中国研发500千瓦燃料电池 潜艇性能获本质提升

据中国科技日报12月3日消息报道,中国船舶第712研究所发布了拥有自主知识产权的首款500千瓦级,船用氢燃料电池系统。这套氢燃料电池系统具有能量转换效率高、振动噪声小、零排放、无污染等优点,是未来发展高技术船舶的理想动力能源设备。

据悉,这台系统由船用燃料电池发电模块、燃料电池监控装置和有机液体制氢装置组成,整套系统不会有任何的污染和排放,而且有相当高的制氢效率。携带的每一公升有机液体,可以制造50~80克的氢,此外还拥有非常良好的可靠性和补给便捷性。据悉这款氢燃料电池可以广泛的用于各种水面船只上,大到豪华游轮小到游船都可以使用。

712所早在上个世纪60年代便开始舰船燃料电池动力系统研究。通过不断的研发投入与技术探索,目前712所已经实现了关键技术自主化:在氢气储存与输配方面,布局全产业链研发体系。拥有完善的电堆及核心材料研制、组装、性能测试平台。712所承担了国家重大科技专项军用水下平台燃料电池系统的研究。

虽然这款氢燃料电池的设计初衷是为了民用,但是不可否认的是它具有相当强的军事应用背景,毫不夸张的说,氢燃料电池是潜艇能够成功隐身的重要功臣。目前世界上一般的常规动力潜艇都是在水面航行时使用柴油发动机为动力,同时给蓄电池充电,在水下航行则用蓄电池提供动力。因此时不时就要浮出水面吸入空气让柴油发动机运作,潜艇上浮让柴油发动机工作的时间就是最容易暴露的时刻。为了保证隐蔽性,潜艇最好是增加在水下航行的时间,避免浮出水面,这就促使了不依赖空气推进系统(AIP)的产生。

目前各国先进的常规潜艇基本都装备了,AIP系统这种系统可以使常规潜艇无需从空气中获取氧气,就能有足够的动力。目前世界上前景使用的AIP技术主要有3种,分别是闭式循环柴油机、斯特林发动机和燃料电池。这3种技术中,闭式循环柴油机的工作效率较低,而且柴油机本身的噪音和空气噪音较大。而斯特林发动机的可靠性较低,工作效率也仅为35%,此外虽然它的噪声更小,但还是有一定的噪音。而燃料新闻网电池则有最高的效率,最高可以达到60%,同时不产生废气和污染物,噪声也是最小的。因此从技术上说,燃料电池最适合用于AIP常规潜艇。

先进的东西往往不那么容易获得,燃料电池有很高的技术要求。其最大的一个技术限制,就是需要大量的氢,氢的储存和运输非常困难,由于其易燃易爆,具有非常大的危险性。因此发展燃料电池潜艇的思路,主要是研究如何安全地储存氢。不过这一次中国研究人员携带船用液体制氢装置和用于制造氢气的有机液体的设计,这确实是别出心裁的。这样的设计使得潜艇不需要携带大量的储备氢而是自己制作,这就绕开了如何储存大量氢气的技术难关。

此前国际上使用燃料电池为潜艇AIP系统的主要为德国的常规潜艇,而他们的AIP系统功率大概在200~300KW左右。由此可见,驱动3000吨级左右的常规潜艇,500千瓦的氢燃料电池是完全足够的。由于氢燃料电池对比其他AIP系统的显著优点,这种大功率的燃料电池研究成功之后,势必会对发展新型常规潜艇有大有益处。

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