国际海事组织(IMO)公布的数据显示，船舶行业每年的碳排放量约为10.76亿吨，占世界二氧化碳排放总量的2.89%，并呈继续增加的趋势。在IMO 2020限硫令和“双碳”目标背景下，船舶行业绿色转型迫在眉睫。氢燃料被业界看作是“零碳排放”的高清洁能源，其在这一场脱碳的革命中将起到重要作用，因此氢能船舶也成为了船舶业实现绿色转型的重要选择。

国际国内氢能发展前景及现状

氢能作为一种绿色、高效的二次能源，具有来源广泛、燃烧热值高、清洁无污染、利用形式多种多样等特点。面对能源安全、环境保护等压力,氢能有望在能源转型过程中扮演重要角色。根据制氢过程中碳排放的不同，行业内一般将氢能分为灰氢、蓝氢及绿氢。其中：灰氢指使用煤、天然气等化石燃料制取的氢气，并对释放的二氧化碳不做任何处理；蓝氢指使用化石燃料制取氢气，同时对释放的二氧化碳进行捕集和封存；绿氢指使用可再生能源发电电解或光解制取的氢气。

目前，化石能源制氢仍是全球包括中国在内的主流制氢方式。据统计，我国是世界上最大的制氢国，年制氢产量约3300万吨。由于中国丰富的煤炭资源特点，煤制氢是最首要的制氢来源，不同于全球范围内18%左右的比重，煤制氢在国内占比可达六成以上，其次为工业副产氢、天然气制氢、电解水制氢。

近年来，伴随着国内能源结构的绿色低碳转型，以及氢能产业的持续发展，电解水制氢迎来曙光，相关电解制氢项目数量和规模增长迅速。一方面，可再生能源发电制氢可实现全周期内的零碳排放，实现真正的绿氢生产；另一方面，随着风电、光电等成本下降以及平价上网，制氢成本也将持续下降。此外，我国可再生能源装机量全球第一，在清洁低碳的氢能供给上具有巨大潜力。未来，随着碳中和驱动下清洁能源项目与技术的投入力度加大，低碳氢的经济性与规模性也有望取得突破性进展，可再生能源电解制氢将逐步取代化石能源和工业副产制氢。

氢能船舶应用有哪些

氢作为能源主要以两种型式的动力装置应用于船舶：一是应用于传统内燃机，包括纯氢内燃机或与氨/甲醇等燃料一起使用的混烧型内燃机；二是应用于新型动力装置--燃料电池。

使用氢内燃机作为船舶动力，具有对船体结构改变小、耐久性高、对氢气纯度要求低、产成本低、易产业化等优点，但其受到卡诺循环的限制，热效率相对燃料电池较低，且氢内燃机会产生氮氧化物等排放。相较之下，氢燃料电池具有能量转换效率高、振动噪音低、技术成熟度高等优势，其效率可达50%~80%，排放产物只有水，因此目前在船用领域发展较为迅速。

多年来，美国、英国、德国、韩国、日本等多个国家一直都将燃料电池作为一种船舶技术储备在不断地发展。早在二十世纪八十年代，质子交换膜燃料电池得到了一些国家海军的重视，并率先运用于潜艇和军舰。2009年，挪威海工船东Eidesvik Offshore制造的第一艘海洋工程供应船正式交付，该船以LNG为主要燃料，配备有330kW的燃料电池系统，是全球首艘安装燃料电池作为部分推进系统的商船，截止2012年，该船已连续运行26280小时，成为了世界上最环保的船舶之一。

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，国内在该领域已掌握了船用燃料电池系统设计、开发等多项技术，商业化应用潜力初显。实现船舶的氢能应用并不容易，从技术层面来讲，船舶动力需要的功率约为数百至数千千瓦，而目前的氢燃料电池单堆最多只能满足一百千瓦左右的功率。由于氢燃料电池输出特性偏软，瞬态响应较慢，不适合单独作为船舶的主推进动力，因此理想的方案还是将氢与其他能源结合使用。氢气尽管是质量能量密度最高的燃料，但是其体积能量密度非常低。柴油的质量能量密度尽管不高，但体积能量密度最高。35MPa压缩氢气的体积能量密度仅为柴油体积能量密度的10%左右。故而，当燃料电池取代柴油机供给动力时，存储氢气所需的高压气瓶的体积远高于目前存储柴油所需的燃油舱。

另外，氢气密度小，易泄露，还具有易燃易爆的特性，所以当氢气作为燃料电池的燃料时对船舶燃料舱的体积和安全性提出了更高的要求。2022年3月，中国海事局印发了《氢燃料电池动力船舶技术与检验暂行规则(2022)》，中国船级社发布了《氢燃料电池》、《氢气瓶》、《重整装置》等3份涉及船用氢燃料电池系统的产品检验指南，2022年7月，中国船级社(CCS)《船舶应用燃料电池发电装置指南》(2022)也正式生效，这扫清了大量氢能船发展的技术标准障碍，有望大幅缩短产业化落地及氢能船舶规模化示范应用的时间。

氢能船舶应用前景

在“双碳”背景下，2022年交通运输领域去碳化工作进一步深入，明确提出推进海运业绿色智慧转型，加强氢能等新能源在船舶动力领域的应用。国内燃料电池行业龙头企业也纷纷积极推动氢能船舶系统开发应用，引导“氢能上船”发展。氢燃料电池船舶技术经过多年示范，实验结果逐渐得到验证，进入项目商业化探索阶段；此外，全球20多个国家制定氢能产业发展战略，随着氢能汽车数量增多，政府和社会对氢能船舶的认知和接受度逐步提升。国内相继出台多项政策，从技术研发、落地推广等角度推动氢燃料电池船舶的发展。

2022年，搭载中国船舶集团第七一二所氢能源动力系统的“三峡氢舟1号”正式开工，标志着我国首艘入级CCS氢燃料电池动力工作船正式转入建造阶段。该船总长49.9m，船宽10.4m，最大航速28km/h，采用500kw级氢燃料电堆，经济航速下最高续航里程可达200km。这一示范应用的开展只是船舶领域电动化的一个缩影，近年来，无论是纯电动船舶还是氢能船舶，都开始从图纸走向码头，在实践中探讨其在技术、经济上的可行性。纯电动船仍存在充电速度、续航、寿命、成本这四大硬伤，但只要锂电池充电技术、电池容量密度两者之中只要有一个取得重大突破，就可以解决纯电动船续航焦虑和电池更换成本的问题。燃料电池船舶从理论上没有上述问题，但需要时间、市场和模式的培育。近年来，燃料电池技术已取得显著突破，成本较5年前大幅降低。虽然锂电池和燃料电池在技术上有一定的相似性，但其适用的场景并不相同，尤其在船舶中“可锂可氢”的交叉应用领域相对较少，因此氢能船舶与纯电船舶会分别占有一席之地并长期共存。相较锂电池而言，氢燃料电池船舶具有加注时间短、续航里程长、功率密度高等特点，因此在大功率、长航程等场景下，氢能船舶优势会更加明显。

总体而言，纯电和氢电两条技术路线在船舶应用的起点差距不大，各有适用的场景，氢能产业化拐点临近，技术扩散正在加速，国际产业舆论和政策发布也有利于氢能船发展。这些因素叠加后将大概率缩短氢能船示范应用的时间表，根据交通运输部水运科学研究院的数据和专家预计，2025年氢燃料电池系统改造船数量和新建氢燃料电池船舶数量分别约400艘和200艘，氢燃料电池系统市场规模将达到200亿元。据克拉克森预测，到2050年，氢燃料船舶占替代能源船舶的比例会达到40%。

未来展望

零排放的氢燃料电池技术应用于船舶是一种有效的解决方案，国内燃料电池船舶也有一定的示范经验可依，从国内推广LNG动力船舶的经验来看，政府最关心的两个问题是技术成熟度和管理成熟度，这需要在实践中进行反复的试错和迭代。按照国内产业发展经验，遵循“项目示范-小规模示范应用-大规模示范推广-商业化推广”的产业发展规律，因此找对场景、选对技术方案、积累数据和技术迭代是首要工作。中国作为造船大国、航运大国，必须跟上国际船舶电动化发展脚步，抓住船舶电动化转型发展机会，快速形成燃料电池船舶的实践项目，制定各类标准、探索产业化技术和模式，打造零碳、绿色氢能船舶大国。（陈立剑 秦傲寒）