中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：黨的二十大報(bào)告指出，要積極穩(wěn)妥推進(jìn)碳達(dá)峰碳中和，推進(jìn)工業(yè)、建筑、交通等領(lǐng)域清潔低碳轉(zhuǎn)型。電動(dòng)船具有零排放、低噪音和易操控等優(yōu)點(diǎn)，是構(gòu)建綠色低碳運(yùn)輸體系的重要途徑。船舶換電指電動(dòng)船在換電站采用直接更換集裝箱式電池組來(lái)實(shí)現(xiàn)快速補(bǔ)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(shí)現(xiàn)高效運(yùn)營(yíng)。當(dāng)前由于技術(shù)、成本、市場(chǎng)等原因，行業(yè)發(fā)展還面臨不少挑戰(zhàn)，亟需加強(qiáng)政策引導(dǎo)、技術(shù)研發(fā)和市場(chǎng)推廣，加快實(shí)現(xiàn)行業(yè)的可持續(xù)、高質(zhì)量發(fā)展。
發(fā)展現(xiàn)狀
概述
電動(dòng)船是一種以電力驅(qū)動(dòng)的船舶，通過(guò)電動(dòng)機(jī)以及電池組等電力裝置提供動(dòng)力，并替代傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)船舶。根據(jù)電池安裝形式不同，電動(dòng)船還可以進(jìn)一步分為固定充電式電動(dòng)船和換電式電動(dòng)船。固定充電式電動(dòng)船指的是電池組安裝在船舶固定艙室內(nèi)，在碼頭等固定場(chǎng)所進(jìn)行充電。換電式電動(dòng)船指的是電池組集成在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)集裝箱內(nèi)，船舶既可以像固定充電式電動(dòng)船一樣在碼頭等固定場(chǎng)所進(jìn)行充電，也可以在上述場(chǎng)所直接更換箱式電池組，快速進(jìn)行補(bǔ)電。
與固定充電式電動(dòng)船相比，換電式電動(dòng)船具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）換電式電動(dòng)船效率更高。大容量電池往往需要數(shù)小時(shí)的充電時(shí)間，換電模式可在20分鐘內(nèi)完成吊裝作業(yè)，可大幅提升電能補(bǔ)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(dú)承擔(dān)電動(dòng)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(jià)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(chǔ)能系統(tǒng)參與電網(wǎng)的調(diào)峰調(diào)頻，便于資源的最大化利用。
國(guó)內(nèi)外典型項(xiàng)目
得益于換電技術(shù)在提高純電動(dòng)船舶補(bǔ)充電能效率、提升航行距離等方面的突出優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外已陸續(xù)開(kāi)展了多個(gè)探索項(xiàng)目。從國(guó)外來(lái)看，目前荷蘭、挪威、德國(guó)等國(guó)家相關(guān)企業(yè)已相繼投用或正在建造以箱式移動(dòng)電源為動(dòng)力的中小型內(nèi)河船舶。從國(guó)內(nèi)來(lái)看，江蘇、湖北等省份陸續(xù)有示范船投入運(yùn)營(yíng)，中國(guó)船舶、中遠(yuǎn)海運(yùn)等主要企業(yè)也加快了產(chǎn)業(yè)布局。其中，典型項(xiàng)目有荷蘭“阿爾芬納”號(hào)內(nèi)河電動(dòng)貨船、“江遠(yuǎn)百合”號(hào)純電動(dòng)集裝箱運(yùn)輸船等。
“阿爾芬納”（Alphenaar）號(hào)電動(dòng)貨船是荷蘭首艘使用可更換箱式電池組的內(nèi)河船舶，由零排放服務(wù)公司Zero Emission Services所有。該項(xiàng)目在船舶運(yùn)輸業(yè)實(shí)現(xiàn)了使用綠色能源充電的可更換集裝箱式電池組、開(kāi)放式充電站和按使用次數(shù)付費(fèi)制度的有機(jī)結(jié)合。“阿爾芬納”號(hào)使用瓦錫蘭公司開(kāi)發(fā)的集裝箱式可更換鋰電池組，由45個(gè)電池模塊組成，總功率達(dá)到2兆瓦時(shí)，每組電池支持航行時(shí)間約2至4個(gè)小時(shí)，航行距離40至60英里左右。船只可在沿途的專(zhuān)用充電站進(jìn)行充電或換電，每次充電大約需要150分鐘，換電則不超過(guò)15分鐘。該項(xiàng)目預(yù)計(jì)每年可減少二氧化碳排放1000噸，氮氧化物排放7噸。
“江遠(yuǎn)百合”號(hào)是我國(guó)第一艘純電動(dòng)示范應(yīng)用試點(diǎn)船，由江蘇省鎮(zhèn)江船廠（集團(tuán)）有限公司建造，江蘇遠(yuǎn)洋運(yùn)輸有限公司負(fù)責(zé)運(yùn)營(yíng)。“江遠(yuǎn)百合”號(hào)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(jì)4620千瓦時(shí)，設(shè)計(jì)滿(mǎn)電續(xù)航里程可達(dá)270公里。該船采用“即插即拔”式換電模式，在艉部裝配3個(gè)20英尺標(biāo)準(zhǔn)集裝箱高箱大小的船舶動(dòng)力電池集裝箱，單次換電僅需20分鐘，約150分鐘可充滿(mǎn)一個(gè)箱式電池。目前，“江遠(yuǎn)百合”號(hào)已投入太倉(cāng)港至京杭運(yùn)河蘇州工業(yè)園區(qū)港80公里航段運(yùn)營(yíng)，預(yù)計(jì)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(guān)政策
為降低溫室氣體排放、提高船舶能效，國(guó)內(nèi)外陸續(xù)出臺(tái)了一系列政策，推動(dòng)了電動(dòng)船舶、動(dòng)力電池及船舶換電等技術(shù)的發(fā)展。
國(guó)際相關(guān)政策
國(guó)際海事組織（IMO）一直致力于在全球范圍內(nèi)推動(dòng)航運(yùn)業(yè)的節(jié)能減排工作，引導(dǎo)并支持綠色船舶、節(jié)能裝置開(kāi)發(fā)應(yīng)用。2011年7月，IMO通過(guò)了全球第一套溫室氣體減排強(qiáng)制性措施，并將其納入《國(guó)際防止船舶造成污染公約》（MARPOL公約）。2023年7月，IMO通過(guò)了《2023年船舶溫室氣體減排戰(zhàn)略》，宣布了海運(yùn)業(yè)需要在2030年實(shí)現(xiàn)溫室氣體排放總量與2008年相比減排20%，到2040年實(shí)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(shí)現(xiàn)凈零排放的發(fā)展目標(biāo)?！?023年船舶溫室氣體減排戰(zhàn)略》的發(fā)布將對(duì)我國(guó)船舶運(yùn)輸行業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，行業(yè)低碳清潔化進(jìn)程勢(shì)必加速。
國(guó)際海事組織航運(yùn)業(yè)減排關(guān)鍵步驟
國(guó)內(nèi)相關(guān)政策
自2020年宣布“3060”目標(biāo)以來(lái)，我國(guó)已陸續(xù)印發(fā)了多項(xiàng)國(guó)家戰(zhàn)略與政策規(guī)劃，各重點(diǎn)領(lǐng)域工作有序推進(jìn)，“雙碳”工作取得良好開(kāi)局。2022年9月，工業(yè)和信息化部等五部委聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于加快內(nèi)河船舶綠色智能發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》，提出：“加快發(fā)展電池動(dòng)力船舶，重點(diǎn)推動(dòng)純電池動(dòng)力技術(shù)在中短途內(nèi)河貨運(yùn)船舶、濱江游船及庫(kù)湖區(qū)船舶等應(yīng)用，開(kāi)展標(biāo)準(zhǔn)化箱式電源換電技術(shù)研究與應(yīng)用；探索設(shè)施共享，實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化燃料罐、箱式電源等可移動(dòng)船舶設(shè)備共擔(dān)共用；探索船電分離，由第三方標(biāo)準(zhǔn)化箱式電源租賃企業(yè)提供公共電池設(shè)計(jì)、制造、租賃、回收、處理等服務(wù)”，為船舶換電技術(shù)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(dòng)船舶、船用動(dòng)力電池、充（換）電等產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策文件。
表：主要省市支持船舶換電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策文件
市場(chǎng)分析
我國(guó)的電動(dòng)船舶發(fā)展略晚于國(guó)外，但隨著國(guó)家政策出臺(tái)、相關(guān)技術(shù)發(fā)展，近年來(lái)呈現(xiàn)出快速發(fā)展勢(shì)頭，目前純電動(dòng)船舶約300艘，主要船型為小型郵輪、客船、渡船、干散貨船、公務(wù)船等。根據(jù)EVTank預(yù)測(cè)，我國(guó)電動(dòng)船市場(chǎng)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(dá)到370.5億元，船型也將逐漸向中短途、長(zhǎng)途客船和貨船滲透。隨著電動(dòng)船市場(chǎng)、技術(shù)、政策及相關(guān)配套設(shè)施的日趨成熟，未來(lái)電動(dòng)船有望復(fù)制電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展路線。
市場(chǎng)參與主體
目前，典型的船舶換電項(xiàng)目涉及的市場(chǎng)參與主體主要有船舶建造方、船舶運(yùn)營(yíng)方、換電站運(yùn)營(yíng)方，同一公司可能承擔(dān)不同角色，如電池設(shè)備商可能同時(shí)參與電池租賃業(yè)務(wù)，碼頭、港口運(yùn)營(yíng)商也可能參與到換電站的運(yùn)營(yíng)中。
電動(dòng)船建造方是專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)、建造和銷(xiāo)售換電電動(dòng)船的公司，傳統(tǒng)船舶建造企業(yè)和動(dòng)力電池廠商都在積極布局這一賽道。目前開(kāi)展該業(yè)務(wù)的傳統(tǒng)船舶建造企業(yè)有：揚(yáng)子江船業(yè)集團(tuán)、湖北船廠等。此外還有億緯鋰能、寧德時(shí)代等動(dòng)力電池企業(yè)。
電動(dòng)船運(yùn)營(yíng)方是負(fù)責(zé)運(yùn)營(yíng)和管理?yè)Q電電動(dòng)船船隊(duì)的企業(yè)。他們提供電動(dòng)船租賃和運(yùn)輸服務(wù)，確保船隊(duì)的正常運(yùn)營(yíng)。只要經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)滿(mǎn)足要求，現(xiàn)有船東公司可逐步將運(yùn)營(yíng)船只替換為采用換電模式的電動(dòng)船。
換電站運(yùn)營(yíng)方是負(fù)責(zé)建設(shè)、管理和運(yùn)營(yíng)換電站設(shè)施的企業(yè)。他們收取費(fèi)用，并為電動(dòng)船提供充電、換電、電池租賃等服務(wù)。換電站的運(yùn)營(yíng)商可以為碼頭、港口提供儲(chǔ)能、供能服務(wù)，還可以作為一環(huán)參與電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻，有助于商業(yè)模式的多元化發(fā)展。
2022年6月，中國(guó)船舶集團(tuán)七一二所聯(lián)合相關(guān)設(shè)計(jì)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(chǎn)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(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心，力圖充分發(fā)揮湖北電動(dòng)船產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢(shì)，加快打造內(nèi)河綠色智能船舶產(chǎn)業(yè)集群。2023年2月，中遠(yuǎn)海運(yùn)集團(tuán)成立中國(guó)電動(dòng)船舶創(chuàng)新聯(lián)盟，涵蓋了綠色電力供應(yīng)、動(dòng)力電池、電力推進(jìn)系統(tǒng)、船舶設(shè)計(jì)建造、系統(tǒng)集成服務(wù)、規(guī)范認(rèn)證、港口碼頭、岸基充換電、客貨輪運(yùn)輸、科研院所以及產(chǎn)業(yè)鏈投融資等領(lǐng)域，以暢通上下游產(chǎn)業(yè)合作，加快推動(dòng)電動(dòng)船舶行業(yè)發(fā)展。
船舶換電項(xiàng)目主要市場(chǎng)參與主體
困難與挑戰(zhàn)
雖然換電模式可以有效緩解電動(dòng)船舶“里程焦慮”、提升船舶運(yùn)行效率，但距離大規(guī)模市場(chǎng)化應(yīng)用還有一些待解決的問(wèn)題。
（1）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范不健全。換電式電動(dòng)船的研發(fā)設(shè)計(jì)和建造運(yùn)營(yíng)涉及諸多標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，目前中國(guó)海事局已發(fā)布了《內(nèi)河船舶法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》、《內(nèi)河小型船舶法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》等技術(shù)法規(guī)，中國(guó)船級(jí)社也發(fā)布了《船舶應(yīng)用電池動(dòng)力規(guī)范》、《船舶直流綜合電力系統(tǒng)檢驗(yàn)指南》等規(guī)范，但在電池容量、充換電指標(biāo)、接口、吊裝、堆存等方面仍缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和操作指南。
（2）暫不具備經(jīng)濟(jì)性。雖然近年來(lái)電動(dòng)船相關(guān)技術(shù)已取得長(zhǎng)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(dòng)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(fèi)用的一半以上。此外，充換電站的初始投資較高，加之當(dāng)前箱式電池的周轉(zhuǎn)率較低，換電站商業(yè)模式還不成熟，因此短期難以實(shí)現(xiàn)盈利，企業(yè)運(yùn)營(yíng)門(mén)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(shí)間，會(huì)采用高壓充電、低壓補(bǔ)電方式，提高充放電倍率后，可能會(huì)加速電池衰減并影響電池的使用壽命，甚至引發(fā)安全風(fēng)險(xiǎn)。此外，換電站集中堆放大量箱式電池，若管理不當(dāng)可能導(dǎo)致鋰電池?zé)崾Э仫L(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而引發(fā)火災(zāi)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(nèi)河船舶高效、環(huán)保運(yùn)營(yíng)方面具有巨大潛力，已得到了政策和市場(chǎng)的重視。雖然當(dāng)前技術(shù)、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(shù)和市場(chǎng)的逐漸成熟都有望逐一解決。未來(lái)，要進(jìn)一步加大政策支持力度，推動(dòng)產(chǎn)學(xué)研用深度融合，加快項(xiàng)目落地實(shí)施。其次，要加快技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用推廣，提高船用動(dòng)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(yīng)加快完善標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，重點(diǎn)完善箱式電池產(chǎn)品規(guī)格和生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，充換電站建設(shè)、安防、存放、充電、換電等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)市場(chǎng)安全、規(guī)范化發(fā)展。
