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日本船舶氫燃料及相關裝備發展路徑

2022-05-16 13:38  來源:中國船舶工業行業協會  瀏覽:  

2021年,日本國土交通省宣布日本政府碳中和發展政策,明確到2050年實現碳中和目標,強調將與工業界、學術界合作開發必要的技術,加強日本海運業的國際競爭力,率先實現海運碳中和。日本各界一致認為,零排放船舶是實現碳中和的必經之路,重點是推廣使用新的替代燃料,要在2030年前完成零排放船舶部署,除了研發相應裝備外,還需加快替代燃料的供應基礎設施布局。2021年末,日本綠色創新基金決定,進一步支持3個氫燃料相關技術裝備的研制和產業化發展,包括主要航運公司、造船廠、發動機制造商、貿易公司、大學和行業協會等在內的12家企業將在項目中進行合作,爭取在2028年或更早實現項目成果的商業化運營。

一、氫燃料

川崎重工(Kawasaki Heavy Industries)、洋馬動力科技(Yanmar Power Technology)和日本發動機公司(J-ENG),同步開發以氫為燃料的低速、中速、高速發動機,到2026年左右,推出一系列可用于各種船型的氫燃料船舶發動機,同時開發相應的船用氫燃料罐和燃料供應系統。

該項目將耗資約219億日元,其中約210億日元將由綠色創新基金提供。川崎重工將開發中速4沖程發動機,其輸出功率在2000KW至3000KW之間,洋馬動力將研發中速和高速4沖程、輸出功率為800KW和1400KW的輔助發動機,日本發動機公司將開發輸出功率超過5000KW的低速2沖程發動機。日本航運公司和川崎重工各造船廠合作,聯合研發首制船并試運行,其中,中速4沖程發動機和低速2沖程發動機將在液化氫運輸船上試用,中速和高速4沖程輔助發動機將在油輪上試用,在試用中對相關技術完善后,進行批量建造和商業運營。川崎重工還將開發船用氫燃料系統(MHFS),由船用氫燃料罐和燃料供應系統組成。船用氫燃料系統經過陸基測試后,將同時在首制船上試用。

2021年,上述三家公司成立了合資開發公司HYENG。HYENG將開發氫燃料技術包括基本燃燒分析、儲罐材料和密封技術、行業技術標準和規則規范等。HYENG委托九州大學、廣島大學承擔基礎試驗研究,并為發動機性能測試、運行數據分析等提供技術支持。川崎重工計劃通過大型液化氫運輸船示范,與這一項目銜接,實現液化氫供應鏈的商業化。

二、液氫運輸

2016年,川崎重工、日本巖谷材料(Iwatani)、殼牌日本公司(Shell Japan)和日本電力開發公司(J-Power)成立了“零碳氫能源供應鏈技術研究協會(HYSTRA)”,旨在推動氫能源在日本實現社會化應用。之后,日本丸紅(Marubeni)、新日本石油公司(Eneos)和川崎汽船(K-Line)相繼加入。2019年,經上述各方努力,川崎重工建造的液氫運輸船“SUISO Frontier”完工下水,成為世界第一艘能夠在零下253攝氏度的空前低溫下運送貨物的船只。

“SUISO Frontier”號

2021年,日本創新基金支持上述7家企業合作,進一步開展氫能源試用技術、液氫運輸存儲等技術研發,旨在建立一個經濟和穩定的氫能源供應鏈。按照計劃,日本與澳大利亞政府合作,在澳大利亞褐煤礦中生產氫氣,并以液氫的形式運輸到日本,該計劃的核心是液氫的海上運輸。為此,川崎重工將對“SUISO Frontier”做進一步技術完善,包括開發新的真空隔熱不銹鋼罐作為液氫的貨物密封系統,改進船體的雙殼結構通過雙殼間的真空防止對流熱傳遞,研發耐傳導熱量的玻璃纖維增強塑料(GFRP)作為絕緣材料,以及研發低溫閥門、貨運泵、貨運壓縮機、溫度計、液位計等各種用于低溫的貨運設備。

受新冠疫情影響,原計劃于2021年初完成對“SUISO Frontier”的技術升級,直到2021年四季度才完成。川崎重工在2022年1月制定商業化推廣計劃,將基于該船型推出更大船型的設計方案、液氫存儲維護系統的方案,為日本2030年前實現液氫運輸的商業化提供裝備支持。

三、氫動力船

2019年,日本常石集團造船公司(TFC)和比利時海事集團(CMB),合資成立賓果研究院(Bingo Research Institute),共同開發氫動力船舶,2021年推出世界上第一艘氫動力渡輪“Hydro Bingo”。該船配備了兩臺氫-柴雙燃料發動機“Hypenta DB-1000”,每臺最大連續功率輸出為441KW,實際混合燃燒率范圍為0%-70%(氫氣),該船計劃以30%-50%的混合燃燒率運行,實現較傳統柴油發動機減少50%的二氧化碳排放。

2021年,日本常石和比利時海事加強對賓果研究院的資本注入,同時爭取到日本創新基金的支持,進一步拓展和推動氫動力船舶的市場化運營。繼氫動力渡輪之后,賓果研究院將于2022年開始設計氫動力拖船,并于2023年在日本常石建造一艘氫動力拖船。

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