燃料电池船舶储氢技术发展探究.docx
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1、燃料电池船舶储氢技术发展探究氢是种绿色、高效的二次能源,具有来源广泛、燃烧热值高、清洁无污染等特点。氢能作为清洁能源,通过燃料电池方式实现高效发电且不排放C02,有望在水路交通运输行业的碳减排过程中发挥积极作用。根据国际能源署发布的中国能源体系碳中和路线图,航运业的碳减排主要取决于氢、氨等新型低碳技术和燃料的开发及商业化。我国正加速布局氢能的交通领域应用。氢燃料电池系统是氢能在船舶上应用的理想方案之一,具有能量转换效率高、零排放、振动噪声低、构造简易、布置灵活、符合国家安全和能源战略等优点。2023年10月11口,我国首艘氢燃料电池动力示范船“三峡氢舟1”号在湖北宜昌首航,标志着氢燃料电池技术
2、在我国内河船舶应用实现零的突破。与化石燃料相比,氢的体积能量密度较低,标准状态下气态氢的体积能量密度仅为汽油的0.04%,即使在液态也只是汽油的32%,导致氢气的存储需要大量的空间,对于可移动的能源系统是巨大的挑战。因此,发展高体积能量密度的储氢技术成为当前的研究热点。储氢技术可分为基于物理的储氢技术和基于材料的储氢技术。燃料电池船舶在储氢方式的选择上需综合考虑各种方式的安全性、便捷性、可行性以及储氢量是否能够满足足够的航行里程等一、基于物理的储氢技术基于物理的储氢技术是指单纯改变储氢的物理条件以提高氢气密度并实现储存的技术。该类技术只有物理变换过程而无储氢介质参与,成本较低、易释放氢气,且浓
3、度较高。基于物理的储氢技术是目前最成熟的储氢技术,最常应用于工业和交通领域,主要分类为:高压气态储氢、低温液态储氢和高压低温液态储氢技术。1高压气态储氢高压气态储氢技术利用高压将氢气压缩,从而将氢气以高密度的气态形式存储,成本较低,能耗低,是当前应用最为广泛的储氢技术。然而该方式受到储氢罐的压力和体积限制。高压气态储氢在燃料电池船舶上的应用较多,典型应用案例详见表1。欧盟资助的VARANDA项目中,“Aranda”号北极研究船安装了165kW的质子交换膜燃料电池,氢燃料存储在35MPa的储氢罐中,储氢量80kg。法国EnergyObserver,号双体船是世界上第一艘从海水中生产氢气的船舶,搭
4、载八个35Mpa的储氢癖,总容量为3321.,可储存64kg的氢气,采用日本丰田公司燃料电池系统。日本洋马公司“EX38A”号游艇是首艘采用70MPa储氢罐的示范船,搭载184kW的燃料电池系统。挪威乌斯坦集团SX190海上安装船配置Ncdstack公司燃料电池系统,采用可更换集装箱式储氢罐。国内首艘500瓦级氢燃料电池动力船“三峡氢舟1”号由三峡集团所属长江电力与中国船舶第七一二研究所合作研发,该船的核心动力设备均为七一二所自主研发,包括首台套获得CCS认证的500千瓦级氢燃料电池动力系统。船载氢系统由中国船舶集团七一八所旗下中船(邯郸)派瑞氢能科技有限公司研制生产,储氢量可达240kg。表
5、1:而压气态储氢在燃料电池船舶上的主要应用案例U帕城口名厥年份燃*1电池系欣储乳系统芬竺-Annda-号JuRe1.第BIMaranda11)20172X825NV的PEMFC35MPafi8M.体轻*8Okg法国“EnergyobSCTVef”号体1201722kW的PEMFC8个35MPa砧国罐.fiB%ft63kg(辄气的来源由一套太阳能和风能电解水装K制得)中国-W202170kW的PEMFC12M5MI*aW1.XMt.fiMB50kgttB9-EIcIrtra号推船20213X10OkW的PEMFC6个50M1.、砧3浦.WSXW750kgH4-EXJ8A-W20212X92kW的
6、P1.MFC8tTOMPattit.6ft1.it4801.关IH-SeaChange号(Watcrgoround号)渡轮20223X12OkW的PEMFCIO个25MPa246kg擅成SXI90海上安装船20224500kW的P1.MFC可更换集装箱式储泡窿-HiBwge1.号内河集装箱船20233X275kW的PEMFC2个30MPa可更换集装箝式储氢雄.储粗景100okg中国三城河舟I”号公务1202350OkW的P1.MFCJSMIHMt.镒泉嫌24Okg2低温液态储氢低温液态储氢是将氢气压缩后冷却至一252C以下进行液化,并储存在高绝热真空容器中。液氢密度为70.78kgm3,其体积
7、密度是气态氢的845倍。液氢的优势在于具有较高的能量体积密度,在更小的体积中储存更多的氢能。但是,随着时间的推移,由于热殳泄漏,温度会升高,储氢容器中的压力也会增加,需要排气以防止超压。目前国外船舶行业领先国家已经开始了对于液氢上船的探索,2017年,美国桑迪亚国家实验室和红白舰队公司联合设计出了高速渡轮SF-BREEZE,其液氢储罐容量为1200kg;2018年,美国桑迪亚国家实验室与斯克里普斯海洋学研究所联合进行RobertGordonSProU1.研究船氢动力改造项目(ZerOT项目)的可行性研究,计划采用2个液氢储罐,存储1090Okg液氢:2023年,挪威NorIed航运公司将世界上

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