中國儲能網訊：黨的二十大報告指出，要積極穩(wěn)妥推進碳達峰碳中和，推進工業(yè)、建筑、交通等領域清潔低碳轉型。電動船具有零排放、低噪音和易操控等優(yōu)點，是構建綠色低碳運輸體系的重要途徑。船舶換電指電動船在換電站采用直接更換集裝箱式電池組來實現(xiàn)快速補充電能的方式，可以有效緩解“里程焦慮”，減少初始造船投資，實現(xiàn)高效運營。當前由于技術、成本、市場等原因，行業(yè)發(fā)展還面臨不少挑戰(zhàn)，亟需加強政策引導、技術研發(fā)和市場推廣，加快實現(xiàn)行業(yè)的可持續(xù)、高質量發(fā)展。
發(fā)展現(xiàn)狀
概述
電動船是一種以電力驅動的船舶，通過電動機以及電池組等電力裝置提供動力，并替代傳統(tǒng)的內燃機驅動船舶。根據電池安裝形式不同，電動船還可以進一步分為固定充電式電動船和換電式電動船。固定充電式電動船指的是電池組安裝在船舶固定艙室內，在碼頭等固定場所進行充電。換電式電動船指的是電池組集成在一個標準集裝箱內，船舶既可以像固定充電式電動船一樣在碼頭等固定場所進行充電，也可以在上述場所直接更換箱式電池組，快速進行補電。
與固定充電式電動船相比，換電式電動船具有以下優(yōu)點：（1）換電式電動船效率更高。大容量電池往往需要數小時的充電時間，換電模式可在20分鐘內完成吊裝作業(yè)，可大幅提升電能補給效率。（2）初始建造成本低。船東可以采取租賃等方式，不必單獨承擔電動船高昂的建造成本。（3）可以降低用電成本。換電站可以在夜間等電價波谷期集中為箱式電池組充電，有助于降低船東的用電成本。（4）效益最大化。換電站可以作為儲能系統(tǒng)參與電網的調峰調頻，便于資源的最大化利用。
國內外典型項目
得益于換電技術在提高純電動船舶補充電能效率、提升航行距離等方面的突出優(yōu)勢，近年來國內外已陸續(xù)開展了多個探索項目。從國外來看，目前荷蘭、挪威、德國等國家相關企業(yè)已相繼投用或正在建造以箱式移動電源為動力的中小型內河船舶。從國內來看，江蘇、湖北等省份陸續(xù)有示范船投入運營，中國船舶、中遠海運等主要企業(yè)也加快了產業(yè)布局。其中，典型項目有荷蘭“阿爾芬納”號內河電動貨船、“江遠百合”號純電動集裝箱運輸船等。
“阿爾芬納”（Alphenaar）號電動貨船是荷蘭首艘使用可更換箱式電池組的內河船舶，由零排放服務公司Zero Emission Services所有。該項目在船舶運輸業(yè)實現(xiàn)了使用綠色能源充電的可更換集裝箱式電池組、開放式充電站和按使用次數付費制度的有機結合。“阿爾芬納”號使用瓦錫蘭公司開發(fā)的集裝箱式可更換鋰電池組，由45個電池模塊組成，總功率達到2兆瓦時，每組電池支持航行時間約2至4個小時，航行距離40至60英里左右。船只可在沿途的專用充電站進行充電或換電，每次充電大約需要150分鐘，換電則不超過15分鐘。該項目預計每年可減少二氧化碳排放1000噸，氮氧化物排放7噸。
“江遠百合”號是我國第一艘純電動示范應用試點船，由江蘇省鎮(zhèn)江船廠（集團）有限公司建造，江蘇遠洋運輸有限公司負責運營?！敖h百合”號以高安全性磷酸鐵鋰電池為能源載體，整船鋰電池容量共計4620千瓦時，設計滿電續(xù)航里程可達270公里。該船采用“即插即拔”式換電模式，在艉部裝配3個20英尺標準集裝箱高箱大小的船舶動力電池集裝箱，單次換電僅需20分鐘，約150分鐘可充滿一個箱式電池。目前，“江遠百合”號已投入太倉港至京杭運河蘇州工業(yè)園區(qū)港80公里航段運營，預計每年可減少燃油消耗160噸、降低二氧化碳排放500噸左右。
相關政策
為降低溫室氣體排放、提高船舶能效，國內外陸續(xù)出臺了一系列政策，推動了電動船舶、動力電池及船舶換電等技術的發(fā)展。
國際相關政策
國際海事組織（IMO）一直致力于在全球范圍內推動航運業(yè)的節(jié)能減排工作，引導并支持綠色船舶、節(jié)能裝置開發(fā)應用。2011年7月，IMO通過了全球第一套溫室氣體減排強制性措施，并將其納入《國際防止船舶造成污染公約》（MARPOL公約）。2023年7月，IMO通過了《2023年船舶溫室氣體減排戰(zhàn)略》，宣布了海運業(yè)需要在2030年實現(xiàn)溫室氣體排放總量與2008年相比減排20%，到2040年實現(xiàn)溫室氣體排放總量與2008年相比減排70%，并在2050年前后實現(xiàn)凈零排放的發(fā)展目標?！?023年船舶溫室氣體減排戰(zhàn)略》的發(fā)布將對我國船舶運輸行業(yè)產生深遠影響，行業(yè)低碳清潔化進程勢必加速。
國際海事組織航運業(yè)減排關鍵步驟
國內相關政策
自2020年宣布“3060”目標以來，我國已陸續(xù)印發(fā)了多項國家戰(zhàn)略與政策規(guī)劃，各重點領域工作有序推進，“雙碳”工作取得良好開局。2022年9月，工業(yè)和信息化部等五部委聯(lián)合發(fā)布《關于加快內河船舶綠色智能發(fā)展的指導意見》，提出：“加快發(fā)展電池動力船舶，重點推動純電池動力技術在中短途內河貨運船舶、濱江游船及庫湖區(qū)船舶等應用，開展標準化箱式電源換電技術研究與應用；探索設施共享，實行標準化燃料罐、箱式電源等可移動船舶設備共擔共用；探索船電分離，由第三方標準化箱式電源租賃企業(yè)提供公共電池設計、制造、租賃、回收、處理等服務”，為船舶換電技術普及及商業(yè)模式探索提供了有力的政策保障。此外，湖北等省份也相繼發(fā)布了支持電動船舶、船用動力電池、充（換）電等產業(yè)發(fā)展的政策文件。
表：主要省市支持船舶換電產業(yè)發(fā)展的政策文件
市場分析
我國的電動船舶發(fā)展略晚于國外，但隨著國家政策出臺、相關技術發(fā)展，近年來呈現(xiàn)出快速發(fā)展勢頭，目前純電動船舶約300艘，主要船型為小型郵輪、客船、渡船、干散貨船、公務船等。根據EVTank預測，我國電動船市場規(guī)模將從2022年的11.9億元提升至2025年的162.5億元，2030年達到370.5億元，船型也將逐漸向中短途、長途客船和貨船滲透。隨著電動船市場、技術、政策及相關配套設施的日趨成熟，未來電動船有望復制電動汽車發(fā)展路線。
市場參與主體
目前，典型的船舶換電項目涉及的市場參與主體主要有船舶建造方、船舶運營方、換電站運營方，同一公司可能承擔不同角色，如電池設備商可能同時參與電池租賃業(yè)務，碼頭、港口運營商也可能參與到換電站的運營中。
電動船建造方是專門設計、建造和銷售換電電動船的公司，傳統(tǒng)船舶建造企業(yè)和動力電池廠商都在積極布局這一賽道。目前開展該業(yè)務的傳統(tǒng)船舶建造企業(yè)有：揚子江船業(yè)集團、湖北船廠等。此外還有億緯鋰能、寧德時代等動力電池企業(yè)。
電動船運營方是負責運營和管理換電電動船船隊的企業(yè)。他們提供電動船租賃和運輸服務，確保船隊的正常運營。只要經濟性指標滿足要求，現(xiàn)有船東公司可逐步將運營船只替換為采用換電模式的電動船。
換電站運營方是負責建設、管理和運營換電站設施的企業(yè)。他們收取費用，并為電動船提供充電、換電、電池租賃等服務。換電站的運營商可以為碼頭、港口提供儲能、供能服務，還可以作為一環(huán)參與電網調峰調頻，有助于商業(yè)模式的多元化發(fā)展。
2022年6月，中國船舶集團七一二所聯(lián)合相關設計院所、高等院校、修造船廠等45家單位組建湖北省綠色智能船舶產業(yè)聯(lián)盟，同年10月七一二所作為牽頭單位籌建湖北省綠色智能船舶產業(yè)創(chuàng)新中心，力圖充分發(fā)揮湖北電動船產業(yè)鏈優(yōu)勢，加快打造內河綠色智能船舶產業(yè)集群。2023年2月，中遠海運集團成立中國電動船舶創(chuàng)新聯(lián)盟，涵蓋了綠色電力供應、動力電池、電力推進系統(tǒng)、船舶設計建造、系統(tǒng)集成服務、規(guī)范認證、港口碼頭、岸基充換電、客貨輪運輸、科研院所以及產業(yè)鏈投融資等領域，以暢通上下游產業(yè)合作，加快推動電動船舶行業(yè)發(fā)展。
船舶換電項目主要市場參與主體
困難與挑戰(zhàn)
雖然換電模式可以有效緩解電動船舶“里程焦慮”、提升船舶運行效率，但距離大規(guī)模市場化應用還有一些待解決的問題。
（1）標準規(guī)范不健全。換電式電動船的研發(fā)設計和建造運營涉及諸多標準規(guī)范，目前中國海事局已發(fā)布了《內河船舶法定檢驗技術規(guī)則》、《內河小型船舶法定檢驗技術規(guī)則》等技術法規(guī)，中國船級社也發(fā)布了《船舶應用電池動力規(guī)范》、《船舶直流綜合電力系統(tǒng)檢驗指南》等規(guī)范，但在電池容量、充換電指標、接口、吊裝、堆存等方面仍缺乏統(tǒng)一的標準和操作指南。
（2）暫不具備經濟性。雖然近年來電動船相關技術已取得長足發(fā)展，但與傳統(tǒng)燃油船相比，其建造成本仍然較高。電動船初始建造成本比傳統(tǒng)燃油船高1倍左右，其中電池的初期投資成本約占整船費用的一半以上。此外，充換電站的初始投資較高，加之當前箱式電池的周轉率較低，換電站商業(yè)模式還不成熟，因此短期難以實現(xiàn)盈利，企業(yè)運營門檻高。
（3）存在安全隱患。由于船用電池容量往往較大，為縮短充電時間，會采用高壓充電、低壓補電方式，提高充放電倍率后，可能會加速電池衰減并影響電池的使用壽命，甚至引發(fā)安全風險。此外，換電站集中堆放大量箱式電池，若管理不當可能導致鋰電池熱失控風險，進而引發(fā)火災或爆炸事故。
展望
船舶換電作為一種新業(yè)態(tài)仍處于探索階段，其在解決內河船舶高效、環(huán)保運營方面具有巨大潛力，已得到了政策和市場的重視。雖然當前技術、成本、管理、商業(yè)模式等方面還存在不小挑戰(zhàn)，但隨著技術和市場的逐漸成熟都有望逐一解決。未來，要進一步加大政策支持力度，推動產學研用深度融合，加快項目落地實施。其次，要加快技術研發(fā)和應用推廣，提高船用動力電池能量密度和充電速度，降低建造成本，提高續(xù)航里程。此外，還應加快完善標準規(guī)范，重點完善箱式電池產品規(guī)格和生產標準，充換電站建設、安防、存放、充電、換電等技術標準，推動市場安全、規(guī)范化發(fā)展。
