清潔燃料的發展與動力裝置的發展相輔相成，面向船舶應用清潔燃料的發展需求，船舶動力裝置與系統呈現出多元化的發展趨勢，除內燃機外，燃料電池、鋰電池、混合動力系統等新型動力裝置與系統在船上的應用越來越多。在實際應用中，不同噸位、不同航程的船舶存在不同的加注和動力需求，應綜合考慮清潔燃料的能量密度和動力裝置的輸出功率，為不同需求的船舶選擇合適的清潔燃料及相應的動力裝置。

1、

內燃機

天然氣發動機主要有高壓和低壓兩種技術路線，高壓機型在熱效率、燃料品質適應性、甲烷逃逸控制、功率范圍等方面具有一定優勢，低壓機型在NOx排放、供氣系統復雜程度及成本等方面表現較好。總體而言，天然氣發動機技術基本趨于成熟，規模化應用已成為可能，業界正在針對甲烷排放控制、動態特性優化等方面開展技術攻關。

甲醇-柴油雙燃料低速二沖程發動機已有成熟產品，并在甲醇運輸船上投入應用，基于柴油機改造的甲醇燃料中速機在國外車客渡輪上有一定應用經驗，但仍有待進一步發展，業界正針對滿足Tier III要求的NOx排放控制方案，以及甲醇、甲醛等非常規排放控制開展技術研發。

氫-柴油雙燃料內燃機在小型客船上已開展試點應用，兆瓦級氫-柴油雙燃料中速機目前處于研發階段，業界正在針對氫燃料點火能量低、火焰傳播速度快、燃燒溫度高等問題，重點突破氫燃料燃燒控制、NOx排放控制等關鍵技術。

氨燃料內燃機的研發正在進行中，重點針對氨燃料燃燒特性差(自燃溫度高、火焰傳播速度慢、可燃極限范圍窄等)及排放問題(NOx、N₂O)研發解決方案。

2、

燃料電池

從現階段已有燃料電池船舶應用來看，主流的幾種燃料電池類型為：1)低工作溫度(100℃左右)的質子交換膜燃料電池(PEMFC)；2)高工作溫度(600-1000℃)的固體氧化物燃料電池(SOFC)和熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)；3)高溫質子交換膜燃料電池(HT-PEMFC，工作溫度約200℃)。 

PEMFC對純氫的依賴性較高，從近十余年燃料電池產業鏈的發展來看，大規模工業制氫已有數十年的歷史，相當成熟，使得PEMFC有望在船舶領域形成一定規模應用，但高壓氫氣體積能量密度較低，因此主要局限在內河和近海應用，很難在長航程的遠洋船舶上使用。而HT-PEMFC由于可以使用多種燃料，在一定程度上拓展了PEMFC的應用場景。但高溫燃料電池可以直接采用LNG、甲醇、乙醇等易于儲存的液態燃料，避免了對于氫氣的依賴，大大減少了推廣難度，且功率等級正在向兆瓦級突破，遠期來看有望成為適用于遠洋船舶的技術路線。

3、

鋰電池

鋰電池的能量密度和安全性是重點關注的性能。從能量密度來看，磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池是船舶動力電池的首選。單體三元鋰電池能量密度高于磷酸鐵鋰電池，且仍有開發空間，但三元鋰電池系統需要鋼制外殼和更復雜的冷卻系統保護，因此組成系統后能量密度與磷酸鐵鋰相差不大。從安全性考慮，三元鋰電池由于正極材料特性，在使用過程中易觸發熱失控，造成大量熱量釋放，且會產生可燃有毒氣體和大量氧氣，存在安全隱患。而磷酸鐵鋰電池中的正極材料磷酸鐵鋰高溫穩定，較難分解，在實際使用中具有耐高溫、安全穩定性強、循環性能更好的優勢。對于船舶而言，安全性能的優先度高于續航里程，現階段磷酸鐵鋰電池更符合船舶安全發展的需要。

未來鋰離子電池會以追求高系統能量比為目標，相比傳統鋰離子電池，固態鋰電池的安全性更好，能量密度更高、循環壽命更長，有望成為電池船舶的新選擇。

4、

混合動力系統

隨著儲能技術的快速發展，基于鋰電池、超級電容等儲能裝置與內燃機/燃料電池組成的混合動力系統應運而生。混合動力系統可根據不同工況的推進功率需求靈活選擇運行模式，進而改善船舶能效和排放，對工況復雜多變的船舶有較好適應性。應用混合動力系統的船型目前以車客渡船、客船為主，少量內河貨船、海工船舶及海洋科考船舶也有應用。相關實船應用案例表明，與燃油動力船舶相比，采用混合動力系統的船舶可實現節能減排約為15%。

5、

核動力系統

自上世紀50年代以來，基于壓水堆技術的核動力系統在商船上開始應用，由于具有系統簡單、結構緊湊、運行安全等特點，非常適合商船小空間和高貨物載重量的設計要求，逐漸成為船用堆的主力堆型。

核動力系統船舶在環保性方面具有巨大優勢，基本上可實現所有船舶大氣污染物和溫室氣體零排放。但經濟性能差。此外，核動力船舶在安全性方面存在較大風險，港口或海上的意外事故(如操作、維護失誤)和有意行為(如恐怖襲擊)引起的核泄漏事故是難以承受的安全隱患。隨著核反應堆技術的安全性不斷提高，以及港口監管措施逐步完善，核動力在功率要求較高的破冰船、挖泥船和超大型貨船上將具有一定應用前景。

摘自中國船級社《航運低碳發展展望2021》