王黎明：船用燃料电池系统开发与应用实践

10月30-31日，2024汽车技术与装备发展论坛在苏州召开，政府领导，院士专家，装备、汽车及产业链企业高层齐聚，围绕“共筑汽车产业新质生产力”年度主题，聚焦新技术、新装备、新生态展开深入研讨，探索装备制造与汽车产业的融合发展路径。论坛由1场闭门会、1场开幕大会、2场特色活动和4场分论坛构成，搭建起国内首个聚焦“汽车技术与装备发展”领域的高端对接平台。其中，在2024汽车技术与装备发展论坛之氢燃料电池技术研究及测试装备论坛上，宁波绿动氢能科技研究院有限公司应用总体开发室王黎明发表了演讲。以下内容为现场发言实录:

感谢组委会给予的机会，也十分荣幸，能够借这个平台与在座的各位行业精英进行一个交流。我讲的内容分成四部分。第一部分我先讲一下，就是国氢科技，宁波研究院是国氢科技子公司。国氢科技是国家电头集团二级子公司，专做氢能的，国际电投是我国五大发电集团之一，主要特点是清洁能源占比比较高，达到70%以上，其中光伏的装机量现在是世界第一。又因为它的清洁能源占比比较高，尤其是光伏，还有风电，它的一个有间隙式这么一个特点。氢能作为它的一个可以在里面综合，所以就布局了这个氢能。

在2017年的时候成立了这个国氢科技，国氢科技主要是聚焦于这个新能源的电池，还有一个是制氢设备的一个核心技术的一个自主化。主要他在这个关键材料，还有卡脖子技术这块做一个公关。

产业布局，国内主要有六部分，北京是总部，长春做PEM制氢，济南是做空冷电池，还有一个固定电源的。武汉做质子交换膜，在佛山做碳磁，宁波做双级板、电堆还有燃料电池系统。核心的这个技术和产品，主要围绕一个技术体系，相当于是一个材料体系。两大产品指的是一个燃料电池，一个是PEM制氢的，目前是上游的原材料，主要是跟国产化的，主要是跟国内的一些企业进行合作的开发的。部件级的这块，主要是自主开发的。

在应用领域目前主要在还是在这个交通领域里面做的一个应用，现在做的比较多，是物流车，还有重卡，这块主要还是依托这个智能应用一个平台。另外一个思路，我们也通过制氢搭建一个综合的能源基地，通过这个能源基地场景带动整个的示范应用，我们也做了在传播领域的一个应用。

第二部分主要讲一下在传播领氢能和传播领域这块的一个发展趋势。航运业的占世界贸易量的80%以上，碳排放大约是8.3亿吨，占全球温室气体的排放接近3%。他这么有一个趋势，就是说是他碳排放是持续上升的。

这个表是从2012年到2022年的上升的这么一个趋势。整个相当于是碳排的压力非常大。在2018年的时候，当时IM的标准是到30年的时候，这个碳排的降，要以2008年这个基准的基础上降排70%。但是现在在去年重新制定的目标的时候，他是要做到氢能排放。

减排路径分三个阶段，第一个短期是到2026年，主要做营运传播的节能减排改装，还有经济传输、优化船队的管理，在中期可以使用一些低碳或者零碳的燃料，做一些辅助增加节能装置，长期的还是要使用零碳的燃料。目前在2030年之前，现有的技术手段，基本现在用尽了。在2030年之前，如果不使用替代燃料，基本上以现在碳排目标，这些船大部分要报废掉。

国外目前可以看一下新能源船的使用量，就是LNG现在还是技术最成熟的，占比其实最大的。其他的像这个电动传播，也发展的比较快。甲醇的动力作为传播，因为也是内燃机，它的整个的也是发展比较快。氢能这一块起步比较早，但是还是处于在这个技术验证阶段的。氢能传播在国外这块是丹麦，还有德国这些实验的最早。在2010年左右的时候，在做的持续性做的比较好的是美国这个桑迪亚国家实验室。他在2015年的时候开始持续推出了四代的新增的传播这么一个技术验证，技术积累的话比较丰富。

国内整体上还是也是LNG这个传的订单比较多一点，数据是2023年的，今年的话LNG的传的订单已经翻了倍了，电动船这块也发展比较快。甲醇船，全国十艘，氢气能够船大概五艘。中国这块也是起步稍微晚一点，但是跟车用的这块协同性比较好，整个技术，还有嘉兴的工氢的这块，产业链是一样的。

在政策方面，在整个氢能产业起来的时候，在整个政策里面，当时你主要做了一些定性的一些描述。在去年开始，五部委的，还有交通部这块，也传播这块的补贴，已经开始有明确补贴定量值了，地方政策上，补贴政策，像九江、嘉兴，也是比较明确的补贴额度。

我们在做船用之前，也做了调研，在2021年做布局，主要从两个角度看，一个是降碳的潜力，内核的传播的存量比较大。然后它的这个平均载重大约在1000到2000吨，主要是使用的是这个柴油燃料，右边的那个千吨级这种货船。另外一个角度，就从难易程度，之前基本上都是游览船。如果时速比较强的话，他需要具有减排。有一个是要有这个减排需求，另外一个是这个航程，他一般要固定一点，也最好是在这个封闭水域内，这个场景比较容易实施。

所以我们也当时是其实布局两艘船，一个是钱塘江这块的一个千吨级货船，一个是九江的新能公务船，那条船做了IP认证，船因为要三四千万，然后就没有实际做。这条船是一个23米的一个公务船，这条实际做了。

这块当时调研后，船跟车这块有点补充，就是监管机构，车这块主要是工信部发征。船机社属于交通运输部下面的机构，但是是海事局给他的授权，发船的检验认证。整体船舶的检验认证标准也是之前是老的2015年老的，在2021年的时候，行业探讨去建立了，也参与了。建立了新的标准，当时也是按照这个标准来做的。

船的应用环境跟车的区别，主要是船舱是一个封闭式的环境，第二它是比较槽湿，另外一个特点就是它对安全性要求比较高，在水里面救援比较困难，主要是基于这几个特点不同，在整个验证上，有比较大的区别。我们就做了产品设计，主要还是依托与国氢科技在关键材料上，还有核心零件上的自主研发，针对船用的环境，做了一个对船用环境专门开发了一个产品。

主要有几个方面，一个是材料上，耐腐蚀的，还有耐火烧的。然后在它的电器上的一些绝缘的。另外在控制上做了优化，开发了这个产品。这是一个认证过程，在22年的时候，浙江分社和武汉联合监督下做了认证，整个试验项目参考是ISO根源上，还有一些新建立的测试目录，整体测试难度，要求间隔成都高一些，其中比较特殊的就是精细和摇摆实验，这是强化的一个每10秒钟大概50度的摇摆。

最后是整个产品开发完后，就颁发了证书，产品的特性是高性能、高可靠性、高安全性、长寿命，120千瓦。传播匹配方面，我觉得第一部分是氢的燃料电池的布置的一个舱室。我们这艘船是布置在船舱的底部，与锂电池是一个独立的舱室，这样的分割的人布置的。但是这块实际上也有一些，事件后也发现一些问题，就是船舱不是在底部，然后供给系统在顶部，它两个之间的管路其实比较长，最快的它的一些泄露的风险点也比较大。

这块的管路要使用双臂管，除了这个之外，电池的排放，要引到后面的尾排管，比较高，它的管路也比较长，增加了一些风险点。而像增压一号，还有美国的第四代那个船，他是把燃料电池系统和这个储氢系统都放在了顶部，这样的安全性会程度会高一点。但是他的船大这个船小，顶部空间比较有限。

然后是热这部分，主要是燃料电池类却，船上跟车上有点区别，船里面是水和水的冷却，它的散热能力比较强。放置在底部的话，它其实散热效果整体的这个散热管路会比较简单，也会散热效果比较好。我们做了一个冷却这三级回漏设计，一级是海水，二级也是去离子水，给这个辅助系统冷却，三级这块直接给燃料电池这块儿去冷却。

第三部分主要是电这部分，船上也比较有区别的，也是对船机的要求是一备一用的，然后左右旋是独立分开设计的。这个目前是左机和右机都有一个电机，是同时可以使用的。如果出了故障，把中间隔离开关合上，集中一侧的电力就可以给两侧的船机都可以去动了。这块也遇到了一个问题，就是两侧按道理是独立的，但是那个工信系统当时做了一套，相当于一个，整个控制网络并到一块去了，两侧通讯ID这些也要单独做，两侧通讯上共网了。

第四部分是实验，现在船舶这块加氢量大，时间也长，加氢这里是关键点，船在水上也会漂浮的摇动，所以一般要做一个固定，也要做跌地点，进行一个一个跌地的这么一个措施。跌地的线路也比较长，加氢的管路也比较长，安全性整个加氢距离大于8米。这块安全有一些问题，这条船目前是我们在做实验。在九江西海这块，目前完成了稀薄实验和试航实验，通过了九江市船舶检验区的现场检验。

展望先说一下技术方面，主要三个部分，第一个点就是电器架构，整个船里核心的，除了氢能船，除了燃料电池比较贵比较复杂，里面的电器架构实际上也比较复杂，跟原来的那些不能用了，实际上要做一些电器架构，还有控制安全，要跟电力系统做深度融合开发，这也是新的课题。

第二是替代燃料方面，甲醇和铵，实际上传播领域里已经迫在眉睫，用气氢的话，大船做不了，甲醇、铵还有液氢这方面一个应用实践，这部分也是一个难题，现在是研究重点。另外燃料电池部分，目前主要是大型化，基本上一个船上，要到兆瓦级的用电需求，基本上燃料电池系统国外做的200千瓦左右的大模块。

然后是加氢站建设，加氢站这里的经验实际上不足。长江的三峡加氢综合示范站有它的特点，两边岸比较高，用了一个机械臂，把加氢管子延伸到几十米的，连到船上家氢。像美国这边是加州这块的，离居住点比较近，会在湖面上修一个专门的设施，远离人居住的地方。

这块就是国内探索，现在只有三峡一个。因为这个车船的产业要加强这个协同，船舶行业建议还是希望说是LNG, 是先去用它，因为全世界这是通用的。像甲醇、按的，像欧洲，欧盟的这块，在未来的预想也是用甲醇的。

像亚洲这边，日韩这些比较推荐铵的，整体也会造成燃料不给困难，在氢这块，我们这边好处就是整个车进展比较快，把基础设施和技术都可以船协同起来，氢能推广会加快，希望在政策上可以协同起来。

汇报完毕，谢谢大家。