■ 郭宇
中国船舶工业行业协会近日提出，船舶能效、替代燃料及船舶动力形式等三大领域的技术变革是当前全球海事工业重要的创新高地。面对2050年海运碳中和要求，替代燃料和新动力形式的应用，已经成为未来三十年海事工业急迫的任务。
电池商用化应用仍处初级阶段
过去很长一段时期，燃料电池技术一直处于缓慢发展中，多数成果处于技术验证阶段。近十年来，燃料电池技术的突破并在汽车工业的快速应用，吸引了更多投资，推动了其商业化进程，技术转化节奏明显加快。
从船用燃料电池专利方面看，据中国船协知识产权分会统计，截至2022年4月，全球船用燃料电池相关专利申请量累计达3409件、专利授权1786件。其中1999-2008年是船舶燃料电池专利申请的高峰期。2010年以来，船用燃料电池专利申请量呈现下滑趋势。
这一方面说明船用燃料电池的商业化应用依然处于发展初期，另一方面也说明，经过前期大规模研发尝试之后，船用燃料电池技术路线逐渐聚焦，研发活动也逐渐集中在少数头部科技企业。
考虑到船用燃料电池技术的进一步发展和外部环境的利好，以及近期车用燃料电池风口的到来，船用燃料电池有可能掀起新一轮研发热潮。
技术迭代推动商业化发展
长期以来，阻碍燃料电池在船舶上应用的主要因素是燃料电池系统占用体积大、使用寿命短、燃料获取难度大、投资成本高等问题。
然而，随着近些年燃料电池技术的发展和燃料电池产业发展环境的巨大变化，船用燃料电池的商业化逐步成为可能。未来，随着燃料电池功率密度的进一步提升以及系统集成技术的应用，船用燃料电池及其燃料系统的体积有望进一步快速下降。
目前国内汽车PEMFC（即质子交换膜燃料电池）寿命约5000小时，新研究成果已经提升至20000小时。船舶运行不会出现频繁的负载变化，电池系统能够得到较好维护，寿命也较长。欧洲已经开展的船用PEMFC项目中，电池寿命长达到35000小时（4年）。
美国公司推出的SOFC（即固体氧化物燃料电池）产品寿命已经超过5年，部分固定式SOFC持续运行了90000小时（10年）以上。
目前一些国家从能源战略角度出发，加快更高寿命燃料电池的研发。日本提出了将PEMFC寿命延长至15年的研发目标，我国科技部门也在展开高效率、长寿命燃料电池关键技术的科技攻关。
在各国积极推动氢能产业链建设和氢燃料电池研发应用推广，特别是随着航运业温室气体减排战略的深入推进，全球正在加快建设LNG、甲醇、氨/氢等替代燃料供应链，基本扫清了长期制约船用燃料电池发展的富氢燃料供应障碍。
过去10年，车用燃料电池价格下降了60%。随着燃料电池汽车产业规模的不断增长，特别是中国企业的大规模进入，业内普遍预计，未来5年PEMFC价格有望进一步下降70%左右。SOFC主要应用于分布式发电，目前商业化项目不断增多，SOFC价格也有望继续下跌。
主要造船国正在加快布局
燃料电池的众多优点吸引了欧美及日韩海事界的极大关注和不断探索。尤其是2018年以来，燃料电池凭借其极高的能量转换效率和燃料类型的巨大灵活性，成为企业开展低碳/零碳船舶研发的重要方向。
2000年以来，在欧盟、德国、美国等相关科研项目的持续支持下，欧美相关机构和企业开展的燃料电池实船应用案例超过30项。应用方式包括作为船舶的辅助发电单元、辅助推进和主推进等多个方面，积累了大量工程试验数据，形成了可观的燃料电池船舶设计和系统集成成果。
日本企业长期深耕燃料电池领域，尤其是在车用质子交换膜燃料电池技术方面处于世界领先地位，固体氧化物燃料电池在家庭热电联产领域也形成了较大的市场规模，但在燃料电池船舶方面发展相对缓慢。2018年以来，日本政府和企业开始加快燃料电池船舶的研发。2019年日本洋马使用丰田燃料电池汽车的组件，在试验船上开发和测试船用氢燃料电池系统。
2020年，日本邮船、东芝能源系统公司、川崎重工、ClassNK和ENEOS宣布合作开发氢燃料电池船舶。2021年，该项目获得日本新能源和工业技术发展组织（NEDO）管理的日本政府绿色创新基金的支持。项目计划于2023年建造一艘150吨级试验船，重点验证大功率船舶燃料电池系统的实现与操作技术、燃料电池与蓄电池相结合的能源管理系统（EMS）等工程技术问题。
2018年以来，韩国三大造船企业不约而同开展了固体氧化物燃料电池替代内燃机的船舶研发项目。三星重工选择与BloomEnergy合作，先后开发了固体氧化物燃料电池替代发电机的阿芙拉型原油船。现代重工和大宇造船海洋则选择与斗山燃料电池公司及英国CeresPower合作，开发了固体氧化物燃料电池替代发电机。
中国船企相关研发亟待加强
目前，我国已经掀起了PEMFC研发热潮，目标市场仍主要集中在汽车领域，整体技术水平与国外企业存在一定差距；SOFC目前研究尚处于起步阶段。
我国燃料电池动力船舶的研发进度相较欧美也存在明显落后的情况。目前仅中国船舶集团712所推出了500kW级船用PEM燃料电池系统，全行业在燃料电池动力船舶方面的研发工作亟待加强。
协会认为，急需推出持续性的支持措施。交通部海事局已经发布了《氢燃料电池动力船舶技术与检验暂行规则（2022）》，中国船级社已经发布了《氢燃料电池》《氢气瓶》《重整装置》三份产品检验指南，并即将发布《船舶应用燃料电池发电装置指南》，这些措施对我国燃料电池动力船舶的发展起到积极引导作用。
研究和出台相关研发支持和市场推广，为我国燃料电池动力船舶起步创造良好的环境，是加速推动燃料电池船舶技术发展和市场推广的重要保障，将有利推动中国在船舶动力领域原创技术的群体性突破，进而在新一轮国际船舶动力竞赛中取得主动权。
审核：杨靖
责编：霍悦
编辑：胡娜
【来源：中国工业报】
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