不同船舶場(chǎng)景的應(yīng)用潛力與階段不同。

2023年國(guó)際海運(yùn)年耗油量超過(guò)2億噸，CO2當(dāng)量排放量超過(guò)8億噸，占全球人為碳排放總量的3%左右。根據(jù)國(guó)際海事組織《2023年IMO船舶溫室氣體減排戰(zhàn)略》規(guī)劃，到2030年，全球海運(yùn)船舶零/近零溫室氣體排放技術(shù)、燃料和/或能源使用占比至少達(dá)到5%。根據(jù)克拉克森數(shù)據(jù)，目前全球船隊(duì)中替代燃料動(dòng)力船舶的占比已經(jīng)從2020年初的3%增加到目前的7%，預(yù)計(jì)到2025年末該比例將增至9%。

其中，低碳?xì)浠�燃料將是重點(diǎn)推廣方向之一。同時(shí)，近日我國(guó)國(guó)務(wù)院召開(kāi)工作會(huì)議，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)船舶制造企業(yè)要加大新能源動(dòng)力船舶研發(fā)，相關(guān)企業(yè)加快產(chǎn)品優(yōu)化升級(jí)。氫基燃料成為除LNG外、多數(shù)船東在替代燃料中的重要選擇。其中，氫、甲醇、氨三種氫基燃料由于其在技術(shù)階段、適用場(chǎng)景等方面有所差別，其突破的方向、時(shí)間均會(huì)有所不同。據(jù)此，此篇文章節(jié)選能景研究近期的研究報(bào)告《船舶綠色發(fā)展下的氫基燃料機(jī)遇研究》，初步分析了氫、氨、醇三種氫基燃料在近沿海船舶領(lǐng)域的應(yīng)用方向及場(chǎng)景，供行業(yè)參考。

01 船舶不同應(yīng)用場(chǎng)景下的功率要求不同

按船舶的工作水域，船舶大致可分為內(nèi)河、近沿海、遠(yuǎn)洋3大類(lèi)。根據(jù)我國(guó)交通運(yùn)輸部披露數(shù)據(jù)，到2022年底全國(guó)擁有水上運(yùn)輸船舶12.19萬(wàn)艘，其中內(nèi)河運(yùn)輸船舶10.95萬(wàn)艘、近沿海運(yùn)輸船舶1.1萬(wàn)艘、遠(yuǎn)洋運(yùn)輸船舶1387艘。

目前這些船舶中90%以上的船舶使用柴油或重油燃料，柴油、重油年消耗量在3000萬(wàn)噸以上，值得注意的是，其中遠(yuǎn)洋航運(yùn)的燃料消耗量最大，內(nèi)河雖數(shù)量多、但消耗量居其次，近沿海消耗量最少。

按工作場(chǎng)景，不同水域下的船舶又可大致分為游艇、客船、漁船、貨運(yùn)船、工作船等5類(lèi)場(chǎng)景。不同場(chǎng)景工作條件相差較大，載重、航速、航程、航行區(qū)域、靠岸間隔等條件均有差異。相應(yīng)地，對(duì)船舶主機(jī)功率、出力曲線、燃料儲(chǔ)量及體積等要求各有不同，但發(fā)動(dòng)機(jī)功率是其重要指標(biāo)之一。

以近沿海船舶的各類(lèi)船舶發(fā)動(dòng)機(jī)主機(jī)功率為例，5萬(wàn)載重噸貨運(yùn)船舶主機(jī)功率要求可達(dá)10MW，港口拖輪作業(yè)船主機(jī)功率約2MW~5MW，海上風(fēng)電運(yùn)維船、30米漁船主機(jī)功率則約400kW~700kW。

02 船舶場(chǎng)景中氫氣需求量至2030年國(guó)內(nèi)或可達(dá)5萬(wàn)噸/年

氫燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)已發(fā)展至1~2MW中低功率級(jí)別，但需面對(duì)更復(fù)雜場(chǎng)景。氫能船舶發(fā)動(dòng)機(jī)替代中，燃料電池為主流路線之一（本文對(duì)氫燃機(jī)先不做討論）。國(guó)際上進(jìn)展更快，如巴拉德等推出的船用單堆200kW模塊化燃料電池系統(tǒng)，通過(guò)并聯(lián)系統(tǒng)可達(dá)1MW以上。國(guó)內(nèi)也不斷突破，如氫舟一號(hào)的多個(gè)單堆并聯(lián)后的船用燃料電池系統(tǒng)現(xiàn)階段已達(dá)500kW（國(guó)內(nèi)最高）。此外，船用設(shè)計(jì)需要應(yīng)對(duì)突發(fā)風(fēng)浪、顛簸等復(fù)雜工況，相對(duì)車(chē)用設(shè)計(jì)要求的要求更高，或會(huì)采用超級(jí)電容器等輔助設(shè)計(jì)，提升燃料電池及儲(chǔ)電、電驅(qū)系統(tǒng)的瞬間出力，同時(shí)提供更高的峰值功率、扭矩等以應(yīng)急保障安全。

氫能船舶在內(nèi)河與近沿海的貨運(yùn)、游艇、作業(yè)船、漁船等場(chǎng)景均初步具備可行性。

一是游艇等低功率場(chǎng)景。如內(nèi)河或近沿海中小型游艇，200kW左右燃料電池可基本滿(mǎn)足需求。且游艇航線區(qū)域離岸較近，有特定區(qū)域限制，同時(shí)出航天氣管控嚴(yán)格，航行條件相對(duì)簡(jiǎn)單，氫消耗量易把控，儲(chǔ)量易保障。

二是漁船、作業(yè)船等部分區(qū)域。漁船如內(nèi)河與近沿海漁船，功率需求從數(shù)10kw到700kW不等；作業(yè)船如海上風(fēng)電雙體維護(hù)船，功率需求在500kW至1MW左右，另有部分港作拖輪、內(nèi)河拖輪，功率較低的在2MW左右。作業(yè)船一般航行區(qū)域相對(duì)固定，且航程較短。

三是客船、貨運(yùn)船等較高功率場(chǎng)景。客船功率需求從數(shù)十千瓦到1MW不等，貨運(yùn)船尤其是5000載重噸以下貨運(yùn)船，對(duì)應(yīng)1～3MW燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)。在內(nèi)河或近沿海，客船、貨運(yùn)船航程一般在1000km以下，對(duì)儲(chǔ)氫容量的要求相較遠(yuǎn)洋航行更低。

綠色轉(zhuǎn)型背景下，當(dāng)前推廣應(yīng)首先考慮氫氣的加注便利性。因氫能船舶使用場(chǎng)景預(yù)為相對(duì)短途、起點(diǎn)終點(diǎn)均相對(duì)固定，除考慮經(jīng)濟(jì)性本身外，加注站的便捷性可快速推動(dòng)其發(fā)展。如大中型船舶如貨運(yùn)船、客船等一般加注燃料的方式有岸基固定站、水上加注站2種形式，國(guó)內(nèi)已建有三峽壩區(qū)的水電解制氫加氫站示范項(xiàng)目為岸基固定式加注站，目前國(guó)內(nèi)玩沒(méi)有水上加注的示范案例；對(duì)于小型船舶如漁船、游艇等，其加油時(shí)部分以桶裝人工加注形式進(jìn)行。對(duì)于氫能燃料，則或有多樣性的技術(shù)模式滿(mǎn)足這類(lèi)分布式需求，如小型甲醇制氫裝置、氨制氫裝置、可拆卸式模塊化固態(tài)儲(chǔ)氫裝置等。

結(jié)合交通運(yùn)輸部船舶數(shù)據(jù)，以及功率、燃料效率等數(shù)據(jù)綜合估算，綜合考慮技術(shù)進(jìn)步及政策推動(dòng)，能景研究預(yù)測(cè)到2030年氫能動(dòng)力船舶的氫氣需求或可達(dá)到5萬(wàn)噸/年。

03 船舶場(chǎng)景中國(guó)內(nèi)甲醇燃料需求量到2030年或可達(dá)300萬(wàn)噸/年

甲醇燃料動(dòng)力系統(tǒng)功率大、可混燒，具備較大技術(shù)應(yīng)用潛力。甲醇內(nèi)燃機(jī)方面，海外甲醇內(nèi)燃機(jī)單機(jī)研發(fā)應(yīng)用已進(jìn)入10MW級(jí)階段，國(guó)內(nèi)則在百kW級(jí)更成熟。國(guó)際上以德國(guó)MAN能源為龍頭之一，德國(guó)MAN的船用甲醇內(nèi)燃機(jī)單臺(tái)輸出功率已達(dá)10MW以上，多臺(tái)并車(chē)可達(dá)30MW以上；國(guó)內(nèi)研發(fā)則重在百千瓦級(jí)內(nèi)燃機(jī)方面，300kW級(jí)已實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，1~2MW級(jí)大功率樣機(jī)則處于研制階段。甲醇燃料也可以采用“柴油/甲醇”等摻用的形式利用。部分傳統(tǒng)船用燃油發(fā)動(dòng)機(jī)可直接摻用甲醇，摻用甲醇后煙塵等污染物排放下降，但動(dòng)力輸出性能也有下降。據(jù)文獻(xiàn)資料，柴油摻用30%甲醇后煙塵排放量下降15%左右，扭矩下降10%左右。

甲醇燃料船舶在各水域的漁船、貨運(yùn)等領(lǐng)域初步具備技術(shù)可行性。

一是漁船、游艇、客船，尤其大中船型。近沿海、遠(yuǎn)洋大中型漁船或游艇的功率一般200kW以上，以1至多臺(tái)百千瓦級(jí)甲醇內(nèi)燃機(jī)可滿(mǎn)足需求。

二是貨運(yùn)船，尤其5000載重噸以上船型。5000至10000載重噸船型，尤其內(nèi)河場(chǎng)景，動(dòng)力需求在1~5MW；到5萬(wàn)載重噸以上，尤其近沿�；蜻h(yuǎn)洋場(chǎng)景，動(dòng)力需求達(dá)到10MW左右，或需要采用大功率型內(nèi)燃機(jī)。

綠色轉(zhuǎn)型的背景下，愿意為“綠色付費(fèi)”的場(chǎng)景則更易推廣。目前，甲醇替代傳統(tǒng)燃料、實(shí)現(xiàn)推廣的最大動(dòng)因主要來(lái)自海外貨主的零碳運(yùn)輸及品牌打造意愿、國(guó)際海事組織和各地政府的強(qiáng)制性減碳政策。盡管甲醇技術(shù)較其他領(lǐng)域更易實(shí)踐、燃料供應(yīng)體系也相對(duì)更易推廣，但也面臨著綠色甲醇成本更高等問(wèn)題。

以我國(guó)數(shù)量龐大的漁船為例，多以家庭作業(yè)、小團(tuán)隊(duì)等相對(duì)不集中的模式運(yùn)營(yíng)，管理難度大，相對(duì)綠色屬性更看重成本。相較于此，遠(yuǎn)洋貨運(yùn)船因其跨越國(guó)家和地域，需滿(mǎn)足國(guó)際領(lǐng)先的綠色標(biāo)準(zhǔn)和要求，同時(shí)也是目前船舶中減碳需求量最大的場(chǎng)景之一，將會(huì)成為最快實(shí)現(xiàn)推廣的領(lǐng)域，同時(shí)當(dāng)前找到愿意為“綠色付費(fèi)”的客戶(hù)則是實(shí)現(xiàn)推廣的關(guān)鍵要素。

參考交通運(yùn)輸部、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部等公布的船舶數(shù)據(jù)，以及功率、燃料能量密度等數(shù)據(jù)初步估算，結(jié)合行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，能景研究預(yù)測(cè)，2030年國(guó)內(nèi)船舶的甲醇燃料需求或可達(dá)到300萬(wàn)噸/年，其中遠(yuǎn)洋貨運(yùn)船據(jù)主，或可達(dá)200萬(wàn)噸/年。

04 船舶場(chǎng)景中國(guó)內(nèi)氨燃料需求量到2030年或可達(dá)80萬(wàn)噸/年

氨燃料動(dòng)力系統(tǒng)正處于研發(fā)轉(zhuǎn)化初期。氨內(nèi)燃機(jī)可以分百千瓦級(jí)氨內(nèi)燃機(jī)、MW級(jí)內(nèi)燃機(jī)2大類(lèi)。前者單機(jī)功率在100kW~300kW左右，整體正處于樣機(jī)研究階段，國(guó)內(nèi)已有樣機(jī)的推出，如廣汽集團(tuán)2023年推出了國(guó)際首款車(chē)用氨內(nèi)燃機(jī)，單機(jī)120kW。MW級(jí)氨內(nèi)燃機(jī)方面，海外布局較早，已進(jìn)入出貨階段，如芬蘭瓦錫蘭的船用單機(jī)氨內(nèi)燃機(jī)功率已達(dá)3.4MW，多機(jī)并車(chē)可達(dá)10MW以上，已有部分訂單在手；國(guó)內(nèi)也逐步開(kāi)啟示范，如2023年中遠(yuǎn)海運(yùn)重工研制的中速大功率氨燃料發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火成功，單機(jī)功率在1.2MW以上。

近期或在部分貨運(yùn)船、拖船應(yīng)用上具備可行性。一是5000載重噸以上的貨運(yùn)船，該范圍功率需求多在1MW以上，對(duì)應(yīng)于單臺(tái)或多臺(tái)兆瓦級(jí)氨內(nèi)燃機(jī)；二是10萬(wàn)載重噸級(jí)別的遠(yuǎn)洋船舶（對(duì)應(yīng)10MW左右主機(jī)）上，氨燃料也可用于傳統(tǒng)燃料摻燃或者用作發(fā)電輔機(jī)的燃料。

中遠(yuǎn)期待百千瓦級(jí)氨內(nèi)燃機(jī)量產(chǎn)后，氨燃料應(yīng)用將逐步拓展至客船等其他功率較小的領(lǐng)域，如內(nèi)河與近沿海場(chǎng)景的漁船、客船等。

技術(shù)突破和安全管理的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化才能共同助推氨燃料船舶的應(yīng)用。相對(duì)于氫和醇，氨作為燃料應(yīng)用起步較晚。一方面，氨與傳統(tǒng)燃油、甲醇、氫在物理特性上差異較大，在船舶或汽車(chē)上的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)并不完全互通。另一方面，除動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)外，氨燃料的加注、船上儲(chǔ)存的技術(shù)設(shè)備、管理標(biāo)準(zhǔn)等，總體處于研究推進(jìn)階段，缺乏實(shí)際項(xiàng)目驗(yàn)證，管理歸口、管理標(biāo)準(zhǔn)不明確，規(guī)�；�推廣仍有更多探索。

以貨運(yùn)船為主，綜合考慮功率、噸位等數(shù)據(jù)進(jìn)行初步估算，能景研究預(yù)測(cè)，到2030年國(guó)內(nèi)船舶的氨燃料需求或可達(dá)到80萬(wàn)噸/年。

本文節(jié)選自能景研究的報(bào)告《船舶綠色發(fā)展下的氫基燃料機(jī)遇研究》，若感興趣歡迎聯(lián)系我們。

來(lái)源：能景研究

作者：云龍

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       原文標(biāo)題 : 研判|船舶場(chǎng)景中氫基燃料的替代潛力