如何看待500 kW船用氢燃料电池系统的发展?

据中国科技日报65438年2月3日报道,中国船舶研究院712号发布了首个具有自主知识产权的500 kW船用氢燃料电池系统。

据悉,这套系统由船用燃料电池发电模块、燃料电池监控装置和有机液氢生产装置组成。整个系统不会有任何污染和排放,具有相当高的制氢效率。每升有机液体可以产生50~80克氢气,而且可靠性非常好,供应方便。据悉,这种氢燃料电池可以广泛应用于各种水面舰艇,从豪华游轮到游船。虽然这种氢燃料电池最初是为民用设计的,但不可否认的是它有很强的军事应用背景。毫不夸张地说,氢燃料电池是潜艇成功隐身的重要功臣。

目前世界上一般常规动力潜艇在水面航行时使用柴油机作为动力,同时给电池充电,在水下航行时使用电池提供动力。所以时不时要浮出水面吸入空气让柴油机工作,潜艇上浮让柴油机工作的时候就是暴露最多的时刻。为了保证隐蔽性,潜艇最好多在水下航行,避免浮出水面,这就促进了不依赖空气推进系统(AIP)的出现。

目前各国先进的常规潜艇基本都有装备。AIP系统可以使常规潜艇在不从空气中获取氧气的情况下拥有足够的动力。目前世界上有三种AIP技术,分别是闭式循环柴油机、斯特林发动机和燃料电池。这三种技术中,闭式循环柴油机工作效率低,柴油机本身噪声和空气噪声高。而斯特林发动机可靠性低,工作效率只有35%。另外,虽然它的噪点少,但还是有一些噪点。

而燃料电池的效率最高,最高可以达到60%。同时,它们不产生废气和污染物,噪音极小。所以从技术上来说,燃料电池最适合AIP常规潜艇。先进的东西往往不是那么容易得到的,燃料电池对技术要求很高。它最大的一个技术局限就是需要大量的氢气,储存和运输都非常困难,而且易燃易爆,非常危险。

所以研发燃料电池潜艇的思路主要是研究如何安全储存氢气。不过,这次我国科研人员携带了海洋液氢制氢装置和有机液体制氢的设计,真是别出心裁。这种设计使得潜艇无需携带大量氢气就能自行制造,绕过了如何储存大量氢气的技术难关。

此前世界上德国的常规潜艇都采用燃料电池作为潜艇AIP系统,其AIP系统功率约为200~300KW。可以看出,一个500千瓦的氢燃料电池完全足以驱动一艘3000吨左右的常规潜艇。由于氢燃料电池与其他AIP系统相比具有显著的优势,这种高功率燃料电池研究成功后将对新型常规潜艇的发展大有裨益。