燃料电池很快会用于船舶推进吗?
发布时间:2019-03-13 09:31:00
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燃料电池很快会用于船舶推进吗?


对于大多数人来说,挪威因其鼓舞人政治体系和风景如画的峡湾而闻名,但事实上,挪威正大力推进可持续航运研发,以期成为全球海事领域领导者。挪威不久前承诺,到2026年消除海湾地区的航运排放。


为此,瑞士技术巨头ABB正与欧洲最大的独立研究机构之一SINTEF展开合作,测试氢燃料电池作为船舶推进能源的可行性。

 

ABB和SINTEF的合作项目于2018年11月启动,当前仍处于初期阶段,但合作双方对合作前景充满期待,预计世界上第一艘氢动力渡轮将于2021年在挪威西海岸开始运营。

 

从无到有的研发研发探索

 

现阶段,SINTEF挪威特隆赫姆实验室的研究人员,正在尝试扩大和优化燃料电池和电池组合,为氢能技术未来的海上应用奠定基础。

 

“必须要接受的现实是,当前船舶用氢燃料电池的安装规模非常小,仅约100千瓦,关于燃料电池的海上应用性能,没有任何有效的实际经验数据能提供参考。”

 

SINTEF海事能源系统研究经理Anders Valland表示:“目前氢燃料电池可见的潜力是,在纯电池续航不足的情况下,可作为距离扩展器。这适用于低速或短距离航行的较小船只。”

 

因此研究部门的关键目标是实现氢燃料电池技术在大型、兆瓦级系统以及海事部门中的运用。

 

ABB Marine & Ports全球储能和燃料电池产品经理Jostein Bogen补充:“另一个研发的关键目标是,如何优化燃料电池堆的效率、可靠性和寿命,以及加强对燃料电池装置、能量储存的掌控。”

 

现有的研发方式是,通过建模和模拟,使用实验室以及可执行X-in-the-loop测试的模拟器,在引入实际系统之前,探索不同的船舶应用情景及对应能量系统配置情况。

 

目前,研发团队已经建造了一所全新的燃料电池实验室,用于客船大型氢动力解决方案研发,作为船上现有推进系统的附加装置,协助海上混合能源系统实验室的研发工作。


无法回避的4大技术障碍

 

由于全球海事用燃料电池技术、研发、推广经验都十分有限,ABB和SINTEF的研发合作也承受着来自安全、系统平衡、能耗平衡、基础设施缺失等方面的众多技术考验。

 

首当其冲的是燃料电池堆栈的大小、以及相对简单的系统平衡问题。根据Valland的说法,对于拥有多个燃料电池的系统来说,保持燃料电池的平衡将尤为重要。

 

与此同时,“必须妥善地解决安全问题。”Valland表示:“有几个倡议正在研究这一问题,这可能最引起国际海事组织(IMO)IGF规则的更新,包括船用氢气规则。”

 

此外,尽管环境的影响非常小,但船用氢能的能耗量非常大。“氢气每千克能量含量非常高,但其密度特性意味着即使是最稠密的液体形式,每立方米氢也只能获得80千克燃料。”Valland表示:“从能源的角度看,这意味着氢气的能量比当前所知的任何燃料都要少。”

 

基础设施和价值链的缺失同样对船用燃料电池的开发造成阻碍,甚至影响ABB和SINTEF的研发合作项目进展。


Bogen直言,当前海上燃料电池的运用局限性在于扩大氢气供应链,包括对大型液化氢(LH2)运输解决方案、氢气大规模车载存储技术的研发不足。


具有巨大潜力的“边缘概念”

 

尽管如此,船用燃料电池技术正在获得越来越大的关注。

 

Bogen表示:“尽管存在现实困难,但海洋产业的氢能应用前景仍十分诱人,大量客户正在寻求减少排放的解决方案。在这个项目中,重要的是与不同的船主合作,以便于测试各种船舶操作,并尝试不同的发电厂配置和控制策略。”

 

当然,挪威政府也对船用燃料电池项目开发给予了大力支持,包括政策的倾斜以及公共拨款。

 

但由于安全、基础设施、可用性和成本的问题仍悬而未决,航运业的整体回应显得冷静,这让国际范围内,氢能在海事领域的开发应用呈现出微妙的“边缘概念”。

 

在实现可持续运输看起来仍漫长和困难的情况下,特隆赫姆的研究人员计划将开发重点放在燃料电池寿命,以及未来2-3年的控制系统优化上。研究人员、政府和行业的合作也将被进一步强调。

 

尽管看起来困难重重,但Valland仍表示:“一旦未来某个时间开发出丰富的零排放能源,氢气可能会成为重要的能源载体,对海运业产生更大的影响。”


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