氢能源在港口应用的优势与短板分析

许丹

摘 要：氢能源作为国际流行的新能源在港口生产作业中有着较大的应用前景，目前国内多个码头已经开始研究、使用氢能源设备。随着国内加氢站建设不断扩大，氢能源使用、储存、加装相关制度不断完善，港口氢能源使用将更上一个台阶。本文在分析港口氢能源应用背景和港口生产主要装卸设备能耗方式的基础上，探讨了当前氢能源在港口推广应用的优势与主要短板，提出了港机设备下一步氢能源使用的几点建议。

关键词：氢能源;港口;设备

中图分类号：TK91             文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2020）11-0133-02

1港口氢能源应用背景

氢能源是一种储量大、来源广、效率高、清洁低碳、可再生的二次能源，是能源革命的重要方向，目前正受到全球各国的广泛关注。2018年开始，美国将10月8日定为美国国家氢能与燃料电池纪念日。2019年，韩国、欧洲燃料电池和氢能联合组织、日本先后发布了本地区的氢能经济发展路线及利用计划。同年，我国首次将氢能源写入政府工作报告，并于2019年6月发布《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》，进一步加快了氢能存储、运输技术的研究，氢能商业化运用已经提上日程。

中国目前处于氢能市场发展初期，中国氢能联盟的统计数据显示，2018年国内氢气产量约为2100万吨，换算热值占终端能源总量的份额为2.7%。随着国内能源结构从传统能源主导转向传统能源、生物能源、光伏、风力、核能、燃料电池等能源多元化格局，氢能源的发展将会得到大力推进，氢能源的使用范围也将不断扩大。

港口中各种大型起重机械、水平搬运机械及流动车辆众多，是区域耗能大户。以北方某港区为例，年作业集装箱2000万TEU，日常进出拖车2万辆，能耗大，成本高，因此港口对新能源的应用有着极大的需求。交通运输部、发展改革委、财政部、自然资源部、生態环境部、应急部、海关总署、市场监管总局、国家铁路集团等九部门在《关于建设世界一流港口的指导意见》中指出，“鼓励新增和更换港口作业机械、港内车辆和拖轮等优先使用新能源和清洁能源，加快提升港口作业机械和车辆清洁化比例”。2019年6月14日，国际能源署发布《氢能的未来——抓住今天的机会》，指出“使工业港口成为扩大清洁氢利用的中枢”。可以说，“低碳绿色”是港口发展的大方向，氢能源的推广应用有助于港口的深度减排工作的推进 。

2港口生产主要装卸设备和能耗方式

（1）大型固定机械，主要有集装箱岸桥、轨道式龙门起重机、门座起重机、卸船机等。这类大型固定设备能耗高，用电量大，能耗方式主要为传统工业用电。

（2）场地搬运机械，主要有轮胎式龙门起重机、轮胎式起重机、空箱堆高机、集装箱跨运车、叉车、装载机。这类大型固定设备的能耗方式有工业用电、内燃机组、锂电池、锂电池-柴油机混合动力等。

（3）各种道路流动机械，主要有港口牵引车、拖车、自卸车等，主要能耗方式主要有柴油、LNG、锂电池等。

3港机设备氢能源应用的主要优点

（1）港口作业设备一般负荷大、速度低，主要辐射在码头泊位周边作业，设备密度大、排放区域集中，对环境影响大，进行氢能源使用后，地区排放量将大大降低，节能、环保效果显著。

（2）港口设备类型及规格相对集中，作业时间和工作范围相对固定，单车能耗可准确采集，对氢燃料设备选型及改造目标相对明确;设备加氢量及加氢周期相对固定，为加氢站选址、加氢站容量规划提供相对准确数据参考。

（3）港口设备使用率高，设计寿命长，常规内燃动力设备随着设备年限增加，设备维修成本逐渐变大，使用氢燃料电池后，取消内燃动力设备，维修保养工作量及维修、备件成本将大大降低。

（4）氢燃料电池直接将化学能转换为电能，噪声小，一般在65dB以下，设备运行平稳，有效降低码头现场工作噪音，提升操作人员现场工作环境质量。

（5）老旧码头因自生产能力、节能环保、自动化推进等原因进行设备电力化改造，因供电负荷容量影响需做相应设施改造，码头基础设施建设、改造投资大，周期长，对生产影响大，采用氢能可大大减少码头基础设施建设，满足设备流动性、机动性，节能环保，降低设备对供电容量的依赖。

（6）目前国内港区周边一般布置有符合国家规范的加油站或者LNG加气站，可以根据现场条件利用现有加油站或者LNG加气站，进行加氢站改建，降低专业加氢站建设成本。

4当前氢能源在港口推广应用的主要短板

（1）目前国内的加氢站布局和建设仍处于缓慢起步阶段。截至2019年11月，我国已投产的加氢站为41座，从地域分布来看，主要集中在广东、江苏、上海、湖北、河北等地，并且服务对象主要为城市公共交通设备，没有港口专用加氢站，需额外进行加氢，提高运行成本，未来加氢站的建设数量及地域分布还有待完善。

（2）目前在上游制约氢能源发展的两大问题就是氢燃料的储存和运输，国内为港口流动机械等专业供氢厂家少，运输方式单一，氢气使用成本较高。

（3）目前国内氢气使用主要以气态氢为主，现阶段氢气运输主要采用的是长管拖车运输，运输压力多为20MPa，单车次可运输347kg，国内储氢瓶主要以35MPa型瓶为主，70MPa型氢瓶技术较国外落后，因拖车运输压力低，设备加氢时间相对较加注柴油、LNG时间长，影响码头作业效率。

（4）目前国内流动机械相关氢能源标准规范需要进一步完善，提高氢能的储运效率、降低氢能的储运成本是目前氢能储运技术的发展重点。

5港机设备下一步氢能源使用探讨

（1）确定稳定可靠的氢源：充分利用港口区域保税区、自贸区和加工自贸区相关政策红利，吸引可制氢、产氢的相关企业在港口周边经济辐射区建厂营业，并利用港内现有加油站、加气站改造加氢站，源头上降低氢气运输、存储成本。

（2）推进目前港口设备氢能源利用并进行现场作业测试，根据港口机械工作模式和设备类型可先对具有灵活移动能力的港口牵引车、拖车、发电车上进行氢能源更新、改造测试，积累港口机械氢能源使用经验，并研究制定氢能源加注、使用、维护等相关制度标准。

（3）对于固定式港口设备，无法到加氢站进行氢气加注，根据设备作业能耗需求，使用氢瓶储瓶方式工作，并设计、制作专门的氢瓶更换设施，编订标准化换氢流程，采用可移动设备半自动更换，保持设备机动性特点，又避免加氢场所固定造成的场地占用及设备移机难题，提高氢瓶更换效率。

（4）加强液氢存储技术在港口设备的研究，目前国际液氢加注站占氢燃料总加注站的三分之一，主要集中在欧、美、日本，国内需加快民用液氢技术研发及相关使用标准的建立，并进行港口设备的实验性应用，推进液氢在港口的实际使用。

（5）目前港口设备在进行电力化改造、混合动力改造时需同时考虑后续氢能源使用利用规划，改造设备同时预留后续加装储氢设备的空间。

（6）港口加强与氢能源研发、氢能源设备制作厂家的合作，可采用业务外包形式引进氢能源设备进行港内装卸及运输，按照实际作业量进行付费。一方面减少港口的一次性投资，一方面能够加快氢能源设备的实际投入使用。

6 结语

目前港口氢能源使用受各类因素影响，实际推广较慢，随着國内液氢技术的发展和氢能源设施的不断完善，氢能源一定会在新一轮绿色智慧港口建设中发挥更大作用。

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