氫燃料電池動力船：“三峽氫舟1”號

“三峽氫舟1”號是我國首艘入級中國船級社的氫燃料電池動力船，與燃油船舶相比，“氫舟1號”在航行過程中幾乎實現了零排放。

氫燃料電池

“三峽氫舟1”號是一艘以氫燃料電池為主，并輔以磷酸鐵鋰電池動力的雙體交通船。它的船體總長49.9米、型寬10.4米、型深3.2米，額定乘員80人。它的氫燃料電池額定輸出功率高達500千瓦，其最高航速可達每小時28千米，續航里程在200千米左右。

到2024年初，“三峽氫舟1”號已經執行三峽和葛洲壩兩壩間交通、三峽庫區巡查、日常演練等航運任務超過半年時間。然而，這艘備受矚目的船舶仍然讓我們好奇的是，為什么要使用氫燃料電池作為它的主要動力呢？

要搞清楚這個問題，我們首先需要知道什么是氫燃料電池？

氫燃料電池是一種將氫氣和氧氣的化學能直接轉換成電能的發電裝置。我們知道水是由氫元素和氧元素組成的；而將水電解后就會生成氫氣、氧氣，其中正極產生的是氧氣，負極產生的是氫氣。氫燃料電池的基本原理其實就是電解水的逆反應，我們把氫供給陰極，氧供給陽極，氫通過陰極向外擴散和電解質發生反應后，放出電子通過外部的負載到達陽極。

氫燃料電池和普通的干電池、蓄電池最大的不同在于，它本身是一種發電裝置，大致相當于一個迷你的“發電廠”；而干電池和蓄電池是一種儲能裝置，它們是把電能儲存起來，到需要時再釋放出來。

氫燃料電池動力船又具有哪些優點呢？

氫燃料電池動力船具有環保、高效和低噪音等優點。由于氫燃料電池采用的是電化學反應，整個發電過程并不會產生燃燒。因此，它產生電的過程中僅產生水和熱，對環境幾乎沒有污染。由于氫燃料電池是直接將化學能轉換為電能，并不需要經過熱能和機械能的變換。所以，它的發電效率可以達到50%以上，相對來說十分高效。同時，由于氫燃料動力船并沒有柴油機或燃氣輪機等噪音制造“大戶”，因此它在航行時產生的噪音僅相當于我們正常談話的水平，所以我們可以說它幾乎沒有噪音。

綠色、智能

從設計、研發開始，“三峽氫舟1”號就秉持著“綠色、智能”的理念。建成之后，它更是取得中國船級社燃料電池-動力1、綠色船舶-3、能效設計-3、智能船舶（智能機艙）等附加標志。這些附加標志，其實就是代表“三峽氫舟1”號符合中國船級社的相關標準和要求。

所謂“綠色船舶”，就是指船舶從設計、建造、營運到拆解的整個生產周期內，通過應用綠色技術，最大程度上實現低能耗、低排放、低污染、高能效、安全健康的功能目標。簡單地說，就是它們整個生命周期的各個環節都要具備綠色環保的要素。而“三峽氫舟1”號取得的“綠色船舶-3”標志，則是綠色船舶規范的最高等級附加標志。

我國船級社對智能船舶的定義包含了很多內容，比如說包括有綠色物聯網、互聯網等技術手段；自動控制技術、大數據處理和分析技術等。“三峽氫舟1”號采用的全回轉舵槳推進系統也是其中之一。

那么，什么是船舶的全回轉舵槳推進系統呢？

我們都知道，傳統意義上的船舶推力主要來自它的螺旋槳；而固定在船尾的螺旋槳轉動產生的推力方向是固定的，推力的大小取決于其發動機的轉速。船舶航行的方向，則主要依靠舵來完成。全回轉舵槳推進系統可以通過吊艙內傘形齒輪裝置、蝸輪蝸桿裝置傳動，使船舶的螺旋槳圍繞吊艙內豎軸作360°轉動。簡而言之，這種推進系統不需要舵就能夠隨意變換推力的方向，實現向任意方向推進。

綠電制氫

“三峽氫舟1”號是一艘氫燃料電池動力船，雖然也有硫酸鐵鋰電池輔助，但是氫元素是它要航行所必不可少的燃料。那么，在這茫茫大江之上，氫又從何而來呢？

早在2021年我國就在湖北宜昌楊家灣碼頭開始建設國內首個內河碼頭型制氫加氫一體站。這個名為“中國三峽綠電綠氫示范站”的氫能源船舶補給站，從本質上來說是氫能源船舶的配套工程。它利用三峽電站的水力發出的電來進行電解水制氫。產生的氫氣再經過壓縮、存儲及加注等環節，給氫燃料動力電池船舶進行補給。

據了解，“中國三峽綠電綠氫示范站”主要由每小時200標方電解水制氫系統、高壓氫氣存儲系統、500千克加氫系統等設施組成。

然而，對于氫能源船舶加注氫可沒有想象中那么容易。原來，船舶停泊在碼頭時，會因為風、浪等因素而產生晃動。同時，枯水期和豐水期的水位又明顯不同。所以，加氫機和船舶的充氫口的位置始終處于一個不斷變動的狀態。更讓人頭痛的是，相對于氫燃料動力電池汽車來說，氫能源船舶加注氫氣的時間要比它多好幾倍。

于是，科研人員采用了“折疊機械臂牽引高壓軟管”的加氫方式才最終解決了這個問題。目前，“中國三峽綠電綠氫示范站”對“三峽氫舟1”號進行氫氣加注時，僅需要60分鐘即可加注240千克氫，而這些氫就能滿足它續航200千米。

“三峽氫舟1”號實現了我國內河船舶應用氫燃料動力電池技術零的突破。由于它還肩負著同步開展實船測試等科技研究的任務，2024年初，相關部門為它建立了“成長檔案”。從監測數據來看，“三峽氫舟1”號總體運行情況良好，已經累計運行超192小時，航行里程超2200千米，預計每年減少排放二氧化碳343.67噸。

當年大詩人李白在吟出“兩岸猿聲啼不住，輕舟已過萬重山”的千古絕唱時，一定不會想到若干年后，我們中國人自己設計、制造的“氫舟1”號能越過“萬重山”吧？！