近日，“中天電運(yùn)001”船緩緩駛?cè)腴L(zhǎng)江支流之一的西流河，標(biāo)志著長(zhǎng)江流域首艘千噸級(jí)純電動(dòng)貨船在常州成功試航。該船由鋰電池與超級(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)。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。
首艘千噸級(jí)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(guó)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“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(guī)模來(lái)看，我國(guó)電動(dòng)船舶的廣泛應(yīng)用尚有諸多瓶頸，未來(lái)是否有望實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破和成本降低？是否能夠?qū)崿F(xiàn)廣泛應(yīng)用？
電動(dòng)船舶蓄力起航
近年來(lái)，環(huán)境保護(hù)、減少有害氣體排放等日益受到世界各國(guó)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(zhuǎn)變。隨著動(dòng)力電池技術(shù)不斷提升，成本持續(xù)下降，船舶電動(dòng)化趨勢(shì)漸升，鋰電池開(kāi)始在船舶上得到大力推廣應(yīng)用。
2018年，深入推動(dòng)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶高質(zhì)量發(fā)展戰(zhàn)略對(duì)沿江環(huán)境保護(hù)提出了更高要求。交通運(yùn)輸部明確提出，要“加快研究純電動(dòng)貨船，實(shí)現(xiàn)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(yùn)行成本明顯低于柴油和LNG燃料船舶?！睋?jù)業(yè)內(nèi)人士介紹，為改善環(huán)境、降低噪音，目前國(guó)內(nèi)南京、蘇州、武漢、廣州等多地正在推動(dòng)內(nèi)河渡船、觀光船、貨船以及港口拖船等電動(dòng)化替代。此外，國(guó)內(nèi)不少內(nèi)陸湖泊也在推動(dòng)船舶“油改電”。
國(guó)網(wǎng)江蘇電力創(chuàng)新技術(shù)推廣應(yīng)用，啟動(dòng)了貨運(yùn)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(jī)，以實(shí)現(xiàn)貨船運(yùn)行、?？咳^(guò)程的零污染、零排放，進(jìn)一步助力打贏長(zhǎng)江船舶污染防治戰(zhàn)。2018年12月，國(guó)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(shè)長(zhǎng)江流域首艘千噸級(jí)純電動(dòng)貨船。2020年5月8日，該船的成功啟航標(biāo)志著長(zhǎng)江流域貨運(yùn)船舶開(kāi)啟了清潔能源替代的新篇章。
4月28日，中國(guó)自主設(shè)計(jì)建造的首艘海上危險(xiǎn)品應(yīng)急指揮船“深海01”輪在廣州順利下水。據(jù)了解，該船采用3臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)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(xù)航里程可達(dá)1000海里。這是國(guó)內(nèi)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(yīng)用填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)鋰電池在海洋領(lǐng)域應(yīng)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(yīng)用。
據(jù)悉，“深海01”所搭載的鋰離子動(dòng)力電池系統(tǒng)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(biāo)志著寧德時(shí)代首套海洋船舶動(dòng)力電池系統(tǒng)成功下線。
1月16日上午，隨著兩聲響亮的汽笛聲，長(zhǎng)江上首艘通過(guò)CCS系統(tǒng)認(rèn)證的18米級(jí)純電動(dòng)推進(jìn)航道維護(hù)快艇——“長(zhǎng)江航道電001”船靠泊長(zhǎng)江武漢航道處大橋航道維護(hù)基地，標(biāo)志著長(zhǎng)江航道生態(tài)環(huán)保建設(shè)又添新兵。據(jù)悉，該船總長(zhǎng)18.9米，型寬4.2米，型深1.7米，設(shè)計(jì)吃水0.9米，設(shè)計(jì)靜水航速21.5公里/小時(shí)；該船蓄電池總?cè)萘繛?290千瓦時(shí)，在設(shè)計(jì)航速狀態(tài)下，可續(xù)航6小時(shí)。區(qū)別于傳統(tǒng)船舶，該船采用磷酸鐵鋰電池電源驅(qū)動(dòng)、雙全回轉(zhuǎn)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(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，由于良好性能、可承擔(dān)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(zhǎng)，預(yù)計(jì)到2024年全球電動(dòng)船舶市場(chǎng)的規(guī)模將達(dá)到73億美元，市場(chǎng)前景相當(dāng)可觀。
動(dòng)力電池企業(yè)搶先布局
發(fā)展綠色船舶是大勢(shì)所趨，多家國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池企業(yè)在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、產(chǎn)業(yè)化布局、標(biāo)準(zhǔn)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(guó)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(zhǎng)續(xù)航、大功率、長(zhǎng)壽命等技術(shù)難題，電池包系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用符合IP67以上防護(hù)等級(jí)的電池包，可有效規(guī)避水汽、鹽霧及粉塵引發(fā)的安全風(fēng)險(xiǎn)，滿足全生命周期內(nèi)的IP等級(jí)要求。
此外，寧德時(shí)代還與中國(guó)船級(jí)社武漢規(guī)范研究所啟動(dòng)電動(dòng)船舶安全規(guī)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(tǒng)到電池系統(tǒng)的安全規(guī)范體系；并聯(lián)合美國(guó)船級(jí)社（ABS）共同研究下一代船舶的鋰電池推進(jìn)系統(tǒng)，包括推進(jìn)系統(tǒng)、充電系統(tǒng)、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(yīng)用于各大景區(qū)畫(huà)舫、沿江沿海渡船、觀光船和內(nèi)河貨船、港口拖船、江海聯(lián)運(yùn)散貨船等。
需要注意的是，盡管磷酸鐵鋰在新能源汽車(chē)、儲(chǔ)能領(lǐng)域都已經(jīng)得到充分驗(yàn)證，安全性、能量密度、循環(huán)性能等優(yōu)勢(shì)明顯，但應(yīng)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(yàn)證，需要更嚴(yán)格的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。
在規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)方面，中國(guó)船級(jí)社（CCS）也已經(jīng)聯(lián)合國(guó)內(nèi)主流電池生產(chǎn)企業(yè)，著手相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)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(yàn)指南》，替代CCS《太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)及磷酸鐵鋰電池系統(tǒng)檢驗(yàn)指南》，是國(guó)內(nèi)首個(gè)專(zhuān)門(mén)針對(duì)電動(dòng)船舶用動(dòng)力鋰電池檢驗(yàn)指南。根據(jù)要求，所有船用動(dòng)力鋰電池必須滿足檢驗(yàn)指南要求并通過(guò)認(rèn)證，方可進(jìn)行船級(jí)社入級(jí)檢驗(yàn)。
分析人士指出，結(jié)合當(dāng)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(hù)情況來(lái)看，未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)，船舶電動(dòng)化的場(chǎng)景將主要集中在沿江沿海城市渡船、觀光船、內(nèi)河（湖）貨船、港口拖船等市場(chǎng)。
大規(guī)模推廣應(yīng)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(dǎo)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。”一電池生產(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(yàn)著電池企業(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(yīng)用，純電動(dòng)船舶技術(shù)逐步成熟，呈現(xiàn)快速發(fā)展的趨勢(shì)，應(yīng)用場(chǎng)景不斷擴(kuò)大。
據(jù)了解，當(dāng)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(jí)方面，有些特定情景下船舶噸級(jí)已超過(guò)2000載重噸。交通運(yùn)輸部水運(yùn)科學(xué)研究院船舶運(yùn)輸技術(shù)研究中心主任紀(jì)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(dá)到2.4MWh（2400kWh），近期計(jì)劃開(kāi)工建造的長(zhǎng)江新能源純電動(dòng)游覽船電池容量更是達(dá)到7.5MWh（7500kWh）。
盡管我國(guó)在鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)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(jì)性考慮，我國(guó)的純電動(dòng)船舶發(fā)展仍然不足。以我國(guó)內(nèi)河的純電動(dòng)船舶應(yīng)用為例，我國(guó)內(nèi)河船舶約有13萬(wàn)艘，僅長(zhǎng)江和京杭運(yùn)河的船舶總數(shù)超過(guò)6萬(wàn)艘，但目前已建造的內(nèi)河電動(dòng)船舶僅20余艘。
中國(guó)船級(jí)社武漢所規(guī)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(xiàn)在電動(dòng)車(chē)的經(jīng)驗(yàn)積累來(lái)評(píng)估電動(dòng)船的安全性。因此，需要保持底線思維，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(guī)范標(biāo)準(zhǔn)上通過(guò)技術(shù)手段降低鋰電池船上應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)。他建議首先從政府管理嚴(yán)格的公務(wù)船入手，積累一定經(jīng)驗(yàn)后，在區(qū)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(dǎo)致船舶建造投資金額增加，對(duì)于企業(yè)初期投入的負(fù)擔(dān)較大。同時(shí)，因?yàn)槔m(xù)航能力不足，游覽船在旅游黃金時(shí)期可能無(wú)法持續(xù)性工作，對(duì)運(yùn)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(nèi)，但船舶的壽命可達(dá)到30年，因而船舶全生命周期內(nèi)需要更換幾次電池。考慮到后期營(yíng)運(yùn)費(fèi)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(shù)企業(yè)很難承擔(dān)高額的建造和改造費(fèi)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(duì)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(guó)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(yùn)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(shè)施、經(jīng)濟(jì)性、使用便利性等產(chǎn)業(yè)鏈完整有序運(yùn)作。
未來(lái)，隨著電動(dòng)船舶產(chǎn)業(yè)化的推進(jìn)，圍繞船舶這一鋰電新細(xì)分市場(chǎng)份額的搶奪戰(zhàn)也將拉開(kāi)大幕。
