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DNV:关于船用氢燃料的五大经验

2021-08-27 19:54:14
来源:DNV船级社 编辑: 国际船舶网 我有话要说

由26家领先企业和协会组成的联合体发布了关于氢燃料船舶的手册,阐述了围绕船用氢燃料最为紧迫的问题。以下是这项由DNV牵头的MarHySafe项目的关键要点。

绿色氢可以在航运业的脱碳道路中发挥关键作用。由电解产生的氢气没有碳排放,未来可能在全球广泛应用,用作船用燃料或合成燃料的关键促成剂。航运业中很多人认识到氢的潜力,但实现氢气技术存在巨大障碍。经DNV牵头、由26家合作伙伴和观察员组成的联合体集合在MarHySafe联合开发项目(JDP)下,以应对氢气运营中的安全性和法规方面的主要挑战。项目一期已经结束,联合体发布了《氢燃料船舶手册》,为使用燃料电池开展安全氢操作提供了路线图。在MarHySafe二期项目进展中,该手册还将持续更新。以下是目前为止总结的五大经验。

知识空白:在氢装卸、储存和加注的安全方面需要开展更多测试

测试和建模都需要根据氢的独特特性及安全考量予以完善。关于低温氢(LH2)的特性以及爆炸发生的阈值都存在不确定性。“受挪威公共道路管理局的委托,我们在位于英国的DNV Spadeadam研究测试中心开展了关于低温(液态)氢的实验,为该手册提供了宝贵的结论”,DNV定量分析高级资深专家Asmund Huser说。

“这些实验为LH2在带密闭处所的典型船舶设计以及加注过程中的泄漏场景表现提供了重要的知识,为海上氢布置设计中的缓解措施增强了信心”,挪威海事局绿色航运创新与新技术负责人Kolbjørn Berge表示。

一个关键要点是未来的建模需要更好地考虑泄漏时的爆炸风险。“例如在一个大房间里,高速喷射的氢释放可能不会均匀扩散。这种非均质扩散可能导致氢气聚集,这种气团的爆炸风险更大。为了避免这种风险,我们需要严格的安全措施”,Asmund Huser解释。这些处所应该有怎样的尺寸和布局?风扇、通风井或探测器需要安装在哪些位置?如果发生泄漏,这些设计考量可能带来完全不同的结果。当该行业进入规模化发展时,需要有专门的大型测试。

该图显示了航运业引入新技术时需要考虑的问题

安全性:氢的独特特性与天然气截然不同

与天然气打交道的经验对于航运业中开始运作氢气非常有用。但不同的燃料类型之间存在着显著差异,部分船上用于天然气的配置可能对于使用氢气来说存在危险。这是因为氢气的独特特性:氢是所有原子中最轻的一种,加大了容纳难度,而且会使那些可安全用于天然气的材料发生脆化。例如,氢气需要特定类型的钢材和焊接接头,而不仅仅是配件。氢气也比天然气易燃,其可燃范围更大。“大部分有望在船上落地的氢技术已经在其他领域得到应用,例如汽车、卡车与其他类型的陆上运输和储存。所以,我们并非从零开始。部分挑战包括把技术调整为适合海上环境,并且确保其在多变的环境条件、更小的处所以及人员疏散难度大于陆地的情况下仍能安全使用”,DNV资深环境咨询顾问兼MarHySafe一期项目经理Gerd Petra Haugom指出。

燃料系统:尽可能使用纯氢形态

可以通过内燃机为船舶提供氢动力,也可将氢与其他燃料混合或者储存在液态有机溶剂或者氨中。氢气产生能量的最常见、最环保方式是使用氢燃料电池。这也是MarHySafe项目的重点之一。价值链中的每个能量转换步骤都意味着能量损失。在沿海和近洋运输中,当电池供电方案无法实现时,例如当地电网容量不足,氢尤其适合作为延长航线覆盖和补充燃料方案。尽可能直接利用氢气可以减少氢转化为其他燃料过程中的能量损失,是打造零排放价值链的优选方案。

目前航运业中的新型氢应用需要经过替代设计流程

框架:替代设计流程是目前的最佳途径

替代设计流程是一种基于风险的审批流程,适用于无法得到现有规定批准且需要优化安全性的新型船舶设计。该流程符合SOLAS第II-2章,并且包含在《IMO替代和等效的批准导则》(MSC.1/Circ. 1455)中。批准的评估符合《使用气体或其他低闪点燃料船舶国际安全规则》(IFG Code, Part A)的目标和功能要求。“替代设计流程需要在引领技术开发的项目方面开展大量工作。项目业主必须积极展示,如何通过应用基于风险的设计来管理设计中的危险及后果,而不是被动地去合规。这看起来可能困难重重,但这是我们目前实现项目落地的最佳工具了”,DNV海事管系和替代燃料高级工程师Mónica Álvarez Cardozo说,“氢是新环境中的新技术,因此需要基于风险的设计流程来保障人员、财产和环境的安全。” MarHySafe手册详细地审查了替代设计流程,其阐释可满足船旗国的不同预期,并为如何尽可能高效地满足要求提供指导意见。

“MarHySafe联合开发项目的主要目的之一,是为未来制订氢气规范创建一个基础知识库”,Gerd Petra Haugom说。目前在起草规范方面还存在诸多知识空白,“但我们了解地更多,就离改变局面更近一步。在项目二期中,我们将对早期要求提出建议。”

实施:规模化氢运营将是一大挑战

将氢燃料从陆上应用引入海事行业是不小的成就。考虑到IMO的监管框架、船级社规范、船旗国和港口的不同解释,至少来说,符合整体监管环境还存在较大挑战。MarHySafe手册提供了监管环境的综合概述。“在缺少明确规范的情况下,行业开展合作并从现有项目中汲取经验就显得格外重要。我们必须确保未来的任何要求都能考虑到所有必要的安全与运营环节,确保这项技术可以大规模开发”,DNV高级环境咨询顾问兼MarHySafe二期项目经理Nathaniel Frithiof说。

“MF Hydra”将采用氢燃料动力,在挪威投入运营

 

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