中國：主攻技術(shù)難點
在我國，氫能船舶(氫動力船/氫燃料電池船)發(fā)展更是獲得國家層面的政策支持。2020年6月份，交通運輸部發(fā)布《內(nèi)河航運發(fā)展綱要》，提出鼓勵探索發(fā)展燃料電池動力船舶，研究推進(jìn)氫能等應(yīng)用。今年“兩會”上，氫能也被寫入《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》的“前瞻謀劃未來產(chǎn)業(yè)”章節(jié)中。我國海事局也制定了《氫燃料動力船舶技術(shù)與檢驗暫行規(guī)則(征求意見稿)》，以期在借鑒國內(nèi)外經(jīng)驗、結(jié)合實船技術(shù)方案并充分研究論證的基礎(chǔ)上，對船舶使用氫燃料電池系統(tǒng)的布置、系統(tǒng)設(shè)計、燃料儲存、加注系統(tǒng)等方面進(jìn)行規(guī)范。
客觀來講，我國對于船舶使用氫能的探索更多地體現(xiàn)在氫燃料電池研發(fā)等方面。2019年底，中國船舶集團(tuán)有限公司發(fā)布了全球首艘氫燃料試點船舶設(shè)計方案，這艘2000噸級定點航線內(nèi)河自卸貨船由七一二所自主設(shè)計研發(fā)，采用4組125kW氫燃料電池作為船舶主動力源，輔以4組250kWh鋰電池組調(diào)峰補(bǔ)償，同時載有35MPa高壓氫氣瓶組儲存氫氣燃料。2021年初，武漢眾宇動力系統(tǒng)科技有限公司獲得了由中國船級社(CCS)頒發(fā)的首張船用燃料電池產(chǎn)品型式認(rèn)可證書，不僅填補(bǔ)了國內(nèi)空白，也標(biāo)志著氫燃料電池船舶商業(yè)化應(yīng)用向前邁進(jìn)了一步。
而對于船用氫燃料電池的規(guī)范研究工作主要集中在CCS。2017年，CCS編制了《船舶應(yīng)用替代燃料指南》，其中根據(jù)氫燃料電池系統(tǒng)主要構(gòu)成及各系統(tǒng)設(shè)備在船上的應(yīng)用特點，提出燃料電池船舶布置、系統(tǒng)設(shè)計、燃料儲存、加注輔助系統(tǒng)等方面的安全技術(shù)指標(biāo)。隨后，CCS又圍繞氫燃料電池船舶關(guān)鍵技術(shù)開展了一系列應(yīng)用研究和工程實踐，在船舶總體安全設(shè)計、儲氫、加氫和用氫等環(huán)節(jié)上取得了大量研究進(jìn)展，陸續(xù)攻克了船舶應(yīng)用氫燃料在總體設(shè)計、系統(tǒng)設(shè)計、裝備制造、標(biāo)準(zhǔn)研發(fā)和風(fēng)險評估等技術(shù)難題，通過獲得的大量實測資料，為我國后續(xù)氫燃料電池實船建造提供了重要的理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)支撐。據(jù)介紹，氫燃料動力船舶重點風(fēng)險安全區(qū)域主要包括高壓氫氣加注站(含充裝接頭、氣相管路、控制閥件及附件)、氫氣瓶間(氫氣瓶組、氫氣管路氮氣系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、相關(guān)附件)、燃料電池處所(燃料電池模塊、氫氣管路、處所通風(fēng)系統(tǒng)、相關(guān)附件)、鋰電池與機(jī)電設(shè)備間(鋰電池組、PMS、配電系統(tǒng)、機(jī)電設(shè)備)，其設(shè)計布置、設(shè)備故障及人為操作等因素導(dǎo)致的風(fēng)險均需得到更多關(guān)注。中國船級社武漢規(guī)范研究所相關(guān)人士說：“CCS《船舶應(yīng)用燃料電池發(fā)電裝置指南》(征求意見稿)已考慮到多種危險因素對設(shè)備、系統(tǒng)的破壞和人員的傷害及環(huán)保要求，設(shè)置了相應(yīng)的工藝控制系統(tǒng)、工藝關(guān)斷系統(tǒng)、安全透氣、通風(fēng)系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、防污染設(shè)施等措施，采用與IMO《使用燃料電池電源裝置的船舶安全臨時導(dǎo)則》一致的安全原則，能夠為氫燃料動力船舶安全和綠色發(fā)展保駕護(hù)航。”雖然我國氫能船舶領(lǐng)域目前還沒有成熟的商用船只，但CCS通過技術(shù)研發(fā)，正積極實現(xiàn)降低成本和全環(huán)節(jié)技術(shù)鏈條整合，以推動形成圍繞氫燃料電池船舶的完整產(chǎn)業(yè)鏈。
目前，CCS已經(jīng)完成了“船舶氫燃料儲存及應(yīng)用技術(shù)”研究工作，在已有指南基礎(chǔ)上，對高壓氣瓶儲氫技術(shù)的在船應(yīng)用進(jìn)行研究，對氫燃料加注技術(shù)、船用氫氣管路連接方式、燃料電池處所安全防護(hù)技術(shù)開展了深入分析，解決了陸上技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與船舶環(huán)境條件差異性問題，提出了相應(yīng)船用技術(shù)要求，為氫燃料的在船安全應(yīng)用提供技術(shù)支撐。此外，CCS還創(chuàng)新性地研究了液體有機(jī)化合物儲氫、金屬氫化物儲氫技術(shù)在船舶上的應(yīng)用，針對性地提出了船舶儲存、布置、脫氫、材料等方面的技術(shù)要求建議，為后續(xù)開展高密度儲氫技術(shù)研究、拓展船舶氫燃料適用面奠定了堅實的基礎(chǔ)。
歐洲：智能培育氫動力
歐盟運輸研究與創(chuàng)新監(jiān)測和信息系統(tǒng)(TRIMIS)統(tǒng)計了交通運輸行業(yè)新技術(shù)研發(fā)數(shù)量和項目投資情況，從中能夠明顯看到歐洲航運業(yè)向清潔化、去碳化轉(zhuǎn)型發(fā)展迅速。
中國船舶工業(yè)綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究院船舶標(biāo)準(zhǔn)化研究中心工程師李睿男說，歐洲針對海運低排放替代能源進(jìn)行的研究較早，從政策和研發(fā)資金上給予了綠色船舶項目極大支持，這使其創(chuàng)新性變得更強(qiáng)。在氫燃料船舶研究示范方面，歐洲處在領(lǐng)先位置，倡導(dǎo)、主推了多個主要氫燃料船項目，而挪威則是氫燃料船的發(fā)展先鋒。在歐洲國家中，挪威對氫燃料在海運方面的應(yīng)用探索最為豐富、系統(tǒng)，形成了相對完善的發(fā)展模式。具體而言，議會負(fù)責(zé)制定相關(guān)法律并敦促政府實現(xiàn)環(huán)保目標(biāo)；政府設(shè)立國有企業(yè)、分支機(jī)構(gòu)、專項產(chǎn)業(yè)基金，協(xié)調(diào)各方對項目進(jìn)行補(bǔ)貼；船級社制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和船級規(guī)范，對船舶進(jìn)行評估認(rèn)證/咨詢；企業(yè)與認(rèn)證機(jī)構(gòu)對項目進(jìn)行設(shè)計、研發(fā)、建設(shè)。議會立法、政府資助從縱向上推動項目，而相關(guān)咨詢和認(rèn)證機(jī)構(gòu)則為行業(yè)提供標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)，在橫向上與企業(yè)共同打造綠色船舶。挪威多個氫燃料船舶項目正是在這種縱橫聯(lián)合模式下發(fā)展起來的，比如知名的“HySHIP”“Hjelmland”“Europa Seaways”“Hysea III”等。
由政府和專項基金資助的“HySHIP”項目將設(shè)計和建造以綠色液態(tài)氫為燃料的示范滾裝船，并建立可行的液態(tài)氫供應(yīng)鏈和燃料供應(yīng)平臺，旨在降低整個歐洲更廣泛地轉(zhuǎn)向液態(tài)氫作為船舶推進(jìn)燃料的開發(fā)和運營成本?！癏ySeasIII”則采用基于新能源風(fēng)險的替代設(shè)計方案，其有別于其它項目的特征之一在于示范船使用過剩的可再生能源制氫，有助于制定船舶氫能規(guī)范。
挪威很早就將目光瞄向了清潔能源，并隨著科技進(jìn)步不斷追求創(chuàng)新?！杜餐G色船舶行動計劃》明確提出要建造更多智能船舶，以智能技術(shù)實現(xiàn)船舶能效提升，減少碳排放。“挪威在海事智能技術(shù)方面有著很強(qiáng)的技術(shù)水平，希望通過智能技術(shù)實現(xiàn)航運去碳，特別是在提升能效系統(tǒng)水平方面將智能與綠色融合，以智能手段實現(xiàn)‘船舶綠色’和包括氫動力船在內(nèi)的零碳船舶發(fā)展?！崩铑Ｄ姓f。
實際上，“挪威案例”并非個別。歐盟于2020年底發(fā)布的新的《可持續(xù)和智能交通戰(zhàn)略》可驗證上述觀點?！犊沙掷m(xù)和智能交通戰(zhàn)略》提出希望通過有競爭力、安全、易獲得和可負(fù)擔(dān)的智能交通系統(tǒng)實現(xiàn)90%的減排率，系統(tǒng)地為實現(xiàn)綠色和數(shù)字化轉(zhuǎn)型奠定基礎(chǔ)。歐盟氣候政策負(fù)責(zé)人Frans Timmermans表示：“歐洲非常重視綠色船舶技術(shù)發(fā)展，為了實現(xiàn)我們的氣候目標(biāo)，溫室氣體排放量必須出現(xiàn)明顯下降趨勢。數(shù)字技術(shù)有可能使出行更智能、高效、環(huán)保。我們需要為企業(yè)提供穩(wěn)定的綠色投資框架，而這些企業(yè)需要在未來進(jìn)行綠色投資。”英國也是推行航運業(yè)溫室氣體減排最積極的歐洲國家之一。2019年，英國相繼發(fā)布了《海事2050戰(zhàn)略》和《清潔航運計劃》，前者強(qiáng)調(diào)自動化和數(shù)字化技術(shù)創(chuàng)新，后者旨在推動英國實現(xiàn)2050年降低航運碳排放目標(biāo)，其明確的主要路徑之一即是氫路徑(另外為電路徑和其他路徑)。這似乎給業(yè)界傳達(dá)一個明確信息——新技術(shù)應(yīng)用與新燃料變革同時發(fā)生，“智能+氫能”是新的視野。
氫燃料船舶價值鏈包括存儲設(shè)備開發(fā)、船體設(shè)計建造、船舶運營管理、燃料供應(yīng)等環(huán)節(jié)，不久前，由歐洲國家政府機(jī)構(gòu)、造船廠、能源公司、數(shù)字智能技術(shù)企業(yè)、船用系統(tǒng)公司等26個合作伙伴聯(lián)合推出《氫燃料船舶手冊》，以解決船用氫燃料的各種難題。名為“MarHySafe”的聯(lián)合開發(fā)項目分為兩期，作為一期項目的《氫燃料船舶手冊》詳細(xì)介紹如何駕馭設(shè)計建造的復(fù)雜要求，涵蓋安全和風(fēng)險緩解、氫系統(tǒng)施工細(xì)節(jié)、海事應(yīng)用實施階段等氫操作中的最重要方面，同時為使用質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)進(jìn)行安全操作提供了路線圖，反映了行業(yè)最新專業(yè)水平，被認(rèn)為是航運氫能安全操作、共同研究氫能上船的專業(yè)知識庫。顯然，隨著“MarHySafe”項目的推進(jìn)，《氫燃料船舶手冊》將為未來歐洲在國際氫能規(guī)則制訂、氫加注和標(biāo)準(zhǔn)化等方便提供基礎(chǔ)。
歐洲政府部門、研究機(jī)構(gòu)更多地承擔(dān)了挖掘、投資新型船舶項目的職能。在這樣的背景下，歐洲以氫動力船舶為代表的新型綠色船舶與智能化提高能源使用效率融合得更緊密，這是其氫燃料船舶在開發(fā)運行方面進(jìn)步的原動力之一。但需強(qiáng)調(diào)的是，歐洲更加側(cè)重于近海/內(nèi)河氫燃料船舶研發(fā)?？陀^上，氫燃料能量密度較大、使用處于初期階段，大型船舶很難收獲可衡量的收益。主觀上，歐洲水路網(wǎng)絡(luò)密集，大部分港口配備適于集卡和船舶使用的氫加注樁，較小型船舶的機(jī)動性較強(qiáng)，靠泊加注方便。
日韓：爭搶“國際標(biāo)準(zhǔn)”
在中國船舶工業(yè)綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究院高級工程師趙羿羽看來，與歐洲重點關(guān)注小型氫動力船舶不同，日本側(cè)重于大型遠(yuǎn)洋氫動力船舶及發(fā)動機(jī)研發(fā)。2021年初，川崎重工宣布建造全球首艘大型液化氫運輸船(計劃于2026年完工)，該船長約300米，型寬約50米，采用燃燒氫氣產(chǎn)生的蒸汽帶動輪機(jī)為船舶提供動力。當(dāng)年4月，川崎重工又與多家日本公司合作開發(fā)用于大型船舶的船用氫燃料發(fā)動機(jī)，包括船用主機(jī)、輔機(jī)、發(fā)電機(jī)等產(chǎn)品。今年8月份，川崎重工、洋馬動力(Yanmar)和日本發(fā)動機(jī)公司(J-Eng)共同宣布聯(lián)合成立HyEng公司，以致力于開發(fā)船用氫動力發(fā)動機(jī)系統(tǒng)(基礎(chǔ)技術(shù))、為氫燃料供應(yīng)系統(tǒng)制定國際標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)則、集成氫燃料供應(yīng)系統(tǒng)、維護(hù)和運營氫燃料發(fā)動機(jī)示范設(shè)施等。
日本國土交通省發(fā)布的《日本航運零排放路線圖》提到“C-ZERO JAPAN”零排放概念船，其中之一即是設(shè)計液化氫燃料動力船，概念船基于80000噸級散貨船和20000TEU型集裝箱船設(shè)計，均由雙燃料往復(fù)式發(fā)動機(jī)提供動力，技術(shù)攻關(guān)包括發(fā)動機(jī)性能、燃料供應(yīng)、擴(kuò)大的燃料箱、熱保護(hù)系統(tǒng)、氫氣泄漏和燃料供應(yīng)等相關(guān)事項。日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省發(fā)布的《2050碳中和綠色增長戰(zhàn)略》也提出，到2050年將現(xiàn)有傳統(tǒng)燃料船舶全部轉(zhuǎn)化為氫、氨、液化天然氣(LNG)等零/低碳動力船，促進(jìn)面向近距離、小型船舶使用的氫燃料電池系統(tǒng)和電推進(jìn)系統(tǒng)的研發(fā)和普及，推進(jìn)面向遠(yuǎn)距離、大型船舶使用的氫/氨燃料發(fā)動機(jī)及附帶燃料罐、燃料供給系統(tǒng)的開發(fā)和實用化進(jìn)程。
韓國在“氫能上船”方面的發(fā)展遜于日本。2012年，韓國曾推出“平昌2018號”氫燃料電池船項目，但該項目至今未有實質(zhì)性進(jìn)展，尚處于研究階段。2020年底，韓國政府又公布了“2030綠色船舶K計劃”，將氫能定為船舶燃料應(yīng)用長期目標(biāo)。2021年4月份，現(xiàn)代重工提出將圍繞現(xiàn)有船舶能效指數(shù)(EEXI)和碳排放強(qiáng)度指數(shù)(CII)研究最佳解決方案、圍繞全壽命周期研究減少船舶二氧化碳排放的方法，同時開發(fā)氫/氨動力船舶。這被視為韓國在氫動力船舶研發(fā)方面邁出的重要一步?，F(xiàn)代重工表示，其二級控股公司韓國造船海洋(KSOE)將開發(fā)制定液氫運輸船及氫動力船的韓國及國際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以提前應(yīng)對氫能時代的到來。據(jù)悉，KSOE參與開發(fā)制定的全球首個氫能船舶國際標(biāo)準(zhǔn)將于2022年底前提交至國際海事組織(IMO)。
在發(fā)展氫動力船的同時，韓國也在逐步攻克氫燃料電池研發(fā)難題。2019年初，韓國正式發(fā)布了名為“激活氫經(jīng)濟(jì)發(fā)展路線圖”的氫燃料技術(shù)開發(fā)計劃，旨在推動韓國發(fā)展為氫經(jīng)濟(jì)/技術(shù)領(lǐng)先國，其第一期研發(fā)課題即為“以氫燃料電池為動力的船舶、氫(燃料)存儲和運輸所需艙罐等主要技術(shù)和設(shè)備研發(fā)”。今年6月份，韓國啟動“氫燃料電池動力系統(tǒng)適用運行實證”項目，在2艘小型船舶上搭載自主開發(fā)的氫燃料動力電池組，以檢驗性能和安全性，并制定獲得型式認(rèn)可的安全標(biāo)準(zhǔn)。由于韓國此前并沒有制定氫燃料電池船舶型式認(rèn)可所需的安全標(biāo)準(zhǔn)，因此，此次實證將為韓國制定小型氫燃料電池船舶安全標(biāo)準(zhǔn)及船用氫氣充電站的建設(shè)奠定法律依據(jù)，為氫燃料電池船舶建造和航行鋪設(shè)道路。
