王思佳

随着未来大功率氢燃料电池技术以及液氢等高密度储氢技术的成熟、氢气价格的下降、加氢基础设施的完善，氢有望成为最具发展潜力的船用零排放替代燃料。

近日，中国船级社（CCS）在广州组织召开了“船舶氢燃料储运及应用技术研究”项目结题评审会，来自设计单位、科研院所、高校、氢能装备企业以及CCS系统内单位的22位专家和代表参加了会议，该项目最终顺利通过结题评审。项目的研究成果不仅对氢燃料在船舶上应用的相关规范法规的编制具有重要支撑作用，还为各项相关技术从实验室迈向产业化打下扎实基础，为船舶实现零排放目标进程提速。

加快氢能发展意义重大

氢能是一种绿色、高效的二次能源，具有来源广泛、燃烧热值高、清洁无污染、利用形式多种多样、可储能、安全性优于其它能源等特点，是现阶段最具发展潜力的船用新能源之一。

据国际可再生能源机构（IRENA）发布的《氢能：可再生能源的前景》报告显示，通过可再生能源制取的氢气（即“绿色氢气”）将在全球能源转型中发挥核心作用，预计2050年绿色氢气将占全球能源消费的8%，尤其将在钢铁、化工、航运、卡车和航空业等难以脱碳的行业发挥重大潜力。报告提出，大规模发展氢能的时机已经来临，氢能将在能源转型中发挥关键作用。显然，面对资源约束趋紧、环境污染严重、生态系统退化的严峻形势，发展氢能将是能源转型的最佳选项之一。

目前，日本、美国和欧洲的氢能源利用发展迅速，日本和美国的燃料电池技术以及氢的制造、储存、运输技术已基本成熟。日本川崎重工已计划建造世界第一艘液氢运输船，国际海事组织（IMO）海上安全委员会第97届会议 (MSC97)通过了《液氢散装运输的临时建议案》及其MSC决议草案，经过未来3年左右的实船应用后将可能正式纳入到《国际船舶使用气体或其它低闪点燃料船舶国际安全规则》（IGF规则）；国际能源署成立了液氢海上运输工作组。此外，欧洲国家在氢燃料电池船上应用方面已取得了一些经验，例如由挪威研究理事会、挪威创新署和德国联邦经济技术部赞助建造的Viking Lady号平台供应船采用氢燃料电池和电池组混合系统，该船降低了15%左右的能耗。

我国对于氢能的利用也已被提上日程。统计显示，目前国际制氢年产量6300万吨左右，中国每年产氢约2200万吨，占世界氢产量的三分之一，已成为世界第一产氢大国。自我国将氢能写入《政府工作报告》之后，氢能产业更是成为业界关注的热点。据预计，到2030年，中国氢气需求量将达到3500万吨，在终端能源体系中占5%；到2050年，氢能在中国能源体系中的占比约为10%，氢能需求量接近6000万吨，年经济产值超过10万亿元，全国加氢站达到1000座以上。无疑，加快氢能产业发展意义重大。

2012年11月，党的十八大从新的历史起点出发，做出了“大力推进生态文明建设”的战略决策，而全面深入推进绿色交通发展是实现我国生态文明建设的重要举措。船舶领域作为绿色交通建设的重要环节，更加需要满足低污染和低排放的绿色发展目标。基于上述背景，同时考虑到CCS《船舶应用替代燃料指南》第2篇——燃料电池系统中，已经对船舶应用氢燃料电池提出了相关技术要求，但该指南目前主要适用于高压气瓶储氢技术，尚未对其他形式的储氢技术及其在船舶上的应用进行研究。因此，CCS启动了“船舶氢燃料储运及应用技术研究”项目，对多种形式的氢燃料储存技术在船舶上应用的可行性、适用性及安全性展开研究，并针对不同储氢形式的储氢技术，对其配套的燃料加注及供给技术进行研究，旨在推进氢燃料在船舶领域的实际应用，加速实现船舶零排放目标。

氢能储运安全是关键

目前，国内外氢燃料动力船舶技术处于快速发展期，但对于氢能的储运，特别是高密度氢燃料储存技术以及高温燃料电池技术仍不成熟。显然，对多种形式的船舶氢燃料储存技术进行研究，是推动我国氢能技术从实验室迈向产业化的重要步骤。

对于氢燃料的储存方法主要有高压储氢、固态储氢与有机液体储氢三种。高压储氢是目前广泛采用的商业化方式，而高压氢气对设备和相关管道零部件等提出了很高的要求，一旦发生泄漏或者材料氢腐蚀问题，就极有可能发生火灾爆炸等重大安全事故，造成人员伤亡和不良的社会影响。这就需要建立高标准的高压氢安全监控体系，开展高压氢系统安全测试技术研究等，为氢能安全利用提供技术支撑。固态储氢与有机液体储氢可在较温和的储存条件下实现相对较高的储氢密度，但储氢后的固态材料以及有机液体在遇外部火灾或冲击等情况下的本质安全性值得进一步研究。液氢是未来氢能大规模应用的必然技术选择，其低温下的危险特性包括液氢蒸发、固空固氧与液氢混合危险、低温伤害、两相流及静电累计等问题，目前只在军工领域获得一定的经验积累，在民用中的使用风险还未得到充分研究与掌握。

规范标准方面，目前氢能及燃料电池技术标准在陆上领域已基本成熟，我国已发布88项氢能及燃料电池技术标准，形成了涵盖氢制取、氢储运、加氢基础设施、燃料电池及应用的技术标准体系。相比于陆上标准体系，船用燃料电池技术标准尚不成熟，相关燃料电池系统及储氢、加氢系统主要采标陆上现有标准。

船用方面，目前IMO正在开展IGF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，但不包括燃料存储和燃料供应系统。如果燃料电池使用的是天然气以外的其他气体或低闪点燃料（如氢气），则必须根据《IGF规则》A部分为燃料存储和燃料供应系统使用替代设计方法，直到针对每种低闪点燃料制定了这些方面的具体规定。一些船级社也发布了关于船舶应用燃料电池系统的规范指南，适用范围包含所有低闪点燃料和不同类型的燃料电池，其主要内容参照了IGF规则最新讨论稿，并在此基础上提出了附加要求。

“绿色珠江”500kW氢燃料电池动力示范船

“船舶氢燃料储运及应用技术研究”项目旨在为船舶储存及应用氢燃料的环境效益、经济性、技术成熟度等方面进行研究，目标在于研究掌握不同形式的氢燃料储存、加注、供给等相关系统检验技术，包括船用氢气管路连接方式和燃料电池处所安全防护技术，为CCS《船舶应用替代燃料指南》中的燃料电池系统的技术要求补充建议提供理论及研究支撑，即在现有CCS《船舶替代燃料应用指南》2017版的相关要求基础上，形成船舶氢燃料储运及应用方面的技术要求建议，对现有指南进行补充完善，拓展CCS对于氢燃料储运及应用的技术服务能力。评审组专家一致认为，该课题研究技术分析论证充分，所形成的研究成果科学合理，对相关规范法规的编制具有重要支撑作用。同时，该项目为全面深入推进绿色交通发展，鼓励绿色创新技术先行先试，减少航运业污染物排放等方面发挥了积极作用。

行业脱碳，氢能大有所为

CCS早在2015年就开始了针对船舶应用燃料电池的相关研究工作，重点研究燃料电池系统故障模式及后果、供电可靠性、灭火、通风及废气排放、电力系统稳定性、探测与监控等方面。基于研究成果，2017年，CCS对外发布了《船舶应用替代燃料指南》，其中第2篇燃料电池系统根据氢燃料电池系统主要构成及各系统设备在船舶上的应用特点，提出了燃料电池船舶布置、系统设计、燃料储存、加注辅助系统等方面的安全技术指标。

2018年8月，交通运输部党组书记杨传堂会见中国船舶集团党组书记、董事长雷凡培一行时要求，部属单位要加强与中船集团的战略合作，提升船舶的绿色化水平。按照交通运输部的部署，CCS积极参加中国船舶集团“绿色珠江”氢燃料电池示范船舶重大科技专项，经前期综合论证，确定将“内河2000吨级散货船”作为氢燃料电池动力示范船船型。2019年12月，在第20届中国国际海事展期间，CCS向中国船舶集团颁发了我国首艘氢燃料试点船舶设计方案的原理认可（AiP）证书。

本次顺利结题的“船舶氢燃料储存及应用技术”项目在已有指南基础上，对氢燃料加注技术、船用氢气管路连接方式、燃料电池处所安全防护技术开展了深入分析，解决了陆上技术标准与船舶环境条件差异性问题。此外，研究了液体有机化合物储氢、金属氢化物储氢技术在船舶上的应用技术，有针对性地提出了船舶储存、布置、脱氢、材料等方面的技术要求建议；在《国际散装运输液化气体船舶构造和设备规则》（IGC规则）液化氢散装运输临时导则的基础上，结合陆上液化氢储罐技术，通过风险分析等研究方式，从材料、液货舱、管系、压力释放系统、安全监控系统、消防等方面，提出了船舶储存液化氢的补充规定建议，为后续开展高密度储氢技术研究、拓展船舶氢燃料适用面奠定基础。

此外，除了对多种形式的船舶氢燃料储存技术开展研究，CCS还与中国船舶集团联合开展了氢燃料电池示范船的研制项目。该项目结题评审会同日，CCS与中国船舶集团605院组织召开了“氢燃料电池动力船舶专项研究验证”项目开题评审会。该项目是CCS与中国船舶集团以及业界其他参与方共同开展氢燃料在船上应用技术专项研究课题，包括船用燃料电池动力系统、船用储氢加氢系统、船用氢气管路连接方式、船用燃料电池及其处所安全防护、船舶氢燃料加注、氢燃料动力船舶技术标准、风险评估分析等7大方面的专项研究验证内容。旨在对我国首艘氢燃料动力示范船的技术方案、相关系统或设备性能等采取仿真、试验验证等形式，评估技术方案的可行性，为相关技术法规编制工作的同步开展提供支撑。同时， CCS已接受交通运输部海事局委托开展《氢燃料电池动力船舶技术与检验暂行规定》编制工作。

CCS氢燃料船舶研究项目专家秦傲寒表示：“尽管氢能在船舶上的应用目前仍处于起步探索阶段，但随着未来大功率氢燃料电池技术以及液氢等高密度储氢技术的成熟、氢气价格的下降、加氢基础设施的完善，氢有望成为最具发展潜力的船用零排放替代燃料。以上两个项目的研究工作将有力推进氢燃料在船舶领域的应用，实现船舶‘零排放’的目标，助力水运行业绿色健康发展。”