新能源汽車“短鋰長氫“的多元化發展模式已成為階段性共識，電動船舶是另一個看得見的藍海市場，電池巨頭們已經虎視眈眈。寧德時代是國內首家通過中國船級社（CCS）最新檢測指南《純電池動力船舶檢驗指南》認可和檢驗的動力電池企業。2020年5月， “深海01”輪在廣州順利下水標誌着寧德時代首套海洋船舶動力電池系統成功下線。船舶電動化的大幕或已拉開！
圖1 CCS認證證書
一個問題是，船舶電動化技術路線是否會跟汽車電動化路徑一樣，先鋰後氫？氫雲鏈認為：
（1）國內在新能源汽車上“先鋰後氫”的一個主要原因是鋰電池技術與國外的差距要較燃料電池來的小，發展相對更快，存在彎道超車的可能。如今鋰離子電池技術已經成熟，氫燃料電池技術也逐步走向產業化，在船用領域的示範應用層面技術成熟度差距不大；
（2）船用領域比車用領域更加講究場景匹配，船舶中“可鋰可氫”的交叉應用領域相對較少，尤其在長途、重載、長時間三類場景下，鋰電動力船難以滿足需求。因此，新能源船舶發展路徑上不會延續汽車領域“先鋰後氫”的情況，也沒有“誰先誰後”的説法，只有針對各自適用的場景開展試點的先後順序，技術方案成熟一個示範一個，互相替代的可能性不大。
目前國內純電動船舶已經開始展開試點，氫燃料電池上船還處在種子或者概念階段，但兩者實際上差距甚小。總體而言，電動船類似新能源汽車2004年左右情況，電動船產業化可能要再等10年。從中國船級社制定檢驗指南的時間上也能看出船級社對於兩種主流新能源技術路線應用在船舶領域的看法。
氫雲鏈認為：鋰電和氫電兩條技術路線在船舶應用的起點差距不大，各有適用的場景；車用氫燃料電池產業化拐點臨近，技術擴散正在加速；環保法規日趨嚴厲，船舶排放污染治理迫在眉睫。這三個因素疊加後將大概率加速氫燃料電池上船和電動船示範應用的時間表，進而縮短產業化落地時間，有望在5-8年內實現產業化。
本文將分析氫燃料電池上船的痛點，判斷氫電、鋰電誰將主宰新能源船舶未來路線，旨在增加社會認知，促進氫燃料電池船舶的產業化發展。
一、為何氫燃料電池上船難？
氫燃料電池船與LNG動力船有一定的相似性，都是新能源船舶、都是危化品屬性的燃料，LNG動力船在推廣過程中遇到的製造/運營成本高、基礎設施少、技術有待發展、政策法規缺位、人員培訓不足等問題，在燃料電池船舶推廣過程中也將再次出現。考慮到國內LNG船舶推廣經驗與氫燃料電池汽車產業化基礎，氫雲鏈認為，基礎設施、技術、政策法規和安全標準仍將是燃料電池船舶示範推廣中亟待解決的難題。
（一）技術突破難
（1）大功率燃料電池系統平衡難。萬噸級船舶的動力需求將達到MW級別，比車用系統功率100KW級別需求高很多。在目前市場上單個電堆功率有限情況下，需要將多個電堆組成系統才能滿足船舶的動力需求。這對於動力系統技術而言並非多個低功率電堆簡單疊加的線性關係，如何保持多個堆棧間的系統平衡十分重要。
（2）氫氣存儲、加註難。以中船重工設計的燃料電池試點船舶為例，該船採用了35MPa高壓氫氣瓶組儲存氫氣，未來一段時間內燃料電池船舶大概率還將採用高壓氫氣這種相對成熟的存儲方式。由於船-岸間有一定的距離，車與船的加註場景也有所區別，需要對車用氫氣加註技術進行改進才能保證船用氫氣加註順利，甚至需要考慮改變船上氫氣的存儲方式。若採用液氫、固體儲氫或液體儲氫的方式，氫氣的存儲、加註的安全性將大有改善，但也需要花費時間精力進行技術和標準的研發。
（3）安全管理難。船的航道往往距離城市較遠，環境複雜，且遠離岸邊有相當的距離，一旦發生事故將難以實施救援，船上人員也難以自救，因此對船用動力系統的穩定性和儲能系統的安全性要求極高。作為對比，一輛汽車的動力系統發生故障尚可停在路邊等待救援，若船舶出現拋錨事故，在複雜的水域環境下難以預測船舶安全，若發生自燃或爆炸事故更是後果不堪設想。所以示範之前需要有一套相對成熟的船用氫氣安全管理方案。
（二）法規難題
根據LNG動力船的經驗，對比技術問題，管理法規才將是燃料電池船舶推廣道路上面臨的真正困難。
（1）CCS認證標準體系尚未完善。船用燃料電池動力系統須經過CCS的認證，中國船級社也在2015年發佈了《燃料電池系統應用指南》。但目前國內缺乏相關實踐案例，相關標準也未完善，這對船用燃料電池系統的設計和認證造成了一定的影響。一位動力系統廠商負責人告訴氫雲鏈，截止目前國內還沒有通過CCS認證的燃料電池動力系統，但有多個廠商正在進行相關的工作。
從寧德時代4月份拿到了中國船級社（CCS）身份認證來看，氫雲鏈判斷燃料電池企業通過CCS認證也不會太遠了，根據中船重工等企業的研發進度，年底前後應該會有廠商拿到中國船級社（CCS）身份認證，實現零的突破。
（2）相關法規對氫氣上船尚未“鬆綁”。由於氫氣的危化品屬性，相關部門對氫氣上船一事十分謹慎，極大阻礙了氫燃料電池在船舶方面的應用，這與內河LNG動力船此前遭遇類似。天然氣動力船舶在內河推廣已有十年，但長期以來在審批製造、船閘、港口的嚴格管理極大限制了船東發展天然氣船舶的動力。
“一個加氣站的建設從開始申請到最終落地需要層層審批，蓋上百個部門的印章;同時，一艘船申請LNG動力改造，從評估到逐級申報、船檢驗收、交付船東也要經過多個部門審核蓋章。”某船運公司董事長曾表示。氫雲鏈認為，氫氣上船尚未“鬆綁”無需過度緊張，根據天然氣產業發展經驗，隨着氫氣被歸口為能源、氫能產業大規模示範推廣，氫氣上船“鬆綁”是遲早的事。
圖2 氫燃料電池船 觀察者號
二、國內外對燃料電池船舶嘗試
公開信息顯示，國內早期下水的燃料電池船舶有兩艘，一是北京富原燃料電池公司於2002年9月研發的富原1號燃料電池遊艇，功率僅為0.4KW，二是2005年11月由上海海事大學研製的“天翔一號”小艇，功率僅為2KW。
國內有相當數量的機構和單位開展了相關工作，如電堆的設計，中船重工712所、605所和廣船所均有研究和技術儲備，但進行下水實踐的相關案例還十分稀缺。
2019年12月，中船重工712所發佈了全國首台500kW級船用燃料電池系統解決方案，廣船所和中船重工605所則獲得了500kW內河氫燃料電池動力貨船基本設計CCS AIP認證。可以判斷，國內燃料電池船舶已經起步，將很快進入示範運營階段。
目前有開展燃料電池船舶示範運營計劃的地區主要是位於內陸水運支系發達的珠江、長江沿岸省市，包括湖北、江蘇、浙江、廣東、四川、安徽銅陵等。其中浙江省在其《浙江省加快培育氫能產業發展的指導意見》明確提出積極發展氫燃料電池船舶，安徽銅陵更是喊出“氫動長江”的口號，廣東也不甘落後，計劃在“綠色珠江”行動中率先開展燃料電池船舶的實踐。
從各企業以內河船隻啓動試點也看出，目前單個燃料電池功率仍難以滿足大型船舶的動力需求，但可以通過系統集成方式解決。
國外燃料電池技術要比國內成熟，但在燃料電池船舶應用進度上並未明顯領先，僅有零零散散的試驗案例，詳情可見《加大船用氫燃料電池技術推廣，打造全球最大電動船市場》一文。值得一提的是，ABB推出了MW級別的船用燃料電池動力系統，在性能參數上達到了船用需求，但並未推向實用。
三、燃料電池船舶如何破局？
（一）尋找示範場景，積累數據，突破難點
從國內推廣LNG動力船舶的經驗來看，政府最關心的兩個問題是技術成熟度和管理成熟度，這需要在實踐中進行反覆的試錯和迭代。按照國內產業發展經驗，遵循“項目示範-小規模示範應用-大規模示範推廣-商業化推廣”的產業發展規律，因找對場景、選對技術方案、積累數據和技術迭代是首要工作。
需要指出的是，國內外情況不同，完全照搬國外實踐案例經驗有風險。以小功率客船為例，由於國外旅遊場所的遊客密度遠比國內低，運行頻次低，在小功率客船上使用氫動力有一定的可行性，比如近期在法國實驗成功的seabubbles，被稱為水上出租車，類似“水上滴滴”模式，但這種模式在國內並不可行。
圖3 氫燃料電池船 seabubbles
針對產業發展趨勢，業內人士認為不僅在場景分類上相似，電動船市場軌跡也將與新能源汽車市場發展接近。某知名燃料電池廠商負責人判斷目前電動船舶發展階段與2000年左右的新能源汽車產業相似，認為在技術方案得到驗證之前，短時間內不會通過財政支持等方式推廣，實踐工作主要集中在政府主導的課題和各類專項上。
氫雲鏈認為， 多家機構均有一定的技術儲備，只要市場第一家技術方案CCS認證通過，將會有更多的燃料電池動力系統企業進入船舶CCS認證名單，國內市場不會過早啓動，除了常規的大功率船隻外，國外的小功率船舶出口市場值得國內企業期待。
（二）場景為王，不同於車用先鋰電、後氫電發展軌跡
氫雲鏈認為，新能源船舶可能不同於車用先鋰電、後氫電發展軌跡。判斷如下：
相似之處。對比船用鋰電，船用燃料電池的優勢依舊是合適“長途、重載、長運營時間”。而且由於船舶普遍具有生產工具的性質，純電動與燃料電池在船用場景的區分將比車用更加明顯，應用場景的交叉與爭議將大大減少。
景區、湖區、江面渡輪等短途、安全性要求高、單次運行週期短的場景更合適純電動船舶；長途貨運、客運等單次運行時間長、載重大的場景則更適合燃料電池船舶。
不同之處。電動船在氫電與鋰電的發展路徑上必有差異，原因在於產業發展階段不同，切入時點也不同。燃料電池汽車是在純電動汽車進入市場化階段後才開始產業化，而當下在船用市場尚未真正啓動，氫電與鋰電更接近於同一起跑線上——兩者同處於項目示範的起步階段，而且鋰電僅僅是氫電早起跑了一小步，差距不大。
場景為王。除了成本、安全、技術、管理的考量以外，船用場景下”可鋰可氫“的交叉場景不如車用多，所以選鋰電還是氫電更多取決於特定決場景的要求。例如，貨輪、漁船等在長途、重載、長時間工作等三個場景要求下，鋰電動力船不用説三個條件，可能一個都滿足不了；而在景區小湖場景下，使用氫燃料電池船舶從安全、成本考慮也是不可能的事情。
氫雲鏈認為，電動船在氫電與鋰電的發展路徑現在還不能完全判斷準確，很可能在特殊場景要求下，氫電跑在鋰電前面的可能性也不少，結果如何還需要等待案例出來後再做判斷。
四、誰將主宰未來新能源船舶：氫燃料電池 or 固態鋰電池？
由於最近兩個大佬比亞迪、寧德時代在媒體上，“因為針刺實驗應引發了一場血案“，不顧體面，相互揭老底。氫雲鏈認為這隻在鋰電池內部的技術路線爭持，刀片電池和CTP技術都增加鋰電池體積能量密度，在系統層面上進行了創新，但沒有本質上改變鋰電池技術特徵，具體可以參見《誰將主宰未來新能源汽車：氫燃料電池 or 固態鋰電池？》
在船舶領域，儘管場景為王，但我們很可能將再次面臨氫電和鋰電之爭。這裏我們做個補充，對技術進步對氫燃料電池和固態鋰電池在續航里程-成本關係的影響進行比較分析。
圖4 鋰電、氫電成本-續航里程關係變化示意圖
（1）在技術進步的情況下，如上圖所示，成本和續航里程的相關性即斜率有所改變，氫電和鋰電達到成本平衡點也有變化；氫電和鋰電達到成本平衡點的續航里程有所增長，但在長距離情況下氫電依然佔據了明顯的成本優勢。
（2）安全性更多是技術方面、安全管理規範的問題，相信兩個技術方向都會有自已的解決方案。
氫雲鏈認為，成本為王是用户選擇技術路線最重要的標準，在成本相同情況下，不同技術方向將在適用的場景下各自發展。