2022 年成為國內氫能在船舶領域的起跑之年,多個氫基能源船舶項目啟動,打破了此前國內 " 有系統無船舶 " 的喊口號的狀態。國際上氫基能源船舶項目也處于加速落地的態勢,德國科德寶開發的船用甲醇燃料電池系統獲得意大利船級社(RINA)的型式認可證書刷爆了氫能界和船舶界的屏幕。
氫云鏈認為,目前全球電動車已經進入市場化階段,而車用燃料電池處在產業化落地階段,現階段發展船用燃料電池推廣的時機已經成熟,車用、船用燃料電池同步發展具有產業協同效應,既可以實現治理船舶污染、節能減排和技術轉型升級目標,也可以像電動車市場一樣,打造出全球化的 " 電動船 " 市場。
9 月 27 日下午,氫云鏈與南京斯圖加特共同舉辦的《氫能在船舶產業的現狀與發展》線上研討會。研討會從了歐洲、中國兩地邀請到 7 位專家,共同探討氫能在船舶領域應用的發展趨勢,氫云鏈 CEO 邱月盈博士擔任主持人。以下為氫云鏈整理的研討會的主要內容。
氫云鏈 CEO 邱月盈博士開場簡要介紹了舉辦本次本次研討會的目標和意義,提出三個要求和四個話題內容如下:
三個要求:為什么要討論這個氫能船舶話題?
(1)全球碳中和目標的要求。國際海事組織(IMO)碳減排目標:到 2030 年,全球海運領域二氧化碳排放平均排放量與 2008 年相比至少降低 40%;2050 年降低 70%。
(2)船舶工業轉型升級的需要。船舶工業是大國重器,是國家支柱產業。2021 年,國內船舶工業 GDP 超過 5000 億人民幣。
(3)氫能大規模應用場景的要求。與汽車領域比較,氫能在船舶與航運領域的優勢更明顯,一般來說,船舶動力系統的造價占船舶設備的 35%,占全船總造價的 25%。全球船舶工業產值超過萬億人民幣,氫能在船舶領域的市場空間廣闊。
邱月盈博士認為:在汽車領域,純電動汽車發展勢如破竹,燃料電池汽車更多定位在商用車市場,想象空間有限。比較汽車領域,船舶、航空領域可能是未來氫能或者燃料電池規模應用的基本盤之一,需要企業重視。
四個話題:什么是氫能在船舶領域的關鍵問題?
全球燃料電池船舶有超 20 年的實踐,邱月盈博士提出產業發展階段已經跨過了從 0 到 0.1,正在從 0.1 走向 1 的階段。當下,氫能船舶應用中有 4 個熱點問題,圍繞以下 4 個問題討論,希望能夠對氫能在船舶領域的發展趨勢、前景有一個更加清晰的認知。
(1)技術路線如何選擇?目前電池動力、氫燃料電池、氫內燃機、氨燃料并行發展,誰才是新能源船舶的最好選擇?
(2)在市場時機是否合適?若考慮到目前氫能在車用領域還處在市場導入期,氫能在船舶領域的應用何時才能成熟?基礎設施建設能否跟上發展要求?
(3)安全、規范和標準如何制定?在管理方面,安全、規范和標準等這些阻礙船用氫能產業化的關鍵問題如何解決?
(4)技術、成本 " 蛋和雞 " 難題如何化解?在發展模式方面,技術、成本和規模之間的 " 蛋和雞 " 難題又該如何化解?
三、7 位嘉賓演講內容要點
7 位來自國內外的專家從宏觀到微觀,從理論到實踐,從歷史到現狀,分享全球航運能源和動力的發展趨勢、全球氫能船舶標準法規制定及管理、國內外氫能船舶技術發展情況和應用案例,再到燃料電池船舶實踐中具體的經驗教訓等一系列內容,氫云鏈整理如下。
1、氫能船舶標準法規情況
來自中國船級社的高級工程師陳立劍對國內外燃料電池船舶應用情況進行了全面介紹,并系統性地介紹了國內外氫能船舶的標準法規情況。
(1)國際方面,目前有兩個氫能船舶的重點標準。
《船舶應用燃料電池安全臨時導則》已經推出,符合技術規范的燃料電池船舶已經能夠被各港口接納;2021 年 IMO 通信組啟動《船舶應用氫燃料安全臨時導則》制動工作,其中附件 9" 船舶應用氫燃料安全臨時導則 " 是基于中國和挪威分別提交的文本綜合而成的。
(2)國內方面,已經初步形成體系性文件。
國內已經啟動 7 個氫能船舶專項驗證工作,再加上《氫燃料電池動力船舶技術與檢驗暫行規則》和《船舶應用燃料電池發電裝置指南》等文件,國內初步形成了體系性的標準。
標準重點在于氫安全。在 7 個專項中,一項與燃料電池性能相關,5 項與安全相關,一項與政府監管相關。即實際上有 6 項與氫能船舶的安全管理相關,僅有一項涉及到性能問題。
國內已經具備檢測能力。基于這 7 項工作,國內已經實現了燃料電池船舶的概念評估、圖紙審核、產品檢驗和船舶檢驗能力,為氫能在船舶領域的應用打下了堅實的基礎。
國內企業發展迅速。目前國內已經有三款船用燃料電池系統和一款船用儲氫系統取得型式認證。
陳立劍認為,船舶安全是技術法規的前提。氫氣安全性對幾個主要系統(如能源系統、機構系統、貨物系統等)均有直接或間接的影響,對于船舶設計而言是一次革命,會形成新的體系。
2、歐洲氫能船舶展望與示范實踐經驗
德國機械設備制造業聯合會(VDMA)的 Daniel Erdmann、hySOLUTIONS 的 Jennifer Kreissel、H2 Ocean 的 Ric Dilanni 和 NedStack 的江海克(Hack Heyward)等四位嘉賓對歐洲氫能船舶應用和經驗進行了詳細的介紹。
來自 VDMA 的 Daniel 重點介紹了德國氫能船舶應用的規劃和展望。
(1)具有雄心的航運碳中和目標。德國計劃在 2045 年實現船舶氣候中和,比 IMO 在 2050 年降低 70% 碳排放(對比 2008 年)的目標更加激進,可謂雄心勃勃。
(2)5 個抓手。碳稅、將船舶納入歐洲碳交易市場框架、航運動力技術全生命周期評價、碳排放配額、面向綠色技術的可持續投資是推動航運碳中和的 5 個抓手。
(3)3 個小目標。VMDA 提出,在行業方面,2027 年 30 萬噸綠氫市場保證,2030 年一百萬噸,2035 年四百萬噸,完成 50% 的航運減排目標
來自 hySOLUTIONS 的 Jennifer Kreissel 介紹了 e4ships 的創新集群。
(1)創新的氫能船舶產業生態。自 2009 年以來,e4ships 一直在德國政府的國家氫和燃料電池技術創新計劃(NIP)的框架內,將海上示范項目與燃料電池作為一個創新集群。通過溝通政府、企業、機構之間的合作,e4ships 構建了一個氫能船舶的閉環生態。
(2)啟動多個示范項目。e4ships 與歐盟、中國船級社都有合作,目前已經落地 4 個示范項目,均為內河與近海項目,包括了燃料電池和替代燃料等多種方案。
來自 H2 Ocean 的 Ric Dilanni 從市場模式角度討論了氫能船舶的發展。
需要特斯拉式的企業推動氫能船舶的發展。Ric 提出,除了技術之外,要重視品牌和市場營銷,提升社會對于氫能船舶的認知和接受程度。氫能船舶的發展,不僅需要政策扶持
和技術發展,也需要特斯拉式的偉大企業去創造需求和推動市場發展。
來自 NedStack 的江海克詳細介紹了企業的理念、產品與解決方面。
小電堆、大系統、長壽命的氫能船舶解決方案。江海克介紹,與國際許多采用高功率電堆的方案不同,NedStack 采取了多個小電堆(40KW)組成大系統(達到 MW 級別)的方式,同時 NedStack 的方案具備長壽命的特點,其 550KW 系統在 24000 小時后氫流量僅從 30KG/H 變為 36KG/H。
在實踐方面,NedStack 已經開展了多個燃料電池船舶示范項目,在今年 NedStack 還即將交付一艘 900KW 的燃料電池船舶。
3、國內氫能船舶示范實踐經驗
氫藍時代的首席科學家施紹有博士和眾宇動力的行業開發總監張丙武介紹了國內燃料電池船舶的發展和應用情況。
來自氫藍時代的施紹有博士介紹了三個示范項目,均為 MW 級別的燃料電池船舶示范項目。
(1)國內首艘氫燃料電池動力海上執法船,配備 1.6MW 燃料電池組,2023 年建造完工,2024 年投入使用。
(2)國內首艘千噸級氫燃料電池動力內河運輸船(物流散裝船),配備 1MW 氫藍時代燃料電池組,2024 年建造完工,投入使用。
(3)深圳 " 近零碳島 " 示范項目。
來自眾宇動力的張丙武則介紹了企業船舶業務的發展歷程,并介紹了目前國內燃料電池船舶的基本發展情況。
看好游艇市場。今年眾宇動力落地了兩個船舶示范項目:一艘 20 米游船和一艘游艇。張丙武介紹,游艇沒有納入燃料電池船舶示范范圍,但考慮到游艇的價格敏感度較低,市場處于上升趨勢,希望做一個先行先試。
船用燃料電池成本有望僅較車用高 10%。張丙武介紹道,目前船用燃料電池系統的成本比車用燃料電池系統高一倍,但在未來,即使考慮了安全冗余等情況,船用燃料電池的成本也有望控制在僅比車用高 10% 的水平——在 2030 年車用燃料電池系統成本低于 500 元 /KW 的目標下,船用燃料電池系統的成本對比傳統船用動力也能具備成本優勢。
邱月盈博士針對每位嘉賓演講內容,現場提出如下幾個問題:
問題一:何種能源會成為船用能源主流?是氫或者氨嗎?
VDMA 的 Daniel 認為,在 2050 年的以后航運將百分之百的使用氫基能源,其中既可能是純氫也可能是像氨這樣的衍生物。其中在 2030 年左右,預計甲醇將成為能源,到 2040 年,氨和甲醇會成為主流,到了 2050 年之后則以氨為主。
氫藍時代的施博士則表示了贊同:" 在氫氣方面,除了常規的壓縮氫和液氫外,我們也在密切關注行業內液態儲氫和固態儲氫方面的一些技術合作。在氨方面,液氨相對于液氫的熔點、相變的溫度點會低很多,也值得關注。但氨氣有毒,國內包括船級社都在關注如何在可控的情況下來實現可靠運輸和使用。在其他氫基燃料方面,包括甲醇現在國內也在高度關注,甲醇與氨作為氫氣的載體,可以實現相對于高壓氣態儲氫更高的聚集密度,來解決船用儲氫的難題。"
問題二:氫能船舶是否會遇到類似天然氣船舶發展中遇到的安全管理問題?
陳立劍表示,安全問題確實是主管機關比較關心的問題,但在氫能船舶領域管理問題會有明顯改善。
" 首先就是就是過閘這個問題,過閘問題不在交通部管轄的范圍內,會專門有另外的一個機構管轄,因為要保障三峽的安全,這是一個 Number one 的事情,所以如果我們現在預計一下氫能船舶要過閘,那一定也會遇到這個問題。其次,天然氣船舶發展到現在,已經是可以優先過閘的,所以說其實安全法規方面還是有進步的。所以,如果論證清楚這個安全性以后。"
陳立劍認為,為了推廣氫能船舶、天然氣船舶等,主管部門會采取一些鼓勵措施,如天然氣船舶可以優先過閘。" 我們在推廣氫能船舶肯定會遇到障礙,但是,我們也可以看到,機關對這個是一個非常接納的態度,只要把安全性認證清楚,應該還是沒有問題的,但是路還是要一步一步走。" 陳立劍表示了樂觀的態度。
張丙武則表示,目前國內已經出臺相關了相關的法規標準,只要依照相關標準要求,安全問題是可以得到保障的,企業可以放心地開展氫能船舶業務。
問題三:在項目實踐中遇到了的困難有哪些?
眾宇動力的張丙武詳細地回顧了自己的感受。
船級社在氫能船舶方面十分積極和開明。" 在燃料電池船舶項目執行的過程中,給我們印象很深的就是,中國船級社包括各個分社,實際上對氫能燃料電池的應用是一個很開明的態度,愿意接受新事物。只要能夠從原理上把安全性的顧慮打消掉,船級社實際上是愿意做出很多嘗試的。實際上我們覺得某種程度來說,燃料電池在船舶上應用的開明度,比燃料電池在發電側應用的開明度會更好一些。比如固定式發電提了很多防爆的問題,包括爆炸范圍、爆炸區域,這個在燃料電池船舶是沒有過度限制的,就如同陳高工介紹的,如果做好機械排風、物理防護,燃料電池船舶是可以做一些安全方面的考量的。這基本上打消了我對船舶應用的一些傳統的、固定的疑慮,以及需要追求過多安全性的擔憂。這是我在整個認證過程中最大的感觸。"
氫氣供應是目前燃料電池船舶的發展難點。" 氫氣補給的問題確確實實很難。坦白說我們現在幾個項目,包括我們從 2019 年開始的在云南大理洱海的船舶項目,就卡在了氫氣的補給問題,包括現在我們到很多地方去談,因為船舶加氫沒有可依的標準。而且碼頭船舶加氫的時候,船舶涉及到一個水位落差和傾斜搖擺的問題,簡單地用車用加氫方案是沒有辦法完成的。這需要做一些突破和創新。"
有意思的是,幾位嘉賓均表示船用燃料電池技術方面并沒有遇到什么困難。
7 位嘉賓演講介紹后,氫云鏈 CEO邱月盈博士做了如下會議總結:
幾位專家從發展歷史、標準法規、應用規劃、集群創新模式、商業模式、技術發展階段、產品解決方案等多方面系統性地介紹了氫能在航運領域的應用情況和發展程度。
對于開頭提到的 4 個問題,邱月盈博士總結了各位專家的分享,形成以下觀點:
(1)技術路線方面,未來將是多技術方向共同發展,其中內河、湖泊、近海等對功率要求相對較低的場景將使用壓縮氫 / 液氫 +PEM 燃料電池的方案,但在遠洋行業的場景,預計需要使用甲醇 / 氨 +SOFC/ 混動等技術方案。
(2)在市場時機方面,從技術與安全標準等方面考慮,時機已經合適;從成本方面考慮,公共示范船、游輪游艇等對成本敏感度較低的場景已經具備入場條件,但散貨船、集裝箱船等尚有待成本下降。
(3)安全、規范和標準方面,目前 IMO 已經出臺燃料電池臨時標準,氫能臨時標準正在制定;國內領域則已經形成了基本的氫能船舶體系框架。也即使說,燃料電池船舶在建設和應用方面已經具備了基本的參考標準,并且支持船舶的政策運行。
(4)技術、成本和規模的發展矛盾方面,燃料電池汽車等其他氫能領域的規模化發展有望快速帶動氫能船舶的成本下降。
對比國內外氫能船舶的發展區別,邱月盈博士認為,歐洲地區對于氫能在船舶領域的應用確實已經進行了積極地、有意義的探索,從" 海洋 - 氫能 " 能源理念、先進的產品設計和解決方案、創新的產業發展模式、豐富的項目實踐,歐洲在氫能船舶領域已經形成了一個創新的、有活力的產業生態。中國地區發展較晚,但在燃料電池船舶動力技術方面取得了突破性進展。隨著燃料電池汽車產業化的推進和中國氫能市場規模的快速擴大,國內氫能船舶產業前景也是潛力十足。
最后,邱月盈博士強調兩點。全球的零碳船舶產業發展階段已經跨過了從 0 到 0.1,正在從 0.1 走向 1 的階段;零碳船舶是個全球任務,必須全球聯合完成,需要全球企業在開放、合作、共贏的基礎上,一起探索零碳海洋、零碳船舶產業化之路。