科技猎“双碳”驱动之下，电动船舶驶向百亿蓝海
“双碳”驱动之下，电动船舶驶向百亿蓝海
韩敬娴
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在全球减碳的背景下，船舶动力燃料的选择也被认为是航运业减碳的关键。
一年时间，全球航运会排放多少二氧化碳？
根据国际海事组织IMO的2020年温室气体研究显示，2018年全球航运活动排放了大约10.5 亿吨二氧化碳，约占当年全球二氧化碳排放总量的2.9%。
一个多世纪以来，重燃料油 (HFO) 一直是大型船舶的首选燃料，因为它价格低廉且能量密集，简单说就是可以用相对少的量推动船舶行驶更远的距离。
但在全球减碳的背景下，航运业自然绕不过去。船舶动力燃料的选择也被认为是航运业减碳的关键。对此，IMO颁布了限硫令和海运减排协议。限硫令要求自2020年1月起，全球范围内航运燃油硫含量从3.5%直降到0.5%。减排协议则定下了2050年航运的二氧化碳排放量相比2008年减少50%的目标，并朝着零碳排放的终极目标迈进。
我国也已经定下了2030年碳达峰、2060年碳中和的目标，因此低碳甚至零碳排放船舶已经成为趋势。在实现这一目标的众多技术路线中，船舶电动化是最受关注的方向之一。
2027年市场将超百亿美元
杭州现代船舶设计研究院董事长黄桂林曾说，基于安全性和经济性，近年磷酸铁锂动力电池及BMS电池管理系统发展迅速，充放电倍率的提高使船舶启动加速及动力操控性更好，已经具备了在船舶上推广应用的技术条件。
磷酸铁锂电池现在的材料成本为0.43元/Wh，单体能量密度也由过去的100Wh／kg提升到160Wh／kg。根据高工产研锂电研究所（以下简称GGII）测算，船舶每百公里运行成本，柴油动力船舶为4100元，LNG燃料船舶为3700元，电动船舶为2800元。
虽然现在纯电动船舶不如内燃机船常见，但随着纯电动船舶技术的不断成熟和电池造价的逐步走低，纯电动船舶正在迎来发展机遇。
国外纯电动船舶发展较早，挪威是全球大型电动船舶运营最多的国家。挪威的奥斯陆港给自己定的目标是到2030年将二氧化碳、硫氧化物、氮氧化物和颗粒物的排放量减少85%，未来要成为世界上第一个零排放港口。
去年11月，世界上第一艘纯电动且无人驾驶的集装箱货船Yara Birkeland 号已在挪威成功完成首航。该货船投入运营后，每年可以取代4万次柴油卡车的运输量，预计每年可减少1000吨二氧化碳排放。
国外部分纯电动船舶
国内首批纯电动船舶则是在2013年投入使用，主要应用于民用领域，侧重在内湖、内河以及近海港口。现在不仅是纯电动打捞船、纯电动拖轮相继在无锡、连云港交付使用，在执法船、游船、渡船等水上交通领域也出现了越来越多的电动船舶。
2021年，江龙船艇成功交付了“金龙鱼”号280客位纯电动游船、“珠江王子”号486客位纯电动游船。
今年3月18日，中远海运集团宣布建造两艘700TEU级长江干线电动集装箱船，并将于2023年底交付。船舶采用船电分离模式设计，配载换电模式船用集装箱式动力电池作为动力源。首航航线为武汉至上海，全程纯电航行。
与这一艘艘交付以及待交付的纯电动船舶相呼应的是研究机构预测的市场规模。根据市场调研机构Fortune Business Insights在《电动船舶市场规模和行业分析》报告中的分析显示，预计到2027年电动船舶市场规模将达到108.2亿美元。
电池巨头纷纷下场
这么大的市场规模，吸引的可不只是船舶制造商，背后的电池巨头们也争相涌入。
像混合动力和船舶电池供应商Corvus Energy公司、Akasol AG和Lion Smart公司以及电产安萨尔多工业系统公司、帅福得集团、三星SDI等船舶和电池制造商都已经开发了新型的船舶锂电池系统，中国的大型电池企业也在积极布局纯电动船舶市场。
GGII调研数据显示，按照2019年、2022年以及2025船舶锂电化渗透率分别为0.035%、0.55%、18.5%测算，截至2025年电动船舶用锂电池市场将达35.41GWh。
早在2016年，亿纬锂能的船用动力电池就获得了中国船级社认证。之后，纯电动游船“阔阔真公主号”、纯电动商旅客船“君旅号”、纯电动港作拖轮“云港电拖一号”、纯电动集装箱船“国创号”搭载的均为亿纬锂能的动力电池。
中国船级社认证是电池企业上船的“入场券”。按照规定，船用动力锂电池和电池管理系统在装船前必须获得中国船级社（CCS）的型式认可证书。
2018年12月底，宁德时代也与CCS武汉规范研究所签署了战略合作协议，并在2020年4月通过CCS最新检测指南《纯电池动力船舶检验指南》认可和检验。
同一年，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，搭载的正是宁德时代的锂离子动力电池系统。除此之外，福建省首艘电动高端内河游船“闽江之星”、国内最大海洋综合科考实习船“中山大学”号、珠江游纯电动游船主船体，以及全球电量最大的纯电动邮轮“长江三峡1号”，选择的也是宁德时代的电池。
从EVTank的统计数据来看，2020年国内船用锂电池主要由亿纬锂能和宁德时代供应，两家合计市场份额达到80%以上。另外，中航锂电、国轩高科电池企业都在积极开发船舶电池产品。比如纯电动豪华游船“滇景号选择的是中航锂电，配套国轩高科磷酸铁锂电池系统的秦皇岛36米电力推进休闲渔船也已经投入使用。
截至2021年10月，获得CCS认证的船用锂电池单体企业有30家，大部分的电池企业认证的电池产品都是方形LFP电池。这与欧洲的稍有不同，欧洲的部分纯电动船舶仍采用了NCM电芯，比如丹麦的纯电动渡轮E-ferry，挪威的纯电动渡轮MF Ampere。
充电怎么解？
同电动汽车的发展类似，电动船舶若要正常运营还需建设完备的充电设施。目前已投入运营的电动船舶，续航能力基本都在100公里以内。如果要增加航行里程，主要是靠充电来解决。
岸电系统是电动船舶续航的主要“补给站”。部分被确定为岸电系统设施改造试点的省份，岸电系统的建设相对较快。以江苏省为例，全省港口累计建成岸电设施3036套。
但整体来看，现有的岸电设施设施的覆盖面和数量都有限，同时还存在容量不足、电制不同、设备兼容性等问题并且充电速度还有待进一步提升。
以中国船舶工业集团有限公司所属广船国际有限公司建造的2000吨级纯电动自卸船为例，整船电池容量约为2400千瓦时，充电就需要2小时。
与每次充电都要回到岸上不同的是，英国有些公司还想到了海上充电的方式，就是将海上的风力发电站和充电结合起来。
航运巨头马士基成立了一家名为Stillstrom的新企业，用来开发其海上充电站并将其商业化。Stillstrom 目前正在建造其海上充电浮标的原型，它要用一条输电线路把电力从风电场的陆上基础设施输送到浮标。该原型装置可产生不到1兆瓦的电力，能够将来自电网的高压电力转换为适合船舶使用的低压电力。
Stillstrom和丹麦海上风电巨头 Ørsted 计划2022年第三季度推出世界上第一个全尺寸的海上船舶浮标充电站。
Stillstrom充电浮标
另一家位于苏格兰阿伯丁的Oasis Marine Power公司也在建造海上充电浮标。但该公司并不像Stillstrom一样把目标客户放在港口闲置的货船身上，而是瞄准了为海上风电场提供服务的小型船舶。
直充之外，部分公司也在寻找跟电动汽车类似的换电方式，当然具体的方式不大相同。
Fleetzero是一家美国的初创企业，它就正在试验在标准的20英尺集装箱中制造电池。这些集装箱经过改造后可以为海上较小的船只提供动力。当一艘船进港时，集装箱船上耗尽的电池就会被替换成新的电池。据了解，Fleetzero正在阿拉巴马州建造它的第一个电池组原型，打算在2022年底投入使用。
Fleetzero
国内也有不少纯电动船舶在尝试换电模式。
前文提到的中远海运700TEU级长江干线电动集装箱船也是采用中创新航设计和开发的可更换船用集装箱式电池作为动力源。全船可配装36个20teu箱式电源，装机容量50MWh，采用码头岸基换电方式。
还有，国家电投绿电联合江苏远洋等打造的“120TEU纯电池集装箱船”，也在今年2月开工建造，按照设计，该船采用“即插即拔”式换电模式，单次换电作业时间仅需20分钟。
结语
总体来看，受电池的能量密度、充放电速度等技术水平限制，现阶段纯电动船舶还是主要集中在内湖、内河以及近海港口，应用船型以车客渡船、客船、港口拖船、港务船以及海工船等为主，在大型、长距离航线船舶的应用可行性并不高。
并且，目前船用动力电池寿命一般在10年内，但船舶的寿命可以达到30年，这也就意味着船舶全生命周期内需要更换几次电池，运营成本、电费再加上更换系统费用等都将成为船舶电气化过程中的拦路虎。
曾有行业发分析师在2020年发文判断，当时的电动船舶就类似新能源汽车2004年左右的情况，电动船产业化可能要再等10年。
但通过这两年的发展，我们能够判断行业发展确实处在初期，困难也都还在，但技术扩散的加速以及环保法规日趋严厉，多重因素的叠加也大概率会加速纯电动船舶的发展，或许行业的爆发不用再等10年。（本文首发钛媒体App，作者/韩敬娴，编辑/张敏）
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