國際海事組織(IMO)公布的數據顯示：船舶行業每年的碳排放量約為10.76億噸，占世界二氧化碳排放總量的2.89%，并呈繼續增加的趨勢。在IMO 2020限硫令和“雙碳”目標背景下，船舶行業綠色轉型迫在眉睫。氫燃料被業界看作是“零碳排放”的高清潔能源，其在這一場脫碳的革命中將起到重要作用，因此氫能船舶也成為了船舶業實現綠色轉型的重要選擇。那么什么是氫能船？氫能船有哪些種類？氫能船發展到現在到了什么階段？

一

氫能船的定義氫能船作為一種新興的船舶動力技術，以其高效、環保、低噪音等優點，正逐漸成為未來船舶動力技術發展的重要方向。氫能船是一種利用氫能源作為主要動力源的船舶。氫能船是利用氫氣在陽極處被分解成質子和電子，質子穿過電解質膜到達陰極，而電子則通過外部電路形成電流，最終與氧氣結合生成水。這個過程不僅高效，而且清潔，因為整個過程中沒有燃燒，也沒有溫室氣體排放。氫能船主要有兩種類型：一是應用于傳統內燃機，包括純氫內燃機或與氨/甲醇等燃料一起使用的混燒型內燃機；二是應用于新型動力裝置--燃料電池。使用氫內燃機作為船舶動力，具有對船體結構改變小、耐久性高、對氫氣純度要求低、產成本低、易產業化等優點，但其受到卡諾循環的限制，熱效率相對燃料電池較低，且氫內燃機會產生氮氧化物等排放。相較之下，氫燃料電池船具有能量轉換效率高、振動噪音低、技術成熟度高等優勢，其效率可達50%到80%之間，排放產物只有水，因此目前在船用領域發展較為迅速。多年來，美國、英國、德國、韓國、日本等多個國家一直都將燃料電池作為一種船舶技術儲備在不斷地發展。

二

氫能船的系統構成

氫能船的系統構成主要包括以下幾個核心部分：

（一）燃料電池系統：

燃料電池系統是氫能船的主要動力來源，通過氫氣和氧氣的電化學反應產生電能。該系統包括燃料電池堆、氫氣/氧氣供給系統、氣體加濕系統、氫氣/氧氣循環系統、水循環冷卻系統及監控系統等。

（二）配電系統：

配電系統負責對氫燃料電池及磷酸鐵鋰電池組進行管理，并將電源轉換為穩定的電壓，供船舶其他負載使用。主要技術路線包括直流配電系統和交流配電系統，其中交流配電系統技術相對成熟且簡單可靠。

（三）能量管理系統（EMS）：

EMS用于控制和管理本船的電網，監控燃料電池和電池組的運行，協調工作，自動管理燃料電池、鋰電池的運行和電能的分配。EMS的功能包括EMS模式選擇、氫燃料電池自動運行、電池組自動管理、輸配電監控保護、配電開關監控、HMI監測、氫燃料電池和動力電池組并網、重載問詢、充電模式、系統冗余、數據同步、系統自檢及通信等。

（四）推進系統：

推進系統包括主推進控制系統，主要功能有轉速轉舵控制、變頻驅動系統設備起停、變頻驅動系統信號采集、變頻驅動系統信號顯示及復位、變頻驅動系統安全保護、越控、控制站點切換、駕控室點動操作、聯鎖控制、急停及非隨動控制等。

（五）負載系統：

負載系統為船舶日用負載供電，通常采用空冷的冷卻方式。負載系統通常為交流電，通過逆變電源模塊和隔離變壓器與直流配電系統連接。負載電制通常為220V或380V，其中220V通常用于船艇的照明等功率相對較小的日用電，380V通常用于電機、泵及馬達等功率稍大設備的日用電。

這些系統共同構成了氫能船的動力系統，使其能夠在海上環境中高效、環保地運行。

三

氫能船的種類氫能船作為一種新興的船舶類型，其類別多樣，涵蓋了不同的應用場景和技術特點。以下是幾種主要的氫能船類別：氫燃料電池動力船這類船舶主要采用氫燃料電池作為動力源，通過氫氣和氧氣的化學反應直接轉換成電能，驅動船舶運行。例如，“蠡湖未來”號是中國首艘入級CCS的氫動力海船，采用了金屬堆燃料電池系統。

“蠡湖未來”號入水儀式 圖片來源：遼寧造船工程學會

商用氫燃料電池動力游覽船這種類型的船舶主要用于旅游觀光，搭載乘客在特定水域內航行。例如，“西海新源1號”是國內首艘商用氫燃料電池動力游覽船，采用了國電投氫燃料電池和鋰電池組雙動力系統的推進方案。

西海新源1號 圖片來源：中國科技網

氫燃料電池動力工作船這類船舶主要用于商業和工業用途，如交通、巡視、應急工作等。例如，“三峽氫舟1號”是中國第一艘CCS認證的500千瓦氫燃料電池動力工作船，用于三峽庫區的交通、巡視、應急工作等。

三峽氫舟1號 圖片來源：三峽集團

2009年，挪威海工船東Eidesvik Offshore制造的第一艘海洋工程供應船正式交付，該船以LNG為主要燃料，配備有330kW的燃料電池系統，是全球首艘安裝燃料電池作為部分推進系統的商船，截止2012年，該船已連續運行26280小時，成為了世界上最環保的船舶之一。液化氫運輸船液化氫運輸船專門用于運輸液態氫氣，適用于大規模氫氣跨境運輸。例如，中國船舶集團有限公司旗下第七〇八研究所發布的180000立方米級液化氫運輸船是目前全球最大艙容的液化氫運輸船。

180000立方米級液化氫運輸船 圖片來源：浦東發布

風能+氫能混合動力船這種船舶結合了風能和氫能兩種清潔能源，利用風力推動水下渦輪機產生電力，并通過電解水的方式制造氫氣，儲存起來供風力較弱時使用。例如，日本的商船三井公司展示了一種“零排放船舶”，利用風能和氫能相結合的方式提供動力。

日本零排放船 圖片來源：日本共同社

氫燃料電池推進船這類船舶采用氫燃料電池作為主要動力源，通常還會配備其他輔助動力系統。例如，Vinssen公司宣布即將啟動氫燃料電池推進船的燃料和運營項目，該項目已經獲得韓國貿易、工業和能源部的批準。氫動力渡輪氫動力渡輪主要用于短途客運，如城市間的渡輪服務。例如，挪威的“MF Hydra”號渡輪已經在Hjelmeland、Skipavik和Nesvik三角航線上提供服務，能夠裝載80輛汽車。

挪威的“MF Hydra”號渡輪 來源：上海氫威機械這些氫能船的類別展示了氫能技術在船舶領域的多樣化應用，從觀光旅游到商業運輸，再到科研實驗，氫能船正逐步成為實現航運業綠色轉型的重要力量。

四

氫能船的優點氫能船作為一種新興的綠色交通工具，具有許多顯著的優點，這些優點使其在未來的船舶領域中具有巨大的潛力。以下是氫能船的主要優點：環保友好無污染排放：氫能船使用氫氣作為燃料，通過與氧氣反應產生動力，其唯一的副產品是水蒸氣，不會產生有害的廢氣排放1。這使得氫能船在減少空氣污染和改善環境質量方面具有顯著優勢。零碳排放：與傳統的燃油動力船舶相比，氫能船可以實現真正的零碳排放。這對于應對全球氣候變化和實現碳中和目標至關重要。高效能高能量密度：氫氣的能量密度高，可以提供更高的能量輸出，從而提高船舶的航行效率。高效轉化：氫燃料電池是一種將燃料化學能經電化學反應直接轉化為電能的裝置，不受卡諾循環限制，效率可達50%~80%，遠高于船用內燃機的熱效率（約為40%）。可再生性可再生資源：氫氣可以通過電解水的方式制備，而水是地球上最豐富的資源之一。因此，氫能是一種可再生的能源，有助于實現能源的可持續發展。安全性無毒無害：氫氣是一種無毒物質，對人體健康和環境都沒有危害。這使得它在某些不允許使用其他形式燃料的地方也可以使用。多樣化的應用場景適用于不同類型的船舶：氫能船不僅適用于小型游艇和游船，還可以應用于大型貨船和客船。這表明氫能技術具有廣泛的應用前景。

五

氫能船存在的問題船用替代燃料應用技術已成為船舶去碳化的一個關鍵點。由于特性各異，不同燃料被用作船舶動力時，其生產、儲存、運輸條件和應用瓶頸都會有所不同，以其作為船舶燃料的動力技術創新也會面臨不同的問題。目前，氫燃料電池在船舶上應用還存在以下主要問題：

高成本制約了氫燃料動力船舶的快速發展氫燃料動力船舶雖然市場需求大，應用前景光明，但大規模推廣還面臨著不少障礙，成本較高就是其中一個無法回避的問題。電動船舶的制造成本是同類內燃機船舶的 2?4 倍，建造加氫站還需要大量的前期投入。船東雖然在環保高壓下有新建或改造船舶的內在動力，卻無力承擔高昂成本的外在壓力。國家和政府必須進行合理的布局與規劃，再加以必要的政策扶持，以促進氫燃料動力船舶產業快速、健康發展。

船用氫燃料電池標準規范尚需進一步完善2021年9月，IMO貨物和集裝箱運輸小組委員會（CCC 7）通過了《燃料電池船舶臨時導則》草案，但尚需進一步修訂和驗證，這也是國際上唯一針對氫燃料電池船舶安全的指導性草案；中國船級社于2017年（CCS）頒布了《船舶應用替代燃料指南》，并于2021年開展了《船舶應用燃料電池發電裝置指南》課題研究，對氫燃料電池的使用做出了指導和規定；2021年7月13日，中華人民共和國海事局發布了《氫燃料動力船舶技術與檢驗暫行規則（征求意見稿）》，并計劃于近期發布實施。但縱觀國際和國內的相關規范存在諸多不完善之處，如對船用燃料電池作為主電源以及船用產品取證等相關要求尚不明確，且缺少針對船用氫燃料電池的相關標準，亟需通過項目專項研究，完善設計、制造及檢驗的技術要求，以進一步完善氫燃料動力船舶的相關標準、規范。

船用氫燃料電池技術研究不足我國船用氫燃料電池的相關研究主要集中在高校與部分科研院所，缺少工程化應用研究。目前，燃料電池模塊和燃料電池動力系統主要為車用產品，而船舶與車輛在工作環境以及作業工況要求方面存在巨大區別，尤其在安全性上，亟需開展船用燃料電池系統研究工作，以推進氫燃料船舶工程應用進程。

船用氫氣存儲及加注技術亟待突破船用氫氣存儲和加注是制約氫燃料電池發展的主要瓶頸之一。目前，氫氣存儲和加注技術已在車用燃料電池領域初步實現產業化，但船舶有續航力長、氫氣耗量大、環境因素復雜、安全要求高等特點，船用氫氣存儲和加注技術應用尚不成熟。此外，由于燃料補給限制條件多，加注設施選址困難、審批難度大等問題亟待突破。氫燃料電池動力船舶安全性及管理技術滯后氫燃料電池動力系統改變了傳統船舶內燃機推進理念，其可行性、可靠性和安全性有待進一步驗證。氫氣具有易燃易爆的特點，氫燃料上船會給船舶安全管理、船員培訓、應急防護處理和危險品監管等海事業務帶來較大影響。目前與之相關的船員培訓要求、操作規程、應急預案等配套管理辦法都暫未出臺。為推進零排放的燃料電池在我國船舶上的商業應用，彌補我國燃料電池船舶應用領域的空白，需要對氫燃料電池動力船舶的管理技術進行研究，共同推進綠色航運的發展。

六

氫能船舶應用前景國際海事組織(IMO)公布的數據顯示：船舶行業每年的碳排放量約為 10.76億噸，占世界二氧化碳排放總量的 2.89%，并呈現繼續增加的趨勢。在“雙碳”目標指引下，內河在役的傳統燃油動力船舶將面臨節能減排改造的難關，而新造船基本已排除傳統燃油動力這一選項，蓄電池、燃料電池等新能源動力成為主導。潛在發展新能源路線中，純電船舶大部分在2013年投入使用，比氫燃料電池船舶先一步出發，但同電動汽車的發展類似，電動船舶若要正常運營還需建設完備的充電基礎設施，現有的在岸充電基礎設施的覆蓋面和數量都有限，同時還存在容量不足、電制不同、設備兼容性差、充電速度慢等一系列問題。氫燃料電池船舶也是路線之一，除具備船舶電動化優勢外，其較高的能量密度和快速補給能量的特性加之船舶本身特質，決定了氫燃料電池船可以行駛得更遠、行得更久，有機會被應用于更長航程的場合。根據交通運輸部水科院的數據和專家預計，2025年氫燃料電池系統改造船數量和新建氫燃料電池船舶數量分別約 400艘和 200艘，氫燃料電池系統市場規模將達到 200億元。

七

氫能船相關企業隨著船舶航運低碳發展速度的加快，具備高能效、零碳排優勢的氫能，作為綠色船用燃料，確實是綠色船舶的理想動力推進裝置。目前，國內已有不少氫燃料電池企業已將船舶作為重要應用場景之一在展開深度挖掘。 

中船712所

去年10月11日，國內首艘入級中國船級（CCS）、搭載中國船舶712所自主開發的500千瓦氫燃料動力系統的“三峽氫舟1”號示范船正式在湖北宜昌三峽游客中心（九碼頭）完成首航。今年，其成功簽訂青島港7000馬力氫電拖輪氫燃料電池系統合同，該項目是繼氫燃料電池系統在“三峽氫舟1”號成功示范運行之后，國內氫燃料電池技術在拖輪上的首次應用。

東方鍋爐

東方鍋爐旗下的氫能公司是中國西部首家也是唯一一家獲得中國船級社船用燃料電池發電系統認可證書的企業，此舉標志著東方鍋爐燃料電池系統設計和制造能力已滿足中國船級社要求，具備船舶領域應用的能力。

國氫科技

國氫科技已自主開發出“氫騰”船用氫燃料電池系統，今年1月，搭載該系統的氫能船舶“西海新源1號”順利下水；6月，這艘“西海新源1號”正式交付使用，成為國內首艘商用氫燃料電池動力游覽船。該船舶系統凈輸出功率240kW，續航力約4小時，專為船舶應用場景開發，零部件國產化率100%。 

風氫揚科技 

今年初，風氫揚科技聯合中船動力研發的110kW船用燃料電池模塊，順利獲得了法國船級社（BV）的原則性認可（AIP），該燃電模塊可實現不同數量模塊并聯系統快速開發，使得設備布置更加靈活，適用于散貨船、公務船、游覽船等多種船型，其具有廣闊的產業化應用前景，適用于2兆瓦以下的動力系統，既可作為氫燃料電池船舶的動力裝置，也可作為大型船舶的電力輔助裝置，還可應用于移動式充電站或分布式電站系統。 

 氫藍時代  

氫藍時代在2021年8月立項開發船用80kW氫燃料電池系統產品，到2023年8月2日至今，完成該產品的型式試驗完成并拿到CCS型式認可證書。氫藍時代同時在進行船舶動力系統方案的布置，推動氫能船舶在近海和內河的發展。

素材來源：盛科航宇氫能源科技 船舶技術法規研究中心 中國船級社等