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可再生氫驅動的燃料電池:新一代船舶主流能源

2020-03-10 10:34:37
來源:零碳航行 編輯: 國際船舶網 我有話要說

“氫燃料電池已在公共汽車、卡車、汽車、叉車甚至客運火車等領域得到應用并驗證了其優越的環保性能。鑒于氫燃料電池在重型車輛中的成功,氫燃料電池也逐漸被應用到船舶動力中。未來,氫燃料電池將在船舶溫室氣體排放方面發揮關鍵作用。”

船舶為何要實現碳的零排放?

眾所周知,海運是溫室氣體排放的重要來源之一。航運業溫室氣體排放主要是由于船舶發動機大量使用低等級重柴油而產生。近年來,為了應對全球變暖、應對空氣污染和氣候變化的壓力,各國政府采取了諸多積極措施來減少污染物和碳排放。

航行中的豪華郵輪

針對海上溫室氣體排放的相關法規已經開始在全球范圍內實施:

2018年,挪威議會頒布了一項保護世界遺產峽灣的決議:規定在2026年前停止海灣內游輪和渡輪的所有碳排放。

阿拉斯加州的可見排放物標準:海岸線三英里內所有船舶禁止排放可見污染物。

國際海事組織(IMO)已采取強制性措施來減少溫室氣體的排放,在本世紀末實現零排放。到2050年,國際航運業產生的溫室氣體總排放量減少到2008年水平的50%。

歐洲海上安全組織(EMSA)計劃到 2050年將歐盟海上運輸的二氧化碳排放量至少減少 40%(與2005年的水平相比)。北極、美洲、地中海、黑海、日本、韓國和澳大利亞等地區的排放限制措施也正在討論中。

船舶工業如何應對這些變化?

這些排放法規將對海上船舶及其運營組織產生重大影響。為了適應不同類型的船只,船舶工業需要一種真正的零排放解決方案。

可再生氫驅動的燃料電池:最切實可行的解決方案

目前船舶應用比較多的零排放解決方案多采用動力電池驅動,然而動力電池僅適用于短航程小型船舶(例如小型客運渡輪和湖泊服務船)。動力電池具有的低能量密度和大重量特點,使其在更多類型船舶中的應用受到限制。

在船舶領域,氫燃料電池是真正唯一可行的零排放解決方案。氫燃料電池可以像動力電池一樣,通過電化學反應高效地發電。兩者的區別在于,燃料電池的能量以氫燃料的形式單獨存儲,持續供電能力更強。除了續航能力強,氫燃料電池的排放物只有水蒸氣,更加清潔環保。

另外,氫燃料的產生可以利用可再生能源產生,包括太陽能、風能、水力發電和地熱能。隨著歐洲、澳大利亞和智利開始出現大規?稍偕鷼涞纳a項目,制氫成本逐年持續下降。

可再生氫的生產運輸和應用

混合動力電池/燃料電池解決方案可能會應用在首批燃料電池船舶中

從傳統能源過渡到可再生能源是一項重大任務。就船舶的氫燃料電池而言,障礙在于港口的加氫基礎設施是否完善以及氫氣的可用性。在船舶可以使用燃料電池為其供電之前,需要進一步完善氫氣生產、運輸、存儲和港口加氫基礎設施等環節。

雖然氫燃料電池應用到大型船舶主動力中還存在諸多限制,但相信在不久的將來,混合動力電池/燃料電池的解決方案很快就應用在如下場景中:

為輪渡、內河船舶等小型船舶提供推進動力

作為大型船舶(如郵輪)的輔助供電

為港口?康拇疤峁┌峨

氫燃料電池在船舶應用中的優勢

(1)模塊化氫燃料電池系統可適應多種負載需求

氫燃料電池

Ballard PEM(質子交換膜)燃料電池是模塊化的,可以并行使用,在發功率100kW到1MW范圍均可適用,為提供了船舶所需的功率和冗余度。

(2)直流電特性更適合現代直流電力推進船舶

燃料電池與動力電池相同,均為直流電源,較少了整流環節,更加高效,更加適合為船舶電力推進裝置供電。

(3)燃料電池系統具有靈活的配置

在燃料電池系統中,發電和燃料存儲是分開的,這為船舶設計者提供了比動力電池更大的靈活性?梢赃m應船舶的空間限制。分解為多個模塊,分別位于不同的位置。

燃料電池可以應用到哪些類型的船舶

(1)輪渡

渡輪

可擴展的模塊化燃料電池系統將為渡輪推進裝置提供零排放的清潔電能。燃料電池提供的大量直流電還可以滿足輔助電力需求,例如:

燈光

加熱

空調

船舶儀表

應急系統,廚房和其他系統

為了提高效率,燃料電池產生的多余熱量還可用于生活用水的加熱。如有需要,甚至可以回收燃料電池產生的水。

(2)豪華郵輪

豪華郵輪

豪華郵輪可能成為燃料電池在海上應用的第一種類船舶。目前國際上一些郵輪港口已經要求零排放運營。對于郵輪,燃料電池可以為以下場景提供清潔的電能:

酒店

應急系統

推進力的一部分。

為了使船舶行業達到本世紀的零排放目標,隨著與氣相關的基礎設施逐漸成熟,氫燃料電池將為豪華郵輪上提供100%的電力需求。

(3)內河船

拖輪

燃料電池是內河船實現零排放推進的可行解決方案,其中包括:

駁船

拖輪

巴拉德已經在法國里昂進行氫燃料電池內河船示范項目。該項目將為世界上最苛刻的河流之一羅納河上的雜貨船提供動力。

結論

為了減少空氣污染和溫室氣體排放,世界各地政府和組織都在制定更為嚴苛的船舶排放標準。船舶工業即將面臨巨大的零排放法規壓力。由可再生氫驅動的燃料電池系統是最切實可行的零排放解決方案。這項技術的實施將是減少船舶溫室氣體排放、凈化空氣、創造更宜居世界的關鍵一步。

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