我國首艘氫燃料電池動力船“三峽氫舟1”號,。三峽集團(tuán)供圖
解纜,、離泊、啟航……
伴隨著悠揚的汽笛聲,，在三峽大壩下游江面上,，一艘藍(lán)白相間的輪船緩緩馳離碼頭。這艘名為“三峽氫舟1”號(以下簡稱“氫舟”)的船舶,，是我國首艘入級中國船級社的氫燃料電池動力船,。
氫從水中來，回到水中去,。利用三峽電站發(fā)出的綠電制氫,，供氫舟使用，產(chǎn)生水再流入江中……為實現(xiàn)這一目標(biāo),，中國長江三峽集團(tuán)有限公司(以下簡稱“三峽集團(tuán)”)聯(lián)合多家單位組建研發(fā)團(tuán)隊,，經(jīng)數(shù)載攻關(guān)，終獲成功,。
“氫舟的投用,，標(biāo)志著‘氫化長江’邁出實質(zhì)性步伐，對推動長江經(jīng)濟帶堅持生態(tài)優(yōu)先,、綠色發(fā)展,，具有重要示范意義?！比涨?，在接受科技日報記者采訪時，三峽集團(tuán)長江電力副總經(jīng)理兼總工程師冉毅川表示,。
匹配“大心臟”
“靜!”說起氫舟的最大特點,，船長李章用一個字來形容。
如此友好的性能,，源自研發(fā)團(tuán)隊給氫舟配置的氫燃料電池,。
“氫燃料電池在車輛交通領(lǐng)域應(yīng)用有成熟方案，但在船舶交通上，卻無經(jīng)驗可循,?！眻F(tuán)隊成員、中國船舶集團(tuán)有限公司第七一二研究所燃料電池事業(yè)部系統(tǒng)研究室主任王振告訴記者,。
首次上船測試,，氫燃料電池就出現(xiàn)原因不明的功率波動，引發(fā)停機檢查,。大家逐一排查氫氣,、空氣、電池,、水熱管理等子系統(tǒng),，結(jié)果發(fā)現(xiàn)狀態(tài)一切正常。
如果找不到原因,，船在航行中遇到特殊情況,，就會像汽車在超車時失去動力一樣，極易造成事故,。
“究竟是哪里出了問題?”團(tuán)隊拆了裝,、裝了拆，反復(fù)分析研究各個系統(tǒng),，始終不得其解,。直到有一天，王振腦海中忽然閃現(xiàn)心臟移植手術(shù)——“一定是系統(tǒng)間匹配出了問題,。就好似心臟移植后,，各個器官自身都是好的，卻會出現(xiàn)‘排異反應(yīng)’,?！?/p>
“癥結(jié)”最終被鎖定在動力系統(tǒng)的能源管理策略上。船行江上,，自主形成小型電網(wǎng)。氫燃料電池首次入網(wǎng),，需要制定專門的管理策略,。但這沒有先例，團(tuán)隊只能參照此前柴油發(fā)動機和鋰電池組網(wǎng)工況設(shè)置參數(shù),。
“我們發(fā)現(xiàn)氫燃料電池發(fā)電反應(yīng)迅捷,，但氫氣供給卻略有延遲。這一時間差會造成電網(wǎng)電壓高頻波動,，觸發(fā)應(yīng)急保護(hù),，導(dǎo)致停機?！蓖跽窠榻B,。
團(tuán)隊立即著手優(yōu)化能源管理策略,，協(xié)調(diào)氫燃料電池與應(yīng)急電源之間的能量輸出，讓應(yīng)急電源在電網(wǎng)需要時及時頂上;同時,，調(diào)整動力系統(tǒng)輸出電壓保護(hù)閾值,，使其適應(yīng)環(huán)境變化，避免發(fā)生停機故障,。
后續(xù)測試中,，李章明顯感覺到，氫燃料電池這顆“大心臟”與其他系統(tǒng)實現(xiàn)了高效匹配,、協(xié)同運轉(zhuǎn),，讓氫舟操控起來更加得心應(yīng)手。
闖過“壓力關(guān)”
按下葫蘆浮起瓢,。2023年6月,，就在氫舟即將首航測試時，一個意想不到的問題出現(xiàn)了,。
船艙內(nèi),，蜂鳴器突然警報迭起，提示燃料電池供氫管道入口壓力過高,，電池模塊無法啟動,。這意味著，氫舟不僅沒了動力來源,，用氫安全也面臨挑戰(zhàn),。
氫舟儲氫艙室有32個儲氫罐，罐內(nèi)氫氣最高壓力可達(dá)35兆帕;而燃料電池入口的供氫壓力須保持在0.6至0.8兆帕,。只有通過減壓裝置,，才能把二者連接起來。
“一定是減壓閥出了故障,?！眻F(tuán)隊成員、三峽集團(tuán)長江電力檢修廠水工檢修部船舶潛水分部主任許家銘判斷,。
果然,，更換減壓閥后，電池模塊順利啟動,。
然而,，沒幾天，系統(tǒng)再次報警——供氫壓力仍然過高!
減壓閥前后壓力相差50多倍,，是氫氣出罐時的瞬間高壓損傷了減壓閥?還是減壓閥前后的保護(hù)措施不力?只能逐一排查疑點,。
許家銘在減壓閥前后端增設(shè)保護(hù)閥，并對改進(jìn)后的設(shè)備進(jìn)行了150多次高壓沖擊測試。結(jié)果顯示,，減壓閥完好無損,。但安裝使用后不久，壓力過高問題依然存在,。
首航迫在眉睫,，沮喪、困惑,、焦慮,，寫滿了大家的臉龐。設(shè)計方,、造船廠,、設(shè)備商……許家銘逐個探尋良方。
“能否跳出減壓閥‘框框’,，從管道系統(tǒng)上找答案?”王振提出,。這一想法讓團(tuán)隊豁然開朗，很快判明故障原因,。
“此前,，電池即將啟動時，我們是在減壓閥低壓端對供氫管道進(jìn)行吹掃,，確?？諝狻⒛嗌车入s物不進(jìn)入電池模塊,?！痹S家銘解釋，“吹掃過程中的大流量管路放空,，造成減壓閥兩端壓力差急劇上升,，使閥門密閉件受損，導(dǎo)致電池端供氫壓力過高,?！?/p>
團(tuán)隊迅速開出“藥方”——將吹掃流程前置至減壓閥高壓端，改低壓放空為高壓放空,。經(jīng)過再三驗證,，故障消除，供氫系統(tǒng)安全可靠,，氫舟平穩(wěn)啟動。
定制“加氫臂”
氫舟已動,，氫從何來?
“給船舶加注氫氣,，我們是‘第一次吃螃蟹’。”團(tuán)隊成員,、三峽集團(tuán)長江電力科學(xué)技術(shù)研究中心主管研究員關(guān)蘇敏告訴記者,，氫氣的制取、壓縮,、存儲都有成熟方案,，但如何實現(xiàn)船舶氫氣加注，是個全新課題,。
與氫能汽車加氫相比,，船舶的氫氣加注量大、持續(xù)時間長,，還要考慮在突發(fā)狀況下,，具備緊急切斷船岸連接的功能。
此外,，氫舟泊岸時,，船岸距離不固定。不同季節(jié),，垂直方向會有10余米的落差;受強風(fēng),、水流等因素影響，水平方向也會產(chǎn)生數(shù)米誤差,。關(guān)蘇敏介紹：“三峽庫區(qū)汛前調(diào)水騰庫容,，汛末蓄水促發(fā)電，季節(jié)性調(diào)整讓大壩下游水位隨之漲落,。惡劣天氣下,，船體更會劇烈晃動，無法精準(zhǔn)系泊,?！?/p>
船舶充氫口位置變化莫測，且加氫管道內(nèi)氣壓高,，難以人為控制走向,。顯然，陸上靜位加氫方案無法照搬,?！拔覀儽仨氄业揭环N能長能短、能上能下,、剛?cè)岵慕鉀Q方案,。”關(guān)蘇敏說,。
“三節(jié)棍?”有團(tuán)隊成員突發(fā)奇想,?！皩Γ讶?jié)棍第一節(jié)改為垂直可俯仰,，另外兩節(jié)依托其移動,、伸縮不就行了?！逼渌麍F(tuán)隊成員跟著展開想象,。
思路一旦打開，靈感猶如泉涌,，“折疊機械臂牽引高壓軟管”方案應(yīng)運而生,。不久后，一座為氫舟量身定制的“加氫臂”矗立在楊家灣碼頭綠電綠氫示范站前,。它能在水平距離10米內(nèi),、垂直落差5至13米內(nèi)靈活加氫。
如今,，氫舟已成功越過能源管理,、安全運轉(zhuǎn)、氫氣加注“三重大山”,，穿梭于三峽大壩和葛洲壩之間,，在一江碧水中開展運輸、巡查,、應(yīng)急等工作,。
黨的二十屆三中全會提出，聚焦建設(shè)美麗中國,，加快經(jīng)濟社會發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型,，健全生態(tài)環(huán)境治理體系，推進(jìn)生態(tài)優(yōu)先,、節(jié)約集約,、綠色低碳發(fā)展，促進(jìn)人與自然和諧共生,。
展望未來,，冉毅川信心滿滿：“我們將在‘制氫、加氫,、儲氫,、用氫’等方面全程發(fā)力，探索氫能多元應(yīng)用,，為推動長江大保護(hù)和踐行‘雙碳’目標(biāo)貢獻(xiàn)力量!”（記者 何 亮）
編輯：周大為
