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电动化风口下,船舶行业如何迎风而上?
2020-05-19 16:57:33 来源:中国水运报 作者:【 】 浏览:7次 评论:0

  近日,“中天电运001”船缓缓驶入长江支流之一的西流河,标志着长江流域首艘千吨级纯电动货船在常州成功试航。该船由锂电池与超级电容“双电”驱动,整船电池容量1458千瓦时,相当于40辆电动汽车。按全年运营150航次计算,年用电量在45万度左右,可替代燃油20.16吨。


  首艘千吨级纯电动货船成功试航,再一次激起船舶电动化的“千层浪”。新能源化的触角早已延伸至船舶领域,开年以来,先后有国轩高科、亿纬锂能等多家动力电池企业在船舶领域有了新进展。随着“限硫令”实施,船舶污染防治越来越刻不容缓,而从市场规模来看,我国电动船舶的广泛应用尚有诸多瓶颈,未来是否有望实现技术突破和成本降低?是否能够实现广泛应用?


  电动船舶蓄力起航


  近年来,环境保护、减少有害气体排放等日益受到世界各国关注,船舶能源种类正在从以化石能源为主的局面逐渐向低碳化能源转变。随着动力电池技术不断提升,成本持续下降,船舶电动化趋势渐升,锂电池开始在船舶上得到大力推广应用。


  2018年,深入推动长江经济带高质量发展战略对沿江环境保护提出了更高要求。交通运输部明确提出,要“加快研究纯电动货船,实现电动货船靠泊接用岸电并进行充电”。


  “电动船舶具有绿色环保、零污染、安全以及使用成本低等优点,其运行成本明显低于柴油和LNG燃料船舶。”据业内人士介绍,为改善环境、降低噪音,目前国内南京、苏州、武汉、广州等多地正在推动内河渡船、观光船、货船以及港口拖船等电动化替代。此外,国内不少内陆湖泊也在推动船舶“油改电”。


  国网江苏电力创新技术推广应用,启动了货运船舶领域电力替代研究,利用船载动力电池替代航行燃油主机,以实现货船运行、停靠全过程的零污染、零排放,进一步助力打赢长江船舶污染防治战。2018年12月,国网江苏电力与新能源船舶制造企业签订合作协议,在常州共同建设长江流域首艘千吨级纯电动货船。2020年5月8日,该船的成功启航标志着长江流域货运船舶开启了清洁能源替代的新篇章。


  4月28日,中国自主设计建造的首艘海上危险品应急指挥船“深海01”轮在广州顺利下水。据了解,该船采用3台柴油发电机组加2组磷酸铁锂动力电池的“油电”混合动力推进,续航里程可达1000海里。这是国内首艘使用锂电池作为混合推进动力的海上公务船,相关技术应用填补了国内锂电池在海洋领域应用的空白,将有力推动动力电池技术在海上船舶领域的应用。


  据悉,“深海01”所搭载的锂离子动力电池系统由宁德时代提供,每组磷酸铁锂电池容量为750kWh,共搭载1.5MWh磷酸铁锂电池。宁德时代表示,此次“深海01”下水也标志着宁德时代首套海洋船舶动力电池系统成功下线。


  1月16日上午,随着两声响亮的汽笛声,长江上首艘通过CCS系统认证的18米级纯电动推进航道维护快艇--“长江航道电001”船靠泊长江武汉航道处大桥航道维护基地,标志着长江航道生态环保建设又添新兵。据悉,该船总长18.9米,型宽4.2米,型深1.7米,设计吃水0.9米,设计静水航速21.5公里/小时;该船蓄电池总容量为1290千瓦时,在设计航速状态下,可续航6小时。区别于传统船舶,该船采用磷酸铁锂电池电源驱动、双全回转舵桨推进,配置了生活污水舱、生活污水泵、垃圾收集装置等多种防污染措施,不产生油污水, “零污染、零排放、无噪音、低振动”。


  市场机构预测数据显示,由于良好性能、可承担成本、法律禁令等因素,电动船舶市场正迎来快速增长,预计到2024年全球电动船舶市场的规模将达到73亿美元,市场前景相当可观。


  动力电池企业抢先布局


  发展绿色船舶是大势所趋,多家国内动力电池企业在产品开发、产业化布局、标准制定等方面都作出了实质性动作。包括宁德时代、亿纬锂能、国轩已经率先在电动船舶领域取得突破。


  其中宁德时代已攻克了船用锂电池安全、长续航、大功率、长寿命等技术难题,电池包系统设计采用符合IP67以上防护等级的电池包,可有效规避水汽、盐雾及粉尘引发的安全风险,满足全生命周期内的IP等级要求。


  此外,宁德时代还与中国船级社武汉规范研究所启动电动船舶安全规范的研究和制修订工作,建立从电池单体、模块、电池管理系统到电池系统的安全规范体系;并联合美国船级社(ABS)共同研究下一代船舶的锂电池推进系统,包括推进系统、充电系统、动力电池舱布局和消防等与安全相关的关键技术控制等。


  亿纬锂能在船舶电动化领域走的也十分迅速。截至目前,搭载亿纬动力磷酸铁锂电池的电动船超过200艘,应用于各大景区画舫、沿江沿海渡船、观光船和内河货船、港口拖船、江海联运散货船等。


  需要注意的是,尽管磷酸铁锂在新能源汽车、储能领域都已经得到充分验证,安全性、能量密度、循环性能等优势明显,但应用于电动船舶上的磷酸铁锂电池还将面临较多技术验证,需要更严格的规范标准。


  在规范标准方面,中国船级社(CCS)也已经联合国内主流电池生产企业,着手相关标准的制定完善。2019年12月,CCS正式发布《纯电池动力船舶检验指南》,替代CCS《太阳能光伏系统及磷酸铁锂电池系统检验指南》,是国内首个专门针对电动船舶用动力锂电池检验指南。根据要求,所有船用动力锂电池必须满足检验指南要求并通过认证,方可进行船级社入级检验。


  分析人士指出,结合当前政府在船舶电动领域的推广情况,从电池一次性投入成本及售后维护情况来看,未来一段时间内,船舶电动化的场景将主要集中在沿江沿海城市渡船、观光船、内河(湖)货船、港口拖船等市场。


  大规模推广应用仍需多方合力


  值得注意的是,与新能源汽车不同,电动船舶领域仍然处于初期导入阶段,涉足的电池生产企业并不多。“电动船跟电动汽车不一样,定制化程度很高,目前我们配套的每一条船的电量都不一样,最大带电量在2200kWh。”一电池生产企业人士透露,此外,船舶用电池在安全性、使用寿命等方面要求也较高,这些都考验着电池企业。


  首批新能源纯电动船在2013年投入使用,随后经过多年研究和试点应用,纯电动船舶技术逐步成熟,呈现快速发展的趋势,应用场景不断扩大。


  据了解,当前纯电动船舶在船型方面已有渡船、普通客船、旅游船、公务船、工程船、干散货船、集装箱船等多种船型;吨级方面,有些特定情景下船舶吨级已超过2000载重吨。交通运输部水运科学研究院船舶运输技术研究中心主任纪永波介绍,目前配置的锂电池容量不断提高,有新能源纯电动船舶的电池容量达到2.4MWh(2400kWh),近期计划开工建造的长江新能源纯电动游览船电池容量更是达到7.5MWh(7500kWh)。


  尽管我国在锂离子电池储能系统的关键技术上已经取得了重大突破,但基于安全性和经济性考虑,我国的纯电动船舶发展仍然不足。以我国内河的纯电动船舶应用为例,我国内河船舶约有13万艘,仅长江和京杭运河的船舶总数超过6万艘,但目前已建造的内河电动船舶仅20余艘。


  中国船级社武汉所规范部肖曙明表示,从目前来看,电芯本身还未做到本质安全,电动车的事故概率企业是保密的,无法通过现在电动车的经验积累来评估电动船的安全性。因此,需要保持底线思维,持慎重的态度。一方面,要加大研发,提升锂电池本身的安全性;另一方面,在规范标准上通过技术手段降低锂电池船上应用风险。他建议首先从政府管理严格的公务船入手,积累一定经验后,在区域性游览船、过江渡轮上逐渐铺开。


  除考虑消防等因素外,锂电池成本造价也成为纯电动船舶推广的一大制约因素。肖曙明表示,锂电池价格高昂,导致船舶建造投资金额增加,对于企业初期投入的负担较大。同时,因为续航能力不足,游览船在旅游黄金时期可能无法持续性工作,对运营收入也会带来一定的影响。另外,目前船用动力电池寿命一般在10年内,但船舶的寿命可达到30年,因而船舶全生命周期内需要更换几次电池。考虑到后期营运费用主要取决于电网供电以及锂离子电池的使用寿命,因此,总体来说,在锂电池成本大幅降低之前,大多数企业很难承担高额的建造和改造费用。目前进入电动船舶领域的电池生产企业相对较少,且主要为电池业头部企业。


  处于市场发展初期的船舶电动化,亟需国家政策的引领和支持,通过技术攻关解决关键瓶颈,通过示范运行明晰商业模式。此外,产业链企业需协同合作,共同推进船舶电池关键技术研发、配套设施、经济性、使用便利性等产业链完整有序运作。


  未来,随着电动船舶产业化的推进,围绕船舶这一锂电新细分市场份额的抢夺战也将拉开大幕。


  来源:中国水运报


 

 

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