氫能方案在內(nèi)河船舶的綠色替代中存在優(yōu)勢(shì)。

2023年7月，國(guó)際海事組織船舶溫室氣體減排戰(zhàn)略修訂、歐盟 Maritime FuelEU 法規(guī)等陸續(xù)落地，航運(yùn)領(lǐng)域減碳政策逐漸收緊。同時(shí)，國(guó)內(nèi)外航運(yùn)業(yè)開(kāi)始陸續(xù)布局綠色燃料等零碳動(dòng)力替代，在國(guó)際海航、近沿海及內(nèi)河等領(lǐng)域形成了LNG、甲醇、鋰電等多種減碳方案。

氫能的船舶應(yīng)用雖然起步較晚，但其在內(nèi)河船舶領(lǐng)域仍存較大機(jī)遇。尤其內(nèi)河船舶減碳應(yīng)用場(chǎng)景尚未完全打開(kāi)，氫能存在先發(fā)優(yōu)勢(shì)，且氫能領(lǐng)域現(xiàn)有的技術(shù)積累已經(jīng)可以滿(mǎn)足內(nèi)河船舶建造、運(yùn)營(yíng)的部分需求，其多元化的應(yīng)用途徑也可以解決部分推廣難題。

下面，能景研究結(jié)合航運(yùn)業(yè)綠色發(fā)展現(xiàn)狀分析氫能在內(nèi)河的應(yīng)用推廣機(jī)遇，以供行業(yè)參考。

01 政策驅(qū)動(dòng)，船舶零碳動(dòng)力替代起步

航運(yùn)是國(guó)際貨物主要輸運(yùn)方式，碳排放總量居高不下。以海運(yùn)為例，據(jù)國(guó)際船舶海工統(tǒng)計(jì)機(jī)構(gòu)克拉克森統(tǒng)計(jì)，2020年海運(yùn)貿(mào)易占全球貿(mào)易量的89%，達(dá)115億噸。同時(shí)，國(guó)際海事組織（IMO）等統(tǒng)計(jì)，2008年全球國(guó)際航運(yùn)業(yè)（不含國(guó)內(nèi)航行、漁船等）CO2當(dāng)量排放量約7.94億噸，到2018年達(dá)到10.56億噸，2020年仍超過(guò)8億噸，占全球人為碳排放總量的3%左右。

減碳政策逐漸落地，船舶行業(yè)面臨較大減排壓力。2022年，歐盟確定將航運(yùn)納入碳交易體系，從2024年起對(duì)5000總噸及以上的船舶征收40%碳排放稅，并到2027年提高到100%；2023年，國(guó)際海事組織正式開(kāi)始開(kāi)展船舶碳排放強(qiáng)度評(píng)級(jí)，且根據(jù)7月7日最新減碳戰(zhàn)略修訂，到2040年比2008年至少降低70%。為達(dá)到國(guó)際海事組織2040年目標(biāo)，技術(shù)上目前只有零碳動(dòng)力方案可選。

綠色燃料替代先行，甲醇海航船舶已開(kāi)啟應(yīng)用。綠色替代燃料因減排量大、動(dòng)力系統(tǒng)改動(dòng)小，在遠(yuǎn)洋航行等排放量大的地方將率先使用。根據(jù)克拉克森數(shù)據(jù)，2022年和2023年1-5月新船訂單總噸重中，替代燃料船舶分別占60%與40%左右，其中LNG替代燃料燃料分別占60%和和55%左右，有所下降；甲醇船舶則由6%大幅提高到了34%，還有船東選擇“甲醇/氨燃料預(yù)留”等方案以便將來(lái)進(jìn)行改造。可見(jiàn)在2022年以來(lái)逐漸嚴(yán)格的減碳政策下，國(guó)際船東已經(jīng)開(kāi)始探索布局零碳動(dòng)力規(guī)模化替代。

02 不同需求，多場(chǎng)景下替代路徑不同

船舶按航行區(qū)域可分為遠(yuǎn)洋、近沿海、內(nèi)河等場(chǎng)景，不同場(chǎng)景因續(xù)航、發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力等的需求因此當(dāng)前采用的替代燃料方案不同。

遠(yuǎn)洋航運(yùn)領(lǐng)域續(xù)航遠(yuǎn)、載重噸大，替代方案以L(fǎng)NG、甲醇為主。遠(yuǎn)洋航運(yùn)續(xù)航要求一般在1萬(wàn)千米以上，載重噸大于5萬(wàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)總功率需求超過(guò)10 MW，甚至可達(dá)50 MW。相應(yīng)地，LNG與甲醇體積能量密度較高、儲(chǔ)量大，可滿(mǎn)足長(zhǎng)續(xù)航需求，發(fā)動(dòng)機(jī)功率也已經(jīng)突破到10 MW以上，因此是遠(yuǎn)洋航運(yùn)主要的替代燃料。其中，由于國(guó)際減碳政策最先聚焦國(guó)際遠(yuǎn)洋航運(yùn)等因素，因此具有零碳排潛力的甲醇最先在遠(yuǎn)洋航運(yùn)領(lǐng)域開(kāi)始規(guī)模化推廣。如大連船舶重工等設(shè)計(jì)的某31萬(wàn)載重噸甲醇船舶，續(xù)航可達(dá)40000 km。

近沿海航運(yùn)續(xù)航較遠(yuǎn)、載重噸較高，替代方案以L(fǎng)NG為主。除部分沿海觀光等用途的小型船舶外，近沿海船舶多為國(guó)內(nèi)跨省或國(guó)際航線(xiàn)，航程100-1000 km，載重噸平均3萬(wàn)左右，發(fā)動(dòng)機(jī)總功率需求超過(guò)3 MW。同樣由于LNG在體積能量密度、發(fā)動(dòng)機(jī)功率上等方面的替代可行性，因此LNG成為目前近沿海主要的替代燃料方案，如“海洋石油550/551/552/553”系列LNG近海守護(hù)供應(yīng)船。

內(nèi)河航運(yùn)高載重噸替代以L(fǎng)NG為主，短程、低載重噸替代以鋰電為主。內(nèi)河航運(yùn)航程從20 km到1000 km左右不等，2023年國(guó)內(nèi)內(nèi)河載重噸不超過(guò)1萬(wàn)，所需發(fā)動(dòng)機(jī)功率低于5 MW。目前國(guó)內(nèi)內(nèi)河LNG動(dòng)力應(yīng)用局限在2000 載重噸以上的船舶，存在造價(jià)較高、發(fā)動(dòng)機(jī)功率無(wú)法覆蓋、加注站數(shù)量少等難題；鋰電目前則多用于3000 載重噸以下、200 km左右短續(xù)航的領(lǐng)域，主要因?yàn)槠淠芰棵芏容^低，重量及空間占用大，如國(guó)內(nèi)最大的純電貨船3000總載重噸“船聯(lián)1號(hào)”，電池總重達(dá)34噸。

03 仍在發(fā)展，內(nèi)河中小型船舶及長(zhǎng)續(xù)航場(chǎng)景存氫能機(jī)遇

內(nèi)河減碳應(yīng)用的場(chǎng)景還沒(méi)有完全打開(kāi)，氫能有著先發(fā)優(yōu)勢(shì)。尤其在內(nèi)河3000載重噸以上，以及3000載重噸以下的遠(yuǎn)航程船舶領(lǐng)域尚需進(jìn)一步探索減碳方案。3000載重噸以上船舶主要在推廣LNG清潔燃料，但LNG燃料替代重油的減碳潛力僅20%左右；3000載重噸以下主推純電方案，但續(xù)航多在200 km以下，增加續(xù)航需增加電池?cái)?shù)量，某些船舶電池總重甚至需到近百?lài)崱Ａ硪环矫妫壳皻淠芊矫嬉延?000載重噸級(jí)以上的船舶改造項(xiàng)目，如歐洲“FPS Waal”貨船載重噸超過(guò)3000，運(yùn)營(yíng)里程約240 km。

氫能船舶技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)部分突破，可滿(mǎn)足場(chǎng)景需求。尤其功率方面，目前燃料電池單臺(tái)功率最大已突破300 kW，使用數(shù)臺(tái)組成動(dòng)力系統(tǒng)已經(jīng)可以突破MW級(jí)別，基本滿(mǎn)足內(nèi)河5000載重噸左右船舶動(dòng)力需求，如“FPS Waal”燃料電池集裝箱船系統(tǒng)總功率達(dá)到1.2 MW，由6個(gè)200 kW燃料電池模塊組成。

氫能有著多元化應(yīng)用路徑，可解決推廣初期難點(diǎn)。氫能既有固態(tài)儲(chǔ)氫、液氫等多種儲(chǔ)氫路線(xiàn)，也可以與甲醇、氨等實(shí)現(xiàn)耦合轉(zhuǎn)換，一方面可利用高體積能量密度路徑儲(chǔ)氫，解決氣氫占用船上空間過(guò)大的問(wèn)題，如挪威的“MF Hydra”車(chē)客渡輪采用液氫技術(shù)，體積能量密度是70 MPa氣氫的1.8倍，空間占用可減小近一半；另一方面可利用氫能與氫載體的互相轉(zhuǎn)化解決水上及沿河加氫站建設(shè)難題，如采用甲醇制氫加氫一體化模式，既可降低加氫站建設(shè)成本，同時(shí)能夠節(jié)約水上加氫站空間、提高水面波動(dòng)環(huán)境運(yùn)營(yíng)安全性。

04 小結(jié)

2022年至2023年國(guó)際航運(yùn)領(lǐng)域減碳政策陸續(xù)落地，碳稅及碳排管理限制逐漸縮緊，探索低碳替代燃料成為航運(yùn)領(lǐng)域的重要應(yīng)對(duì)方案之一。遠(yuǎn)洋航運(yùn)、近沿海及內(nèi)河航運(yùn)依照各場(chǎng)景的實(shí)際需求，已經(jīng)開(kāi)展了以L(fǎng)NG、甲醇、鋰電等不同方案為核心的動(dòng)力替代。

在此背景下，內(nèi)河航運(yùn)領(lǐng)域或?qū)⒊蔀闅淠軝C(jī)遇場(chǎng)景，尤其在高載重噸及長(zhǎng)續(xù)航場(chǎng)景氫能具有先發(fā)優(yōu)勢(shì)，且氫能已有MW級(jí)動(dòng)力系統(tǒng)方案等技術(shù)突破以及多元化的應(yīng)用方式，能夠適應(yīng)內(nèi)河場(chǎng)景應(yīng)用需求。