LH2运输船最新发展全景扫描

能源转型和环境保护是可持续发展的必由之路，供给实施清洁替代则是转型特征之一，作为零排放燃料，全球氢能需求将有可观增长。由于氢生产成本存在地域差异，高效且能载运高纯度氢的液化氢(LH2)运输船成为大规模、长距离远洋跨境运输的重要载体。

国际航运协会(ICS)在一份主题为《将氢能需求转化为现实：哪些行业将率先发展》的报告中提到，欧盟、日本和韩国未来或是氢能消费需求主体，当全球氢需求总量达到3000万吨/年时，市场预计需要411艘LH2运输船。

中国推出全球最大

作为氢能供应链中必不可少的一环，航运业完全有能力成为全球脱碳及氢能海上运输的推动者，现已出现的更大型LH2运输船设计，说明了航运业将在其中发挥至关重要的作用。

在今年4月召开的“2024国际氢能产业发展论坛”上，中国船舶集团有限公司旗下第七〇八研究所发布两型LH2运输船设计方案。

18万立方米LH2运输船拥有目前全球最大的舱容设计，船长约315米、型宽54米、设计吃水10米、压载吃水不小于9米，采用“V”型船体，单个球罐容积45000立方米。为尽可能减少热交换，该船采用表面积体积比最小的双层球罐方案，两层球壳之间抽真空并进行绝缘填充，蒸发率不超过0.1%。

另一型LH2运输船舱容20000立方米，采用双层真空单圆筒C型罐，两层球壳之间抽真空并进行绝缘填充，蒸发率不大于0.2%。该型船计划采用柴油推进，主燃料为船用轻柴油(MGO)，燃油舱布置在船体舯部，此外还可根据需求选择LNG燃料推进，另配置质子交换膜燃料电池。与此同时，该型船优化了再液化设备、压缩机布置及GCU布置。

20000立方米LH2运输船效果图/中国船舶集团

去年底，沪东中华造船(集团)有限公司根据国际市场潜在需求推出的一型LH2运输船获得船级社颁发的AIP证书。该船型船长210米、型宽32.2米、型深20米、设计吃水7米、设计航速15节，配置3个液货舱，采用双层真空绝热C型舱液货围护系统，低温液相管系采用真空绝缘双壁管，设计双燃料(重柴油和氢气)电力推进系统，燃气模式下可实现零碳排放。

今年1月，船舶设计公司LMG Marin、道达尔能源(TotalEnergies)和GTT联合开发项目取得成功，并获得船级社颁发的原则性认可(AIP)证书，包括GTT开发的LH2薄膜型围护系统设计，以及装备该围护系统的大型LH2运输船初步设计。这型LH2运输船舱容达15万立方米。TotalEnergies规定了设计规范、船舶尺度和运能，以及对推进模式的要求和设想航线上的二氧化碳排放量。

与道达尔能源在全球性能源和石化领域存在竞争的壳牌，同样为未来的“氢经济”进行布局。

5月，壳牌与HD现代旗下HD韩国造船海洋(HD KSOE)及其造船子公司HD现代重工签署一项联合开发协议，旨在加速LH2运输船研发，以期在2030年实现商业化运营。根据协议，HD KSOE将利用自身技术研发大型液氢储罐和氢气系统等核心技术，HD现代重工负责氢动力发动机研发和LH2运输船设计，壳牌将分享其在技术开发和运输船运营方面的经验，审查LH2运输船设计的可行性。

韩国造船海洋的LH2运输舰概念设计/韩国造船海洋

除已获得20000立方米LH2运输船AIP证书的HD KSOE外，韩华海洋和三星重工也在研发大型LH2运输船。韩华海洋重点寻求零碳排放燃料的LH2运输船设计方案，三星重工则开发薄膜型液氢储罐及16万立方米LH2运输船概念设计。

再看欧洲设计。Moss Maritime在2019年便获得了LH2运输船液货围护系统AIP证书，这种设计基于其LNG围护系统方案，改进升级使之符合在-253℃条件下的氢运输要求。随后，Moss Maritime与合作伙伴联合开发了一款氢燃料加注船，该型船舱容9000立方米，既可为远洋商船提供燃料加注，也能用于远洋LH2运输。

去年，知名存储设备设计及建造商西比埃（CBI）为气体运输船设计的LH2围护系统获得了船级社颁发的AIP证书。该液货围护系统基于CBI用于陆上液氢储存的真空绝热球型技术，小型储罐蒸发率低于0.1%，大型储罐蒸发率低于0.05%。此系统已经应用于船舶设计公司Houlder开发的20000立方米LH2运输船概念中。

荷兰船舶设计公司C-Job与LH2 Europe公司合作开发的一型LH2运输船将以氢燃料电池作为动力，以实现端到端的液氢“绿色运输”。该型船船体为梯形设计，增加了甲板空间，船长约141米，配备3个总舱容为37500立方米的液货舱。特别的是，逃逸氢气将被捕获并直接用于船载氢燃料电池，从而为船舶推进系统提供动力，在运行期间将实现零温室气体排放。

日本积极开展探索

由川崎重工神户工场建造的全球第一艘LH2运输船“SUISO FRONTIER”轮于2022年完成了首次运输航行——从澳大利亚黑斯廷斯港(Hastings)到日本神户港的LH2海上运输。

全球第一艘LH2运输船SUISO FRONTIER轮/川崎重工

“SUISO FRONTIER”轮曾入选英国皇家造船师学会(RINA)评出的《2021年度世界杰出船型名船录》，该船船长116 米、型宽19米、型深10.6米、满载吃水4.5米、航速13节，储罐舱容1250立方米。川崎重工官网介绍，该船储罐采用真空绝缘双壳结构，借鉴陆上LH2储罐和液化天然气(LNG)储罐等技术，实现了高强度和高隔热性能。

“SUISO FRONTIER”轮顺利完成从澳大利亚到日本的LH2的装运和卸载，标志着日本氢能供应链技术研究协会(HySTRA)重点示范项目的成功。日本是全球首个发布氢能战略的国家，确立了到2030年普及氢能源的行动计划和具体数量目标，稳步推进氢能技术研发，尝试打造全球化氢能供应链，力求在氢能源领域占得技术与市场先机。在日本政府资助下，从2014年便开始研发LH2运输船及LH2储存系统的川崎重工，与岩谷产业株式会社(Iwatani)、日本电力开发有限公司(J-POWER)和壳牌日本公司等3家企业于2016年共同成立HySTRA，主要目标是研发制氢、运输、储存和用氢所需各种技术，最终打通氢能源产业链技术瓶颈，实现零碳社会。

日本正与澳大利亚合作建设世界首条LH2海上运输线，旨在开发一条完整的氢气供应链，这便是在日本政府和澳大利亚政府支持下由川崎重工牵头的煤制氢“氢能供应链”(HESC)项目。该项目在拉特罗布谷进行褐煤气化制氢，同时将制氢过程中产生的二氧化碳进行分离回收，然后将氢气运送到黑斯廷斯港进行液化处理和存储，再通过“SUISO FRONTIER”轮运往日本，船舶抵达目的港后，装载系统将液货卸至陆上储罐中，整个过程保持-253℃温度不变。

川崎重工设计的新型货物安全系统将褐煤生成的氢气冷却至-253℃，成为液氢，真空绝缘双壳结构不锈钢液货舱旨在帮助处理蒸发现象，因为LH2的蒸发速度是LNG的10倍左右，热量可能会将其转换回气体形式，从而增加舱内压力。而考虑到液氢纯度要求极高及其再液化难度，一旦气化，不可在运输船上经过处理后再次液化，所以LH2运输船设计要尽可能降低蒸发。这是对液货罐绝缘要求极高的原因之一。船上的氢兼容气体燃烧装置(GCU)确保所有蒸发气体完全安全燃烧，从而降低压力升高风险。液货舱的支撑结构由高度耐用的玻璃纤维增强复合材料(FRP)制成，具有超高隔热性能。除采用真空穹顶、双层不锈钢绝热壳体、绝热支撑结构等设计外，在“SUISO FRONTIER”轮的设计建造过程中，川崎重工还在柴电推进系统、通风管道、甲板机械监控、舱室设备控制等方面，针对LH2运输特性进行优化设计。

川崎重工称，为实现LH2规模化供应，今后将从技术、运输及安全等方面进一步开展研发及验证，力争在2025年完成商业化实证实验，并于2030年达成氢能源供应链商业化目标。川崎重工另外研发的一型LH2运输船船长约346米、型宽约57米，4个直径约43米的储罐总舱容为16万立方米。

“SUISO FRONTIER”轮首航成功后，日本能源公司Suiso Energy(JSE)和商船三井、日本邮船、川崎汽船签署协议，3家公司各持JSE子公司JSE Ocean 16.6%的股份，JSE和这3家在能源运输领域有丰富经验的日本航运企业将通过JSE Ocean迅速建立日本氢供应链。根据之前计划，JSE Ocean最早将于今年订造世界上第一艘大型氢动力LH2运输船。

设计挑战突破之道

作为未来液氢产业核心载体，LH2运输船市场可期，只不过LH2运输船的研发仍处于探索阶段。相较于其他液态化能源，液氢密度较小，例如LNG密度为430-470公斤/立方米，液氢密度为70.78公斤/立方米，同舱容情况下，LH2运输船的载重量较低，设计吃水时通常携带一定量的压载水以保持稳性。此外，由于船宽吃水比(船体最大宽度与船舶满载情况下的最大吃水深度比值)较大，方形系数较小，艉部线形偏瘦，因此为实现机舱紧凑化布置，宜采用氢燃料发动机结合全回转推进器的推进系统和双艉推进形式。

液态氢运输给船舶设计带来的独特挑战不止于此。沪东中华造船(集团)有限公司科技委主任金燕子在《液氢运输船技术探析》中还提到，液氢需保持-253℃温度不变，远低于液态LNG温度，可能对船体钢材选级带来较大影响，因此须开展有限元温度场分析，同时针对鞍座、气穹、液穹等特殊区域位置，建立有限元局部模型开展计算分析，根据计算结果选择合理的结构材料和钢材等级。

由于液氢蒸发率高，LH2运输船更适合采用技术成熟度较高的真空双层绝热C型舱液货围护系统。在总布置上需同时满足《国际散装运输液化气体运输船舶构造和设备规则》(IGC)第2.4条中有关液货舱位置的要求，以及第3.5条中有关通往货物区域内各处所通道的要求，并且采用双壳双底结构设计。

由于装卸货及冷舱暖舱工况下产生的极大温差容易引起较大结构变形，在 布置上尽可能将C型罐体的固定鞍座位置与液穹位置在船长方向保持一致，将液穹位置沿船宽方向设置在舯部，尽可能减少热胀冷缩变形对密封性能的影响。

液氢点火能量低且在空气中爆炸极限范围广(4%-74%)，这让安全高效储存和运输液氢的难度较大。由于氢气比甲烷更容易燃烧，且燃烧速度和剧烈程度均远高于甲烷，这要求在运输或操作过程中应采取措施防止泄漏，或配置固定式氢气探测系统并增强通风容量，同时采用更严格的防爆要求。另外，需要按照船级社的要求完成风险评估，并落实相应的风险管控措施。

关于液氢海运法规，除需满足IGC通用要求外，还要满足IMO海上安全委员会(MSC)于2016年11月公布的《散装液化氢运输临时建议》(MSC.42097号决议)。此临时建议中，规定了LH2运输船必须满足的29项额外要求，同时对低温设计条件下，材料的物理性能和焊接形式、富氧环境预防、泄压系统防堵塞设计、密封测试混合气体、二氧化碳灭火系统容量、静电和泄漏预防及探测、氢焰 探测、操作规范、系统通风性能、风险评估和装载率等多个方面提出了要求和建议。相关船级社发布的《液氢运输船指南(2.0版)》和《液氢运输船规范》介绍了LH2运输船的安全与技术标准，并扩展了MSC.42097决议，为新造和现役LH2运输船提供了指导。

2023年9月，IMO货物与集装箱运输分委会第9次会议(CCC 9)召开，分委会审议了澳大利亚、法国、日本、利比里亚、荷兰和阿联酋提交的关于散装运输液氢暂行建议的修订建议(CCC 9/7)，并成立工作组开展A-C部分的修订文本起草工作。工作组审议了与“散装运输液氢特殊要求”“真空绝热独立式货舱的货物围护系统特殊要求”和“内部绝热空间使用绝热材料和氢气的独立货舱的货物围护系统特殊要求”中特殊要求相关议题，并同意纳入其中不需要开展进一步技术讨论的内容，对于特殊要求“内部绝热处所的压力监测”，工作组认为除压力监测外，不需要增加温度监测，对于特殊要求“液货舱压力释放系统”，工作组认为不应按照IGC来确定真空释放阀的适当容量，并提出替代方法。分委会总体上批准了工作组的修订报告，拟提交至IMO海上安全委员会第108届会议(MSC 108)审议批准。

今年5月，MSC 108通过CCC9修订的《散装液化氢运输临时建议》，成为MSC.565(108)号决议，其中纳入了通过试航船的运行收集到的实际经验，并确定了对新型货物围护系统的要求，即在内部绝热空间使用绝热材料和氢气的独立货舱。