为停靠或抛锚的船舶提供辅助氢动力可能很快就会被加入到氢燃料电池提供高效、无排放能源的方法清单中。
桑迪亚国家实验室研究员Joe Pratt站在奥克兰港附近，他学习的西海岸港口之一，了解氢燃料电池是用于停靠船舶的可行电源。（照片由Steffan Schulz）
氢燃料电池已经用于移动照明系统、叉车、应急后备系统和轻型卡车等应用。现在，桑迪亚国家实验室的研究人员发现，氢燃料电池作为一种清洁、安静和高效的动力来源，可以替代船上的柴油发电机，在技术上是可行的，在商业上也是有吸引力的。
桑迪亚研究是为美国能源部能源效率和可再生能源办公室(EERE)完成的。
停靠船舶的辅助动力通常由船上柴油发动机提供，是温室气体排放和空气污染的一个重要来源，占远洋船舶进港排放的三分之一至一半。根据美国自然资源保护委员会(Natural Resources Defense Council) 2004年的一项研究，一个繁忙港口的日均排放量可能超过近50万辆汽车的总排放量。
在美国西部港口评估燃料电池驳船
该研究评估了一种简单的燃料电池策略，包括在漂浮驳船上安装一个氢燃料质子交换膜(PEM)燃料电池。为一艘集装箱船提供平均电力和运行时间(在48小时内1.4兆瓦)需要4个40英尺长的集装箱，其中2个用于燃料电池，2个用于氢燃料存储，这可以很容易地安装在一艘典型的平顶驳船上。根据Sandia的研究，对于拖船等耗电较少的船只，一个装有燃料电池和氢气的集装箱就足够了。
评估燃料电池驳船策略的可行性和分析潜在部署选项，桑迪亚的Joe Pratt访问了西海岸和夏威夷的港口。He gathered data from two U.S. Department of Transportation Maritime Administration facilities and the ports of Long Beach, Calif., Los Angeles, Calif., Oakland, Calif., Portland, Ore., Tacoma, Wash., Honolulu, Hawaii and Seattle, Wash.
普拉特说:“虽然桑迪亚此前已经研究了氢和燃料电池在其他应用方面的潜力，但这是第一次对海洋环境进行研究。”
比基于网格的“冷烫”更便宜、更清洁
一种替代辅助柴油发动机的常见做法是“冷烫”，即停泊在泊位上的船只与岸上的电源相连。(由钢或铁制成的发动机，从字面上讲会变冷，因此得名。)因此，由氢燃料电池提供的电力可能成为一种新的冷烫方式。
美国海军多年来一直在使用基于网格的冷烫技术来节省燃料。加州的港口现在正转向这种做法，以满足该州的环境法规。虽然只有少数几个泊位配备了基于电网的冷烫设备，但加州各地的港口都在安装基础设施，以满足州空气资源委员会(Air Resources Board)将于2014年生效的规定。
但基于电网的冷烫技术既复杂又昂贵，而且大多数港口缺乏满足停泊多艘船舶的电力需求所需的基础设施。普拉特说，每个泊位的成本可能高达5-10万美元或更多。奥克兰港正在六个码头安装11个泊位，估计成本约为7000万美元。
此外，切换到基于网格的功率不会消除排放。相反，该方法将排放转移到电源。根据电源，排放的总体减少可能相对较小。
许多潜在的部署选项，经济效益
氢燃料电池驳船不需要电力基础设施。驳船还可以根据需要从一个泊位移到另一个泊位，并可以移到停泊点，移到等待泊位的动力船。
普拉特说:“在加州，由于几年前出台的规定，港口已经在安装必要的冷烫设施。”“因此，氢燃料电池辅助动力有机会在其他地方产生更大的影响。虽然这是一个意外的发现，但我们发现了氢燃料电池的其他位置和应用。”
在俄勒冈州的港口和华盛顿，基于网格的冷熨烫基础设施是有限的或不存在的。Pratt表示，使用氢燃料电池在泊位的电力集装箱船只引起了潜在的经济和环境效益的兴趣，他继续与这些港口进行量化，这些港口在量化福利和部署选项上。
奥阿胡岛夏威夷的檀香山港有不同的需求。大部分货物被卸下，然后重新加载到驳船上以分配给其他岛屿。由于驳船没有动力，它们携带柴油发电机，为需要制冷的装运容器提供电力，称为“refers”。
“您可以使用氢燃料电池更换柴油发电机而不改变操作。这只是一个盒子里的电源，在这种情况下是一个装运容器，“普拉特说。夏威夷港口不面临加州港口的相同排放法规，但燃料成本的潜在节省对于经营岛间交通服务的公司具有吸引力，以及遭受高燃料费用的其他人。
该研究的基本燃料成本分析显示，以目前的价格，氢燃料电池每公斤约4美元，与使用燃烧引擎的海上燃料在成本上具有竞争力。随后的分析表明，当发电机经常产生低于最大功率时，例如在夏威夷的应用中，燃料电池相对于内燃机的效率优势得到了扩大。即使是每公斤5美元的氢气每年也可能为每台发电机节省数万美元。
"燃油成本只是整体经济状况的一部分，" Pratt称。
他现在正在为夏威夷岛间运输驳船的应用制定一个详细的计划。Pratt说:“在典型海洋环境中，集装箱燃料电池在浮动平台上的成功部署不仅对这种特殊服务非常有用，而且也验证了该概念在更大的集装箱船大小的应用。”“这在许多层面上都具有挑战性，但在技术上是可行的，具有潜在的全球商业影响。”
桑迪亚国家实验室是由洛克希德·马丁公司的全资子公司桑迪亚公司为美国能源部的国家核安全管理局运营的多项目实验室。桑迪亚的主要工厂位于新墨西哥州的阿尔伯克基和加利福尼亚州的利弗莫尔，在国家安全、能源和环境技术以及经济竞争力方面承担着主要的研发责任。
来源：http://www.sandia.gov/