船用燃料电池发展潜力如何释放？

“双碳”背景下，氢燃料电池在船舶领域的应用迎来巨大机遇。如何抓住这个机遇实现跨越式发展是当前燃料电池企业重点思考的问题。

近期，国内外多个氢燃料电池船舶项目取得突破性进展，如国内首艘500kW级氢燃料电池动力船运抵三峡，开始进行首航前的调试、实验等工作;国外由巴拉德燃料电池模组提供动力的首批氢动力船舶将在挪威、荷兰、法国等国启航。借着氢船发展的东风，船用燃料电池一跃成为行业关注的焦点。

众多燃料电池企业在摩拳擦掌、跃跃欲试，准备在船用燃料电池领域做出一番成就。然而现实的情况是，车用燃料电池并不能简单迁移到船舶领域，燃料电池企业需要针对船舶领域应用进行专门的研发，同时目前船舶市场对燃料电池需求较少，又让船用燃料电池产业化进展举步维艰。

车用燃料电池“上船”并不容易

近年来，世界各国相继制定了航运减排政策。纯电动船在充电速度、续航、寿命、成本等方面存在硬伤，相较之下，氢燃料电池具有能量转换效率高、振动噪音低、加注时间短、续航里程长、功率密度高等特点，因此氢燃料电池成为了船舶业实现绿色转型的重要选择。

随着市场对氢能船舶的关注度越来也高，一些燃料电池企业为了抢占先机，试图将已有的车用燃料电池方案应用到船舶上。

中国船舶712研究所作为国内船舶及海洋领域燃料电池动力系统技术牵头和优势单位，主导实现了国内首艘入级CCS的“三峡氢舟1号”建造合拢和核心部件认证。中国船舶712所燃料电池事业部电堆研究室主任花仕洋博士说，车用与船用燃料电池动力系统之间存在较大区别，船用燃料电池对功率要求更高，储能补给要求更快，自身稳定性和耐久性更好，对安全的要求也严格。

氢船的燃料电池功率在数百千瓦甚至兆瓦级，一次性要补给数吨级的氢气，示范期内要求燃料电池寿命在3万小时以上，商业期要达到5万至10万小时。由于氢船储能大、载客多、逃生难度大，因此对安全可靠性要求更苛刻，系统设计必须以安全性为优先。然而绝大多数车用燃料电池在设计时并没有考虑到这些需求，因此不能简单将车用燃料电池发动机移植到船舶上应用。

船用燃料电池研发业精于专

燃料电池产品应用到船舶上迈出的第一步，就是要取得中国船级社(CCS)颁发的型式认可证书。国氢科技研发的FCPS-S120船用氢燃料电池发电系统，作为国内首台百千瓦级船用氢燃料电池发电系统，在2022年6月取得了中国船级社(CCS)浙江分社颁发的型式认可证书。

国氢科技总经理助理、技术总监陈平表示，参照车用燃料电池的技术研发路径去研发船用燃料电池对企业来说效率会更高，也更加节省成本。但是在船用燃料电池的研发中，必须要充分考虑到船舶的使用场景，从而针对性地对船用燃料电池的各项指标进行优化。

早在2021年，国氢科技与中国船舶重工集团公司第七〇四研究所、北京航空航天大学宁波创新研究院、中国船级社浙江分社等六家单位签署了氢燃料电池动力船舶联合开发示范合作的协议。国氢科技在成熟的车用燃料电池方案基础上，针对船舶领域的提点，提升了燃料电池的环境适应性、使用寿命、安全性和智能化。

在适应环境方面，氢船在内河及近海的航行环境往往具有高湿热、高盐雾等特点，国氢科技在零部件选型、集成工艺、系统设计上进行特别考虑，在系统控制策略上对系统快速热机、运行参数敏感性、故障处理、氢安全等方面做了优化设计，针对船舶实际运行中出现的盐雾、绝缘、倾斜和摇摆、振动、电网能源波动等情况，做了严格试验验证。

在延长寿命方面，针对燃料电池膜电极衰减机理及特性、双极板腐蚀变形机理及特性，国氢科技定量分析燃料电池发电系统运行过程不同参数对电堆衰减的影响，对氢空界面、开机吹扫、停机吹扫、余氢放电、氧气消耗、高电位、循环电位、氢饥渴等现象从机理研究到控制策略优化做了创新性优化设计，使燃料电池寿命得到了提升。

在氢电安全性方面，针对船舶应用场景，国氢科技在管路布局、电气绝缘设计、材料选择等方面进行了高标准的安全性设计;为了保证用氢安全，国氢科技基于气瓶、阀组、氢气浓度等集成式供氢系统，进行了通讯和硬线控制冗余设计;在燃料管路保护上，国氢科技氢气采用双层防护管，并用惰性气体氮气进行管路吹扫保护，并对存在氢气泄露可能性的空间设置强制排风系统;在氢气管路上主要位置进行接地，防止静电集聚等。

在管理智能化方面，针对燃料电池发电系统的运行状态，船用燃料电池运行数据可自动上传至数据中心，同时可进行远程故障诊断和健康状况分析，能够比较灵活和及时的制定更合理的保养维护方案。

船用燃料电池市场化破局仍需努力

当前国内氢能船舶主要应用案例是沿海和内河领域的游船，包括观光船、公务船等。从“面世”的氢能船舶来看，目前在国内，中国船舶712所、国氢科技、氢蓝时代、未势能源等燃料电池企业已掌握了船用燃料电池系统设计、开发等多项技术。然而这些氢能船舶多为示范性质，对船用燃料电池的需求还未起量。

尽管氢能船舶未来市场需求巨大，各地也在积极出台相应政策鼓励氢能船泊发展，这对产业或企业而言极具发展动力。但是当下受限于基础设施配套和动力系统成本等问题，船用燃料电池的市场化困点仍未解决。

目前船舶专用岸基氢气加注站或者加注趸船尚不具备形成行业生态的能力，而且船用燃料电池各个部件成本相对柴油动力来说仍然偏高。从氢能船舶全寿命使用周期来看，现有燃料电池需要在全寿命周期内更换一到两次，增加了船舶运营成本和困难，从船东角度来看这是不利的。

陈平认为，随着国内氢能船舶示范案例的增多，船舶专用的氢气加注站也会随之逐渐完善。此外，国内燃料电池各个部件的本土化率越来越高，燃料电池系统涉及的上下游相关技术已取得显著突破，成本较5年前大幅降低，并且还有进一步下降的趋势。当前燃料电池企业要与船舶领域企业开展密切合作，在船用燃料电池研发、运营等多方面不断进行优化，在氢能船舶进入产业成熟期之前，把船用燃料电池做得更好。

一位业内资深人士表示，氢能船舶在重载、远途等方面优势更加明显，国内氢能船舶未来一定会走向远洋深海。这就需要大功率船用燃料电池和高密度储氢方式(包括液氢、甲醇、液氨等)共同发展。只有燃料电池成本和储氢用氢在经济上有了优势，船用燃料电池的商业化才会大规模铺开。