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中国工程院:氢内燃机在船舶上的应用研究

  2035 — 2060 年为推广应用阶段。优化氢动力船舶的综合性能,推广本土商业化应用;与绿氨、碳中和 LNG / 甲醇等动力形式船舶协同,完成我国水路交通运输装备领域碳中和目标;在国际航线上开展氢动力船舶应用示范,提升我国氢动力船舶产业的国际竞争力。

  (二)我国氢动力船舶的建设路径

  LNG 船舶应用前景良好,将是近期船舶清洁用能的主要形式。蓄电池技术是现阶段尽快实现内河及近海船舶零排放的解决方案,但能量密度有限,主要在短程、小型船舶上有应用空间,而在中短途运输领域未有广泛应用。氢燃料是实现船舶零排放的重点发展方向,近期将在内河及近海船上开展应用研究。在制氢方面,目前化石能源制氢是主要方式,未来占比将逐步下降,可在 CCUS 技术成熟后引入以进一步降低碳排放;可再生能源制氢是未来主要的制氢途径。在储氢方面,为满足国际远洋航行船舶的续航要求,需进一步发展包括液氢储氢在内的高效储氢技术,甲醇重整制氢、氨分解制氢等现场制氢技术。

  氢的最佳应用载体是燃料电池,PEMFC 受限于功率等级较低以及氢气纯度要求高,将主要应用于内河及近海船舶,未来继续发展高温 PEMFC。高温燃料电池(如 SOFC)可使用富氢液体燃料而不再依赖纯氢,采用余热利用技术可进一步提升系统效率,功率等级有望达到兆瓦级,在远期是适用于远洋船舶的技术路线。氢内燃机是另一种氢能动力系统,随着船载储氢技术发展表现出良好的应用前景,将在水路交通 " 双碳 " 目标实现过程中发挥重要作用。

  氢动力船舶发展路径与氢燃料电池、氢内燃机、储氢等技术以及氢能基础设施紧密相关,按照先内河 / 内湖、再近海、最后远洋的路线分步实施(见表 2):湖泊区域的游船 / 渡船等,可采用氢燃料电池动力系统;内河干线小型船舶(8000 t 以下)可采用氢燃料电池动力系统,内河干线大型船舶(8000 t 以上)可采用基于氢、氨、甲醇等燃料的内燃机系统;近海、远洋船舶可采用混合动力系统。

  四、推动我国氢动力船舶发展的建议

  (一)明晰应用场景

  针对氢燃料电池动力系统的发展现状及未来演变趋势,借鉴先发国家的氢动力船舶运营经验,结合我国氢能战略规划与产业布局,明晰适应国情的氢动力船舶应用场景。可按照先内河 / 湖泊、再近海、最后远洋的发展次序,制定产业规划,梯次推进技术攻关、装备研制、应用示范、基础设施建设。

  (二)突破关键技术

  发挥宏观战略的引导作用,兼顾自主创新与对外合作,系统发挥企业、科研院所、高校的差异化优势,以企业为主体实施氢动力船舶装备创新。着力突破氢动力船舶研发、示范、推广面临的关键核心技术,如高效低碳的氢气制取技术、船舶大容量储氢技术、大功率燃料电池技术等;促进水路交通载运工具氢能应用水平尽快达到国际先进,为更大规模的氢动力船舶应用示范筑牢基础。

  (三)完善配套设施

  建议在国家层面开展交通领域能源需求演变态势论证,统筹 " 水陆空 " 交通的氢能综合应用格局,研究提出燃料供应体系、基础设施建设等专项规划。鼓励各地区结合自有能源与技术优势,发展低成本、少污染、高可靠的制氢项目并开展应用示范,以试验试用积累工程化经验,为后续的大规模氢能基础设施建设提供依托。

  (四)创新运营体系

  针对氢动力船舶产业化应用存在的前期投资大、回报周期长的客观实际,积极配套政策、资金等资源支持,鼓励各类企业依托自身优势提前布局氢动力船舶市场,以示范运营支持新型运营模式探索;同步支持传统船舶下游环节积极开拓针对氢动力载运装备的检测、维修、培训等业务。以产业链协同模式探索建立我国氢动力船舶创新运营体系。

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【编辑:叶先生