文/黄河徐文珊李明敏，广州船舶及海洋工程设计研究院，广东造船

1前言

近年来，国际公约法规对船舶排放要求日益严格。年4月国际海事组织（IMO）制定了海运温室气体减排初步战略要求：与年相比，在年船舶二氧化碳排放量至少降低40%，到年降低50%以上；从年起，全球船舶所用燃油硫含量不得超过0.5%，硫氧化物排放控制区域（SECA）硫含量不超过0.1%。

年6月国务院发布《打赢蓝天保卫战三年行动计划》，其目标是经过3年努力，大幅减少主要大气污染物排放总量；年11月，交通运输部颁布《船舶大气污染物排放控制区实施方案》，划定了中国境内排放控制区域，明确规定年1月1日起，船舶进入排放控制区应使用硫含量不大于0.1%的船用燃油。

氢燃料电池是将氧气与氢气的化学能转换成电能的发电装置，生成物为水，具有高效、无污染、设备运行噪音低等特点。氢燃料电池具有广泛的应用前景，船舶采用氢燃料电池推进方案是其满足新法规要求的主要措施之一。本文对氢燃料电池动力技术船用化发展进行研究。

2燃料电池原理及特点

燃料电池是一种将燃料与氧化剂通过电解质将其化学能直接转化为电能的装置。燃料电池的电极本身不包含活性储能物质，只是催化转化元件。燃料电池常见的排放物为水。

目前常用的燃料电池有：碱性燃料电池（AFC）、磷酸燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）、质子交换膜燃料电池（PEMFC）等，见表1。

燃料电池具有较高的能量转化率，如图1所示。各类燃料电池的能量转化效率约为40%~60%，若实现热电联供，燃料的总利用率可达80%以上。

当燃料电池以富氢气体为燃料时，其二氧化碳的排放量比热机减少40%以上;若以纯氢气为燃料，其化学反应产物仅为水。同时，由于燃料电池生成水的反应是个放热反应，会产生大量热水、热蒸汽，不仅可以供电，还可以供暖。

燃料电池动力的主要特点如下：

（1）生成物为水，使用过程无CO2、SOx、NOx等有害物质排放，如以氢气为燃料的燃料电池可实现零排放；低温燃料电池的工作温度小于℃，安全、可靠、污染甚微；

（2）在运行过程中不产生任何机械噪音。燃料电池没有传统内燃机的运动部件，其噪声源仅来自于空气压缩机与冷却系统等辅助部件；

（3）能效转换率高。普通柴油机或燃气轮机的能效转换率在25%~40%范围内，而燃料电池的能效转换率在40%~50%之间，部分甚至可达到60%以上；

（4）适合批量化生产、模块化配置、适用功率范围广。燃料电池组由不同数量的单体燃料电池串联而成，可以根据要求配置成不同功率的电池组。

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