探索丨我國首艘氫燃料電池動力示范船“三峽氫舟1”號

2023年10月11日，隨著“啟航”聲響徹江面，我國首艘氫燃料電池動力示范船“三峽氫舟1”號在長江三峽起始點湖北宜昌首航，實現(xiàn)了氫燃料電池技術(shù)在我國內(nèi)河船舶應(yīng)用的“零的突破”，開啟了長江航運的氫能時代。這艘以氫能為核心動力的船舶，從立項到正式使用，每一步都凝聚著科技愛好者的無限努力與期待。它不僅是中國綠色航運的一次大膽嘗試，更是全球清潔能源革命中的一抹亮色。

▏立項：夢想啟航，綠色先行時間回溯至數(shù)年前，當(dāng)全球氣候變化的陰影日益籠罩，尋找替代能源、減少碳排放成為了各國政府和科研機構(gòu)的首要任務(wù)。中國，作為世界上最大的航運國家之一，自然也不例外。三峽集團，這個在水電領(lǐng)域有著深厚底蘊的巨頭，敏銳地捕捉到了氫能這一未來能源的巨大潛力。他們意識到，將氫能應(yīng)用于航運領(lǐng)域，不僅能夠大幅降低碳排放，還能推動整個航運業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型。于是，“三峽氫舟1”號的立項應(yīng)運而生。這一項目的提出，不僅僅是對新技術(shù)的探索，更是對綠色航運理念的堅定踐行。它如同一顆種子，在科技愛好者的心中生根發(fā)芽，激發(fā)了無數(shù)人對未來航運的無限遐想。

▏“三峽氫舟1”號的設(shè)計方案一、夢想啟航在水上交通領(lǐng)域，傳統(tǒng)燃油船舶的碳排放問題日益凸顯，亟需一種全新的解決方案?！叭龒{氫舟1”號的誕生，正是對這一時代呼喚的積極響應(yīng)。設(shè)計團隊從一開始就明確了目標(biāo)：打造一艘以氫能為核心動力的船舶，它不僅要在技術(shù)上實現(xiàn)突破，還要在經(jīng)濟性、安全性、環(huán)保性等方面達(dá)到前所未有的高度。這一愿景如同一座燈塔，指引著整個設(shè)計過程的方向。二、技術(shù)攻堅1. 氫能動力系統(tǒng)的研發(fā)“三峽氫舟1”號的核心在于其氫能動力系統(tǒng)。設(shè)計團隊首先面臨的是氫能儲存與轉(zhuǎn)換的技術(shù)難題。他們深入研究高壓氣態(tài)儲氫、液態(tài)儲氫以及固態(tài)儲氫等多種方案，最終選擇了既安全又高效的高壓氣態(tài)儲氫技術(shù)，并結(jié)合先進的燃料電池技術(shù)，實現(xiàn)了氫能的高效轉(zhuǎn)換與利用。這一過程中，無數(shù)次的試驗與優(yōu)化，每一次失敗都成為了通往成功的寶貴經(jīng)驗。2. 船體結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計該船是一艘以氫燃料為主，并輔以磷酸鐵鋰電池動力的雙體交通船，總長49.90米，型深3.2米，設(shè)計吃水1.85米。為了最大化利用氫能動力，同時保證船舶的穩(wěn)定性和安全性，設(shè)計團隊對船體結(jié)構(gòu)進行了大膽創(chuàng)新。他們采用了輕量化材料，如鋁合金和碳纖維復(fù)合材料，有效降低了船體重量，提高了能效。同時，通過對船體線型的精細(xì)計算與優(yōu)化，減少了航行時的阻力，進一步提升了能源利用效率。3. 智能控制系統(tǒng)的集成在智能化日益普及的今天，“三峽氫舟1”號自然也不甘落后。設(shè)計團隊集成了先進的船舶智能控制系統(tǒng)，包括自動駕駛、遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障預(yù)警等功能，不僅提高了航行安全性，還為船舶的運維管理帶來了極大的便利。三、挑戰(zhàn)與突破1. 安全性的考量氫能雖好，但其安全性一直是人們關(guān)注的焦點。設(shè)計團隊在氫能儲存、運輸及使用等各個環(huán)節(jié)都進行了嚴(yán)格的安全評估與防護措施設(shè)計，確保即使在極端條件下也能保障人員和船舶的安全。2. 經(jīng)濟性的平衡在追求技術(shù)先進性的同時，設(shè)計團隊也充分考慮了經(jīng)濟性因素。他們通過優(yōu)化氫能動力系統(tǒng)、提高能效比、降低維護成本等手段，努力使“三峽氫舟1”號在運營成本上與傳統(tǒng)燃油船舶相比具有競爭力。3. 法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)的適應(yīng)隨著氫能船舶技術(shù)的快速發(fā)展，相關(guān)的法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)也在不斷完善中。設(shè)計團隊密切跟蹤國際國內(nèi)的最新法規(guī)動態(tài)，確?！叭龒{氫舟1”號在設(shè)計、建造及運營過程中都能符合相關(guān)要求。四、夢想成真經(jīng)過無數(shù)次的修改與完善，“三峽氫舟1”號終于從圖紙上走進了現(xiàn)實。它的首次下水試航，不僅是對設(shè)計團隊辛勤付出的最好回報，更是對全球氫能船舶發(fā)展的一次有力推動。在試航過程中，“三峽氫舟1”號展現(xiàn)出了卓越的性能，無論是動力表現(xiàn)、航行穩(wěn)定性還是智能化水平，都達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

▏“三峽氫舟1”號的動力系統(tǒng)“三峽氫舟1”號的動力系統(tǒng)具有以下特點：一、氫燃料電池為主其核心動力是由中國船舶第七一二研究所開發(fā)的氫燃料電池，額定輸出功率達(dá)500千瓦，能為船舶提供強勁動力，使最高航速達(dá)到28公里/小時，在巡航航速20公里/小時時，續(xù)航里程可達(dá)200公里。取得中國船級社燃料電池-動力1、綠色船舶-3、能效設(shè)計-3、智能船舶（智能機艙）等附加標(biāo)志。據(jù)測算，“三峽氫舟1”號相比傳統(tǒng)燃油動力船舶，預(yù)計每年可替代燃油103.16噸，減少二氧化碳排放343.67噸。二、磷酸鐵鋰電池為輔船上還配備磷酸鐵鋰電池作為啟動電源和應(yīng)急電源，與氫燃料電池配合，確保船舶在各種工況下的動力供應(yīng)和穩(wěn)定運行，如在啟動時提供瞬間大電流，保障快速啟動。三、全回轉(zhuǎn)舵槳推進采用全回轉(zhuǎn)舵槳推進方式，相比傳統(tǒng)推進方式，具有更高的機動性和操控性，可實現(xiàn)原地掉頭和橫向平移等動作，使船舶在狹窄水域或復(fù)雜航道中航行更加靈活自如。四、動力系統(tǒng)優(yōu)勢氫燃料電池以氫氣為燃料，通過化學(xué)反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，反應(yīng)產(chǎn)物只有水，實現(xiàn)了零碳排放，具有高環(huán)保性，同時還具有低噪音的特點，為船上人員營造了更舒適的工作和乘坐環(huán)境。

▏試航：乘風(fēng)破浪，見證奇跡下水之后，“三峽氫舟1”號迎來了它的首次試航。這次試航不僅是對船舶性能的全面檢驗，更是對設(shè)計團隊和建造團隊辛勤付出的最好回報。在試航過程中，“三峽氫舟1”號展現(xiàn)出了出色的性能和穩(wěn)定性。在動力方面，氫能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)高效地將氫氣轉(zhuǎn)化為電能，為船舶提供了強勁的動力支持。在航行過程中，船舶的加速、減速和轉(zhuǎn)向都表現(xiàn)得十分流暢和穩(wěn)定。在排放方面，由于采用了氫能作為動力源，“三峽氫舟1”號的碳排放幾乎為零，真正實現(xiàn)了綠色航運的目標(biāo)。此外，在智能化系統(tǒng)的加持下，“三峽氫舟1”號還展現(xiàn)出了出色的自主導(dǎo)航和智能避碰能力。它能夠?qū)崟r感知周圍環(huán)境的變化，并根據(jù)需要自動調(diào)整航行路線和速度，確保航行的安全和穩(wěn)定。試航的成功，不僅讓科技愛好者們看到了綠色航運的無限可能，也為“三峽氫舟1”號的正式使用奠定了堅實的基礎(chǔ)。

▏“三峽氫舟1”號的正式使用經(jīng)過一系列嚴(yán)格的測試和調(diào)試后，2023年10月11日“三峽氫舟1”號終于迎來了它的正式使用。這標(biāo)志著氫燃料電池技術(shù)在我國內(nèi)河船舶應(yīng)用實現(xiàn)零的突破。這艘承載著綠色航運夢想的船舶，將在中國乃至全球的航運業(yè)中掀起一場革命性的變革。在正式使用過程中，“三峽氫舟1”號展現(xiàn)出了強大的競爭力和市場吸引力。它不僅能夠滿足客戶對綠色、環(huán)保、高效航運的需求，還能夠為客戶提供更加安全、穩(wěn)定和智能的航運服務(wù)。這使得它在航運市場中迅速脫穎而出，成為了眾多客戶爭相追捧的對象。同時，“三峽氫舟1”號的成功使用也為中國綠色航運的發(fā)展注入了新的動力。它讓人們看到了氫能作為未來能源在航運領(lǐng)域的巨大潛力，也激發(fā)了更多企業(yè)和科研機構(gòu)投身到綠色航運技術(shù)的研發(fā)和創(chuàng)新中去。

▏“三峽氫舟1”號的未來發(fā)展一、技術(shù)優(yōu)化與升級1.動力系統(tǒng)持續(xù)改進氫燃料電池技術(shù)，提高其功率、效率和使用壽命，降低成本與維護難度，進一步增強船舶動力性能和經(jīng)濟性，如提升氫燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率，使船舶在相同氫燃料儲備下獲得更長續(xù)航里程。2.儲能系統(tǒng)優(yōu)化磷酸鐵鋰電池等儲能設(shè)備，提升其容量和充放電性能，更好地配合氫燃料電池，滿足船舶不同工況下的能源需求，如在船舶靠港等低功耗狀態(tài)下，更高效地儲存多余能量。3.加注技術(shù)改進加氫設(shè)備和技術(shù)，縮短加氫時間，提高加氫安全性和便利性，推動船舶加氫技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，如研發(fā)更高效的加氫連接裝置，提升加氫速度。二、推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展1.產(chǎn)業(yè)鏈完善其建設(shè)運營帶動了制氫、儲氫、加氫等氫能產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同發(fā)展。例如，三峽集團建成的國內(nèi)首個內(nèi)河碼頭型制氫加氫一體站，為氫能源船舶提供了加氫服務(wù)，打通了“制氫、加氫、儲氫、用氫”全產(chǎn)業(yè)鏈條，促進了氫能產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和技術(shù)創(chuàng)新，推動氫能產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；l(fā)展。2.行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定為首艘入級中國船級社的氫燃料電池動力船，其成功經(jīng)驗將為制定內(nèi)河氫燃料電池船舶的設(shè)計、建造、檢驗等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)提供重要參考，推動氫燃料電池船舶行業(yè)的規(guī)范化發(fā)展。三、環(huán)保效益提升1.減少碳排放隨著氫燃料電池技術(shù)的推廣應(yīng)用，逐步替代傳統(tǒng)燃油動力船舶，可大幅減少內(nèi)河航運的二氧化碳排放，助力航運業(yè)實現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)。2.改善環(huán)境質(zhì)量長江素有“黃金水道”之稱，“三峽氫舟1”號在長江三峽的應(yīng)用，為內(nèi)河航運提供了綠色、低碳的動力解決方案，有助于減少船舶對傳統(tǒng)燃油的依賴，降低內(nèi)河航運的碳排放和污染物排放，推動長江流域交通運輸體系的綠色轉(zhuǎn)型，加快建設(shè)交通強國。隨著“三峽氫舟1”號的正式使用，我們有理由相信，未來的航運業(yè)將會更加綠色、環(huán)保、高效和智能。而這一切的變革，都始于那個勇敢的夢想——用科技賦能航運，讓綠色成為未來航運的主旋律。
（圖片源自網(wǎng)絡(luò)）
作者 | 幾維鳥畢業(yè)于新西蘭林肯大學(xué)。對大眾科普知識擁有濃厚興趣，曾在多個科普期刊上發(fā)表過科普文章。關(guān)注事實，積極探索前沿科技。

初審 | 陳嘉琦、李書豪復(fù)審 | 魏星華
終審 | 韓永林