目前,在船舶工業領域,氫動力船正脫穎而出,一躍成為行業關注的焦點。盡管目前氫動力船發展仍存在諸多技術、裝備、規范標準等方面的制約,但其前景仍被業界普遍看好,因此國內龍頭企業和機構紛紛“試水”。前不久,我們特邀請國家電投集團氫能科技發展有限公司總經理助理、技術總監兼寧波綠動氫能科技研究院有限公司董事長,就氫能發展及氫燃料電池在船舶方面的應用等方面,分享他的獨特見解和探索實踐。
問:目前,全球范圍內正掀起一股“氫能熱潮”,世界主要發達國家、知名企業和機構等紛紛行動,加緊布局。站在從業者的角度,您如何看待當前氫動力船產業的發展?
答:談氫動力船產業發展,不能拋開氫能產業發展的大環境。從全球范圍看,世界各國對于視氫能產業的發展日益重視。在國內,對于氫能的發展亦是如此。2021年10月,中共中央、國務院印發《關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》,要求統籌推進氫能“制儲輸用”全鏈條發展;《國務院關于印發2030年前碳達峰行動方案的通知》明確,加快氫能技術研發和示范應用,探索在工業、交通運輸、建筑等領域規模化應用;2022年3月,國家發展和改革委員會發布《氫能產業發展中長期規劃(2021—2035年)》,首次將氫能產業列入國家中長期能源發展規劃并出臺單獨文件,將氫能定位為國家未來能源體系的重要組成部分……這一系列舉措,無不印證著氫能產業發展正迎來一個快速發展期。
作為一名從業者,我個人也深切地感受到,自國家提出“3060”目標后,國內氫能產業進入了發展的“快車道”,已經從實驗室基礎研發逐漸走向了產業化規模應用。但是,我們也應認識到,目前雖然國內氫能產業快速發展,但仍處于發展的初期,技術上、應用上仍存在著各種各樣的問題等待我們去解決。
問:這一領域,有哪些明顯的特征?我們有哪些發展機會?
答:對于國內氫能行業的發展現狀,我覺得有兩個明顯的特征:
一是氫能行業正處于一個快速發展的窗口期。在國家出臺氫能發展一系列指導文件后,各地氫能產業政策密集出臺,近30個省份及直轄市發布氫能發展相關政策方案。根據統計,國務院國資委監管的97家中央企業中,已經開展氫能相關業務或者開始布局的達到43家。與此同時,大型民營企業布局氫能的積極性也非常高。
二是從總體上看,中國氫能產業目前仍然處于發展初期,也就是說,還遠沒有進入產業發展的快速增長期,離進入發展成熟期還需要較長時間。氫能產業定位仍存在不明朗的地方,例如氫氣目前仍是納入危險化學品范疇進行管理,對氫能產業在中國快速發展構成了很大制約;氫能產業成本仍較高,產業競爭力不足;氫能產業鏈的部分關鍵零部件和產品技術與國外先進技術存在一定差距,仍存在技術瓶頸;行業相關技術標準還不完善,涉及氫品質、儲運、加氫站和安全等內容的技術標準較少;一些地方盲目布局、重要企業一擁而上,搶熱度,蹭熱點,沒有扎實做好技術創新的“基本功”,對整個氫能產業的長遠發展容易造成不利影響。
至于發展機會,我認為,從總體上看,中國的氫能行業與國外相比,有著更大的發展機會:首先是氫能上升為國家戰略,全國一盤棋,有著風電、光伏等產業發展的成果經驗,氫能也能夠走出自主發展的道路;其次是中國有完整的工業體系,產業鏈完整,同時又是世界最大的制氫國,能夠為氫能產業發展提供必要的工業基礎。未來中國氫能的發展要以關鍵核心技術和裝備攻關為抓手,盡快破除制約氫能大規模開發利用的技術瓶頸;通過引導投資搭建創新平臺,鼓勵投資機會,不斷創造市場需求,加速氫能產業鏈的發展;完善氫能產業標準體系,加強標準的研究與制定,提高政策支持的精準度,增強標準的有序和有效供給;加強開放共享,氫能上下游聯動發展,帶動產業鏈整體提升。
以上這些都是氫能產業的共性,包括氫能在水上交通領域的應用,也是面臨同樣的問題。
問:國家電投集團近年來不斷加緊氫能產業的布局,并且開始進入氫動力船領域,這是基于什么考慮?
答:國家電投集團通過構建可再生能源發電與氫能供給的“電—氫體系”,在供給側推動可再生能源規劃發展,在消費側實現交通、分布式供能等領域的化石能源替代,以有力推動能源時空轉型和區域平衡,保障國家能源供應,實現碳中和。
近年來,從全產業鏈布局的戰略高度出發,國家電投從能源線和產品線兩方面統籌氫能業務發展。在能源線方面,協同推進可再生能源發電與制氫、加氫站建設及氫能綜合利用。在產品線方面,布局可適用于風光制氫的質子交換膜制氫裝置,加大燃料電池關鍵核心研發與產業化等,覆蓋了從科技研發、產品到市場轉化的完整產業鏈。
2017年5月,國家電投集團在能源央企中率先成立首家氫能專業化子公司——國家電投氫能科技發展有限公司(以下稱“國氫科技”),專注于燃料電池研發、多應用場景的氫動力系統開發、先進儲能技術研究與產品開發等。成立5年間,國氫科技圍繞燃料電池的八大關鍵部件逐個攻關,實現了從材料到零部件再到燃料電池電堆和系統的全線自主化。
進入船用燃料電池領域正是國家電投集團氫能技術應用的具體體現。事實上,在國家電投之前,國內其實已經有相關單位開展了船用燃料電池的開發工作。但是與之不同的是,我們開發船用燃料電池系統并非為了展示或者單純的研發實驗,而是瞄準了市場的需求去進行產品研發,我們開發的百千瓦級船用燃料電池系統就是為了適應國內內河主流船型。這也是國家電投集團首次涉足船用燃料電池領域,是我們繼商用車、無人機、鐵路機車后,在拓展燃料電池應用領域的一個新的嘗試。可以說,我們進軍氫動力船領域,是水到渠成,是作為國家能源主力軍為擴大行業服務范圍的又一舉措。
問:2022年6月,國氫科技開發的FCPS-S120船用氫燃料電池發電系統獲得中國船級社(CCS)頒發的型式認可證書,這則消息受到業界人士高度關注,這對于國氫科技意味著什么?
答:這是國內首臺獲得CCS型式認可證書的百千瓦級船用氫燃料電池發電系統,這標志國氫科技在氫燃料電池技術應用領域取得新的突破,為我們進軍氫動力船領域夯實了基礎。未來,這一系統將應用于內河千噸級主力船型,對我國內河航運綠色發展將是很好的助力。
問:這一系統有哪些主要特點?
答:國氫科技氫騰FCPS-120燃料電池發電系統在技術上具有以下特點:
一是環境適應性高。針對內河及近海環境中的高濕熱、高鹽霧、高可靠性的應用需求,同時考慮了船舶在極端低溫環境下-25℃下的供電需求,在零部件選型、集成工藝、系統設計上進行特別考慮,在系統控制策略上對系統快速熱機、運行參數敏感性、故障處理、氫安全等方面做了優化設計,在鹽霧、絕緣、傾斜和搖擺、振動、電網能源波動等相關可靠性方面做嚴格試驗驗證。
二是衰減小壽命長。針對燃料電池電池衰減現象,依據膜電極衰減機理及特性、雙極板腐蝕變形機理及特性,定量分析燃料電池發電系統運行過程不同參數對電堆衰減的影響,對氫空界面、開機吹掃、停機吹掃、余氫放電、氧氣消耗、高電位、循環電位、氫饑渴等現象從機理研究到控制策略優化做了創新性優化設計。
三是氫電安全性高。針對船舶應用場景,在管路布局、電氣絕緣設計、材料選擇等方面進行了高標準的安全性設計;在氫氣安全方面,基于氣瓶、閥組、氫氣濃度等集成式供氫系統,進行了通訊和硬線控制冗余設計;在燃料管路保護上,氫氣采用雙層防護管,并用惰性氣體氮氣進行管路吹掃保護,并對存在氫氣泄露可能性的空間設置強制排風系統;在氫氣管路上主要位置進行接地,防止靜電集聚等。
四是管理智能化。針對燃料電池發電系統的運行狀態,運行數據可自動上傳至數據中心,可進行遠程故障診斷和健康狀況分析,能夠比較靈活和及時的制定更合理的保養維護方案。
在前年的時候,國氫科技與中國船舶重工集團公司第七〇四研究所、北京航空航天大學寧波創新研究院、中國船級社浙江分社等六家單位簽署了氫燃料電池動力船舶聯合開發示范合作的協議,攜手共同推動氫燃料電池動力船舶在長三角地區內河貨運應用場景示范推廣以及長三角地區內河加氫基礎設施建設,而國氫科技氫騰FCPS-120燃料電池發電系統的推出,正是對此前這一戰略合作的最好回應。
問:從技術層面來看,國內氫力動船行業存在的短板主要表現在哪些方面?
答:我覺得目前制約氫動力船舶發展的主要因素是在能源的補給與存儲方面:補給主要指港口加氫站建設以及氫氣加注方面的問題;存儲主要是指船舶氫氣存儲技術,因船舶有續航力長、氫氣耗量大、環境因素復雜、安全要求高等特點,船用氫氣存儲技術應用尚不成熟。
除此之外,氫能船舶方面的標準仍有多方面不同程度的缺失,目前公布的法規僅有《氫燃料電池動力船舶技術與檢驗暫行規則》,其中主要是對船舶本體涉及氫能相關的技術進行的要求,對其它領域沒有要求。
因此,未來想要發展氫能船舶,我覺得除了燃料電池本身技術上的完善與改進,還需要對船舶加氫站建設規范、管路連接方式、加注技術標準、船上供氫系統、安裝區域要求、管道和通風標準、安全操作等多個方面作出相應的標準規范與技術要求。
問:氫動力船整個產業鏈涉及的領域眾多,您覺得國內應在哪些方面需要繼續發力?
答:首先是燃料電池系統及本身技術上的攻關與進步,從系統的可靠性、安全性、耐久性、環境適應性等方面下功夫,不斷提升燃料電池系統的性能。其次是燃料電池系統涉及的上下游相關系統,包括儲氫系統、電氣系統等技術攻關,做到整個燃料電池動力系統的最佳匹配。第三是船舶相關設施配套的完善,特別是加氫設施的統籌考慮。最后是整個氫燃料船舶領域法規與標準的建立與完善。這些都是氫動力船進入產業成熟期之前必須攻克的,個人預測,這個周期可能需要大約5-8年的時間。
問:未來,公司期待在哪些方面與中國船級社強化合作?希望中國船級社在行業中發揮怎樣的作用?
答:在中國船級社的大力支持下,國家電投集團完成了全國首臺百千萬級船用燃料電池發電系統的開發和型式認可,這為雙方后續深化合作奠定了堅實的基礎。后續,期待與中國船級社在綠色船舶領域進行更深入的合作與交流:一是船用燃料電池系統的研發,希望中國船級社能夠給予更多的專業性的指導意見,幫助我們企業更夠更深入地理解船舶行業及相關標準;二是希望中國船級社能夠協助整個綠色船舶行業能夠積極合作,努力打通上下游產業鏈,打造產業聯盟,促進綠色船舶行業實現高質量發展;三是希望中國船級社能夠牽頭明確行業相關法規標準,為企業提供明確的指導方向;四是未來國氫科技將繼續加大投入,加強與市場應用銜接,與中國船級社攜手各方共同打造氫能產業生態,推動我國氫能產業高質量發展。
陳平簡介
END
原文始發于微信公眾號(中國船檢):觀點|陳平:氫動力船舶發展未來可期