全球首臺氫動力舷外機原型將于下月在Hutchwilco新西蘭游艇展進行首秀。2024年初,雅馬哈發布了全球首款面向休閑船艇的氫動力舷外機及集成船載燃料系統原型,并計劃在今年晚些時候開展進一步測試。此舉是雅馬哈通過多技術路線實現碳中和戰略的重要組成。
雅馬哈氫動力船外發動機原型亮相邁阿密國際游艇展
為推進該項目,雅馬哈聯合Roush公司共同開發新型舷外機燃料系統,并與長期合作伙伴Regulator Marine船廠合作打造適配該原型的測試船型。該原型系統基于雅馬哈450馬力XTO Offshore舷外機平臺研發,并于2024年2月在邁阿密首度亮相。
案例研究
2024年7月,來自Roush公司與雅馬哈發動機公司的工程團隊將一艘特制Regulator Marine船體裝載至運輸車,前往密歇根州弗林特市加氫站,為這艘搭載全球首臺氫燃料內燃舷外機的8米長游艇完成首次儲氫罐加注作業。
目前共打造了兩艘船:一艘為展示船,另一艘是用于實際演示和開發的作業船。后者配備了完整的甲板和中央控制臺
"這是重要里程碑。"Roush公司先進工程副總裁Matt Van Benschoten表示。這家在氫燃料系統領域擁有豐富經驗的企業,作為項目燃料系統集成商,負責系統設計、規范制定、實體集成、安全系統分析及測試開發等工作。雅馬哈近年來致力于氣態氫內燃技術的船用化研發,作為其多技術路徑實現碳中和戰略的重要組成,該戰略涵蓋可持續替代燃料、電力驅動及氫能等替代能源方案。
儲氫罐的容量由船體現有形狀決定
雅馬哈美國技術中心(佐治亞州肯尼索)船艇創新工程首席技術官Grant Suzuki博士指出:"氫內燃技術的船用化突破,得益于雅馬哈跨摩托車、汽車等多事業部的技術協同。我們在汽車領域開展氫內燃機前沿研發積累的經驗,正實現跨產品線的技術遷移。例如今年早些時候,我們還展示了Drive H2氫燃料高爾夫球車原型。"
原型系統展示
研發團隊通過調整機械設計、更換材料及改造并氣缸蓋、燃料管路、進氣道和噴射器(XTO采用直噴技術)等核心部件,使其適應氫燃料特性。多數其他部件與標準汽油機型保持通用。目前正在進行性能測試及技術可行性評估,以驗證氫動力技術在船用市場的應用潛力。
通過與Roush在燃料系統工程的合作,雅馬哈獲得了該企業在氫系統集成領域逾二十年的研發經驗積累。Regulator Marine則以26XO休閑釣魚艇為基礎進行船體改造,特別設計了適配新型氫燃料儲罐的艙室結構。
雅馬哈正在日本的一家研發機構開發氫燃料發動機,但其中期計劃是在美國開展更多研發工作——美國是其游艇業務的重要市場,因此該公司與Roush和Regulator建立了基于美國的H2項目合作伙伴關系。
該型號常規配置為汽油版XTO 450。Roush為其設計了定制化氫存儲輸送系統,包含三個700巴壓力Hexagon Purus儲氫罐、四個減壓閥及不銹鋼燃料管路網絡。燃料通過左舷單入口進入中央高壓歧管后分流至三個儲罐。
"儲罐在充注時會發生膨脹,"雅馬哈船用先進開發工程師Kassidy Peterson解釋道,"我們設計了特殊安裝結構:歧管端采用剛性固定確保連接安全,而儲罐遠端允許滑動。在長度方向和徑向均預留膨脹空間。"儲罐容量根據現有船體結構進行優化設計。
該艇配備標準SAE J2600氣態氫加注接口,遵循J2601加注速率協議。船載紅外無線系統與加氫站實時通信,確保采用正確加注速率。當罐體材料溫度達到85℃限值時自動終止加注。階梯式減壓裝置將氫壓降至100巴輸送至發動機。Van Benschoten指出,100-700巴壓力區間無法利用導致儲罐有效容量受限,進而影響船舶航程。
三個圓柱形儲罐總容量720升,700巴壓力下儲氫量約等效23-24加侖汽油(相當于26XO常規107加侖油箱的25%)。Van Benschoten表示:"未來考慮采用與船體空間更契合的異形儲罐,以減少結構改造。Regulator在本項目中展現出卓越的協作能力,面對艙壁切割需求時積極尋求解決方案。"
對于700巴高壓氫系統的組件選型,Van Benschoten坦言挑戰:"相比成熟的350巴系統,供應鏈成熟度較低。我們在儲罐、減壓閥和電磁閥選型上投入大量精力,既要確保防爆性能(電子密封),又要滿足船用環境要求。"2024年11月,雅馬哈攜該氫動力船亮相SEMA汽車改裝展,旨在推動氫能基礎設施建設的行業討論與合作。
安全策略與測試驗證
Roush為船體設計的通風系統突破傳統:不同于常規汽油機從船底排放油氣,氫系統采用頂部通風方案。盡管采用滲透率極低的IV型儲罐,船體仍配備五個高位氫濃度探測器,連接至Roush開發的控制安全系統。當濃度達1%觸發駕駛員告警,2%時系統自動關閉并排空燃料。
"下一步將執行完整設計驗證計劃(DVP),確認系統對各類故障模式的預期響應。"Van Benschoten透露,"Regulator團隊同時關注重心變化對船舶性能的影響。雖然前移重心且未配置壓載,但測試船仍保持良好浮態。后續將重點評估航程等性能指標。"
目前已完成兩艘原型船建造:展示用船與實操測試開發船。后者配備完整甲板和中控臺。DVP執行階段將驗證實際加注時長——理論值6分鐘,預計實際需10分鐘。
2024年11月,雅馬哈將展示船和氫燃料舷外機帶到了全球最大汽車改裝展SEMA Show,旨在引發關于氫燃料補給基礎設施發展的討論,并促進相關領域的合作
至此,三方聯合展示了包含船體、燃料系統及舷外機的完整解決方案,直觀呈現氫能源在船用環境中的實際應用場景。該合作項目還將啟動船用氫能應用標準的前期研究工作。
此次氫動力舷外機的研發,是雅馬哈實現"2035運營碳中和、2050產品碳中和"目標的重要舉措。雅馬哈采取多元化技術路線探索船舶動力解決方案,涵蓋電動、混動、可持續燃料及氫內燃機等多個方向。
雅馬哈新西蘭市場部經理皮特·迪克表示:"為實現碳中和承諾,我們正在全面探索各種可能性。在船舶市場,只有通過多技術并行的發展路徑才能達成目標,氫能源正是其中極具潛力的解決方案。雅馬哈致力于成為該領域的先行者,并呼吁行業同仁共同參與,以開放態度推進基礎設施建設和創新政策制定。"
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