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来自Energy Observer的Victorien Erussard发起了名为“船长和JérômeDelafosse – 探险家”的一个项目，开始了为期6年的全球示范运行。这一示范运行涵盖50多个国家，停靠101个站点。项目的出发点是为了展示一种通过能源耦合自主无碳高效制氢方法。这一创新型制氢方法的实现将能够实际解决船舶的动力能源供应问题，通过海水电解制得的氢气并通过压缩储存，然后通过燃料电池转化为电力，氢气克服了一些可再生能源的间歇性问题，适用可再生能源制氢(绿氢)是氢燃料电池能否作为终极动力和构建氢能源社会的关键一步。近年来，以丰田汽车公司为代表的日本，正持续突破和解决氢能源社会的一系列关键基础技术-氢气制储运，并不断取得成就。

2016年，日本国内东芝和岩谷产业等公司联合开建全球最大制氢工厂(年产900吨氢气，可供1万辆FCV使用)，实现完全绿色制氢，目前该工厂基本建成，计划在2020年6月前投入使用，向东京奥运会和残奥会提供服务。2019年文莱制氢工厂竣工正式开启全球首条氢供应链，该供应链可将文莱制氢厂生产的氢气和甲苯混合，通过化学固定将其转化为甲基环乙烷，并冷却至液态，运输回日本川崎，再提取氢气。2019年，美国EPA批准世界首个将澳大利亚褐煤转化为氢气出口日本的试点项目；2019年，日本川崎在神户工厂举行了全球首艘液态氢运输船下水仪式，计划2020年投入实证验证把在澳大利亚的液氢运输回日本。

Energy Observer集中验证和使用可再生能源发电+电解水+氢燃料电池的解决方案，将进一步为绿色氢燃料电池的全面推广提供案例和参考。Energy Observer搭载的燃料电池系统由丰田欧洲技术中心仅7个月时间设计并装配完成。该船长31m、宽13m、高度12.85m、吃水2.2m、重量34t、有8名机组人员、平均航速4/5节(电力)。Energy Observer双体船动力系统主要由风力发电、光伏发电、海水脱盐系统、电解槽、压缩机、储氢瓶、燃料电池和能量管理系统组成。

Energy Observer动力系统结构

脱盐系统

脱盐系统，亦称海水淡化，为从海水中提取淡水的过程。海水因含盐量非常高，不能直接被使用。目前，海水淡化技术主要有蒸馏法和反渗透法等。Energy Observer采用多级反渗透系统进行海水淡化。

Energy Observer海水反渗透装置

反渗透法是1953年才开始使用的一种膜分离淡化法。该法是利用只允许溶剂透过、不允许溶质透过的半透膜，将海水与淡水分隔开的。通常，淡水通过半透膜扩散到海水一侧，从而使海水一侧的液面逐渐升高，直至一定高度停止，该过程为渗透。此时，海水一侧高出的水柱静压称为渗透压。此时，如果对海水一侧施加大于海水渗透压的外压，海水中的纯水将反渗透到淡水中，此过程消耗大量能量。反渗透法的最大优点是节能。反渗透海水淡化技术发展很快，工程造价和运行成本持续降低，主要发展趋势为降低反渗透膜的操作压力，提高反渗透系统回收率，廉价高效预处理技术，增强系统抗污染能力等。

对于Energy Observer船多级淡化系统，第一级淡化系统消耗约250 W能量产生90 L的饮用水。其中30 L将进一步经淡化系统处理供电解槽电解制氢使用。1 L淡水产生约100 g氢气。当燃料电池发电时，氢气再次转化成纯水(该部分水重新通入电解槽中)。

电解槽

电解槽通常较为笨重，来自CEA-Liten的工程师们为Energy Observer双体船设计了一个更紧凑的设备原型，通过改造Proton Onsite公司的标准样品，与燃料电池结构结合在一起。该设备每小时可产生多达4 Nm3的纯氢，每小时需消耗3.66 L去离子水。

目前，世界上95％的氢气来自化石燃料，如通过使用甲烷(天然气主要成分)进行重整获取。使用可再生能源进行电解是未来大规模使用绿氢的解决方案。电解水过程的核心反应为将水分子(H2O)分解为氢气(H2)和氧气(O2)。准确说，将水注入正极(阴极)中，首先将其分解为氧气、氢离子和电子。然后，氢离子向负极(阳极)迁移，在这里它们与电子结合形成氢气。膜允许质子迁移和阻止电子，并使它们循环到阳极。

2018年全年，Energy Observer双体船上该电解槽共运行1469小时，共产生488 kg氢气。在此期间，工程师们并没有观察到海洋环境导致的电解衰减现象。由于干燥罐的正常磨损，观察到产氢量略有下降(约-3%)。2019年Energy Observer双体船已经更换新PEM电解槽，以确保达到最佳产量。PEM电解槽的使用寿命通常为数千小时，鉴于Energy Observer上潮湿和盐碱环境等恶劣条件，工程师们将密切观察电解槽。

压缩机

Energy Observer双体船上储氢瓶可存储高达35 Mpa的氢气，压缩机在第一级180 bar压力下已运转超1469 h，在第二级350 bar压力下运行超1105 h。在Energy Observer海上航行的最初16个月中，由于压缩过程中不同因素干扰已导致11个膜被破坏。

储氢瓶

Energy Observer双体船搭载八个35Mpa压力的氢瓶，总容量为332 L，可储存64 kg的氢气。工程师最初打算将体积较大的储氢瓶放在双体船的船体，最终决定放在双体船两翼的外部井形甲板中，可确保储氢瓶处于防水、防密闭环境中，并可定期维护保养。Energy Observer工程师团队经过重量严格分配和氢瓶支撑设计计算，有效提升了双体船的氢安全和稳定性 。

燃料电池

Energy Observer双体船的质子交换膜燃料电池系统起初由 CEA-Liten提供，净功率为20 kW。该系统采用了引射器被动氢循环系统回收电池排出的残余氢气，避免了使用循环泵带来的能量损耗。此外，为提升Energy Observer双体船的海洋环境适应性，安装的过滤器需抵抗海盐的侵蚀。

2019年，Energy Observer双体船换装了搭载丰田燃料电池技术系统，该系统由丰田欧洲技术中心耗时7个月完成设计和组装，基于丰田第一代Mirai燃料电池组件。目前，该系统正在海上进行最后的全功率测试，相关技术参数尚未公布。

光伏板

太阳能是Energy Observer双体船上的主要能量源头。发电面板面积总计141 m2，与面板连接的Prysmian电缆总长6.2 km，电缆采用自航天航空中的轻量化技术。Energy Observer双体船上主要采用两种太阳能电池技术：可弯曲光伏面板和双面光伏面板。

传统面板无法贴合弯曲形状物体，可弯曲光伏面板可紧贴中央船舱的弯曲表面。可弯曲面板由全球产量最高的Sunpower公司提供，采用耐用且轻巧的Solbian封装材料。陆地上使用的300 W标准面板重量可达20 kg，Energy Observer双体船使用的300 W面板重量为4 kg。一些船体上的光伏面板还具有防滑功能，船员可在其表面安全行走。

双面光伏面板由法国国家能源研究所开发，安装在双体船两翼和中央船体玻璃顶上。顾名思义，双面光伏面板表示光伏面板正反两面都可以接受太阳光，反面光来自于双体船白色表面和海面的反射。此外，由薄聚碳酸酯封装层制成的电池柔软又轻巧。同等情况下，比单面光伏面板发电产量提高30%。由于异质结，一般光伏面板仅使用一种类型的硅，Energy Observer双体船双面光伏面板采用了两种类型的硅，提高太阳能转化电能的效率。为保证单片电池损坏不影响其他电池工作，各电池独立连接和运行，造成电缆线较多。

风力发电机

海面除了充足的光照，还有取之不尽的风力资源。尤其在光照不足的欧洲，航行过程中依靠风力发电必不可少。但大型海上运输船，仍较难利用风电。作为全球首艘可再生能源发电+电解水+氢燃料电池双体实验船，Energy Observer的任务就是测试所有可用的潜在解决方案。在最初的航行测试中，Energy Observer进行了双垂直轴风力机的发电实验，附件一个牵引机翼来减少能耗。2019年开始，Energy Observer换装了一种全新的风力发电系统Oceanwings wings®，该系统在继承双垂直轴风力机+牵引机翼组合方案的优点之上，新增加了一个风力螺旋桨。

Energy Observer双体船全新风力发电系统Oceanwings wings®翼展达12 m，机翼面积31.5 m2，具有自支撑功能，360°旋转，该系统由Energy Observer研究团队和CNIM集团在VPLP Design专利下合作开发。VPLP Design的灵感和经验来自于美洲杯帆船上的刚性翼，空气动力学性能优于传统的船帆，但恰恰是刚性限制了其发展(没有传统索具减少表面积的能力，无法收帆和倾斜)。

锂电池

Energy Observer双体船采用混合储能系统：一组锂离子电池短期储能，八个氢气瓶长期储能。锂电池组的主要部分通过400 V船上电网为电机供电，容量为112 kWh，仅是雷诺电动汽车所用电池类型容量的2.5倍。另一组18 kWh锂离子电池组为24 V低压网络和船上日常设施供电：电子导航，机载计算机，照明等。确保上述两个电网能够正常工作、不互相干扰非常重要。工程师必须为获得来自不同来源(光伏面板，风力电机等)的均衡电力供应添加多个功率转换器。最后，也简化了所有布线以减少在线功率损耗，并减小储能和供电系统的尺寸。

为驱动电机供电的容量112 kWh电池组重1400 kg，而储氢装置和燃料电池在提供1000 kWh时重1700 kg。这意味着对应1 kWh，储能电池重量为12.5 kg，而储氢重量仅为1.7 kg。换言之，对于相等的重量，储氢所包含的能量是电池的7.35倍。无论是在海上、陆地还是空中，这对于交通或运输都是相当大的优势。

能量管理系统

Energy Observer双体船主要提供三种动力模式：1)正常航行中，由太阳能或风能直接为推进提供动力；2)发电量暂时下降期间，锂电池组将接管，为推进提供动力；3)长时间停船期，燃料电池将接管，消耗氢气发电和储电。

氢能船舶市场

国际上氢燃料电池在船舶领域有哪些应用呢?国际范围内，第一艘氢燃料电池船舶记录可查于2007年。

2007年，欧盟资助世界上第一个商业客轮ZEMships项目，该船采用混合动力推进方式，整合了两个峰值功率48kW的氢燃料电池和 560V的铅蓄电池，可运送100名乘客。

此外，北美、日本、韩国等先进国家和地区已将船用氢燃料电池推进技术作为政府重点支持方向，相继颁布一系列规划与标准，引导并支持氢燃料电池船舶产业发展。

1.丰田：首批海运燃料电池系统已交付全球首艘氢动力船舶

2018年由丰田赞助的世界上第一艘自动航行氢动力船，开启了为其6年的航行之旅。这艘船由专门的赛船进行改造，名字叫做Energy Observer，使用太阳能、风能和波浪发电，并且可以通过海水产生无碳氢作为动力。

2020年初，丰田宣布其为合作伙伴Energy Observer开发出了一种海事应用的燃料电池系统，且已完成交付。据了解，去年年底，丰田的燃料电池模块已通过Energy Observer测试，且彼时该系统正在海上进行最后的全功率测试。该船计划于2月从圣马洛港正式启航。

该船使用可再生能源和车载系统混合运行，是世界上第一艘能够利用可再生能源从海水中生产氢气的船舶。船长度31m、宽13m、高度12.85m、吃水2.2m、重量34吨、有8名机组人员、平均速度为：4/5节(电力)，8节(脉冲翼)。该船已访问了25个国家/地区，48个港口，3年巡航距离约18000海里。

2.ABB与Sintef合作研发船舶氢燃料电池

2018年消息，ABB和挪威独立研究机构Sintef Ocean公司正在进行一项开创性研究，以测试燃料电池作为主要船舶推进能源的可行性，希望能为商船和客船所需的电力提供燃料电池技术。

3.乌斯坦打造氢动力船

2019年11月消息，乌斯坦集团和Nedstack燃料电池技术公司共同完成了第一套完整的氢动力船只设计方案。乌斯坦SX190 DP2零排放氢动力船(以下简称DP2)是其第一艘以氢为动力的近海船，配有Nedstack燃料电池动力系统。新型DP2的海上试验可能会在2022年进行。总装机功率为7.5MW，其中2MW由燃料电池动力系统产生，能够在零碳排放模式下运行4天。

4.PowerCell和挪威船厂联合开发船舶FC系统

2019年11月消息，瑞典PowerCell公司与挪威Havyard Group签署了一份合同，共同开发零排放燃料电池系统的设计和技术规范。该系统可能安装在一艘船上，为Havila Kystruten船运公司从卑尔根到基尔克内斯的新航线提供服务。这份为期一年的合同涉及开发零排放系统的设计与技术规范，该系统完全符合国际海事组织的海上安全要求。PowerCell和Havyard将联合设计该系统解决方案，将基于几个特制的200KW燃料电池系统模块并行连接，总功率为3.2MW。

5.太平洋氢能氢燃料电池船舶技术亮相进博会

2019年11月6日第二届中国国际进口博览会上太平洋资源(氢能)集团发布了太平洋氢能 H2 Station V 加氢站和重型氢能货轮等产品。太平洋氢能所研发的船用氢能600千瓦到兆瓦级的氢燃料电池发动机，可以推动1000——3000吨的内河船只，加氢一次航行1000——1500公里左右。

6.全球首艘液化氢运输船成功搭载液化氢储罐

2019年底，日本川崎重工神户工厂举行全球首艘液态氢运输船“SUISO FRONTIER”的下水仪式。2020年3月7日，由川崎重工建造的全球首艘液化氢运输船“SUISO FRONTIER”号在川崎重工旗下播磨工厂完成液化氢储罐吊装。预计2020年10月完工后开始海试，在下一个财年投入试运营，将澳大利亚制造的液化氢运至日本。

该船全长116米，宽19米，重约8000吨，船上将会安装一个由播磨工厂生产的长25米、高16米的双壳结构真空绝热储氢罐，可以存储1250立方米的液态氢。

7.东芝交付30kW船用氢燃料电池系统

2019年底，日本东芝能源系统解决方案公司宣布，已向一艘燃料电池船交付了一套30kW的移动氢燃料电池系统，该系统的单位输出功率体积与固定式燃料电池系统体积相比减少了1/3。该燃料电池船于10月30日通过了日本船舶检验组织的临时航行许可检查，已开始由NRED东芝建筑公司和东京海洋科技大学进行试验运营。

8.搭载2MW燃料电池系统 瓦锡兰开发世界首艘氨动力补给船

同样是2020年初，据外媒报道，瓦锡兰、Eidesvik Offshore、Equinor、Prototech和ShipFC加入了一项为期五年的项目，在一艘名为“维京能源”的补给船上搭载燃料电池。据称，这将是世界上第一艘零排放补给船——其燃料电池由氨气驱动。2023年将在“维京能源”上安装总功率为2兆瓦的燃料电池模块，该船将在海上使用新能源系统运行一年。

9.洋马和丰田汽车合作研发船用氢燃料电池系统

6月消息，日本洋马控股及其旗下柴油发动机制造商洋马动力技术公司(Yanmar)研发了一种基于汽车燃料电池技术的船用氢燃料电池系统，并且已经与丰田汽车公司签署了一项谅解备忘录，合作开发氢燃料电池系统。为了实现具有良好续航范围的易于安装的模块，洋马公司的目标是在自己的船艇上安装这种船用燃料电池系统，并且在2020财年末之前开始现场展示测试。

10.三星重工与布鲁姆开发氢燃料船舶 2022年售出首艘氢燃料船舶

7月1日消息，据外媒报道，日前，三星重工(Samsung Heavy Industries)宣布将与布鲁姆能源公司(Bloom Energy)合作开发氢燃料电池船舶。两家公司将合作设计和开发以氢燃料电池为动力的船舶，目标是在2022年向客户推销一艘氢燃料电池船舶。

• Toyota creates fuel cell system for Energy Observer, the first energy-autonomous hydrogen-fuelled vessel to sail around the world
• Maritime application of hydrogen power adds to the partnership between Toyota and Energy Observer, established since 2017
• Toyota Fuel Cell System has a modular design which allows it to be considered for use in cars, trucks, buses, marine vessels and stationary power units

Toyota has adapted its hydrogen fuel cell technology created for its Mirai saloon car to provide power for a round-the-world voyage by the Energy Observer.

Toyota’s European technical centre has taken key components from Mirai’s system and used them in a new, compact module suitable for use at sea. It will offer higher power and efficiency and operate with the reliability needed for Energy Observer’s crossing of the Atlantic and Pacific later this year. It will be the first energy-autonomous hydrogen vesselto accomplish the feat.

Toyota has been at the heart of the six-year Energy Observer project since its launch in 2017. The futuristic boat is propelled by electricity using a mixture of different renewable energy sources and a system that can produce carbon-free hydrogen from seawater.

Toyota’s European R&D team completed the design and component production within just seven months. This was followed by construction and installation of the compact fuel cell module, demonstrating how Toyota’s technology can be adapted for a wide range of different applications. The module was initially tested in late 2019 while the boat was in the shipyard; now it is undergoing full-power testing at sea before Energy Observer sets sail on its 2020 tour in mid-February.

In line with Toyota’s Environmental Challenge 2050, Energy Observer demonstrates and shares solutions that champion an ecological and energy transition, showing how future energy networks can be efficient and operable on a large scale. As the first French ambassador for the international Sustainable Development Goals (SDG), Energy Observer is detecting and promoting positive initiatives and sustainable solutions to prove that a cleaner world is possible.

Victorien Erussard, Energy Observer’s founder and captain, said: “We are very proud to be using the Toyota Fuel Cell System for our ocean voyages, and testing it in the roughest conditions. After three years and almost 20,000 nautical miles of development, our energy supply system is now very reliable and we are looking forward to the next step in the project – making a reliable and affordable system available to our maritime community.

“We believe the Toyota Fuel Cell System is the perfect component for this, being industrially produced, efficient and safe. As an SDG ambassador, our mission is to promote clean energy solutions, and we share Toyota’s vision for a hydrogen society.

The Toyota fuel cell system has proven its benefits for several years in Mirai, but more recently in other applications too, such as buses and trucks. Toyota believes that hydrogen can be the catalyst for decarbonising energy, and that its modular fuel cell system, suitable for many different applications, can accelerate acceptance of the technology.

Dr Johan van Zyl, President and CEO of Toyota Motor Europe, added: “We are pleased to be able to further demonstrate the versatility of the Toyota Fuel Cell System. Our European R&D team has worked hard with the Energy Observer team to create and install this module in the boat. The project shows how the Toyota fuel cell technology can be used in any environment and for many business opportunities. It is always inspiring to work with people who aim for the same goals, and this project adds further support to our vision for a hydrogen society.”

OCTOBER 2019

The zero emission ship, fuelled by only solar, wind and hydrogen has landed in London as the finale to the Northern Europe leg of its 6 year, 101 port round-the-world journey.

Energy Observer is the first ship to circumnavigate the globe using only renewable energy – with no emissions of any kind, either carbon or fine particles. The research vessel is on a mission to prove that a future where ships sail the ocean without burning fossil fuels is a viable possibility.

London, where EO will be docked under Tower Bridge, marks the end of the third leg of its odyssey, a total voyage thus far of 33,000 km / 20,000 miles. The first two legs took the boat around the coast of its home country of France and the second on a tour stopping at 21 ports in the Mediterranean Sea.

A large part of Energy Observer’s mandate is education, and both the boat and its travelling eco-exhibition will be open to the public while she is moored until October 9 at St. Katharines Docks on the Thames.

One of the most remarkable feats of the ship, beyond travelling so many miles without emissions, was its crossing the Arctic Circle and becoming the first zero-emission vessel to do so.

LONDON 2019– Tower Bridge, the Energy Observer follows in the wake of PlanetSolar in visiting this famous landmark.

PLANETSOLAR – After leaving Oostende (Belgium) on August 30 2013, the largest solar boat in the world reached London a day later, thereby bringing the campaign of scientific measurements along the Gulf Stream (PlanetSolar DeepWater) to a close.

2008– The Cable & Wireless Adventurer on the River Thames, designed by Nigel Irens

Visited 13 Northern Europe ports

At the London landing, Victorien Erussard, President, Founder and Captain of Energy Observer said “Managing a total autonomy navigation of 5700 km from Saint-Petersburg to Spitsbergen in the Arctic is a symbolic moment that reminds us of the urgency to act in the face of climate change, which is particularly prominent in the polar zone.”

During the Northern European leg the ship visited Antwerp , Amsterdam, Hamburg, Copenhagen, Stockholm, Helsinki, Tallinn, Saint Petersburg, Spitsbergen, Tromsø, Bogø and Alesund along the coast of Norway, finishing off with a stop in Aberdeen Scotland before London.

Along the way its arrival was an impetus for each city to show off its own initiatives in terms of energy and environmental transition especially in Antwerp and Amsterdam where the ports are implementing lower carbon tactics and technology in the servicing of the huge ships that dock and unload their cargo.

Aside from being one of the world’s supercities, London is also important because it is home to the the headquarters of the International Maritime Organization (IMO), which is under pressure to to implement regulations to reduce the shipping sector’s CO2 emissions.

“This event today makes things concrete and confirms the feasibility of zero emission maritime transport.” said France’s Ambassador to the IMO, Geneviève Van Rossum. “In order to achieve the objectives of the IMO strategy, new ships will have to use these technologies tomorrow.”

Zero emission ship powered only by sun, wind and sea.

SUSTAINABLE CONTAINER SHIPS– This is a conceptual design for a container transport for 6 standard units. The concept may be doubled and quadrupled without too much trouble and up-scaled by a factor of 8 to carry 960 standard containers. See our top ten list. That is does not match the carrying capacity of the heavy bunker fueled giants, but it is a formula for eventual 100% zero carbon transportation that is theoretically workable and deliverable to help line operators meet the IMO’s targets.

Instead of folding sails, this system uses solar arrays that track the sun independently of the wind. By using rotary sails/turbines, the harvesting area can be significantly increased over the SolarSailor system. We believe that such a concept could eventually replace bunker fuels and eliminate the need for liquid fuels that may be potentially hazardous, the most dangerous of which is liquid hydrogen. LNG offers some respite until 2030. A system based on the components shown here might be tacked onto existing ships to assist propulsion and lower fuel consumption – as an interim measure during the transition to sustainable shipping.

FERRY SERVICE– The Solar Sailor also used sails when operating in Sydney and Hong Kong carrying 100 passengers each.

CHANGE OF TECHNOLOGY– Where the deck mounted vertical axis wind turbines did not perform as well as expected, the team opted to try extendable furling sails that rise to become semi-rigid wings. Wind turbines systems that raise the generators higher up into the air stream to improve energy harvesting are a feature of a bid for European funding in 2020.