氢能:规避航运业亟待解决的排放问题
2020-03-20 19:30 | 配套动态
作为温哥华巴拉德动力系统公司的一名安全专家,George Skinner 认为,问题不是氢气如何成为船用燃料。氢气本来就是一种船用燃料。
“作为军方的顾问,巴拉德公司研究船用氢气作为燃料的历史非常久远,” Skinner说。“早在1993年,加拿大海军就在其潜艇上使用了燃料电池。”换句话说,这似乎破除了氢气“高风险”的谣言——你肯定不会在数百米深的海下潜艇里使用任何危险燃料。
氢能规避了航运业亟待解决的排放问题。
随着大型邮轮和渡轮公司推出的一些项目,船用氢气的焦点在2000年左右逐步转向商业化。“除了作为燃料,氢气作为碳排放的中性替代方案也极具意义。它基本规避了船舶业亟待解决的碳排放问题,”Skinner总结道。
“一旦采用氢气,就灵活多了。无论通过何种方式生产,太阳能、天然气、水电还是风电,氢气都是绝佳的载体。”他说,丹麦就是一个范例,他们从风中获得周期性的盈余电力,然后转化为氢气供后续使用。
尺寸很关键
“对于燃料电池来说,越大越好,”Skinner说。“相比化石燃料,氢气占据空间更大,但更轻,还能压缩至超高的压力。基本上只要将液态氢保存在巨型储罐中就可以了。储罐很重,因此不适合小型设备。氢气解决方案可能在航运方面更具实用性,因为后者可以搭载隔热更好的储罐。”
燃料电池寿命很长,且维护保养需求低。
挪威船级社于2018年1月公布了船载氢气的首批规则。这些规则借鉴了其它一些使用氢气历史较长的行业规范和标准。“这些基本原则对于液化天然气等低燃点燃料都是相同的。我们既然已经知道如何处理液化气,那么技术壁垒也就不复存在了。现在真正的挑战在于如何推进基础设施建设。”
Skinner报告说近几个月来内陆航道运营商对氢气的兴趣日益浓厚,不过渡轮和邮轮行业仍然是领跑者。“对于邮轮行业而言,它兼具环境、监管和市场等各方面的优势。他们目光长远,更倾向于采纳氢气而非寄希望于石化燃料的未来。我们相信,邮轮业将会先去寻求一种混合方案,当停泊在港口和受保护的峡湾内时使用燃料电池为船上的舱房供电,最终可能会利用氢气为整艘船舶提供动力,包括推进。”
Skinner指出了将氢气作为船用燃料的诸多潜在优势。“全电驱动装置已经非常普遍,因此可以轻松更换电站。最终船舶对柴油的需求将大大减少甚至消失。氢气系统还能赋予船舶更多的布局自由。而且氢动力燃料电池产生的水能够用于其它船上用途。”
大同小异
凭借数十年的经验,Skinner可以向公众保证,氢气并不一定比其他燃料更加危险或更加安全,它们只是不同的燃料而已。“其他因素也要考虑。氢气具有较低的爆炸能量,燃烧更快,温度更低,并且其热量可以直接耗散。它非常容易点燃,因此防止泄漏、安装足够的检测系统、以及始终保持足够的通风条件非常重要。船舶国际安全规则中对于天然气或其他低燃点燃料的使用已经做出了详细的规定,这足以解决氢气的问题了。并且挪威船级社正在研究更先进的管道系统。新的规范和标准也正在制定过程中。”
“最终目标是建立具有失效保护的燃料电池电站。我们在陆上已经实现了此目标,所以它当然也能够在海上实现。燃料电池寿命长,维护成本相对较低。只需打开开关,让它们正常运转,就可以了。”Skinner坚持认为氢气的主要问题与过去的误解有关,例如“兴登堡”号飞艇爆炸案,以及和氢弹的负面联系。“事实上,氢弹是一种核反应,所以这完全是一种误会。氢气在工业、航空航天和各种交通方式中几乎无处不在。”
他指出,美国宇航局来在使用氢气作为火箭燃料方面积累了数十年的经验,文件显示,维京邮轮公司已经与美国宇航局讨论如何加载燃料。巴拉德动力还针对液氢建立了自己的燃料电池实验室。“我们已经持续20年保证每周两次的交货频率。从岸上运到船上也是一样的。毕竟,”他笑着说道,“这只是火箭科学而已。”
2018年, ABB和巴拉德动力系统公司最近签署了关于研发下一代船用燃料电池系统的谅解备忘录。新的燃料电池动力系统将采用联合设计、开发和验证的方式,并有望推进跨行业的可持续海洋电气化运输解决方案,帮助船东满足日益增长的清洁运营需求。
ABB将与波拉德一起,优化现有的千瓦级燃料电池技术,以创建适用于为大型船舶提供动力的开创性的兆瓦级解决方案。该新系统的发电能力为3MW(4000 HP),将安装在单个模块中,其尺寸不会比使用化石燃料的传统船用发动机大。
一旦选择了氢能,就更灵活了。
Skinner认为船用氢气燃料拥有激动人心的机会。“船舶业的巨大体量将吸引能源公司参与其中,这将解决基础设施难题。一旦船舶港口采用氢气,它就可以为卡车及其他装置和人员提供燃料。船用氢气的投入使用将成为开启氢经济的关键催化剂。”
揭开氢气的神秘面纱
• 氢是人类已知的最轻的元素。它无味、无臭、无毒。
• 氢气能够快速耗散在空气中,迅速降至可燃性水平以下。
• 与其他普通燃料相比,同样体积的氢气“爆炸力”相对较小。
• 超快的燃烧速率意味着人员、设备或设施暴露于高温或火焰的时间将非常短暂。
• 氢气燃烧时,附近物体的辐射热量极低。
• 氢气具有较高的自燃阈值,但点燃氢气所需的火花能量远远低于其他燃料,因此粘附和接地至关重要。