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一、前言

船舶是為航運業(yè)、海洋開發(fā)及國防建設(shè)提供技術(shù)裝備的綜合性產(chǎn)業(yè)，對鋼鐵、石化、紡織、裝備 制造、電子信息等重點產(chǎn)業(yè)發(fā)展和擴大出口具有較強的帶動作用，是國家實施海洋強國和制造強國戰(zhàn)略的重要支撐?！吨袊圃?025》已將高技術(shù)船舶列為十大重點發(fā)展領(lǐng)域之一。

船舶的傳統(tǒng)動力推進裝置，如柴油機、蒸汽輪機、燃氣輪機等，通過消耗柴油來產(chǎn)生動力，存在如下主要問題：燃料能量轉(zhuǎn)換效率低（約35%）；柴油機的振動噪聲等級高，極大降低了船舶的舒適度；燃料燃燒產(chǎn)生大量溫室氣體、氮氧化物、硫氧化物和顆粒物，造成嚴重的生態(tài)環(huán)境污染；化石能源是非可再生能源，而且現(xiàn)有的化石能源儲量有限， 不能支撐人類的持久發(fā)展。因此，研究清潔、 高效、可持續(xù)發(fā)展的新能源動力推進技術(shù)已經(jīng)成為綠色船舶的重要發(fā)展方向。

氫燃料電池是21世紀綠色動力能源技術(shù)制高 點，是一種將自身攜帶氫燃料與氧化劑中的化學能經(jīng)電化學反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置，具有能量轉(zhuǎn)化效率高、能量密度高、振動噪聲低和零排放等優(yōu)點。此外，氫是可再生能源，可通過太陽能、風能、水勢能、生物能等綠色能源制氫獲得。因此，氫燃料電池推進技術(shù)在船舶上應(yīng)用可實現(xiàn)能源高效、零排放和船舶舒適度提升，是綠色船舶的理想動力推進裝置，適應(yīng)綠色船舶市場需求。

二、國外船用氫燃料電池推進技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

（一）規(guī)劃與標準

北美、日本、韓國等先進國家和地區(qū)已將船用氫燃料電池推進技術(shù)作為政府重點支持方向，相繼頒布一系列規(guī)劃與標準，引導并支持氫燃料電池船舶產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

北美：對氫能的研發(fā)始于1973年的石油危機，當時成立了國際氫能協(xié)會，并在美國邁阿密海灘召開了有關(guān)該主題的第一界國際會議，美國能源研究開發(fā)署（ERDA）對氫能研究計劃加以扶持，作為 對美國政府能源自給不成功計劃部分的一種彌補。2015年，美國能源局向國會提交了《2015年美國燃料電池和氫能技術(shù)發(fā)展報告》，大力投資發(fā)展先進氫燃料電池技術(shù)。2016年，美國能源部報告稱，正聯(lián)合制定環(huán)境、安全、許可等方面的船用氫燃料電池和加氫站行業(yè)規(guī)范。

日本：2009 年國土交通省制定的《對于船舶行業(yè)中長期科研計劃》中便提到將燃料電池作為船舶 電力推進系統(tǒng)來減少排放。得益于日本燃料電池領(lǐng) 域的技術(shù)優(yōu)勢，其在船用領(lǐng)域雖起步晚但發(fā)展較快。2017年，日本船級社發(fā)布液氫運輸船安全建造運營 導則，填補了目前海事規(guī)則規(guī)范在氫燃料動力領(lǐng)域的空白。

韓國：知識經(jīng)濟部在 2010 年制定的《造船產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃》中便提到將燃料電池等綠色能源應(yīng)用到船舶行業(yè)中。2015年，政府推出的燃料電池船舶項目共投入160億韓元，由韓國船級社牽頭進行相應(yīng)的研發(fā)。韓國的大型船廠與企業(yè)如大宇造船海洋（山東）有限公司、浦項制鐵電力公司（POSCO Power）、三星重工有限公司、System Technology Excellence（STX）造船集團都參加了政府牽頭的船用燃料電池研發(fā)項目或自主研發(fā)。

（二）示范與應(yīng)用現(xiàn)狀

歐盟、德國、美國、挪威、日本等先進國家和地區(qū)在船用氫燃料電池推進技術(shù)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，已實現(xiàn)船用氫燃料電池動力推進裝置的示范及應(yīng)用，進入推廣應(yīng)用階段。國外主要船用燃料電池推進技術(shù)示范項目如表 1 所示。

歐盟：在2007年資助世界上第一個商業(yè)客輪 ZEMships 項目，該船采用混合動力推進方式，整合了兩個峰值功率 48 kW 的氫燃料電池和 560 V 的鉛蓄電池，可運送 100 名乘客。

德國：在2008年研制出100客“Alsterwasser”號氫燃料電池游船，其采用氫燃料電池動力推進裝置作為主推進動力，功率達到100kW，最高航速可達到14km/h，目前實現(xiàn)載客共14000余名。

法國：在2017年建成氫 – 風 – 光動力船“Energy Observer”號，該船長30m，重20 t，采用氫燃料電池系統(tǒng)22kW。

荷蘭：在2009年建成 100 客“Fuel Cell Boat Amsterdam”用于運河旅游事業(yè)，該船配備 60~70 kW 氫燃料電池系統(tǒng)，采用高壓氫氣提供氫燃料，能夠以7節(jié)（1 節(jié) =1 n mile/h）航速航行 9 h。

美國：在 2018 年 6 月 25 日宣布，將在海灣地區(qū)建造第一艘氫燃料電池渡輪。該渡輪載客 84 名， 電力推進動力功率是 2×300 kW，長 21 m，鋁質(zhì)船體，航速為 22 節(jié)。

挪威：在 2009 年與瓦錫蘭集團、MTU 船級社合作研制出著名的氫燃料電池海面補給船“Viking Lady”號，該氫燃料電池系統(tǒng)功率為 320 kW，燃料為液化天然氣，是全球第一艘投入運營的氫燃料電池工程船舶。

日本：在 2015 年下水試航首款氫燃料電池漁船，該漁船全長12.5 m，可乘坐 12 人，可搭載 450 L 氫燃料，最高速度可達 37 km/h。

三、我國船用氫燃料電池推進技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

氫燃料電池推進技術(shù)可作為推進動力和輔助動力裝置，應(yīng)用于內(nèi)河、內(nèi)湖和近海的游船和游艇，滿足該類型船舶對節(jié)能減排、綠色環(huán)保和提升船舶舒適度的需求；作為推進動力和輔助動力裝置，應(yīng)用于科考船，滿足該類型船舶對噪聲振動及廢氣排放的需求；作為輔助動力裝置，應(yīng)用于頻繁進出港口的散貨船和客船，滿足該類型船舶對降低港口環(huán)境保護的需求。

近年來，車用氫燃料電池技術(shù)及其配套設(shè)施投入不斷加大，上海汽車集團股份有限公司、上汽大通汽車有限公司、鄭州宇通集團有限公等國內(nèi)知名車企先后推出各型號燃料電池作為發(fā)動機的新能源汽車。中國船舶重工集團第七一二研究所通過承擔科學技術(shù)部新能源汽車重點專項“快速動態(tài)響應(yīng)燃料電池發(fā)動機研發(fā)”，已攻克30kW級物流車用燃料電池發(fā)動機的工程化核心技術(shù)。總體而言，在車用領(lǐng)域，氫燃料電池系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用已具備較好的技術(shù)基礎(chǔ)與投資環(huán)境。相比而言，國內(nèi)船用氫燃料電池推進技術(shù)研究工作剛起步。

國內(nèi)對船用氫燃料電池推進技術(shù)的規(guī)范研究工作主要集中在中國船級社（CCS）。2017年12月，CCS的《船舶應(yīng)用替代燃料指南》第2篇燃料電池推進系統(tǒng)中規(guī)定了燃料電池船舶的各項設(shè)計與檢驗要求。國內(nèi)對船用氫燃料電池推進技術(shù)的工程化研究工作主要集中在中國船舶重工集團第七一二研究所，通過承擔國家政府科研項目，在艦船和水下裝備領(lǐng)域的氫燃料電池動力系統(tǒng)的技術(shù)攻關(guān)工作中積累了豐富的研制經(jīng)驗，在氫燃料電池電堆、氫源技術(shù)、控制與能量管理、系統(tǒng)集成等方面取得關(guān)鍵技術(shù)突破，在船用氫燃料電池推進技術(shù)領(lǐng)域處于國內(nèi)領(lǐng)先地位，具備較好的技術(shù)基礎(chǔ)儲備。

此外，中國船舶重工集團第七一二研究所在電力推進系統(tǒng)方面，承擔了工業(yè)和信息化部“船舶綜合電力推進技術(shù)”和“船舶綜合電力推進系統(tǒng)工程化技術(shù)研究”項目、科學技術(shù)部“船用電力推進系統(tǒng)”項目等。完成了救援船、液化天然氣（LNG）船、散貨船、水聲測量船、太陽能游船、蘇州環(huán)城河游船、三亞環(huán)島游船、新疆天池游船、武漢輪渡、挖泥船、海上風電安裝船等船舶的電力推進系統(tǒng)集成工作。目前，正在承擔國內(nèi)首艘300客位全電動客船研制項目，采用高性能鋰電池作為全船動力推進裝置，后續(xù)將采用氫燃料電池替換鋰電池作為全船動力裝置，是國內(nèi)率先推出的“零排放”“環(huán)境友好”綠色動力客船。

雖然，近年來我國船用氫燃料電池推進技術(shù)取得了長足的進步，但與國外先進國家相比仍存在差距：①船用氫燃料電池推進裝置的戰(zhàn)略與目標亟待確立；②氫燃料電池船舶領(lǐng)域法規(guī)規(guī)范研究不足；③船用氫燃料電池推進技術(shù)工程化的部分關(guān)鍵技術(shù)（氫燃料電池電堆船用化技術(shù)，船用高安全、高儲氫密度氫源技術(shù)，船用氫燃料電池系統(tǒng)集成技術(shù)）有待突破；④船用氫燃料電池配套基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)缺乏。

四、我國船用氫燃料電池推進技術(shù)的發(fā)展思路與建議

（一）基本思路

按照《中國制造2025》對高技術(shù)船舶在2025年實現(xiàn)船舶工業(yè)制造強國的要求，圍繞氫燃料電池推進技術(shù)在節(jié)能、環(huán)保、安全、高效船舶推進裝置領(lǐng)域的市場需求和發(fā)展趨勢，以突破具有自主知識產(chǎn)權(quán)的船用氫燃料電池推進技術(shù)工程化為目標，通過政策引導、關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和綠色環(huán)保技術(shù)應(yīng)用，實現(xiàn)船用氫燃料電池推進裝置自主化和工程化，加快推進船舶工業(yè)轉(zhuǎn)型升級，以適應(yīng)高性能綠色船舶在內(nèi)河、近海、遠洋船舶領(lǐng)域的市場需求。

（二）發(fā)展建議

1.加強統(tǒng)籌規(guī)劃，建立國家推動機制

明確氫燃料電池船舶的發(fā)展思路和技術(shù)路線，制定國家發(fā)展氫燃料電池推進裝置的戰(zhàn)略與目標。根據(jù)戰(zhàn)略定位與發(fā)展目標制定船用氫燃料電池推進技術(shù)發(fā)展政策與統(tǒng)籌規(guī)劃，建立國家推動機制。引導行業(yè)、企業(yè)，科研院所、高校及各地方政府的發(fā)展方向，加強組織管理，實現(xiàn)資源共享，減少資源、投資的浪費。

2.加大對關(guān)鍵核心技術(shù)的研發(fā)力度，提高自主創(chuàng)新能力

加大國家及各級地方政府科研投入，重點加強對船用氫燃料電池推進技術(shù)工程化的關(guān)鍵核心技術(shù)研發(fā)：高效率、高可靠和長壽命的氫燃料電池電堆船用化技術(shù)；高安全性、高儲氫密度、高存儲釋放可逆、補給便捷的船用氫源技術(shù)；高緊湊、智能化的大功率氫燃料電池系統(tǒng)集成技術(shù)。此外，在以企業(yè)自主創(chuàng)新為核心的基礎(chǔ)上，強化產(chǎn)學研合作，整合行業(yè)的優(yōu)勢技術(shù)資源和產(chǎn)業(yè)鏈資源，打造技術(shù)一流的研發(fā)團隊和技術(shù)領(lǐng)軍人才，提高自主創(chuàng)新能力。

3.開展法規(guī)規(guī)范的符合性研究，建立燃料電池船舶法規(guī)規(guī)范

以國家相關(guān)規(guī)定為準繩，聯(lián)合國家海事局相關(guān)部門，重點開展儲氫設(shè)備上船的合規(guī)性分析研究、船用氫源及氫燃料電池推進技術(shù)的安全性分析研究和氫燃料電池船舶風險評估規(guī)范研究，逐步建立和完善氫燃料電池船舶法規(guī)規(guī)范。

4.開展示范運行，推廣市場應(yīng)用進程

以生態(tài)優(yōu)先綠色發(fā)展為引領(lǐng)，實現(xiàn)內(nèi)河–近海–遠洋的逐步示范推廣。在示范運行中，對裝置可靠性、安全性、環(huán)境適應(yīng)性等進行系統(tǒng)考核，推廣自主研發(fā)的裝置，加快氫燃料存儲、補給配套設(shè)施建設(shè)。為在全國范圍的示范積累經(jīng)驗，盡快推動船用氫燃料電池推進技術(shù)向產(chǎn)業(yè)化方向邁進。

5.開展國際合作，推進我國技術(shù)核心競爭力

圍繞船用氫燃料電池推進裝置技術(shù)戰(zhàn)略定位與發(fā)展目標，積極開展和各相關(guān)國際機構(gòu)、組織、企業(yè)的合作，積極開展雙邊或多邊國家政府間的合作。全面提升國際科技合作的質(zhì)量，增強我國在船用氫燃料電池推進裝置的科技創(chuàng)新能力和核心競爭力。 

原標題：船用氫燃料電池推進技術(shù)發(fā)展趨勢