王力波（中遠(yuǎn)海運發(fā)展股份有限公司，上海 200082）

一、引言

2020年9月，習(xí)近平總書記首次在第75屆聯(lián)合國大會上鄭重承諾，中國二氧化碳排放力爭“2030年前實現(xiàn)達峰，2060年前實現(xiàn)中和”。2021年10月，國務(wù)院印發(fā)《2030年前碳達峰行動方案》，要求交通運輸業(yè)/航運業(yè)推動運輸工具裝備低碳轉(zhuǎn)型，開展沿海、內(nèi)河綠色智能船舶示范應(yīng)用，到2030年，當(dāng)年新增新能源、清潔能源動力交通工具比例達到40%。

截至2021年，我國現(xiàn)有內(nèi)河船舶數(shù)量約為12.43萬艘，1.37億載重噸，大都是船型老舊、船齡較長、污染較大、噸位較小的傳統(tǒng)船舶，不利于生態(tài)環(huán)境保護和水道安全，面臨嚴(yán)峻的環(huán)保形勢，這些船舶在綠色轉(zhuǎn)型上刻不容緩[1]。在此背景下，基于綠電的純電動船舶成為我國航運業(yè)尤其是內(nèi)河航運業(yè)脫碳減排，實現(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略的重要抓手和主要技術(shù)路徑。

二、中國電動船產(chǎn)業(yè)發(fā)展及研究現(xiàn)狀

不同于北歐國家在電動船產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域布局較早，如挪威等國家在2010年前后即以公募資金資助的方式啟動了國家層面的電動船產(chǎn)業(yè)研究[2]，我國的電動船產(chǎn)業(yè)起步略晚，其研究主要集中于技術(shù)層面，比如：船舶充電方式的研究[3]，船舶直流并網(wǎng)設(shè)計研究[4]，不同材質(zhì)的船用電池安全性能分析[5]以及電動船舶的能量管理等[6]，主要聚集電池本體及安全管理、能效管理等領(lǐng)域，缺少針對行業(yè)的頂層設(shè)計與系統(tǒng)性研究論述，主要通過從行業(yè)宏觀層面分析行業(yè)發(fā)展所面臨的困難挑戰(zhàn)并給出解決方案。

得益于在電動車領(lǐng)域的技術(shù)積累與豐富的水域應(yīng)用場景，近幾年我國電動船產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢頭足，示范項目多，應(yīng)用船型豐富。從2019年世界首艘2 000噸級內(nèi)河電動船“河豚”號在廣州交付，到2022年3月搭載7 500 kW·h磷酸鐵鋰電池的“長江三峽1號”游輪首航，都表明在“雙碳”戰(zhàn)略背景下，我國電動船產(chǎn)業(yè)所呈現(xiàn)的蓬勃發(fā)展之勢。

在國家政策層面，從2016年至今，國家發(fā)展改革委、工業(yè)和信息化部、交通運輸部等部委陸續(xù)出臺了一系列鼓勵電動船舶發(fā)展的引導(dǎo)性文件，旨在提高市場參與主體的積極性，但總體以指導(dǎo)性為主，缺少明確、具體的落地細(xì)則，尚不足以推動行業(yè)實施跨越式發(fā)展。

三、中國電動船產(chǎn)業(yè)展望分析

目前我國電動船舶仍處于初期發(fā)展階段，但有加快發(fā)展的態(tài)勢。預(yù)計未來會形成中小型船舶的電動化產(chǎn)業(yè)集群，成為中短途運輸、中小量運輸?shù)闹袌粤α?，?yīng)用將主要集中在接駁船、渡輪、觀光船、公務(wù)船、港口拖輪、班輪貨運船舶等場景。

我國內(nèi)河船舶數(shù)量眾多，根據(jù)國家相關(guān)政策，對于排放不達標(biāo)的船舶未來將逐步替換為純電動、氫能、氨能等新能源船舶。假設(shè)1.37億載重噸內(nèi)河船舶中50%替換為純電動船舶，國內(nèi)純電動船舶市場規(guī)模將達到5 000億元以上（不包含電池系統(tǒng)費用），這將有利于國內(nèi)航運綠色轉(zhuǎn)型，形成以電動船舶設(shè)計建造產(chǎn)業(yè)為龍頭、相關(guān)配套產(chǎn)業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展的綠色船舶研發(fā)生產(chǎn)體系，促進我國綠色港航新能源產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展。此外，與之配套的船用動力電池市場前景廣闊，假設(shè)1艘千噸級船舶電池容量約為2 000 kW·h，按照50%的滲透率保守測算，船舶電動化產(chǎn)業(yè)中，僅船用電池市場規(guī)模就達到150 GW·h，按照1 kW·h鋰電池系統(tǒng)對應(yīng)造價1 200元保守估算，則對應(yīng)1 800億元的市場份額，對國民經(jīng)濟拉動巨大。同時會形成顯著的溫室減排效應(yīng)（以“長江三峽1號”游輪為例，每年減少油耗超過530 t，廢氣減排達1 600 t以上），極大地改善水路沿岸生態(tài)環(huán)境。

電動船產(chǎn)業(yè)所帶動的是從材料研發(fā)、電池制造到船舶動力優(yōu)化、船舶建造、船舶管理等一系列行業(yè)的變革，將顯著改變我國內(nèi)河航運業(yè)噪音大、污染多的現(xiàn)狀，提升從業(yè)人員的職業(yè)尊嚴(yán)。

基于對電動船舶市場的良好預(yù)期，國內(nèi)一些頭部電池生產(chǎn)商家，如寧德時代、中創(chuàng)新航、億緯鋰能等也紛紛成立了電動船舶業(yè)務(wù)部，以加大對電動船用市場的開發(fā)力度。

（一）技術(shù)環(huán)境分析

船舶減碳、脫碳的核心是替代能源的應(yīng)用，在航運業(yè)低碳、零碳替代能源的研究中，主要有液化天然氣（LNG）、甲醇、氨、氫、鋰動力電池等備選方案。對于船舶替代能源的選擇，需要從技術(shù)成熟度、安全、成本、存儲空間、環(huán)境影響、航行區(qū)域等多個方面考慮[7]。比較來看，LNG能源比傳統(tǒng)化石燃料僅可實現(xiàn)20%左右的減碳效果，而其主要構(gòu)成甲烷本身也是溫室氣體，且其溫室效應(yīng)是二氧化碳的28倍[8]，使用過程中出現(xiàn)的甲烷逃逸將進一步降低LNG的減碳效果，因此不能實現(xiàn)零碳排放，可定位為過渡能源；氨、氫作為二次能源，其應(yīng)用受到配套設(shè)施的制約，且易發(fā)生爆炸，安全配套要求較高，目前業(yè)內(nèi)主要是小功率的研究示范，距離大規(guī)模推廣還為時尚早。而基于鋰電池的船舶動力方案，經(jīng)過近10年的發(fā)展，已經(jīng)展現(xiàn)出一定的技術(shù)優(yōu)勢，并初步具備了產(chǎn)業(yè)化的條件，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

1.船用電池技術(shù)日趨成熟

受益于我國電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，近幾年我國船用動力鋰電池技術(shù)發(fā)展迅速，在鋰離子電池儲能系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)上取得了重大突破，目前市場上常見的船用鋰電池能量密度基本都達到了160～200 Wh/kg。其中，磷酸鐵鋰電池以其高安全性、長壽命、低成本、性能均衡等多方面優(yōu)勢成為現(xiàn)階段國內(nèi)船舶動力電池的最優(yōu)選擇[9]，寧德時代、中創(chuàng)新航、億緯鋰能等主流電池企業(yè)的磷酸鐵鋰電池產(chǎn)品也已獲得中國船級社認(rèn)可證書，已陸續(xù)應(yīng)用于多艘船舶。

2.船舶電力推進技術(shù)日趨提升

隨著陸基大功率電力推進技術(shù)、電力系統(tǒng)組網(wǎng)技術(shù)的進步，近幾年船舶電力推進直流組網(wǎng)技術(shù)、直流系統(tǒng)選擇性保護技術(shù)、交直流協(xié)同控制技術(shù)等也相繼獲得了突破，并實現(xiàn)自主可控[10]，可實現(xiàn)兆瓦級功率輸出，已達到推動中大型船舶的技術(shù)條件，為電動船舶實現(xiàn)從中小型客運到中大型貨運提供了技術(shù)支撐。目前國內(nèi)包括中船704所、中船712所、無錫賽思億等在內(nèi)的頭部企業(yè)或機構(gòu)所研發(fā)的船舶電力推進系統(tǒng)均已取得了不錯的實船應(yīng)用業(yè)績。

3.船舶能源管理和控制日趨優(yōu)化

隨著現(xiàn)代管理和控制系統(tǒng)持續(xù)優(yōu)化，特別是船用電池管理系統(tǒng)（BMS）的應(yīng)用提高了電池系統(tǒng)的充放電能力、提升了電力輸出的均衡與穩(wěn)定性，滿足船舶啟動加速及操控等需求。未來隨著電池關(guān)鍵技術(shù)的持續(xù)突破，電池能量密度向著350～400 Wh/kg邁進，通過BMS的優(yōu)化升級，將在長壽命、低內(nèi)阻等方面實現(xiàn)船用電池全生命周期內(nèi)的最佳使用策略[2]。

4.船用電池產(chǎn)業(yè)鏈日趨完備

鋰電池作為船用電池的核心要素，在其全球產(chǎn)業(yè)格局中，中國擁有豐富完善的產(chǎn)業(yè)鏈，以及龐大的基礎(chǔ)人才儲備，是全球最大的鋰電池材料和電池生產(chǎn)基地。同時，隨著技術(shù)的進步，至2021年中期，鋰電池的成本價格在過去10年中降幅達80%以上。同時隨著新一代納粒子電池的研發(fā)突破，為未來經(jīng)濟性推廣創(chuàng)造了條件。

5.基礎(chǔ)設(shè)施及法規(guī)配套日趨健全

內(nèi)河航道方面，“十三五”以來，我國內(nèi)河水運基本建成了以長江干線、西江干線、京杭運河、長三角和珠三角高等級航道網(wǎng)為主體、干支銜接的內(nèi)河航道體系，2020年全國內(nèi)河航道通航里程達12.77萬公里，形成了“通江達?！钡乃愤\輸格局。

碼頭基礎(chǔ)設(shè)施方面，自2010年交通運輸部開展靠港船舶使用岸電以來，我國船舶岸基供電設(shè)施的建設(shè)進入了快速發(fā)展期。截至2019年底，全國已建成港口岸電設(shè)施5 400多套，覆蓋泊位7 000多個，以此為基礎(chǔ)，根據(jù)船舶充換電的規(guī)劃需求升級港口電力配套，有望在較短的時間內(nèi)實現(xiàn)船舶充換電網(wǎng)絡(luò)的布局。

綜上分析，我國內(nèi)河船舶電動化的技術(shù)條件已基本滿足。加之，法規(guī)方面：在2019年9月中國船級社通過了《純電池動力船舶檢驗指南》，為船舶建造提供了法規(guī)依據(jù)。后又結(jié)合行業(yè)發(fā)展需求，進一步組織《船舶應(yīng)用電池動力規(guī)范》（2022）的意見征求與完善工作，為未來電動船舶的大規(guī)模推廣提供了技術(shù)與法規(guī)支持。

（二）電動船推廣的困難與挑戰(zhàn)

純電動船舶產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展源于國家對于“雙碳”戰(zhàn)略的重大需求，長遠(yuǎn)來看有望形成近萬億的工業(yè)產(chǎn)值，具有鮮明的需求導(dǎo)向和目標(biāo)導(dǎo)向，其社會意義和經(jīng)濟意義巨大。近年來，國內(nèi)外相關(guān)人士已做了大量的工作，取得了顯著的成就，但距離電動船在行業(yè)內(nèi)全面推廣尚存在一定的困難與挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

1.航行里程問題

受制于電池能量密度，加之船舶體積大、載貨量多，相較于傳統(tǒng)燃油船舶，純電池動力船舶在航行里程方面仍存在一定不足。出于安全考慮，目前我國普遍采用磷酸鐵鋰電池作為船用動力電池，但其電池能量密度相對較低。根據(jù)已有純電動船舶項目的實施情況來看，航行里程通常在200公里左右，航行區(qū)域受到一定限制。

2.充電時間及安全保障問題

由于船用電池電量較大，小則上千kW·h，大則接近上萬kW·h，在現(xiàn)有充電倍率下，充電時間較長，即便現(xiàn)在業(yè)界一些項目采用了高壓充電、低壓補電方式，對于近上萬kW·h的電量補充，充電時間通常也要在10小時以上。同時受電芯一致性影響，如果充放電倍率（充放電電流除以電池容量）過大，將加速電池衰減并影響到電池的使用壽命[11]，甚至引發(fā)安全風(fēng)險。充電時間增加將影響到船舶的周轉(zhuǎn)效率，特別是對于時效性要求較高的班輪等，其應(yīng)用面臨挑戰(zhàn)。

此外，如果采用純內(nèi)置電池方案，電池在使用一定的期限（通常為8—10年）后將會衰竭而影響使用，而這與船舶25—30年的使用壽命相比，存在期限錯配，而船舶更換電池將增加船東的投資成本。同時，內(nèi)置電池的日常維護保養(yǎng)也缺少專業(yè)人士的指導(dǎo)，不利用長久使用，如果保養(yǎng)不當(dāng)還可能引發(fā)安全風(fēng)險。

3.初期投入經(jīng)濟性尚需提高

純電動船舶的經(jīng)濟性在不同的細(xì)分市場表現(xiàn)不同（比如輪渡好于貨船），但總體來看，其前期初置成本上投入相對較大，主要表現(xiàn)在：一是純電動船舶主要以磷酸鐵鋰/三元鋰電池為能量來源，相對較高的價格導(dǎo)致前期投入較大[1]；二是岸電配套需進行充換電站的投資建設(shè)，在電動船推廣未形成規(guī)模效應(yīng)之前，兩者疊加對投資項目的經(jīng)濟性形成一定影響。

4.箱式動力電池的性質(zhì)認(rèn)定問題

基于充電時間較長及在維護保養(yǎng)過程中面臨的安全風(fēng)險等問題，業(yè)界提出換電的船舶運營模式，即充分利用集裝箱標(biāo)準(zhǔn)化在現(xiàn)代港航業(yè)中的運用，將船用箱式動力電池按照集裝箱的尺寸進行標(biāo)準(zhǔn)化，通過在堆場充電，碼頭換電的方式，解決電動船舶續(xù)航問題。這一做法得到業(yè)界的認(rèn)同，并已有相關(guān)產(chǎn)品通過中國船級社認(rèn)證，標(biāo)志著船舶換電的核心基礎(chǔ)已經(jīng)具備。但受到《國際海運危險貨物規(guī)則》的影響，在部分港口船用動力電池箱被認(rèn)定為九類危險品[12]，其存儲及運輸受到一定的限制，需要特定的經(jīng)營資質(zhì)，不利于推廣應(yīng)用。

5.港口充換電站建設(shè)及換電操作缺少統(tǒng)一規(guī)范

根據(jù)與航運監(jiān)管部門的溝通，目前我國關(guān)于船用動力電池箱充換電站的選址及建設(shè)要求，尚屬空白，對于船舶充換電過程中存在的風(fēng)險及如何規(guī)范操作缺少系統(tǒng)的研究，對于船用電池箱如何進行全生命周期的監(jiān)管也缺少相關(guān)的政策，這些都需要站在行業(yè)的高度，由國家主管部門牽頭給出系統(tǒng)解決方案。

四、行業(yè)發(fā)展對策與建議

作為一種全新的業(yè)態(tài)，純電動船舶在運營中污染少、噪音小，非常適合于內(nèi)河及沿海短途水路運輸，特別是在我國能源消費轉(zhuǎn)型的背景下，綠電在能源消費中的占比持續(xù)提升。因此基于綠電的純電動船舶運輸對國民經(jīng)濟的長遠(yuǎn)健康發(fā)展意義深遠(yuǎn)。結(jié)合電動船行業(yè)現(xiàn)狀及我國水運業(yè)發(fā)展情況，提出以下對策建議：

（一）代表區(qū)域先行先試

針對電動船舶震動小、噪音小、污染少、操控性好等特點，從環(huán)境保護角度，可在水質(zhì)要求較高的一些場景優(yōu)先推廣，如長江黃金水道、京杭大運河、珠江水系等；從經(jīng)濟回報及運營保障角度，優(yōu)先布局游船、公務(wù)船、渡輪、港作拖輪以及集裝箱班輪等，如海峽輪渡、長三角—洋山穿梭巴士等，通過以點帶面、先行先試的做法，帶動行業(yè)的全面發(fā)展。

（二）注重研發(fā)提升航行里程

受磷酸鐵鋰能量密度影響，目前市場上純電動船舶主要以中短航程為主，三元鋰電池能量密度稍高，但安全性不足，這些都制約著電動船舶的大規(guī)模推廣。隨著電池科技的進度，尤其是隨著半固態(tài)電池、固態(tài)電池技術(shù)路線的突破，使得以金屬空氣電池為代表的新一代電池商用化成為可能，其電芯能量密度有望達到400～600 Wh/kg[2]，與之相應(yīng)，同樣尺寸電池配置的情況下，船舶航程將提升至現(xiàn)在的3～5倍。

（三）大力推廣標(biāo)準(zhǔn)化換電運營模式

換電運營模式可在一定程度上延伸船舶的航程，同時減少船舶在港充電時間，提高船舶運營效率，特別是對于靠離泊頻次較高的渡輪、穿梭巴士等應(yīng)用場景尤為適用。需要國家在宏觀層面由監(jiān)管部門牽頭，建立統(tǒng)一的電池箱標(biāo)準(zhǔn)體系，以助于箱式動力電池在不同船舶之間的無差異使用。

（四）推進港口源網(wǎng)荷儲一體化發(fā)展新模式

針對部分換電港口電網(wǎng)電力、功率冗余不足的問題，建議除架設(shè)電網(wǎng)專線增大供應(yīng)外，還應(yīng)從提升港口能源最大化利用效率、提高電力系統(tǒng)功率動態(tài)平衡能力角度出發(fā)，因地制宜在港區(qū)適當(dāng)發(fā)展風(fēng)電、光伏等新能源發(fā)電模式，推進源網(wǎng)荷儲一體化協(xié)同發(fā)展，一方面提升港口綠電比例，滿足港口對于船舶充換電電力供應(yīng)的需求；另一方面充分利用儲能設(shè)備的削峰填谷功能，實現(xiàn)電網(wǎng)側(cè)與負(fù)荷側(cè)在時空的有效匹配。

（五）出臺行業(yè)統(tǒng)一的船舶充換電操作規(guī)范

對于船舶在港口的充換電操作，目前我國尚沒有形成統(tǒng)一的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，從目前實施的情況來看，各地交通運輸主管部門對于船用電池箱的認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)、充換電站的建設(shè)要求、船舶充換電的操作規(guī)程都缺少明確且統(tǒng)一的規(guī)范或法規(guī)，管理相對粗放，不利于行業(yè)的長遠(yuǎn)健康發(fā)展。建議對于通過專業(yè)機構(gòu)（如船級社）認(rèn)證的箱式船用動力電源，在港口按照船用設(shè)備對待，由國家交通運輸部門出臺全國統(tǒng)一的船舶充換電站建設(shè)要求及船舶充換電操作規(guī)程，從政策層面助力行業(yè)健康發(fā)展。

（六）財政助力政策支持

純電動船舶作為近年來興起的社會業(yè)態(tài)，需要與傳統(tǒng)燃油船舶進行競爭，在部分場景其經(jīng)濟性還不如燃油船舶，但由于其污染少、噪音小、工作舒適度高等原因，對社會總體有利。因此，建議在國家財政層面，參考電動汽車的做法，在行業(yè)發(fā)展初期，給予船舶一定的建造補貼和零碳運營補貼，隨著行業(yè)壯大、市場成熟，再逐漸退出補貼的做法來支持行業(yè)發(fā)展；在企業(yè)稅收方面，給予純電動船運輸企業(yè)稅收支持；在運營監(jiān)管方面，給予純電動船舶優(yōu)先通航權(quán)和優(yōu)先靠泊權(quán)，提升船舶運營效率，增強船東的獲得感。

（七）積極推進航運業(yè)碳交易事宜

純電動船舶解決了傳統(tǒng)燃油船舶碳排放的問題，而一個科學(xué)、健全、開放的碳交易市場則是行業(yè)長久發(fā)展的有力保障。航運業(yè)肩負(fù)保護綠水青山的神圣使命，而碳交易作為調(diào)節(jié)航運業(yè)碳排放的有效市場手段，將對以電動船舶為代表的新能源船型推廣起到積極的推動作用。令人欣慰的是，我國海事部門已于2019年出臺了《船舶能耗數(shù)據(jù)收集管理辦法》，啟動了內(nèi)河船舶能耗數(shù)據(jù)的收集工作[13]，為航運業(yè)實施碳交易提供了有力保障，建議從國家層面統(tǒng)籌規(guī)劃，由行業(yè)監(jiān)管部門對接能源環(huán)境交易所，加速推進內(nèi)河船舶碳交易事宜，為我國“雙碳”目標(biāo)的順利實現(xiàn)做出積極貢獻。

五、結(jié)語

作為一種全新的業(yè)態(tài)，電動船舶適應(yīng)了現(xiàn)代社會對于綠色交通發(fā)展的要求，有積極的社會意義。通過結(jié)合市場實際分析了行業(yè)發(fā)展在技術(shù)、港口硬件及法規(guī)方面所面臨的困難與挑戰(zhàn)，并給出了針對性的對策建議。作為一項系統(tǒng)性工程，后續(xù)仍需在國家政策的引導(dǎo)下，通過船東、港口、電網(wǎng)企業(yè)的共同努力，實現(xiàn)電動新能源船舶行業(yè)的健康發(fā)展。