對(duì)于大多數(shù)人來說，挪威因其鼓舞人政治體系和風(fēng)景如畫的峽灣而聞名，但事實(shí)上，挪威正大力推進(jìn)可持續(xù)航運(yùn)研發(fā)，以期成為全球海事領(lǐng)域領(lǐng)導(dǎo)者。挪威不久前承諾，到2026年消除海灣地區(qū)的航運(yùn)排放。

為此，瑞士技術(shù)巨頭ABB正與歐洲最大的獨(dú)立研究機(jī)構(gòu)之一SINTEF展開合作，測(cè)試氫燃料電池作為船舶推進(jìn)能源的可行性。

ABB和SINTEF的合作項(xiàng)目于2018年11月啟動(dòng)，當(dāng)前仍處于初期階段，但合作雙方對(duì)合作前景充滿期待，預(yù)計(jì)世界上第一艘氫動(dòng)力渡輪將于2021年在挪威西海岸開始運(yùn)營(yíng)。

從無到有的研發(fā)研發(fā)探索

現(xiàn)階段，SINTEF挪威特隆赫姆實(shí)驗(yàn)室的研究人員，正在嘗試擴(kuò)大和優(yōu)化燃料電池和電池組合，為氫能技術(shù)未來的海上應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

“必須要接受的現(xiàn)實(shí)是，當(dāng)前船舶用氫燃料電池的安裝規(guī)模非常小，僅約100千瓦，關(guān)于燃料電池的海上應(yīng)用性能，沒有任何有效的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)能提供參考。”

SINTEF海事能源系統(tǒng)研究經(jīng)理AndersValland表示：“目前氫燃料電池可見的潛力是，在純電池續(xù)航不足的情況下，可作為距離擴(kuò)展器。這適用于低速或短距離航行的較小船只。”

因此研究部門的關(guān)鍵目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)氫燃料電池技術(shù)在大型、兆瓦級(jí)系統(tǒng)以及海事部門中的運(yùn)用。

ABBMarine&Ports全球儲(chǔ)能和燃料電池產(chǎn)品經(jīng)理JosteinBogen補(bǔ)充:“另一個(gè)研發(fā)的關(guān)鍵目標(biāo)是，如何優(yōu)化燃料電池堆的效率、可靠性和壽命，以及加強(qiáng)對(duì)燃料電池裝置、能量?jī)?chǔ)存的掌控。”

現(xiàn)有的研發(fā)方式是，通過建模和模擬，使用實(shí)驗(yàn)室以及可執(zhí)行X-in-the-loop測(cè)試的模擬器，在引入實(shí)際系統(tǒng)之前，探索不同的船舶應(yīng)用情景及對(duì)應(yīng)能量系統(tǒng)配置情況。

目前，研發(fā)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)建造了一所全新的燃料電池實(shí)驗(yàn)室，用于客船大型氫動(dòng)力解決方案研發(fā)，作為船上現(xiàn)有推進(jìn)系統(tǒng)的附加裝置，協(xié)助海上混合能源系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的研發(fā)工作。

無法回避的4大技術(shù)障礙

由于全球海事用燃料電池技術(shù)、研發(fā)、推廣經(jīng)驗(yàn)都十分有限，ABB和SINTEF的研發(fā)合作也承受著來自安全、系統(tǒng)平衡、能耗平衡、基礎(chǔ)設(shè)施缺失等方面的眾多技術(shù)考驗(yàn)。

首當(dāng)其沖的是燃料電池堆棧的大小、以及相對(duì)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)平衡問題。根據(jù)Valland的說法，對(duì)于擁有多個(gè)燃料電池的系統(tǒng)來說，保持燃料電池的平衡將尤為重要。

與此同時(shí)，“必須妥善地解決安全問題。”Valland表示：“有幾個(gè)倡議正在研究這一問題，這可能最引起國(guó)際海事組織（IMO）IGF規(guī)則的更新，包括船用氫氣規(guī)則。”

此外，盡管環(huán)境的影響非常小，但船用氫能的能耗量非常大。“氫氣每千克能量含量非常高，但其密度特性意味著即使是最稠密的液體形式，每立方米氫也只能獲得80千克燃料。”Valland表示：“從能源的角度看，這意味著氫氣的能量比當(dāng)前所知的任何燃料都要少。”

基礎(chǔ)設(shè)施和價(jià)值鏈的缺失同樣對(duì)船用燃料電池的開發(fā)造成阻礙，甚至影響ABB和SINTEF的研發(fā)合作項(xiàng)目進(jìn)展。

Bogen直言，當(dāng)前海上燃料電池的運(yùn)用局限性在于擴(kuò)大氫氣供應(yīng)鏈，包括對(duì)大型液化氫（LH2）運(yùn)輸解決方案、氫氣大規(guī)模車載存儲(chǔ)技術(shù)的研發(fā)不足。

具有巨大潛力的“邊緣概念”

盡管如此，船用燃料電池技術(shù)正在獲得越來越大的關(guān)注。

Bogen表示：“盡管存在現(xiàn)實(shí)困難，但海洋產(chǎn)業(yè)的氫能應(yīng)用前景仍十分誘人，大量客戶正在尋求減少排放的解決方案。在這個(gè)項(xiàng)目中，重要的是與不同的船主合作，以便于測(cè)試各種船舶操作，并嘗試不同的發(fā)電廠配置和控制策略。”

當(dāng)然，挪威政府也對(duì)船用燃料電池項(xiàng)目開發(fā)給予了大力支持，包括政策的傾斜以及公共撥款。

但由于安全、基礎(chǔ)設(shè)施、可用性和成本的問題仍懸而未決，航運(yùn)業(yè)的整體回應(yīng)顯得冷靜，這讓國(guó)際范圍內(nèi)，氫能在海事領(lǐng)域的開發(fā)應(yīng)用呈現(xiàn)出微妙的“邊緣概念”。

在實(shí)現(xiàn)可持續(xù)運(yùn)輸看起來仍漫長(zhǎng)和困難的情況下，特隆赫姆的研究人員計(jì)劃將開發(fā)重點(diǎn)放在燃料電池壽命，以及未來2-3年的控制系統(tǒng)優(yōu)化上。研究人員、政府和行業(yè)的合作也將被進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)。

盡管看起來困難重重，但Valland仍表示：“一旦未來某個(gè)時(shí)間開發(fā)出豐富的零排放能源，氫氣可能會(huì)成為重要的能源載體，對(duì)海運(yùn)業(yè)產(chǎn)生更大的影響。”