观点:500kW级船用燃料电池系统是优秀的绿色船舶动力方案,具有广阔的民用市场前景和一定的潜在军用价值,但目前我国海军尚无法直接应用。不过,世界上渴望拥有AIP潜艇的国家还很多,完全可以将这项技术向友好国家输出。1.巨大的民用市场领域为了减少船舶污染物给大气环境所带来的污染,各国政府设立排放控制区(ECA)。2016年4月1日,上海港、宁波—舟山港、苏州港和南通港率先开始实施船舶排放控制要求。ECA的设置对船舶动力的环保性能提出了苛刻的要求。七一二所研制的船用氢燃料电池系统具有能量转化效率高、振动噪声低、零排放无污染等优势,是高技术船舶未来发展的理想动力能源装备。
中船712所发布500kW船用燃料电池,相关技术潜艇能用吗?据中经视野、交通运输部水科院预测到2025年电动船舶改造数量约为400艘,新建数量数量200艘,市场规模达到200亿元,到2030年市场规模有望达到300亿元。与锂电池动力方案相比,燃料电池在能量密度、占地面积、补给时间以及安全性方面优势明显。未来燃料电池动力船舶将在长江轮渡、内湖游船推广应用,逐步向长江经济带、珠江流域、环渤海地区推广,其民用领域市场巨大。采用燃料电池技术的“知音号”游轮,军运会期间深受国内外游客好评。2. 500kW船用燃料电池动力系统技术看点500kW船用燃料电池动力系统主要由氢燃料电池发电模块、控制与能量管理装置、辅助装置、有机液体储氢装置组成。整套系统具有完全自主知识产权、自主可控,填补了国内领域的空白,意义重大。这其中有两大看点:船用氢燃料电池发电模块、有机液体储氢装置。
船用氢燃料电池发电模块:与车用氢燃料电池不同,船用燃料电池需要满足船用环境条件,包括但不局限于振动、摇摆、盐雾、霉菌、温度、湿度等要求,其使用环境要比汽车复杂。船用氢燃料电池设计难度相应要比车用大得多。有机液体储氢装置:通过有机液体进行储氢,在催化剂和180℃~240℃条件下放出氢气。储油常温常压下为液体,具有高化学稳定性、高吸附容量、高可逆性、高安全性的特点。氢油的体积储氢率(55g/L)比现阶段车用35MPa(20g/L)、70MPa(39g/L)压缩氢气高约40~100%。同时氢油储存运输方便,可以与现有基础设施兼容,而使用高压储存氢气需要额外建设加气站。有机液体储氢工作过程3. 军用潜力分析500kW氢燃料电池动力系统,对水面舰船兆瓦级的需求来说还太小。常规动力潜艇功率需求不高,可以作为AIP系统方案的主动力来使用。对于核潜艇来说,该系统具备作为水下应急电源的可能性。以下具体分析该系统在常规AIP潜艇,核潜艇上的应用前景。
常规潜艇:可用做AIP系统动力装置,AIP系统可以有效提高常规潜艇的水下续航能力、隐身性能。当前国际上应用较为成熟的是德国214型潜艇,测试结果显示装备燃料电池AIP,其续航能力比普通潜艇提高了5~6倍达到了14天。214型潜艇氢源采用了合金储氢的方式,合金储氢罐布置在舷间。合金储氢罐重量储氢率仅为1.6%,有机液体储氢达到了5.5~6%,有机液体更加节省重量。有机液体储氢是一种优秀的氢储存方案。核潜艇:可作为水下隐蔽的应急动力。核动力装置发生故障,具备现场修复条件下,在水下应用燃料电池提供应急动力,而不用浮出水面。舷间布置储氢罐(来源网络,侵删)尚需解决的问题:潜艇水下航行时,燃料电池工作所需的氧气,来自潜艇出航前携带的液氧。因此AIP系统用的燃料电池需要使用纯氧的工作环境,这对燃料电池膜电极、内部流道、排水、反应组织提出了新要求,需要重新改进设计。有机储氢液体化学反应对杂质敏感,不适应含有海水的环境条件,因此只能将有机储氢液体布置在内部液舱,占用了大量内部空间。且放氢过程是吸热反应,需要维持反应温度在180℃以上,会消耗相当大一部分储存能量。4. 我国海军应用分析对于我国039系列常规潜艇,采用了成熟的斯特林AIP系统,极大提升了其隐身性能、续航能力、作战能力。根据我国的国防发展需求,已经不需要再发展一种AIP系统的常规潜艇,而现有非AIP潜艇的改换装受制于艇的空间限制、也不大可能为了采用这种不太成熟的燃料电池技术,而大改原有设计。随着我国海军向远洋发展,未来海军重点方向应该在航母和核潜艇。
对于核潜艇来说,水下维持必要的动力、人员保障、武备、安全设施,所需的功率也远大于500kW,尚不具备应用条件。