“氫舟”已過萬重山！國(guó)内首艘，要(yào / yāo)上(shàng)熱搜！
2023-10-17
10月11日，
氫燃料電池動力示範船
“三峽氫舟1”号
在(zài)湖北宜昌三峽遊客中心（九碼頭）
完成首航，
這(zhè)标志着氫燃料電池技術
在(zài)内河船舶應用實現零的(de)突破。
“三峽氫舟1”号相比傳統燃油動力船舶，
預計每年可替代燃油103.16噸，
減少二氧化碳排放343.67噸。
該船由中國(guó)三峽集團所屬長江電力、
中國(guó)船舶第七一(yī / yì ／yí)二研究所、
長江三峽通航管理局、
中國(guó)船級社、武漢長江船舶設計院、
江龍船艇等單位共同研發建造，
是(shì)國(guó)内首艘
入級中國(guó)船級社氫燃料電池動力船。
“三峽氫舟1”号爲(wéi / wèi)鋼鋁複合結構，
總長49.9米、型寬10.4米、型深3.2米，
氫燃料電池額定輸出(chū)功率500千瓦，
續航裏程可達200公裏，
交付後用于(yú)三峽庫區及三峽-葛洲壩兩壩間
交通、巡查、應急等工作。
綠色氫舟過長江
近年來(lái)，國(guó)家出(chū)台《氫能産業發展中長期規劃（2021-2035年）》等系列政策，明确提出(chū)氫能是(shì)未來(lái)國(guó)家能源體系的(de)重要(yào / yāo)組成部分，是(shì)用能終端實現綠色低碳轉型的(de)重要(yào / yāo)載體，氫能産業是(shì)戰略性新興産業和(hé / huò)未來(lái)産業重點發展方向。在(zài)内河航運領域，研究清潔、高效、可持續發展的(de)新能源動力推進技術已成爲(wéi / wèi)趨勢。
在(zài)國(guó)家政策的(de)指導下，2021年，三峽集團在(zài)長江流域啓動氫能業務布局，逐步推進氫燃料電池動力船研制項目的(de)實施。
“三峽氫舟1”号是(shì)長江電力檢修廠水工檢修部專業師梁強參與建造的(de)第五艘船。在(zài)深度參與了(le／liǎo)電動船建造後，梁強成爲(wéi / wèi)了(le／liǎo)“三峽氫舟1”号研制項目的(de)成員之(zhī)一(yī / yì ／yí)。
過去的(de)幾十年，梁強是(shì)就(jiù)着柴油味兒下飯的(de)，“現在(zài)不(bù)行了(le／liǎo)，聞着就(jiù)難受”。8月初，梁強參與了(le／liǎo)“三峽氫舟1”号試航，“幾乎聽不(bù)到(dào)噪聲，行駛非常平穩，一(yī / yì ／yí)點氣味都沒有。”
如今說(shuō)起氫舟，梁強講得頭頭是(shì)道(dào)：“三峽氫舟1”号靠氫燃燒電池提供主要(yào / yāo)動力，氫燃料電池将氫氣和(hé / huò)氧氣的(de)化學能直接轉換成電能，這(zhè)個(gè)過程不(bù)通過燃燒，不(bù)存在(zài)熱能和(hé / huò)機械能的(de)轉換，發電效率更高，而(ér)且反應産物是(shì)水，不(bù)産生污染排放，所以(yǐ)它具有無污染、可再生、高效率的(de)優勢。
氫舟的(de)心髒
2022年的(de)5月，中山江龍船艇的(de)廠房内，弧光耀眼，火花飛濺，“三峽氫舟1”号底闆焊接成功，國(guó)内首艘内河氫燃料電池動力示範船正式開工建造。
怎麽建？把船舶動力系統改爲(wéi / wèi)氫燃料電池就(jiù)是(shì)氫舟了(le／liǎo)嗎？可沒那麽簡單。
氫燃料電池相當于(yú)氫舟的(de)“心髒”。
在(zài)國(guó)内，氫燃料電池已經成功應用于(yú)航天領域和(hé / huò)汽車交通領域，但在(zài)船舶交通領域，沒有經驗可循，相關技術規範、支持政策、建造标準尚不(bù)健全。“移植”心髒隻是(shì)第一(yī / yì ／yí)步，關鍵得看這(zhè)顆全新的(de)心髒如何與各個(gè)器官和(hé / huò)系統實現匹配和(hé / huò)協同，以(yǐ)達到(dào)整個(gè)身體機能發揮的(de)最大(dà)化。
這(zhè)需要(yào / yāo)大(dà)量的(de)研究論證，長江電力牽頭各單位開展了(le／liǎo)氫燃料電池動力系統在(zài)船舶上(shàng)的(de)适用性與安全布置分析，以(yǐ)及氫燃料電池與锂電池能量管理、氫燃料船舶加注操作流程、内河氫燃料電池動力船示範應用方法等一(yī / yì ／yí)系列技術研究。
“我們成了(le／liǎo)第一(yī / yì ／yí)個(gè)吃螃蟹的(de)人(rén)。”湯文軍接到(dào)“三峽氫舟1”的(de)設計任務是(shì)2021年5月，那時(shí)他(tā)剛完成電動遊輪“長江三峽1”的(de)設計，“感覺很有難度，但是(shì)又很興奮。”
湯文軍是(shì)“三峽氫舟1”主設計方武漢長江船舶設計院有限公司副總經理，在(zài)他(tā)看來(lái)，該船的(de)船型設計涉及幾個(gè)具體的(de)關鍵點，“一(yī / yì ／yí)是(shì)續航能力，氫舟采用的(de)是(shì)氫燃料電池與锂電池混合動力系統，氫燃料電池作爲(wéi / wèi)主力電源，锂電池作爲(wéi / wèi)啓動電源、變工況下的(de)削峰填谷和(hé / huò)應急電源，我們要(yào / yāo)通過多場景模拟測算，确定兩種電池功率的(de)配置，在(zài)此基礎上(shàng)确定最高航速和(hé / huò)續航裏程；二是(shì)要(yào / yāo)确定燃料電池系統、氫氣瓶間、锂電池與機電設備間等重點風險區域的(de)布局，以(yǐ)此敲定船艙各大(dà)區域的(de)劃分布局；三是(shì)要(yào / yāo)實現氫燃料電池系統與其它控制系統的(de)關聯與匹配，取得智能船舶認證。”
“這(zhè)個(gè)過程涉及多番試驗、論證和(hé / huò)溝通。”在(zài)船體的(de)設計和(hé / huò)建造中，長江電力檢修廠承擔了(le／liǎo)大(dà)量建造協調工作，由于(yú)施工正值新冠疫情，建造團隊依靠線上(shàng)開展日常溝通，船舶潛水分部主任許家銘最忙的(de)時(shí)間是(shì)下午5點半以(yǐ)後，趁着設計方、船廠和(hé / huò)供貨商在(zài)晚餐時(shí)間有空，他(tā)逐個(gè)“煲電話粥”協調解決問題。
“氫燃料電池具有能量轉化率高、能量密度高、振動噪聲低和(hé / huò)零碳排放等優勢，但在(zài)船舶領域大(dà)規模應用還要(yào / yāo)解決安全運行、氫氣存儲和(hé / huò)加注等諸多問題。”中船712所王振說(shuō)，“‘三峽氫舟1’的(de)建成運行具有裏程碑意義，實現了(le／liǎo)氫燃料電池技術在(zài)船舶應用從0到(dào)1的(de)跨越，爲(wéi / wèi)氫燃料電池動力船在(zài)國(guó)内的(de)大(dà)規模商業應用提供了(le／liǎo)實船示範。”
氫從哪裏來(lái)
氫舟有了(le／liǎo)，氫氣從哪裏來(lái)呢？
2021年，根據國(guó)家相關政策和(hé / huò)三峽集團戰略部署，當年6月，長江電力啓動“中國(guó)三峽綠電綠氫示範站”項目建設，爲(wéi / wèi)内河氫燃料電池動力船提供加氫服務。
“它是(shì)國(guó)内首個(gè)内河碼頭型制氫加氫一(yī / yì ／yí)體站，可以(yǐ)一(yī / yì ／yí)站式完成氫能的(de)制備和(hé / huò)加注。”長江電力科學技術研究中心關蘇敏介紹，“示範站位于(yú)三峽工程下遊楊家灣碼頭，利用三峽電站發出(chū)的(de)綠電進行電解水制氫，再将制得的(de)氫氣經過壓縮、儲存、加注等環節，直接供給氫能源船舶，實現自給自足，提高供氫效率。”
然而(ér)，給船加氫可沒那麽容易。
關蘇敏拿汽車加油舉例，汽油是(shì)液态儲存，便于(yú)管控，氫是(shì)以(yǐ)高壓氣體形式儲存，危險源管控難度更大(dà)；而(ér)與氫能源車加氫相比，陸地(dì / de)上(shàng)的(de)車加氫主要(yào / yāo)采用加氫槍，加注時(shí)間一(yī / yì ／yí)般不(bù)超過10分鍾，但船舶加氫具有加注量大(dà)、持續時(shí)間長的(de)特點，因此，加注設備不(bù)宜采用陸用加氫槍，應采用更加可靠的(de)加注連接方式，并考慮船岸之(zhī)間的(de)緊急切斷的(de)聯動功能。
“由于(yú)船在(zài)泊岸狀态會有晃動，加氫機與船舶充氫口的(de)距離不(bù)可能完全固定，水平距離一(yī / yì ／yí)般爲(wéi / wèi)5米，而(ér)垂直距離受季節性水位落差和(hé / huò)強風影響，會存在(zài)5到(dào)11米的(de)偏差。”關蘇敏說(shuō)。
也(yě)就(jiù)是(shì)意味着，要(yào / yāo)在(zài)确保安全的(de)前提下，更加精準、快速地(dì / de)給船舶充氫。通過多種技術方案比選，項目組最終采用了(le／liǎo)“折疊機械臂牽引高壓軟管”的(de)加氫方式，每小時(shí)可加氫240公斤，滿足氫燃料電池船舶續航200公裏。
“制氫加氫示範站是(shì)‘三峽氫舟1’的(de)配套設施，也(yě)是(shì)推動氫能源技術在(zài)内河船舶安全應用的(de)先決條件。”長江電力科學技術研究中心主任研究員葉青平說(shuō)，目前，示範站具備大(dà)量、快速充氫的(de)能力，也(yě)實現了(le／liǎo)制加氫一(yī / yì ／yí)體化控制，它的(de)建成對于(yú)打通“制氫、加氫、儲氫、用氫”全産業鏈條，推動長江大(dà)保護和(hé / huò)踐行“雙碳”戰略具有重要(yào / yāo)意義。
2023年8月19日，随着第一(yī / yì ／yí)縷晨光灑落長江水面，“中國(guó)三峽綠電綠氫示範站”爲(wéi / wèi)“三峽氫舟1”号注入第一(yī / yì ／yí)方氫能。
江水湯湯，山色蒼蒼，這(zhè)座“綠色糧倉”在(zài)金色大(dà)壩的(de)映照下靜靜等候，不(bù)久的(de)将來(lái)，會有更多的(de)氫舟在(zài)它的(de)補給下“氫”裝跨越萬重山……