近日，“中天電運001”船緩緩駛入長(cháng)江支流之一的西流河，標志著(zhù)長(cháng)江流域首艘千噸級純電動(dòng)貨船在常州成功試航。該船由鋰電池與超級電容“雙電”驅動(dòng)，整船電池容量1458千瓦時(shí)，相當于40輛電動(dòng)汽車(chē)。按全年運營(yíng)150航次計算，年用電量在45萬(wàn)度左右，可替代燃油20.16噸。
首艘千噸級純電動(dòng)貨船成功試航，再一次激起船舶電動(dòng)化的“千層浪”。新能源化的觸角早已延伸至船舶領(lǐng)域，開(kāi)年以來(lái)，先后有國軒高科、億緯鋰能等多家動(dòng)力電池企業(yè)在船舶領(lǐng)域有了新進(jìn)展。隨著(zhù)“限硫令”實(shí)施，船舶污染防治越來(lái)越刻不容緩，而從市場(chǎng)規模來(lái)看，我國電動(dòng)船舶的廣泛應用尚有諸多瓶頸，未來(lái)是否有望實(shí)現技術(shù)突破和成本降低？是否能夠實(shí)現廣泛應用？
電動(dòng)船舶蓄力起航
近年來(lái)，環(huán)境保護、減少有害氣體排放等日益受到世界各國關(guān)注，船舶能源種類(lèi)正在從以化石能源為主的局面逐漸向低碳化能源轉變。隨著(zhù)動(dòng)力電池技術(shù)不斷提升，成本持續下降，船舶電動(dòng)化趨勢漸升，鋰電池開(kāi)始在船舶上得到大力推廣應用。
2018年，深入推動(dòng)長(cháng)江經(jīng)濟帶高質(zhì)量發(fā)展戰略對沿江環(huán)境保護提出了更高要求。交通運輸部明確提出，要“加快研究純電動(dòng)貨船，實(shí)現電動(dòng)貨船靠泊接用岸電并進(jìn)行充電”。
“電動(dòng)船舶具有綠色環(huán)保、零污染、安全以及使用成本低等優(yōu)點(diǎn)，其運行成本明顯低于柴油和LNG燃料船舶?！睋I(yè)內人士介紹，為改善環(huán)境、降低噪音，目前國內南京、蘇州、武漢、廣州等多地正在推動(dòng)內河渡船、觀(guān)光船、貨船以及港口拖船等電動(dòng)化替代。此外，國內不少內陸湖泊也在推動(dòng)船舶“油改電”。
國網(wǎng)江蘇電力創(chuàng )新技術(shù)推廣應用，啟動(dòng)了貨運船舶領(lǐng)域電力替代研究，利用船載動(dòng)力電池替代航行燃油主機，以實(shí)現貨船運行、?？咳^(guò)程的零污染、零排放，進(jìn)一步助力打贏(yíng)長(cháng)江船舶污染防治戰。2018年12月，國網(wǎng)江蘇電力與新能源船舶制造企業(yè)簽訂合作協(xié)議，在常州共同建設長(cháng)江流域首艘千噸級純電動(dòng)貨船。2020年5月8日，該船的成功啟航標志著(zhù)長(cháng)江流域貨運船舶開(kāi)啟了清潔能源替代的新篇章。
4月28日，中國自主設計建造的首艘海上危險品應急指揮船“深海01”輪在廣州順利下水。據了解，該船采用3臺柴油發(fā)電機組加2組磷酸鐵鋰動(dòng)力電池的“油電”混合動(dòng)力推進(jìn)，續航里程可達1000海里。這是國內首艘使用鋰電池作為混合推進(jìn)動(dòng)力的海上公務(wù)船，相關(guān)技術(shù)應用填補了國內鋰電池在海洋領(lǐng)域應用的空白，將有力推動(dòng)動(dòng)力電池技術(shù)在海上船舶領(lǐng)域的應用。
據悉，“深海01”所搭載的鋰離子動(dòng)力電池系統由寧德時(shí)代提供，每組磷酸鐵鋰電池容量為750kWh，共搭載1.5MWh磷酸鐵鋰電池。寧德時(shí)代表示，此次“深海01”下水也標志著(zhù)寧德時(shí)代首套海洋船舶動(dòng)力電池系統成功下線(xiàn)。
1月16日上午，隨著(zhù)兩聲響亮的汽笛聲，長(cháng)江上首艘通過(guò)CCS系統認證的18米級純電動(dòng)推進(jìn)航道維護快艇——“長(cháng)江航道電001”船靠泊長(cháng)江武漢航道處大橋航道維護基地，標志著(zhù)長(cháng)江航道生態(tài)環(huán)保建設又添新兵。據悉，該船總長(cháng)18.9米，型寬4.2米，型深1.7米，設計吃水0.9米，設計靜水航速21.5公里/小時(shí)；該船蓄電池總容量為1290千瓦時(shí)，在設計航速狀態(tài)下，可續航6小時(shí)。區別于傳統船舶，該船采用磷酸鐵鋰電池電源驅動(dòng)、雙全回轉舵槳推進(jìn)，配置了生活污水艙、生活污水泵、垃圾收集裝置等多種防污染措施，不產(chǎn)生油污水， “零污染、零排放、無(wú)噪音、低振動(dòng)”。
市場(chǎng)機構預測數據顯示，由于良好性能、可承擔成本、法律禁令等因素，電動(dòng)船舶市場(chǎng)正迎來(lái)快速增長(cháng)，預計到2024年全球電動(dòng)船舶市場(chǎng)的規模將達到73億美元，市場(chǎng)前景相當可觀(guān)。
動(dòng)力電池企業(yè)搶先布局
發(fā)展綠色船舶是大勢所趨，多家國內動(dòng)力電池企業(yè)在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、產(chǎn)業(yè)化布局、標準制定等方面都作出了實(shí)質(zhì)性動(dòng)作。包括寧德時(shí)代、億緯鋰能、國軒已經(jīng)率先在電動(dòng)船舶領(lǐng)域取得突破。
其中寧德時(shí)代已攻克了船用鋰電池安全、長(cháng)續航、大功率、長(cháng)壽命等技術(shù)難題，電池包系統設計采用符合IP67以上防護等級的電池包，可有效規避水汽、鹽霧及粉塵引發(fā)的安全風(fēng)險，滿(mǎn)足全生命周期內的IP等級要求。
此外，寧德時(shí)代還與中國船級社武漢規范研究所啟動(dòng)電動(dòng)船舶安全規范的研究和制修訂工作，建立從電池單體、模塊、電池管理系統到電池系統的安全規范體系；并聯(lián)合美國船級社（ABS）共同研究下一代船舶的鋰電池推進(jìn)系統，包括推進(jìn)系統、充電系統、動(dòng)力電池艙布局和消防等與安全相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)控制等。
億緯鋰能在船舶電動(dòng)化領(lǐng)域走的也十分迅速。截至目前，搭載億緯動(dòng)力磷酸鐵鋰電池的電動(dòng)船超過(guò)200艘，應用于各大景區畫(huà)舫、沿江沿海渡船、觀(guān)光船和內河貨船、港口拖船、江海聯(lián)運散貨船等。
需要注意的是，盡管磷酸鐵鋰在新能源汽車(chē)、儲能領(lǐng)域都已經(jīng)得到充分驗證，安全性、能量密度、循環(huán)性能等優(yōu)勢明顯，但應用于電動(dòng)船舶上的磷酸鐵鋰電池還將面臨較多技術(shù)驗證，需要更嚴格的規范標準。
在規范標準方面，中國船級社（CCS）也已經(jīng)聯(lián)合國內主流電池生產(chǎn)企業(yè)，著(zhù)手相關(guān)標準的制定完善。2019年12月，CCS正式發(fā)布《純電池動(dòng)力船舶檢驗指南》，替代CCS《太陽(yáng)能光伏系統及磷酸鐵鋰電池系統檢驗指南》，是國內首個(gè)專(zhuān)門(mén)針對電動(dòng)船舶用動(dòng)力鋰電池檢驗指南。根據要求，所有船用動(dòng)力鋰電池必須滿(mǎn)足檢驗指南要求并通過(guò)認證，方可進(jìn)行船級社入級檢驗。
分析人士指出，結合當前政府在船舶電動(dòng)領(lǐng)域的推廣情況，從電池一次性投入成本及售后維護情況來(lái)看，未來(lái)一段時(shí)間內，船舶電動(dòng)化的場(chǎng)景將主要集中在沿江沿海城市渡船、觀(guān)光船、內河（湖）貨船、港口拖船等市場(chǎng)。
大規模推廣應用仍需多方合力
值得注意的是，與新能源汽車(chē)不同，電動(dòng)船舶領(lǐng)域仍然處于初期導入階段，涉足的電池生產(chǎn)企業(yè)并不多?！半妱?dòng)船跟電動(dòng)汽車(chē)不一樣，定制化程度很高，目前我們配套的每一條船的電量都不一樣，最大帶電量在2200kWh?！币浑姵厣a(chǎn)企業(yè)人士透露，此外，船舶用電池在安全性、使用壽命等方面要求也較高，這些都考驗著(zhù)電池企業(yè)。
首批新能源純電動(dòng)船在2013年投入使用，隨后經(jīng)過(guò)多年研究和試點(diǎn)應用，純電動(dòng)船舶技術(shù)逐步成熟，呈現快速發(fā)展的趨勢，應用場(chǎng)景不斷擴大。
據了解，當前純電動(dòng)船舶在船型方面已有渡船、普通客船、旅游船、公務(wù)船、工程船、干散貨船、集裝箱船等多種船型；噸級方面，有些特定情景下船舶噸級已超過(guò)2000載重噸。交通運輸部水運科學(xué)研究院船舶運輸技術(shù)研究中心主任紀永波介紹，目前配置的鋰電池容量不斷提高，有新能源純電動(dòng)船舶的電池容量達到2.4MWh（2400kWh），近期計劃開(kāi)工建造的長(cháng)江新能源純電動(dòng)游覽船電池容量更是達到7.5MWh（7500kWh）。
盡管我國在鋰離子電池儲能系統的關(guān)鍵技術(shù)上已經(jīng)取得了重大突破，但基于安全性和經(jīng)濟性考慮，我國的純電動(dòng)船舶發(fā)展仍然不足。以我國內河的純電動(dòng)船舶應用為例，我國內河船舶約有13萬(wàn)艘，僅長(cháng)江和京杭運河的船舶總數超過(guò)6萬(wàn)艘，但目前已建造的內河電動(dòng)船舶僅20余艘。
中國船級社武漢所規范部肖曙明表示，從目前來(lái)看，電芯本身還未做到本質(zhì)安全，電動(dòng)車(chē)的事故概率企業(yè)是保密的，無(wú)法通過(guò)現在電動(dòng)車(chē)的經(jīng)驗積累來(lái)評估電動(dòng)船的安全性。因此，需要保持底線(xiàn)思維，持慎重的態(tài)度。一方面，要加大研發(fā)，提升鋰電池本身的安全性；另一方面，在規范標準上通過(guò)技術(shù)手段降低鋰電池船上應用風(fēng)險。他建議首先從政府管理嚴格的公務(wù)船入手，積累一定經(jīng)驗后，在區域性游覽船、過(guò)江渡輪上逐漸鋪開(kāi)。
除考慮消防等因素外，鋰電池成本造價(jià)也成為純電動(dòng)船舶推廣的一大制約因素。肖曙明表示，鋰電池價(jià)格高昂，導致船舶建造投資金額增加，對于企業(yè)初期投入的負擔較大。同時(shí)，因為續航能力不足，游覽船在旅游黃金時(shí)期可能無(wú)法持續性工作，對運營(yíng)收入也會(huì )帶來(lái)一定的影響。另外，目前船用動(dòng)力電池壽命一般在10年內，但船舶的壽命可達到30年，因而船舶全生命周期內需要更換幾次電池?？紤]到后期營(yíng)運費用主要取決于電網(wǎng)供電以及鋰離子電池的使用壽命，因此，總體來(lái)說(shuō)，在鋰電池成本大幅降低之前，大多數企業(yè)很難承擔高額的建造和改造費用。目前進(jìn)入電動(dòng)船舶領(lǐng)域的電池生產(chǎn)企業(yè)相對較少，且主要為電池業(yè)頭部企業(yè)。
處于市場(chǎng)發(fā)展初期的船舶電動(dòng)化，亟需國家政策的引領(lǐng)和支持，通過(guò)技術(shù)攻關(guān)解決關(guān)鍵瓶頸，通過(guò)示范運行明晰商業(yè)模式。此外，產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)需協(xié)同合作，共同推進(jìn)船舶電池關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、配套設施、經(jīng)濟性、使用便利性等產(chǎn)業(yè)鏈完整有序運作。
未來(lái)，隨著(zhù)電動(dòng)船舶產(chǎn)業(yè)化的推進(jìn)，圍繞船舶這一鋰電新細分市場(chǎng)份額的搶奪戰也將拉開(kāi)大幕。
