氫能方案在內(nèi)河船舶的綠色替代中存在優(yōu)勢。

2023年7月，國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，航運領域減碳政策逐漸收緊。同時，國內(nèi)外航運業(yè)開始陸續(xù)布局綠色燃料等零碳動力替代，在國際海航、近沿海及內(nèi)河等領域形成了LNG、甲醇、鋰電等多種減碳方案。

氫能的船舶應用雖然起步較晚，但其在內(nèi)河船舶領域仍存較大機遇。尤其內(nèi)河船舶減碳應用場景尚未完全打開，氫能存在先發(fā)優(yōu)勢，且氫能領域現(xiàn)有的技術積累已經(jīng)可以滿足內(nèi)河船舶建造、運營的部分需求，其多元化的應用途徑也可以解決部分推廣難題。

下面，能景研究結合航運業(yè)綠色發(fā)展現(xiàn)狀分析氫能在內(nèi)河的應用推廣機遇，以供行業(yè)參考。

01 政策驅動，船舶零碳動力替代起步

航運是國際貨物主要輸運方式，碳排放總量居高不下。以海運為例，據(jù)國際船舶海工統(tǒng)計機構克拉克森統(tǒng)計，2020年海運貿(mào)易占全球貿(mào)易量的89%，達115億噸。同時，國際海事組織（IMO）等統(tǒng)計，2008年全球國際航運業(yè)（不含國內(nèi)航行、漁船等）CO2當量排放量約7.94億噸，到2018年達到10.56億噸，2020年仍超過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，歐盟確定將航運納入碳交易體系，從2024年起對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，國際海事組織正式開始開展船舶碳排放強度評級，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%。為達到國際海事組織2040年目標，技術上目前只有零碳動力方案可選。

綠色燃料替代先行，甲醇海航船舶已開啟應用。綠色替代燃料因減排量大、動力系統(tǒng)改動小，在遠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/氨燃料預留”等方案以便將來進行改造。可見在2022年以來逐漸嚴格的減碳政策下，國際船東已經(jīng)開始探索布局零碳動力規(guī)?；娲?/span>

02 不同需求，多場景下替代路徑不同

船舶按航行區(qū)域可分為遠洋、近沿海、內(nèi)河等場景，不同場景因續(xù)航、發(fā)動機動力等的需求因此當前采用的替代燃料方案不同。

遠洋航運領域續(xù)航遠、載重噸大，替代方案以LNG、甲醇為主。遠洋航運續(xù)航要求一般在1萬千米以上，載重噸大于5萬，發(fā)動機總功率需求超過10 MW，甚至可達50 MW。相應地，LNG與甲醇體積能量密度較高、儲量大，可滿足長續(xù)航需求，發(fā)動機功率也已經(jīng)突破到10 MW以上，因此是遠洋航運主要的替代燃料。其中，由于國際減碳政策最先聚焦國際遠洋航運等因素，因此具有零碳排潛力的甲醇最先在遠洋航運領域開始規(guī)模化推廣。如大連船舶重工等設計的某31萬載重噸甲醇船舶，續(xù)航可達40000 km。

近沿海航運續(xù)航較遠、載重噸較高，替代方案以LNG為主。除部分沿海觀光等用途的小型船舶外，近沿海船舶多為國內(nèi)跨省或國際航線，航程100-1000 km，載重噸平均3萬左右，發(fā)動機總功率需求超過3 MW。同樣由于LNG在體積能量密度、發(fā)動機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近海守護供應船。

內(nèi)河航運高載重噸替代以LNG為主，短程、低載重噸替代以鋰電為主。內(nèi)河航運航程從20 km到1000 km左右不等，2023年國內(nèi)內(nèi)河載重噸不超過1萬，所需發(fā)動機功率低于5 MW。目前國內(nèi)內(nèi)河LNG動力應用局限在2000 載重噸以上的船舶，存在造價較高、發(fā)動機功率無法覆蓋、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)航的領域，主要因為其能量密度較低，重量及空間占用大，如國內(nèi)最大的純電貨船3000總載重噸“船聯(lián)1號”，電池總重達34噸。

03 仍在發(fā)展，內(nèi)河中小型船舶及長續(xù)航場景存氫能機遇

內(nèi)河減碳應用的場景還沒有完全打開，氫能有著先發(fā)優(yōu)勢。尤其在內(nèi)河3000載重噸以上，以及3000載重噸以下的遠航程船舶領域尚需進一步探索減碳方案。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)航需增加電池數(shù)量，某些船舶電池總重甚至需到近百噸。另一方面，目前氫能方面已有3000載重噸級以上的船舶改造項目，如歐洲“FPS Waal”貨船載重噸超過3000，運營里程約240 km。

氫能船舶技術已經(jīng)實現(xiàn)部分突破，可滿足場景需求。尤其功率方面，目前燃料電池單臺功率最大已突破300 kW，使用數(shù)臺組成動力系統(tǒng)已經(jīng)可以突破MW級別，基本滿足內(nèi)河5000載重噸左右船舶動力需求，如“FPS Waal”燃料電池集裝箱船系統(tǒng)總功率達到1.2 MW，由6個200 kW燃料電池模塊組成。

氫能有著多元化應用路徑，可解決推廣初期難點。氫能既有固態(tài)儲氫、液氫等多種儲氫路線，也可以與甲醇、氨等實現(xiàn)耦合轉換，一方面可利用高體積能量密度路徑儲氫，解決氣氫占用船上空間過大的問題，如挪威的“MF Hydra”車客渡輪采用液氫技術，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化解決水上及沿河加氫站建設難題，如采用甲醇制氫加氫一體化模式，既可降低加氫站建設成本，同時能夠節(jié)約水上加氫站空間、提高水面波動環(huán)境運營安全性。

04 小結

2022年至2023年國際航運領域減碳政策陸續(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領域的重要應對方案之一。遠洋航運、近沿海及內(nèi)河航運依照各場景的實際需求，已經(jīng)開展了以LNG、甲醇、鋰電等不同方案為核心的動力替代。

在此背景下，內(nèi)河航運領域或將成為氫能機遇場景，尤其在高載重噸及長續(xù)航場景氫能具有先發(fā)優(yōu)勢，且氫能已有MW級動力系統(tǒng)方案等技術突破以及多元化的應用方式，能夠適應內(nèi)河場景應用需求。