氢能方案在内河船舶的绿色替代中存在优势。
2023年7月，国际海事组织船舶温室气体减排战略修订、欧盟 Maritime FuelEU 法规等陆续落地，航运领域减碳政策逐渐收紧。同时，国内外航运业开始陆续布局绿色燃料等零碳动力替代，在国际海航、近沿海及内河等领域形成了LNG、甲醇、锂电等多种减碳方案。
氢能的船舶应用虽然起步较晚，但其在内河船舶领域仍存较大机遇。尤其内河船舶减碳应用场景尚未完全打开，氢能存在先发优势，且氢能领域现有的技术积累已经可以满足内河船舶建造、运营的部分需求，其多元化的应用途径也可以解决部分推广难题。
下面，能景研究结合航运业绿色发展现状分析氢能在内河的应用推广机遇，以供行业参考。
01 政策驱动，船舶零碳动力替代起步
航运是国际货物主要输运方式，碳排放总量居高不下。以海运为例，据国际船舶海工统计机构克拉克森统计，2020年海运贸易占全球贸易量的89%，达115亿吨。同时，国际海事组织（IMO）等统计，2008年全球国际航运业（不含国内航行、渔船等）CO2当量排放量约7.94亿吨，到2018年达到10.56亿吨，2020年仍超过8亿吨，占全球人为碳排放总量的3%左右。
减碳政策逐渐落地，船舶行业面临较大减排压力。2022年，欧盟确定将航运纳入碳交易体系，从2024年起对5000总吨及以上的船舶征收40%碳排放税，并到2027年提高到100%；2023年，国际海事组织正式开始开展船舶碳排放强度评级，且根据7月7日最新减碳战略修订，到2040年比2008年至少降低70%。为达到国际海事组织2040年目标，技术上目前只有零碳动力方案可选。
绿色燃料替代先行，甲醇海航船舶已开启应用。绿色替代燃料因减排量大、动力系统改动小，在远洋航行等排放量大的地方将率先使用。根据克拉克森数据，2022年和2023年1-5月新船订单总吨重中，替代燃料船舶分别占60%与40%左右，其中LNG替代燃料燃料分别占60%和和55%左右，有所下降；甲醇船舶则由6%大幅提高到了34%，还有船东选择“甲醇/氨燃料预留”等方案以便将来进行改造。可见在2022年以来逐渐严格的减碳政策下，国际船东已经开始探索布局零碳动力规模化替代。
02 不同需求，多场景下替代路径不同
船舶按航行区域可分为远洋、近沿海、内河等场景，不同场景因续航、发动机动力等的需求因此当前采用的替代燃料方案不同。
远洋航运领域续航远、载重吨大，替代方案以LNG、甲醇为主。远洋航运续航要求一般在1万千米以上，载重吨大于5万，发动机总功率需求超过10 MW，甚至可达50 MW。相应地，LNG与甲醇体积能量密度较高、储量大，可满足长续航需求，发动机功率也已经突破到10 MW以上，因此是远洋航运主要的替代燃料。其中，由于国际减碳政策最先聚焦国际远洋航运等因素，因此具有零碳排潜力的甲醇最先在远洋航运领域开始规模化推广。如大连船舶重工等设计的某31万载重吨甲醇船舶，续航可达40000 km。
近沿海航运续航较远、载重吨较高，替代方案以LNG为主。除部分沿海观光等用途的小型船舶外，近沿海船舶多为国内跨省或国际航线，航程100-1000 km，载重吨平均3万左右，发动机总功率需求超过3 MW。同样由于LNG在体积能量密度、发动机功率上等方面的替代可行性，因此LNG成为目前近沿海主要的替代燃料方案，如“海洋石油550/551/552/553”系列LNG近海守护供应船。
内河航运高载重吨替代以LNG为主，短程、低载重吨替代以锂电为主。内河航运航程从20 km到1000 km左右不等，2023年国内内河载重吨不超过1万，所需发动机功率低于5 MW。目前国内内河LNG动力应用局限在2000 载重吨以上的船舶，存在造价较高、发动机功率无法覆盖、加注站数量少等难题；锂电目前则多用于3000 载重吨以下、200 km左右短续航的领域，主要因为其能量密度较低，重量及空间占用大，如国内最大的纯电货船3000总载重吨“船联1号”，电池总重达34吨。
03 仍在发展，内河中小型船舶及长续航场景存氢能机遇
内河减碳应用的场景还没有完全打开，氢能有着先发优势。尤其在内河3000载重吨以上，以及3000载重吨以下的远航程船舶领域尚需进一步探索减碳方案。3000载重吨以上船舶主要在推广LNG清洁燃料，但LNG燃料替代重油的减碳潜力仅20%左右；3000载重吨以下主推纯电方案，但续航多在200 km以下，增加续航需增加电池数量，某些船舶电池总重甚至需到近百吨。另一方面，目前氢能方面已有3000载重吨级以上的船舶改造项目，如欧洲“FPS Waal”货船载重吨超过3000，运营里程约240 km。
氢能船舶技术已经实现部分突破，可满足场景需求。尤其功率方面，目前燃料电池单台功率最大已突破300 kW，使用数台组成动力系统已经可以突破MW级别，基本满足内河5000载重吨左右船舶动力需求，如“FPS Waal”燃料电池集装箱船系统总功率达到1.2 MW，由6个200 kW燃料电池模块组成。
氢能有着多元化应用路径，可解决推广初期难点。氢能既有固态储氢、液氢等多种储氢路线，也可以与甲醇、氨等实现耦合转换，一方面可利用高体积能量密度路径储氢，解决气氢占用船上空间过大的问题，如挪威的“MF Hydra”车客渡轮采用液氢技术，体积能量密度是70 MPa气氢的1.8倍，空间占用可减小近一半；另一方面可利用氢能与氢载体的互相转化解决水上及沿河加氢站建设难题，如采用甲醇制氢加氢一体化模式，既可降低加氢站建设成本，同时能够节约水上加氢站空间、提高水面波动环境运营安全性。
04 小结
2022年至2023年国际航运领域减碳政策陆续落地，碳税及碳排管理限制逐渐缩紧，探索低碳替代燃料成为航运领域的重要应对方案之一。远洋航运、近沿海及内河航运依照各场景的实际需求，已经开展了以LNG、甲醇、锂电等不同方案为核心的动力替代。
在此背景下，内河航运领域或将成为氢能机遇场景，尤其在高载重吨及长续航场景氢能具有先发优势，且氢能已有MW级动力系统方案等技术突破以及多元化的应用方式，能够适应内河场景应用需求。
