5月8日,我國(guó)長(zhǎng)江流域首艘千噸級(jí)純電動(dòng)貨船“中天電運(yùn)001”號(hào)在江蘇省常州市試航。該船采用鋰電池與超級(jí)電容“雙電”驅(qū)動(dòng),整船電池容量1458千瓦時(shí),相當(dāng)于40輛電動(dòng)汽車(chē);通過(guò)岸電充電2.5小時(shí),可續(xù)航50千米;按全年運(yùn)營(yíng)150航次計(jì)算,年用電量在45萬(wàn)度左右,可替代燃油20.16噸。
近年來(lái),隨著世界能源消耗的日益增長(zhǎng)和環(huán)境污染的不斷加劇,綠色、可持續(xù)發(fā)展理念深入人心。與新能源汽車(chē)類(lèi)似,在船舶領(lǐng)域,動(dòng)力電池技術(shù)的逐步成熟和成本的不斷下降,使電動(dòng)船產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具備了基本條件,電動(dòng)船逐漸成為綠色航運(yùn)市場(chǎng)“新寵”。當(dāng)前,電動(dòng)船在內(nèi)河渡船、短途客船、觀光船以及小型游艇等領(lǐng)域已占據(jù)重要地位,但在中短途運(yùn)輸、中小量運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域尚未被廣泛應(yīng)用,在遠(yuǎn)洋運(yùn)輸領(lǐng)域還處于空白階段。未來(lái),隨著科技的快速發(fā)展以及相關(guān)政策、法規(guī)的逐步完善,電動(dòng)船要在中短途運(yùn)輸、中小量運(yùn)輸領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用,在遠(yuǎn)洋運(yùn)輸領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)零的突破,仍有一段很長(zhǎng)的路要走。
電動(dòng)船成為航運(yùn)市場(chǎng)“新寵”
1839年,德國(guó)科學(xué)家研制出世界上第一艘電動(dòng)船,由此開(kāi)啟了電動(dòng)船新世界的大門(mén)。隨著蓄電池和電機(jī)技術(shù)水平不斷提升,歷經(jīng)40多年的發(fā)展,電動(dòng)船開(kāi)始具有了一定實(shí)用性。1881年和1882年,法國(guó)和英國(guó)分別成功進(jìn)行了新型電動(dòng)船試航;同時(shí)期,英國(guó)在泰晤士河沿岸還建立了世界上第一支經(jīng)營(yíng)出租的電力游艇船隊(duì),并建設(shè)了一系列充電站。
誕生初期,由于電動(dòng)船的電機(jī)技術(shù)尚不成熟,電池性能也有待提升,故電動(dòng)船技術(shù)大多應(yīng)用于內(nèi)河水域的小型渡船和游艇。隨著動(dòng)力更強(qiáng)大的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展和燃料補(bǔ)給的便利,電動(dòng)船逐漸失去原有風(fēng)光,其發(fā)展也趨于止步。
船舶動(dòng)力進(jìn)入柴油機(jī)時(shí)代后,船用柴油和重質(zhì)燃油成為主要燃料,但其燃燒后排放的廢氣中含有二氧化碳、氮氧化合物、硫氧化合物等大量污染物,會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生惡劣影響。當(dāng)前,航運(yùn)業(yè)在經(jīng)濟(jì)全球化進(jìn)程中發(fā)揮著重要作用,約有80%的國(guó)際貿(mào)易都通過(guò)船舶運(yùn)輸完成,由此造成的環(huán)境污染問(wèn)題不容小覷。據(jù)估計(jì),1艘萬(wàn)箱集裝箱船的硫化物排放量在常用工況下相當(dāng)于27萬(wàn)輛重型卡車(chē),若不采取有效減排措施,到2050年,航運(yùn)業(yè)的溫室氣體排放量將達(dá)到全球溫室氣體總排放量的12%~18%。
為應(yīng)對(duì)一系列環(huán)保問(wèn)題和挑戰(zhàn),綠色、可持續(xù)發(fā)展已成為航運(yùn)業(yè)未來(lái)發(fā)展的基調(diào)。雖然,國(guó)際海事組織(IMO)在船舶尾氣排放和船舶能效等方面制定了很多標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,各國(guó)政府及相關(guān)部門(mén)也發(fā)布了眾多交通運(yùn)輸業(yè)節(jié)能減排政策和規(guī)則,但都不能從根本上解決污染物排放問(wèn)題。為此,各國(guó)開(kāi)始積極尋求船舶替代動(dòng)力燃料,希望能大幅度減少傳統(tǒng)柴油動(dòng)力船舶的使用。
以純電力作為動(dòng)力來(lái)源的電動(dòng)船,具備零污染排放的特性,由此受到了航運(yùn)界的青睞。與傳統(tǒng)燃油動(dòng)力船舶相比,電動(dòng)船在控制廢棄物排放污染、噪音污染等方面擁有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。
鋰離子電池助力電動(dòng)船發(fā)展
目前,電動(dòng)船多用鉛酸電池作為電力供應(yīng)源。雖然傳統(tǒng)鉛酸電池技術(shù)發(fā)展逐漸成熟,成本也較低,但其較低的能量密度和較長(zhǎng)的充電時(shí)間,致使電動(dòng)船的性能與內(nèi)燃機(jī)船相比差距較大,其實(shí)用性也因此受到限制,使得該船主要應(yīng)用于內(nèi)河渡船和觀光船等領(lǐng)域。為了避免電池儲(chǔ)能技術(shù)再次成為電動(dòng)船發(fā)展的攔路虎,科研學(xué)者紛紛將目光投向了鋰離子電池技術(shù)。
鋰離子電池一經(jīng)問(wèn)世就憑借其高能量密度的優(yōu)勢(shì)迅速進(jìn)入交通領(lǐng)域。經(jīng)過(guò)二十多年的發(fā)展,鋰離子電池技術(shù)水平不斷提高、市場(chǎng)模式日漸成熟、應(yīng)用規(guī)??焖贁U(kuò)大。隨著鋰離子電池的成本下降,它在電能存儲(chǔ)應(yīng)用方面的經(jīng)濟(jì)性凸顯,以鋰離子電池技術(shù)為支撐的電動(dòng)汽車(chē)顯示出強(qiáng)大的市場(chǎng)顛覆力。
全球電動(dòng)船在建及營(yíng)運(yùn)數(shù)量
得益于鋰離子電池在電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)的成功,該電池技術(shù)也一舉成為電動(dòng)船發(fā)展的首要驅(qū)動(dòng)因素。當(dāng)下,國(guó)內(nèi)外已在鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)上取得重大突破,還在船舶電力系統(tǒng)組網(wǎng)技術(shù)、船舶電力推進(jìn)技術(shù)、大功率電力并網(wǎng)技術(shù)等方面相繼取得大量研究成果。目前,全球在建及營(yíng)運(yùn)的電動(dòng)船數(shù)量已近230艘,包括渡船、近海船、客船、拖船等多種船型。數(shù)據(jù)顯示,2019年、2022年以及2025年的電動(dòng)船鋰電化滲透率分別按照0.035%、0.55%、18.5%計(jì)算,截至2025年,電動(dòng)船用鋰電池市場(chǎng)將達(dá)到35.41億瓦時(shí)(GWh)。
國(guó)外的電動(dòng)船發(fā)展起步較早,特別是北歐和北美地區(qū),在當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)部門(mén)的大力推動(dòng)下,已取得巨大進(jìn)展。其中,挪威是全球大型電動(dòng)船運(yùn)營(yíng)數(shù)量最多的國(guó)家,船舶主要是往返于島嶼航線(xiàn)的渡船。2015年,西門(mén)子公司與挪威造船廠(chǎng)Fjellstrand合作開(kāi)發(fā)了世界上第一艘電池電力驅(qū)動(dòng)的“Amepre”號(hào)滾裝渡船,每天34次往返于卑爾根以北的拉維克和奧本達(dá)爾,每年節(jié)省約100萬(wàn)升柴油,可減少2680噸二氧化碳和37噸氮氧化物排放。
世界上第一艘電池電力驅(qū)動(dòng)的“Amepre”號(hào)滾裝渡船
與國(guó)外相比,我國(guó)對(duì)電動(dòng)船的研究和應(yīng)用起步較晚,在內(nèi)河小型游船和巡邏船上有部分應(yīng)用案例,運(yùn)輸船舶領(lǐng)域的應(yīng)用較少,整體技術(shù)水平不高。近年來(lái),在國(guó)家政策扶持引導(dǎo)和新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的帶動(dòng)下,我國(guó)鋰離子動(dòng)力電池技術(shù)水平大幅度提升,成本明顯下降,具備了支撐電動(dòng)船應(yīng)用推廣的良好基礎(chǔ)。同時(shí),寧德時(shí)代新能源科技股份有限公司、惠州億緯鋰能股份有限公司等磷酸鐵鋰電池巨頭企業(yè)也紛紛涌入電動(dòng)船市場(chǎng),為我國(guó)電動(dòng)船產(chǎn)業(yè)發(fā)展注入新鮮活力。2019年1月,我國(guó)建造的世界首艘千噸級(jí)純電動(dòng)散貨船“河豚”號(hào)順利交付,該船充電2小時(shí),續(xù)航能力可達(dá)80公里;2020年1月,我國(guó)自主研發(fā)的首艘千噸級(jí)純電動(dòng)客船“君旅號(hào)”在湖北省武漢市漢口王家巷客運(yùn)旅游碼頭實(shí)現(xiàn)試運(yùn)行往返,充分展現(xiàn)出我國(guó)在電動(dòng)船領(lǐng)域的技術(shù)實(shí)力以及推動(dòng)“綠色”船舶發(fā)展的決心。
四大因素影響電動(dòng)船未來(lái)發(fā)展
當(dāng)前,電動(dòng)短途客運(yùn)、輪渡及游覽船舶產(chǎn)業(yè)雛形已現(xiàn),隨著技術(shù)不斷突破與時(shí)代需求的發(fā)展,未來(lái),電動(dòng)船將發(fā)展為中短途運(yùn)輸、中小量運(yùn)輸?shù)闹袌?jiān)力量。從我國(guó)電動(dòng)船的發(fā)展現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看,安全性、技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性以及配套政策將成為影響該型船未來(lái)發(fā)展的關(guān)鍵因素。
安全性:安全保障要求高,鋰電池能否滿(mǎn)足要求還需考驗(yàn)
鋰離子電池因過(guò)充電、過(guò)放電、電池短路和熱沖擊等皆可能導(dǎo)致燃燒、爆炸等安全事故,全球各地的鋰離子電池燃燒事故更是時(shí)有發(fā)生。2019年10月,挪威渡船公司Norled旗下“MF Ytteroyningen”號(hào)客船的蓄電池室發(fā)生嚴(yán)重氣體爆炸,12名消防員因接觸與電池有關(guān)的有害氣體而被送往醫(yī)院。對(duì)安全性要求頗高的電動(dòng)船能否成功依托鋰電池進(jìn)入航運(yùn)市場(chǎng),關(guān)鍵在于是否解決營(yíng)運(yùn)安全保障的系統(tǒng)性問(wèn)題。
“MF Ytteroyningen”號(hào)
技術(shù)性:電動(dòng)船“提續(xù)航”與“降自重”的平衡難題有待突破
當(dāng)前,電動(dòng)船儲(chǔ)能電池的儲(chǔ)能密度是影響電動(dòng)船發(fā)展的首要技術(shù)難關(guān)。正如純電動(dòng)重型卡車(chē)的發(fā)展被“續(xù)航短、自重大”的硬傷所局限,正在向大型化發(fā)展的電動(dòng)船也面臨同樣問(wèn)題——續(xù)航與自重相互制約,難以兼得。2019年交付的“君旅號(hào)”安裝有重達(dá)25噸的大容量鋰電池組,整船電池容量為2280千瓦/時(shí),相當(dāng)于50臺(tái)電動(dòng)汽車(chē)的電池容量。電動(dòng)船電池的續(xù)航容量越大,其占用的空間和重量就越大,相應(yīng)犧牲的船舶載重量也越大,從而導(dǎo)致電動(dòng)船營(yíng)運(yùn)的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)一步降低。
經(jīng)濟(jì)性:大容量電動(dòng)船一次性成本較高,鋰電池推廣成難點(diǎn)
目前,小容量電動(dòng)船普遍用于渡船、觀光船等短途、小量運(yùn)輸領(lǐng)域,對(duì)續(xù)航能力要求不高。大容量電動(dòng)船的電池則既要滿(mǎn)足一定的功率要求,也要具有較高的續(xù)航能力,如此巨大的電池容量需求,無(wú)疑增加了電動(dòng)船的建造成本投入。與此同時(shí),由于船用鋰電池壽命一般為10年,而船舶壽命周期通常為30年,因此大容量電動(dòng)船在使用期間更換電池的成本也較高。船用電池的高成本在一定程度上將制約鋰電池在電動(dòng)船上的推廣應(yīng)用,從而也將對(duì)電動(dòng)船的未來(lái)發(fā)展產(chǎn)生一定影響。
配套政策:配套及政策跟不上,電動(dòng)船規(guī)模化推廣受阻
對(duì)港口而言,供電設(shè)施初始建設(shè)投資較大,運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本高,巨額投資建設(shè)的充電設(shè)施回報(bào)率很低,使得岸基充電設(shè)施的建設(shè)無(wú)法進(jìn)行大規(guī)模商業(yè)化拓展。在技術(shù)方面,錨地跨船供電技術(shù)的安全性面臨挑戰(zhàn),江中拋錨自泊的船舶在電力供應(yīng)方面還存在較大技術(shù)難度。此外,產(chǎn)品及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一,也限制著電動(dòng)船產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,在電動(dòng)船舶領(lǐng)域,至今沒(méi)有確立充電設(shè)備技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),現(xiàn)有電動(dòng)船的充電設(shè)備仍是“一船一策”。
直面挑戰(zhàn)抓住發(fā)展機(jī)遇
深化技術(shù)創(chuàng)新與突破,提升動(dòng)力電池性能與經(jīng)濟(jì)性。電動(dòng)船的未來(lái)發(fā)展必將是由渡船走向貨運(yùn),由內(nèi)河走向遠(yuǎn)洋,而當(dāng)前的鋰離子電池技術(shù)尚難以滿(mǎn)足電動(dòng)船未來(lái)發(fā)展的技術(shù)需求。因此,電動(dòng)船在技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)域仍需不斷加強(qiáng),強(qiáng)化自主創(chuàng)新能力,尤其要從提高電池能量密度、提高電池性能和降低電池成本等電池技術(shù)層面進(jìn)行根本性突破。同時(shí),需要兼顧在電池環(huán)保、安全性方面下功夫,打造性能突出、經(jīng)濟(jì)可靠的電動(dòng)船“綠色心臟”。
完善配套與政策支持,提出多元化推廣機(jī)制。電動(dòng)船產(chǎn)業(yè)應(yīng)借鑒電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的成熟經(jīng)驗(yàn),加大配套基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)力度,統(tǒng)籌規(guī)劃,協(xié)調(diào)發(fā)展,建立統(tǒng)一的充電形式;努力突破充電技術(shù)難點(diǎn),積極探索新的充電模式,例如無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)。此外,還需推出多元化推廣機(jī)制,從財(cái)政補(bǔ)貼、商業(yè)模式、管理機(jī)制等多方面完善配套政策支持,運(yùn)用市場(chǎng)機(jī)制,重點(diǎn)在城市渡船、觀光船、內(nèi)河船舶領(lǐng)域進(jìn)行推廣。
以混合電力推進(jìn)系統(tǒng)為跳板,積極布局電動(dòng)船市場(chǎng)。隨著全球海事環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)和要求不斷提高,我國(guó)綠色航運(yùn)建設(shè)不斷深入,電動(dòng)船已成為實(shí)現(xiàn)船舶工業(yè)節(jié)能減排和轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要路徑。船舶行業(yè)需抓住機(jī)遇,積極推進(jìn)電動(dòng)船技術(shù)發(fā)展,更新船舶設(shè)計(jì)、建造技術(shù),鼓勵(lì)多種電池技術(shù)并存;可優(yōu)先發(fā)展經(jīng)濟(jì)型的混合電力推進(jìn)系統(tǒng),有利于快速形成電動(dòng)船規(guī)?;瘧?yīng)用市場(chǎng),為未來(lái)純電動(dòng)船進(jìn)入航運(yùn)市場(chǎng)奠定基礎(chǔ)。
把握智能化發(fā)展機(jī)遇,推進(jìn)電動(dòng)船與智能船協(xié)同發(fā)展。由于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、5G等新理念、新技術(shù)的突飛猛進(jìn),相比汽車(chē)行業(yè)的自動(dòng)駕駛技術(shù),智能航運(yùn)時(shí)代比預(yù)期來(lái)得更快。智能化與電氣化密不可分、相輔相成,如今電動(dòng)船遇上智能船,只需順應(yīng)時(shí)代發(fā)展,把握發(fā)展機(jī)遇,以電動(dòng)船發(fā)展推動(dòng)智能船發(fā)展,以智能船技術(shù)提升電動(dòng)船水平,推進(jìn)電動(dòng)船與智能船協(xié)同發(fā)展,打造出一條智能化的綠色航運(yùn)發(fā)展之路。
隨著動(dòng)力電池技術(shù)的快速發(fā)展以及航運(yùn)環(huán)保要求的不斷提高,電動(dòng)船已經(jīng)站在了航運(yùn)發(fā)展的風(fēng)口之上,未來(lái)占據(jù)航運(yùn)業(yè)的一席之地也將成為不爭(zhēng)事實(shí)。但機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存,電動(dòng)船未來(lái)發(fā)展仍需直面現(xiàn)實(shí),未來(lái),電動(dòng)船能否取代柴油推進(jìn)船舶成為航運(yùn)主流動(dòng)力尚難以定論,畢竟當(dāng)前的電動(dòng)船發(fā)展對(duì)于遠(yuǎn)洋運(yùn)輸需求而言明顯難當(dāng)大任。電動(dòng)船與燃油船各有所長(zhǎng),在各自的優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域里,發(fā)揮各自的主流作用,二者相互補(bǔ)充、相互依存也許是未來(lái)發(fā)展的最好選擇。