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日本海事氢燃料及相关装备发展路径
时间:2022-05-06 阅读次数:4133

日本海事氢燃料及相关装备发展路径

谢予

      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。

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