氫能源在港口應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)與短板分析

許丹

摘 要：氫能源作為國際流行的新能源在港口生產(chǎn)作業(yè)中有著較大的應(yīng)用前景，目前國內(nèi)多個(gè)碼頭已經(jīng)開始研究、使用氫能源設(shè)備。隨著國內(nèi)加氫站建設(shè)不斷擴(kuò)大，氫能源使用、儲(chǔ)存、加裝相關(guān)制度不斷完善，港口氫能源使用將更上一個(gè)臺(tái)階。本文在分析港口氫能源應(yīng)用背景和港口生產(chǎn)主要裝卸設(shè)備能耗方式的基礎(chǔ)上，探討了當(dāng)前氫能源在港口推廣應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)與主要短板，提出了港機(jī)設(shè)備下一步氫能源使用的幾點(diǎn)建議。

關(guān)鍵詞：氫能源;港口;設(shè)備

中圖分類號(hào)：TK91? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2020）11-0133-02

1港口氫能源應(yīng)用背景

氫能源是一種儲(chǔ)量大、來源廣、效率高、清潔低碳、可再生的二次能源，是能源革命的重要方向，目前正受到全球各國的廣泛關(guān)注。2018年開始，美國將10月8日定為美國國家氫能與燃料電池紀(jì)念日。2019年，韓國、歐洲燃料電池和氫能聯(lián)合組織、日本先后發(fā)布了本地區(qū)的氫能經(jīng)濟(jì)發(fā)展路線及利用計(jì)劃。同年，我國首次將氫能源寫入政府工作報(bào)告，并于2019年6月發(fā)布《中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書》，進(jìn)一步加快了氫能存儲(chǔ)、運(yùn)輸技術(shù)的研究，氫能商業(yè)化運(yùn)用已經(jīng)提上日程。

中國目前處于氫能市場(chǎng)發(fā)展初期，中國氫能聯(lián)盟的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2018年國內(nèi)氫氣產(chǎn)量約為2100萬噸，換算熱值占終端能源總量的份額為2.7%。隨著國內(nèi)能源結(jié)構(gòu)從傳統(tǒng)能源主導(dǎo)轉(zhuǎn)向傳統(tǒng)能源、生物能源、光伏、風(fēng)力、核能、燃料電池等能源多元化格局，氫能源的發(fā)展將會(huì)得到大力推進(jìn)，氫能源的使用范圍也將不斷擴(kuò)大。

港口中各種大型起重機(jī)械、水平搬運(yùn)機(jī)械及流動(dòng)車輛眾多，是區(qū)域耗能大戶。以北方某港區(qū)為例，年作業(yè)集裝箱2000萬TEU，日常進(jìn)出拖車2萬輛，能耗大，成本高，因此港口對(duì)新能源的應(yīng)用有著極大的需求。交通運(yùn)輸部、發(fā)展改革委、財(cái)政部、自然資源部、生態(tài)環(huán)境部、應(yīng)急部、海關(guān)總署、市場(chǎng)監(jiān)管總局、國家鐵路集團(tuán)等九部門在《關(guān)于建設(shè)世界一流港口的指導(dǎo)意見》中指出，“鼓勵(lì)新增和更換港口作業(yè)機(jī)械、港內(nèi)車輛和拖輪等優(yōu)先使用新能源和清潔能源，加快提升港口作業(yè)機(jī)械和車輛清潔化比例”。2019年6月14日，國際能源署發(fā)布《氫能的未來——抓住今天的機(jī)會(huì)》，指出“使工業(yè)港口成為擴(kuò)大清潔氫利用的中樞”?？梢哉f，“低碳綠色”是港口發(fā)展的大方向，氫能源的推廣應(yīng)用有助于港口的深度減排工作的推進(jìn) 。

2港口生產(chǎn)主要裝卸設(shè)備和能耗方式

（1）大型固定機(jī)械，主要有集裝箱岸橋、軌道式龍門起重機(jī)、門座起重機(jī)、卸船機(jī)等。這類大型固定設(shè)備能耗高，用電量大，能耗方式主要為傳統(tǒng)工業(yè)用電。

（2）場(chǎng)地搬運(yùn)機(jī)械，主要有輪胎式龍門起重機(jī)、輪胎式起重機(jī)、空箱堆高機(jī)、集裝箱跨運(yùn)車、叉車、裝載機(jī)。這類大型固定設(shè)備的能耗方式有工業(yè)用電、內(nèi)燃機(jī)組、鋰電池、鋰電池-柴油機(jī)混合動(dòng)力等。

（3）各種道路流動(dòng)機(jī)械，主要有港口牽引車、拖車、自卸車等，主要能耗方式主要有柴油、LNG、鋰電池等。

3港機(jī)設(shè)備氫能源應(yīng)用的主要優(yōu)點(diǎn)

（1）港口作業(yè)設(shè)備一般負(fù)荷大、速度低，主要輻射在碼頭泊位周邊作業(yè)，設(shè)備密度大、排放區(qū)域集中，對(duì)環(huán)境影響大，進(jìn)行氫能源使用后，地區(qū)排放量將大大降低，節(jié)能、環(huán)保效果顯著。

（2）港口設(shè)備類型及規(guī)格相對(duì)集中，作業(yè)時(shí)間和工作范圍相對(duì)固定，單車能耗可準(zhǔn)確采集，對(duì)氫燃料設(shè)備選型及改造目標(biāo)相對(duì)明確;設(shè)備加氫量及加氫周期相對(duì)固定，為加氫站選址、加氫站容量規(guī)劃提供相對(duì)準(zhǔn)確數(shù)據(jù)參考。

（3）港口設(shè)備使用率高，設(shè)計(jì)壽命長，常規(guī)內(nèi)燃動(dòng)力設(shè)備隨著設(shè)備年限增加，設(shè)備維修成本逐漸變大，使用氫燃料電池后，取消內(nèi)燃動(dòng)力設(shè)備，維修保養(yǎng)工作量及維修、備件成本將大大降低。

（4）氫燃料電池直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能，噪聲小，一般在65dB以下，設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)，有效降低碼頭現(xiàn)場(chǎng)工作噪音，提升操作人員現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境質(zhì)量。

（5）老舊碼頭因自生產(chǎn)能力、節(jié)能環(huán)保、自動(dòng)化推進(jìn)等原因進(jìn)行設(shè)備電力化改造，因供電負(fù)荷容量影響需做相應(yīng)設(shè)施改造，碼頭基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、改造投資大，周期長，對(duì)生產(chǎn)影響大，采用氫能可大大減少碼頭基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，滿足設(shè)備流動(dòng)性、機(jī)動(dòng)性，節(jié)能環(huán)保，降低設(shè)備對(duì)供電容量的依賴。

（6）目前國內(nèi)港區(qū)周邊一般布置有符合國家規(guī)范的加油站或者LNG加氣站，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件利用現(xiàn)有加油站或者LNG加氣站，進(jìn)行加氫站改建，降低專業(yè)加氫站建設(shè)成本。

4當(dāng)前氫能源在港口推廣應(yīng)用的主要短板

（1）目前國內(nèi)的加氫站布局和建設(shè)仍處于緩慢起步階段。截至2019年11月，我國已投產(chǎn)的加氫站為41座，從地域分布來看，主要集中在廣東、江蘇、上海、湖北、河北等地，并且服務(wù)對(duì)象主要為城市公共交通設(shè)備，沒有港口專用加氫站，需額外進(jìn)行加氫，提高運(yùn)行成本，未來加氫站的建設(shè)數(shù)量及地域分布還有待完善。

（2）目前在上游制約氫能源發(fā)展的兩大問題就是氫燃料的儲(chǔ)存和運(yùn)輸，國內(nèi)為港口流動(dòng)機(jī)械等專業(yè)供氫廠家少，運(yùn)輸方式單一，氫氣使用成本較高。

（3）目前國內(nèi)氫氣使用主要以氣態(tài)氫為主，現(xiàn)階段氫氣運(yùn)輸主要采用的是長管拖車運(yùn)輸，運(yùn)輸壓力多為20MPa，單車次可運(yùn)輸347kg，國內(nèi)儲(chǔ)氫瓶主要以35MPa型瓶為主，70MPa型氫瓶技術(shù)較國外落后，因拖車運(yùn)輸壓力低，設(shè)備加氫時(shí)間相對(duì)較加注柴油、LNG時(shí)間長，影響碼頭作業(yè)效率。

（4）目前國內(nèi)流動(dòng)機(jī)械相關(guān)氫能源標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范需要進(jìn)一步完善，提高氫能的儲(chǔ)運(yùn)效率、降低氫能的儲(chǔ)運(yùn)成本是目前氫能儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)的發(fā)展重點(diǎn)。

5港機(jī)設(shè)備下一步氫能源使用探討

（1）確定穩(wěn)定可靠的氫源：充分利用港口區(qū)域保稅區(qū)、自貿(mào)區(qū)和加工自貿(mào)區(qū)相關(guān)政策紅利，吸引可制氫、產(chǎn)氫的相關(guān)企業(yè)在港口周邊經(jīng)濟(jì)輻射區(qū)建廠營業(yè)，并利用港內(nèi)現(xiàn)有加油站、加氣站改造加氫站，源頭上降低氫氣運(yùn)輸、存儲(chǔ)成本。

（2）推進(jìn)目前港口設(shè)備氫能源利用并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)測(cè)試，根據(jù)港口機(jī)械工作模式和設(shè)備類型可先對(duì)具有靈活移動(dòng)能力的港口牽引車、拖車、發(fā)電車上進(jìn)行氫能源更新、改造測(cè)試，積累港口機(jī)械氫能源使用經(jīng)驗(yàn)，并研究制定氫能源加注、使用、維護(hù)等相關(guān)制度標(biāo)準(zhǔn)。

（3）對(duì)于固定式港口設(shè)備，無法到加氫站進(jìn)行氫氣加注，根據(jù)設(shè)備作業(yè)能耗需求，使用氫瓶儲(chǔ)瓶方式工作，并設(shè)計(jì)、制作專門的氫瓶更換設(shè)施，編訂標(biāo)準(zhǔn)化換氫流程，采用可移動(dòng)設(shè)備半自動(dòng)更換，保持設(shè)備機(jī)動(dòng)性特點(diǎn)，又避免加氫場(chǎng)所固定造成的場(chǎng)地占用及設(shè)備移機(jī)難題，提高氫瓶更換效率。

（4）加強(qiáng)液氫存儲(chǔ)技術(shù)在港口設(shè)備的研究，目前國際液氫加注站占?xì)淙剂峡偧幼⒄镜娜种?，主要集中在歐、美、日本，國內(nèi)需加快民用液氫技術(shù)研發(fā)及相關(guān)使用標(biāo)準(zhǔn)的建立，并進(jìn)行港口設(shè)備的實(shí)驗(yàn)性應(yīng)用，推進(jìn)液氫在港口的實(shí)際使用。

（5）目前港口設(shè)備在進(jìn)行電力化改造、混合動(dòng)力改造時(shí)需同時(shí)考慮后續(xù)氫能源使用利用規(guī)劃，改造設(shè)備同時(shí)預(yù)留后續(xù)加裝儲(chǔ)氫設(shè)備的空間。

（6）港口加強(qiáng)與氫能源研發(fā)、氫能源設(shè)備制作廠家的合作，可采用業(yè)務(wù)外包形式引進(jìn)氫能源設(shè)備進(jìn)行港內(nèi)裝卸及運(yùn)輸，按照實(shí)際作業(yè)量進(jìn)行付費(fèi)。一方面減少港口的一次性投資，一方面能夠加快氫能源設(shè)備的實(shí)際投入使用。

6 結(jié)語

目前港口氫能源使用受各類因素影響，實(shí)際推廣較慢，隨著國內(nèi)液氫技術(shù)的發(fā)展和氫能源設(shè)施的不斷完善，氫能源一定會(huì)在新一輪綠色智慧港口建設(shè)中發(fā)揮更大作用。

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