究验证，船舶功率需求较大，对燃料电池单体的一致性、电池管理系统、散热等要求高于车用系统;② 氢燃料电池动力船舶设计方案风险评估分析与船用燃料电池及其处所安全防护专项研究验证，高盐雾腐蚀和潮湿的海上环境、船舶振动等因素可能降低系统的可靠性和耐久性;③ 船舶氢燃料加注方式、安全操作规程及监管方式研究，我国港口或锚地尚无船用氢燃料加注设施，相关技术与规范需深入研究;④ 船用储氢系统、氢气供给系统专项研究验证，及时制定并持续完善氢燃料电池动力船舶的技术标准体系。

　　三、我国氢动力船舶的发展目标与建设路径

　　(一)我国氢动力船舶的发展目标

　　应对 " 双碳 " 发展目标，我国乃至全世界在航运业碳减排问题上都面临着巨大压力。发展氢动力船舶，全面牵引水路交通领域从氢能基础设施到终端应用的建设，革新水路交通运输装备的用能构成，支持实现清洁能源转型。围绕交通强国、《中国制造 2025》等行动纲领，推动传统船舶制造行业的转型与升级，催生新型船舶设计与研究单位及产业链配套企业，引领船舶制造业高质量发展。实施大功率燃料电池、大容量储氢、快速加氢、多能源协同控制、氢利用安全等核心关键技术攻关，制定氢动力船舶标准及规范，完善氢能配套设施，推动多类型氢动力船舶的示范应用。

　　至 2025 年为技术积累阶段。借助燃料电池汽车技术进展，重点突破船用氢燃料电池等关键技术，制定氢动力船舶标准及规范;完成氢动力船舶装备研发，在内河 / 湖泊等场景实现氢动力船舶示范应用。

　　2025 — 2030 年为完善产业阶段。构建氢动力船舶设计、制造、调试、测试、功能验证、性能评估体系，建立配套的氢气 " 制储运 " 基础设施;扩大内河 / 湖泊等场景的氢动力船舶示范应用规模，完善水路交通相关基础设施。

　　2030 — 2035 年为提升质量阶段。降低燃料电池和氢气成本，提高船用氢燃料电池系统寿命、转化效率和船上储氢量，研发高温燃料电池和余热利用技术;构建完备的水路交通载运装备技术和产业体系，在近海场景实现氢动力船舶应用示范。