鋰電和氫電兩條技術(shù)路線在船舶應(yīng)用的起點(diǎn)差距不大,各有適用的場(chǎng)景;車用氫燃料電池產(chǎn)業(yè)化拐點(diǎn)臨近,技術(shù)擴(kuò)散正在加速;環(huán)保法規(guī)日趨嚴(yán)厲,船舶排放污染治理迫在眉睫。這三個(gè)因素疊加后將大概率加速氫燃料電池上船和電動(dòng)船示范應(yīng)用的時(shí)間表,進(jìn)而縮短產(chǎn)業(yè)化落地時(shí)間,有望在5-8年內(nèi)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
氫電和鋰電誰更勝一籌
在充電時(shí)間、污染程度、充電范圍、充電站成本、電池成本等方面各有優(yōu)勢(shì)。
例如,氫燃料動(dòng)力電池只要幾分鐘就可以補(bǔ)充燃料,而鋰離子電池一般要一個(gè)多小時(shí)就可以使用一次超級(jí)充電,比如特斯拉V3超級(jí)充電,雖然它可以充電非???,但它并不代表一般情況。更不用提氫燃料動(dòng)力電池的污染程度和范圍了。鋰離子電池一直難以突破其續(xù)航能力的瓶頸,而且還會(huì)造成污染。
但由于鋰離子電池比較成熟,它們的充電站成本、電池成本,都比氫燃料動(dòng)力電池低得多。根據(jù)一項(xiàng)研究,一個(gè)加氣站可能要5個(gè)鋰離子充電站(不包括維護(hù))。
值得重點(diǎn)分析的是氫燃料電池船與LNG動(dòng)力船有一定的相似性,都是新能源船舶、都是?;穼傩缘娜剂?,LNG動(dòng)力船在推廣過程中遇到的制造/運(yùn)營(yíng)成本高、基礎(chǔ)設(shè)施少、技術(shù)有待發(fā)展、政策法規(guī)缺位、人員培訓(xùn)不足等問題,在燃料電池船舶推廣過程中也將再次出現(xiàn)。考慮到國(guó)內(nèi)LNG船舶推廣經(jīng)驗(yàn)與氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ),基礎(chǔ)設(shè)施、技術(shù)、政策法規(guī)和安全標(biāo)準(zhǔn)仍將是燃料電池船舶示范推廣中亟待解決的難題。
氫能技術(shù)難點(diǎn)亟待突破
大功率燃料電池系統(tǒng)平衡難。萬噸級(jí)船舶的動(dòng)力需求將達(dá)到MW級(jí)別,比車用系統(tǒng)功率100KW級(jí)別需求高很多。在目前市場(chǎng)上單個(gè)電堆功率有限情況下,需要將多個(gè)電堆組成系統(tǒng)才能滿足船舶的動(dòng)力需求。這對(duì)于動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)而言并非多個(gè)低功率電堆簡(jiǎn)單疊加的線性關(guān)系,如何保持多個(gè)堆棧間的系統(tǒng)平衡十分重要。
氫氣存儲(chǔ)、加注難。以中船重工設(shè)計(jì)的燃料電池試點(diǎn)船舶為例,該船采用了35MPa高壓氫氣瓶組儲(chǔ)存氫氣,未來一段時(shí)間內(nèi)燃料電池船舶大概率還將采用高壓氫氣這種相對(duì)成熟的存儲(chǔ)方式。由于船-岸間有一定的距離,車與船的加注場(chǎng)景也有所區(qū)別,需要對(duì)車用氫氣加注技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)才能保證船用氫氣加注順利,甚至需要考慮改變船上氫氣的存儲(chǔ)方式。若采用液氫、固體儲(chǔ)氫或液體儲(chǔ)氫的方式,氫氣的存儲(chǔ)、加注的安全性將大有改善,但也需要花費(fèi)時(shí)間精力進(jìn)行技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的研發(fā)。
安全管理難。船的航道往往距離城市較遠(yuǎn),環(huán)境復(fù)雜,且遠(yuǎn)離岸邊有相當(dāng)?shù)木嚯x,一旦發(fā)生事故將難以實(shí)施救援,船上人員也難以自救,因此對(duì)船用動(dòng)力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全性要求極高。作為對(duì)比,一輛汽車的動(dòng)力系統(tǒng)發(fā)生故障尚可停在路邊等待救援,若船舶出現(xiàn)拋錨事故,在復(fù)雜的水域環(huán)境下難以預(yù)測(cè)船舶安全,若發(fā)生自燃或爆炸事故更是后果不堪設(shè)想。所以示范之前需要有一套相對(duì)成熟的船用氫氣安全管理方案。
政策法規(guī)需給氫能船“松綁”
根據(jù)LNG動(dòng)力船的經(jīng)驗(yàn),對(duì)比技術(shù)問題,管理法規(guī)才將是燃料電池船舶推廣道路上面臨的真正困難。
CCS認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)體系尚未完善。船用燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)須經(jīng)過CCS的認(rèn)證,中國(guó)船級(jí)社也在2015年發(fā)布了《燃料電池系統(tǒng)應(yīng)用指南》。但目前國(guó)內(nèi)缺乏相關(guān)實(shí)踐案例,相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也未完善,這對(duì)船用燃料電池系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和認(rèn)證造成了一定的影響。一位動(dòng)力系統(tǒng)廠商負(fù)責(zé)人告訴氫能匯,截止目前國(guó)內(nèi)還沒有通過CCS認(rèn)證的燃料電池動(dòng)力系統(tǒng),但有多個(gè)廠商正在進(jìn)行相關(guān)的工作。
相關(guān)法規(guī)對(duì)氫氣上船尚未“松綁”。由于氫氣的?;穼傩?,相關(guān)部門對(duì)氫氣上船一事十分謹(jǐn)慎,極大阻礙了氫燃料電池在船舶方面的應(yīng)用,這與內(nèi)河LNG動(dòng)力船此前遭遇類似。天然氣動(dòng)力船舶在內(nèi)河推廣已有十年,但長(zhǎng)期以來在審批制造、船閘、港口的嚴(yán)格管理極大限制了船東發(fā)展天然氣船舶的動(dòng)力。
從各企業(yè)以內(nèi)河船只啟動(dòng)試點(diǎn)也看出,目前單個(gè)燃料電池功率仍難以滿足大型船舶的動(dòng)力需求,但可以通過系統(tǒng)集成方式解決。
國(guó)外燃料電池技術(shù)要比國(guó)內(nèi)成熟,但在燃料電池船舶應(yīng)用進(jìn)度上并未明顯領(lǐng)先,僅有零零散散的試驗(yàn)案例,詳情可見《加大船用氫燃料電池技術(shù)推廣,打造全球最大電動(dòng)船市場(chǎng)》一文。值得一提的是,ABB推出了MW級(jí)別的船用燃料電池動(dòng)力系統(tǒng),在性能參數(shù)上達(dá)到了船用需求,但并未推向?qū)嵱谩?br />
需要指出的是,國(guó)內(nèi)外情況不同,完全照搬國(guó)外實(shí)踐案例經(jīng)驗(yàn)有風(fēng)險(xiǎn)。以小功率客船為例,由于國(guó)外旅游場(chǎng)所的游客密度遠(yuǎn)比國(guó)內(nèi)低,運(yùn)行頻次低,在小功率客船上使用氫動(dòng)力有一定的可行性,比如近期在法國(guó)實(shí)驗(yàn)成功的seabubbles,被稱為水上出租車,類似“水上滴滴”模式,但這種模式在國(guó)內(nèi)并不可行。
長(zhǎng)距離航行氫電有成本優(yōu)勢(shì)
場(chǎng)景為王。除了成本、安全、技術(shù)、管理的考量以外,船用場(chǎng)景下”可鋰可氫“的交叉場(chǎng)景不如車用多,所以選鋰電還是氫電更多取決于特定決場(chǎng)景的要求。例如,貨輪、漁船等在長(zhǎng)途、重載、長(zhǎng)時(shí)間工作等三個(gè)場(chǎng)景要求下,鋰電動(dòng)力船不用說三個(gè)條件,可能一個(gè)都滿足不了;而在景區(qū)小湖場(chǎng)景下,使用氫燃料電池船舶從安全、成本考慮也是不可能的事情。
在船舶領(lǐng)域,盡管場(chǎng)景為王,但我們很可能將再次面臨氫電和鋰電之爭(zhēng)。這里我們做個(gè)補(bǔ)充,對(duì)技術(shù)進(jìn)步對(duì)氫燃料電池和固態(tài)鋰電池在續(xù)航里程-成本關(guān)系的影響進(jìn)行比較分析。
在技術(shù)進(jìn)步的情況下,如上圖所示,成本和續(xù)航里程的相關(guān)性即斜率有所改變,氫電和鋰電達(dá)到成本平衡點(diǎn)也有變化;氫電和鋰電達(dá)到成本平衡點(diǎn)的續(xù)航里程有所增長(zhǎng),但在長(zhǎng)距離情況下氫電依然占據(jù)了明顯的成本優(yōu)勢(shì)。
安全性更多是技術(shù)方面、安全管理規(guī)范的問題,相信兩個(gè)技術(shù)方向都會(huì)有自已的解決方案。
原標(biāo)題:船舶電動(dòng)化加速,氫電、鋰電誰將贏在最后?