《日本船舶氢燃料及相关装备发展路径》

  • 来源专题:能源情报网信息监测服务平台
  • 编译者: guokm
  • 发布时间:2022-05-16
  • 2021年,日本国土交通省宣布日本政府碳中和发展政策,明确到2050年实现碳中和目标,强调将与工业界、学术界合作开发必要的技术,加强日本海运业的国际竞争力,率先实现海运碳中和。日本各界一致认为,零排放船舶是实现碳中和的必经之路,重点是推广使用新的替代燃料,要在2030年前完成零排放船舶部署,除了研发相应装备外,还需加快替代燃料的供应基础设施布局。2021年末,日本绿色创新基金决定,进一步支持3个氢燃料相关技术装备的研制和产业化发展,包括主要航运公司、造船厂、发动机制造商、贸易公司、大学和行业协会等在内的12家企业将在项目中进行合作,争取在2028年或更早实现项目成果的商业化运营。

    一、氢燃料

    川崎重工(Kawasaki Heavy Industries)、洋马动力科技(Yanmar Power Technology)和日本发动机公司(J-ENG),同步开发以氢为燃料的低速、中速、高速发动机,到2026年左右,推出一系列可用于各种船型的氢燃料船舶发动机,同时开发相应的船用氢燃料罐和燃料供应系统。

    该项目将耗资约219亿日元,其中约210亿日元将由绿色创新基金提供。川崎重工将开发中速4冲程发动机,其输出功率在2000KW至3000KW之间,洋马动力将研发中速和高速4冲程、输出功率为800KW和1400KW的辅助发动机,日本发动机公司将开发输出功率超过5000KW的低速2冲程发动机。日本航运公司和川崎重工各造船厂合作,联合研发首制船并试运行,其中,中速4冲程发动机和低速2冲程发动机将在液化氢运输船上试用,中速和高速4冲程辅助发动机将在油轮上试用,在试用中对相关技术完善后,进行批量建造和商业运营。川崎重工还将开发船用氢燃料系统(MHFS),由船用氢燃料罐和燃料供应系统组成。船用氢燃料系统经过陆基测试后,将同时在首制船上试用。

    2021年,上述三家公司成立了合资开发公司HYENG。HYENG将开发氢燃料技术包括基本燃烧分析、储罐材料和密封技术、行业技术标准和规则规范等。HYENG委托九州大学、广岛大学承担基础试验研究,并为发动机性能测试、运行数据分析等提供技术支持。川崎重工计划通过大型液化氢运输船示范,与这一项目衔接,实现液化氢供应链的商业化。

    二、液氢运输

    2016年,川崎重工、日本岩谷材料(Iwatani)、壳牌日本公司(Shell Japan)和日本电力开发公司(J-Power)成立了“零碳氢能源供应链技术研究协会(HYSTRA)”,旨在推动氢能源在日本实现社会化应用。之后,日本丸红(Marubeni)、新日本石油公司(Eneos)和川崎汽船(K-Line)相继加入。2019年,经上述各方努力,川崎重工建造的液氢运输船“SUISO Frontier”完工下水,成为世界第一艘能够在零下253摄氏度的空前低温下运送货物的船只。

    “SUISO Frontier”号

    2021年,日本创新基金支持上述7家企业合作,进一步开展氢能源试用技术、液氢运输存储等技术研发,旨在建立一个经济和稳定的氢能源供应链。按照计划,日本与澳大利亚政府合作,在澳大利亚褐煤矿中生产氢气,并以液氢的形式运输到日本,该计划的核心是液氢的海上运输。为此,川崎重工将对“SUISO Frontier”做进一步技术完善,包括开发新的真空隔热不锈钢罐作为液氢的货物密封系统,改进船体的双壳结构通过双壳间的真空防止对流热传递,研发耐传导热量的玻璃纤维增强塑料(GFRP)作为绝缘材料,以及研发低温阀门、货运泵、货运压缩机、温度计、液位计等各种用于低温的货运设备。

    受新冠疫情影响,原计划于2021年初完成对“SUISO Frontier”的技术升级,直到2021年四季度才完成。川崎重工在2022年1月制定商业化推广计划,将基于该船型推出更大船型的设计方案、液氢存储维护系统的方案,为日本2030年前实现液氢运输的商业化提供装备支持。

    三、氢动力船

    2019年,日本常石集团造船公司(TFC)和比利时海事集团(CMB),合资成立宾果研究院(Bingo Research Institute),共同开发氢动力船舶,2021年推出世界上第一艘氢动力渡轮“Hydro Bingo”。该船配备了两台氢-柴双燃料发动机“Hypenta DB-1000”,每台最大连续功率输出为441KW,实际混合燃烧率范围为0%-70%(氢气),该船计划以30%-50%的混合燃烧率运行,实现较传统柴油发动机减少50%的二氧化碳排放。

    2021年,日本常石和比利时海事加强对宾果研究院的资本注入,同时争取到日本创新基金的支持,进一步拓展和推动氢动力船舶的市场化运营。继氢动力渡轮之后,宾果研究院将于2022年开始设计氢动力拖船,并于2023年在日本常石建造一艘氢动力拖船。

  • 原文来源:http://www.nengyuanjie.net/article/57058.html
相关报告
  • 《日本欲以氢能技术驱动社会发展》

    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2019-06-10
    • 日本是一个能源极度匮乏的国家,残酷的现实使日本不得不重视氢能源的开发,以实现真正的能源安全和能源独立。 1981年,日本启动了燃料电池的开发。1990年,丰田等汽车制造商开始开发燃料电池车,同时数家公司启动了家庭燃料电池的开发。 燃料电池车和家用燃料电池发展至今,日本已在燃料电池和氢能技术开发领域走在了世界前列,已开发了日本市场应用最广泛,世界范围内技术最领先的产品。 “氢能社会”国家战略主导 日本政府在《能源基本计划》中将氢能源定位为与电力和热能并列的核心二次能源,并提出建设“氢能社会”的愿景,希望通过氢燃料电池实现氢能在家庭、工业、交通等领域的应用,从而实现真正的能源独立。日本政府对氢和燃料电池的技术开发支持以国家为主导,以向新能源产业技术综合开发机构(NEDO)投入专项科研经费为主。 从1981年开始,NEDO加大了对磷酸燃料电池、固体氧化物燃料电池和固体高分子燃料电池的投入。除燃料电池之外,NEDO还进行氢能源利用相关的技术开发,并以大城市为中心在2015年建成约100座加氢站。此外,NEDO也对氢发电技术以及制氢、储氢、运氢等与氢全产业链相关的新技术进行研究和开发。 2014年,在日本经济产业省的《氢能燃料电池战略发展路线图》中,详细描述了氢能源研发推广的三大阶段以及每个阶段的战略目标:首先,从当前到2025年,快速扩大氢能的使用范围;其次,2025年至2030年,全面进入氢发电和建立大规模氢能供应系统;最后,从2040年开始,确立零二氧化碳的供氢系统。 丰田第一台商用燃料电池汽车“MIRAI”于2014年12月上市。该车百公里加速时间约为10秒,最大续航里程超过700公里,氢燃料补充只需3分钟,预计2020年达年产3万辆,计划在2025年前让燃料电池车售价降至约2万美元。2026年,日本政府计划完成200万辆氢燃料电池车的销售目标以及1000座加氢站的建设目标。 燃料电池汽车优势明显 燃料电池汽车是氢气与空气中的氧气通过电化学反应产生电来驱动马达的汽车,具有能效高,二氧化碳排量低(或不排放),行驶距离长(目前超过500公里),氢气成本低(是汽油价格的1/3)、添加燃料时间短(3分钟左右)等优点,性能和汽油车相当。 燃料电池汽车的主要目标,首先是2015年商用轿车投入市场。2016年燃料电池巴士投入市场。同时燃料电池扩大到叉车、船舶等其他运输工具;其次,燃料电池汽车价格至2025年降到与目前汽油车和混合动力汽车同等水平;最后,氢气价格在燃料电池车投入市场时低于汽油车燃料价格,2020年左右低于混合动力车燃料价格。 燃料电池车还具有分散电源功能,燃料电池汽车产生的电力可提供给外部使用,供电能力比电动汽车高出5倍以上。在发生灾害等特殊情况时可以为避难场所供电,也可以在用电高峰时起到削峰作用。目前各地正在进行验证试验。 在氢气的制造、运输和储藏方面,日本从2013年度开始建设商用氢气站,2015年以四大城市圈为中心建成100个氢气站。用户允许的加气站距离大致为开车十分钟左右,因此四大城市圈100个氢气站是普及燃料电池汽车的最低配置。 燃料电池车能大幅降低碳排放 目前运输车辆的能源消耗占日本能源使用量的20%,几乎全部依赖石油。燃料电池车所用氢气的制造,目前基本上使用石脑油和天然气等化石燃料,未来将利用国外的褐煤和原油伴随天然气等能源,以及国内外的再生能源。运输行业将从依赖石油走向能源多元化,以提高能源安全。 燃料电池车普及至600万台(日本普通家用车的10%)时,汽车将减少9%的二氧化碳排放。即使考虑到利用石化原料制造氢气产生的二氧化碳,每年也将减少390万至760万吨二氧化碳排放量。
  • 《山东推进氢能及燃料电池汽车产业发展》

    • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2020-05-28
    • 当前,山东处于新旧动能转换、产业转型升级的关键时期,迫切需要培育壮大新兴产业,升级改造传统产业,减少对化石能源的依赖,增强特色经济内生动力。山东省委、省政府高度重视氢能及燃料电池汽车产业发展,将其作为推动经济高质量发展的重要引领性产业,超前布局、重点培育,取得了一定成效。在氢能及燃料电池汽车产业领域,山东已初步建立起从关键材料、燃料电池电堆、燃料电池发动机到整车的研发、生产体系,摸索出一套科学高效的示范运营模式。 山东省工业和信息化厅装备产业处处长赵明介绍,据中国工程院调研数据,山东省在合成氨驰放气和甲醇驰放气等渠道,每年可回收氢气约96万吨,可支撑10万台以上氢燃料电池商用车的规模化运行。山东也是能源大省,除传统的煤电外,风电、核电、光伏发电等新能源已达一定规模,可为电解制氢提供较好的能源保障。目前,山东省氢能及燃料电池产业链上的重点企业和研究机构达50余家,以兖矿集团、东岳集团、潍柴集团、山东高速、中通客车、中车四方等为代表的龙头企业率先突破,发挥了较强的示范作用。山东省已建成加氢站6座,其中5座日加氢量在500公斤及以上。在济南、潍坊、济宁、德州、聊城等市开展了氢燃料电池公交车的示范运行,已开通燃料电池公交专线6条。目前,全省氢燃料电池汽车上牌数为126辆,6月份有望超过200辆。潍柴集团依托承担的国家重点研发计划项目“燃料电池发动机及商用车产业化技术与应用”,今年3月份,该企业举办了“潍柴20000台氢燃料电池发动机工厂正式投产”仪式,标志着山东氢燃料电池业务走出了迈向全球一流商业化的关键一步。 济南新旧动能转换先行区作为山东省新旧动能转换综合试验田,作为深度参与者和先行者,拥有1030平方公里的黄河水岸资源和“一区两城六园区”的空间布局。按照先行区总体发展规划,在崔寨高新产业城建设总体规划面积20平方公里,集“氢能源科技园”、“氢能源产业园”、“氢能源会展商务区”三位一体的“中国氢谷”。 “中国氢谷”是以打造园区建设为基础,完善氢能产业链为目标,能源综合应用为核心的氢能产业集聚区。 济南新旧动能转换先行区管委会投资促进部主任景旭东说,“中国氢谷”主要任务是从氢的产、储、运、加、用等全产业链出发,依托科研院所、金融企业、生产企业等单位,加速形成 “一个氢谷园区、一家运营公司、一批科研机构、一支产业基金、一个氢能小镇、一批企业集群”的“六个一”发展新模式,逐步打造“配套设施完善,运营模式成熟、创新成果丰富、资金保障充足、示范效果明显、生态效应显著”的氢能产业商业生态圈。到2030年,先行区将实现氢能源及相关产业累计产值达到1000亿元。形成氢能全产业链核心技术协同研发体系,成为国内外顶尖的技术创新策源地;氢能产业生态圈可复制可推广,累计投资规模500亿元,龙头企业10家;通过示范工程带动,从公交车、物流车领域突破氢燃料电池汽车的推广应用,形成对全省乃至全国的辐射作用。 济南市钢城区作为济南新旧动能转换先行区的南翼,是国有大型钢铁联合企业山钢股份、莱钢集团的驻地,区内现有钢铁产能1290万吨、焦化产能350万吨,年副产氢气约6.5万吨,技术上可廉价提取工业副产氢气约5万吨,未来考虑重整焦炉煤气中的甲烷制氢,总氢气产量可达12万吨以上,可满足近十年内全市氢能源汽车的发展需求量。 济南市钢城区政府副区长郭玉华表示,针对较长一段时间内氢能车辆示范运行少,氢气耗量低的现实,结合钢城区钢铁生产富余煤气的资源现状,钢城区谋划耦合甲醇经二甲醚制工业乙醇技术路线,减少未来煤气自发电建设,将高炉煤气、转炉煤气中的一氧化碳与焦炉煤气中的氢分离提纯后分别与二甲醚进行羰基化与乙酸甲酯加氢反应制备工业乙醇,实现“以氢固碳”。通过该路径首先可以动态保障氢能在交通领域的供给,同时也可用于现有汽油的配给,能够减少制氢设备投运后的空转与氢气放散,并可大幅度改善环境、升级产业并延伸产业链,同时对于保障我国能源安全和粮食安全具有重要意义。 中国重汽集团是国内较早开展燃料电池车开发的商用车集团之一,2018年以来,中国重汽集团已成功研发多款燃料电池客车,涵盖城市公交车,长途旅游客车。通过多年技术积累及整车项目开发,中国重汽集团已掌握燃料电池整车核心技术,包括电机、动力电池、燃料电池等关键部件匹配技术,已具备开展多种燃料电池车型开发设计能力。 中国重汽集团汽车研究总院客车平台部部长赵金龙说,在燃料电池整车开发方面,中国重汽集团将根据市场情况逐步扩展重卡、轻卡等其他燃料电池商用车整车生产资质,扩展燃料电池整车车型,满足燃料电池车市场发展需求。在燃料电池技术研究方面,依托燃料电池试验室,开展大功率燃料电池系统整车集成技术研究,支撑中国重汽燃料电池整车业务开展;建立健全燃料电池系统测试流程,发展燃料电池系统性能评价能力。依托加氢站,开展燃料电池整车的试验验证和试运行,推进燃料电池整车产业化进程。依托平台项目,深入开展氢燃料电池整车集成技术研究、开发与试验验证能力建设。未来,中国重汽集团将以《山东省氢能产业中长期发展规划(2020-2030)》为指引,发挥中国重汽集团燃料电池方面的技术研发实力,与相关企业一起推动山东规模化燃料电池汽车示范运行,助推山东氢能及燃料电池产业发展。 中国工程院院士彭苏萍作为能源领域的顶级专家,多年来一直从事地质资源和能源等相关领域的科研工作,对氢能及燃料电池的发展有着独到的见解。彭苏萍对山东氢能源发展布局感到很震撼。他认为,下一步山东要抓落实,引人才,建平台。 山东省科协党组副书记、副主席纪洪波表示,近期,中国能源研究会常务副理事长史玉波和中国工程院院士、中国能源研究会燃料电池专委主任彭苏萍对山东氢能及燃料电池产业进行一次全面的问诊把脉,为制定符合山东省实际的产业发展路径和产业顶层设计做好基础支撑,让更多氢能及燃料电池成果落地山东、转化山东,更好为服务山东经济社会发展作出贡献。 今后一段时期,山东将进一步加大工作力度,加快培育壮大氢能及燃料电池产业,真正使其成为动能转换的先行产业、创新引领的先导行业、经济发展的优势产业。 同时,山东将借院士专家团队来山东调研的契机,紧紧抓住新旧动能转换的有利时机,按照省委省政府的整体部署,深入推进氢能及燃料电池汽车产业的发展,探索出一条以能源变革带动工业经济高质量发展的有效途径。