國外氫燃料動力船舶的最新發展

燃料電池是高效清潔利用氫能的最佳工具，近年來該技術在國際范圍內已經取得了重大突破。在車用領域，氫燃料電池系統歷經10余年的商業化應用，已具備較好技術基礎與投資環境。相比而言，氫燃料電池在船舶上的應用，國內外均處于研究測試階段，2003年開始，國外部分國家先后開展了大量的燃料電池動力試驗船項目，對船舶使用各類高低溫燃料電池系統作為船舶主動力和輔助動力的性能、安全和環保進行了探索，特別在發展趨勢和研究方法等方面提供了寶貴經驗。

早在上世紀70年代，加拿大Ballard公司、德國Siemens公司及HDW造船公司開始從事燃料電池在船上應用研究，目前燃料電池已應用在休閑船、小型內河渡輪和潛艇上。進入上個世紀80年代以后，德國海軍潛艇開始裝配由Siemens公司提供的質子交換膜燃料電池，并于1990年由HDW公司改造了209級1200型潛艇，研制了世界上第一型裝備氫氧燃料電池的212A型AIP潛艇。21世紀以后燃料電池在商船上的應用日益受到重視，以燃料電池作為船舶輔助動力的前景被看好。2003年10月德國的MTU公司開發出了使用加拿大Ballard公司的20kW燃料電池船舶Sailing Boat，在航速為6km/h的情況下，航程為225km。同年，美國的Anuvu公司公布了一艘以燃料電池和蓄電池作為混合動力的船舶“Sodium Borohydride Water Taxi”，儲氫裝置為液體硼氫化鈉儲氫系統。2008年，德國Zemships項目的燃料電池推進船舶Alsterwasser下水運行，是世界上第一艘投入運營的燃料電池電力推進客船，其儲氫方式為壓縮氫氣。2011年，挪威FellowSHIP項目己將MCFC燃料電池成功地安裝在北海運營的一艘海洋工程供應船Viking Lady號，這是全球第一艘通過燃料電池技術進行船上發電試驗的營運船舶。目前，在技術領域，德國、美國、挪威、日本、韓國等國家已實現船用氫燃料電池系統試點及應用，即將步入推廣應用階段。國外燃料電池動力船舶試點情況總結如下：

1.測試了多種類型的燃料電池。主要圍繞PEMFC與鋰電池共同作為主電源的““電-電混合””技術，完成了眾多燃料電池動力游船、游艇、渡輪等實船項目，對燃料電池作為主動力的性能、安全和環保進行了探索。同時驗證了SOFC和MCFC這兩類高溫燃料電池在船舶上的應用，以及這類燃料電池在使用其他LNG/甲醇作為一次燃料的組合使用方式，在船用燃料電池發展趨勢和研究方法等方面提供了寶貴經驗。

2.測試了燃料電池的實用價值。國外燃料電池船舶以測試項目為主，旨在對船舶使用燃料電池的潛力進行評估，同時測試了各類燃料電池上船的可行性。例如FellowSHIP項目使用了以天然氣為燃料的320kW熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)。燃料在燃料電池內部進行重整。在100％負載下的堆效率經測量為52.1％，包括內部功耗損失在內的總燃料電池效率為44.1％，這已經是一個很高的效率，并且還可以通過進一步工程優化和熱回收系統再次得到提高。

3.燃料電池功率不高。目前實船裝機最高功率僅為320kW，單模塊功率也較低，陸上車用領域成熟產品單模塊最大功率為120kW左右，僅能基本滿足內河船用功率需求，而并聯構成兆瓦級大系統的案例較為缺乏，需開展技術攻關并進行船上試驗驗證。