电动船舶是内河航运绿色转型的重要方向

  • 来源:中国计算机报
  • 关键字:内河航运,电动船舶,节能减排
  • 发布时间:2020-11-01 20:43

  内河航运是我国综合运输体系中的重要组成部分,具有航道里程长、船舶数量大、货运能力强等特点。目前,我国内河航运90%以上船舶采用传统柴油驱动,对周边大气环境和水域造成了严重破坏。近年来,交通领域绿色转型已成趋势,航运业正逐步将绿色发展指向电动船舶,当前我国内河航运已具备电动化的基本条件,加速推动内河航运船舶电动化改造对于推进内河航运绿色转型意义重大。

  内河航运绿色转型十分紧迫电动船舶是未来发展方向

  内河航运污染排放大,加大治理任务紧迫。内河航运在我国经济发展中扮演着重要的角色,主要以长江、珠江、京杭运河、淮河等为主。2018年,内河航道通航里程达到12.71万公里,运输船舶数量约12.43万艘,净载重量约1.3亿吨,载客量约71.59万客位,集装箱箱位约33.81万TEU。传统内河船舶使用柴油发动机驱动,航行和进港过程产生大量的油污水和有害尾气,尾气中含有烟尘、氮氧化物、硫氧化物等有害物质,随着内河运输需求的不断增加,污染排放物也在逐年上升。航运污染已成为继机动车尾气污染、工业企业排放之后第三大大气污染源,近年来工业源和机动车辆排放得到了深入治理,这使船舶排放的影响进一步凸显。

  节能减排政策倒逼内河航运船舶绿色转型。根据国际海事组织环境规则,2020年起,船用燃料含硫量在公海需低于0.5%,近海区需低于0.1%。各国与船舶大气污染有关的环保法律、法规都在密集出台,很多国家港口已实施严格的船舶排放标准,倒逼船舶制造转型。我国内河航运拥有众多船龄老、船型旧、吨位小的船舶,这些船舶多使用技术落后的柴油发动机,甚至使用劣质的燃料油。迫于环保压力,内河航运船舶绿色转型迫在眉睫。

  借力电动船舶促内河航运绿色转型是未来发展方向。近年来,我国在船用燃料市场大力推动液化天然气动力船,但有专家预测,2025年前将面临燃料紧缺、成本上涨等问题。电动船舶具有绿色环保优点,可以实现零排放,同时兼具安全便利、推进效率高、使用成本低等优势,且不会出现柴油泄漏等问题,是内河航运绿色转型的有效选择。近年来,我国纯电动船舶不断提高自主研发能力,突破多项关键技术,达到世界先进水平,在客船、渡船、公务船和散货船等船型均有示范应用,并取得较好的示范效果。目前,我国约10%的内河船舶需要淘汰,若全部更新为电动船舶,将有1万艘左右的市场需求,替换市场前景可期。

  航运初步具备电动化条件但四大障碍需突破

  核心技术获得突破,但仍需持续改进。电池层面,动力电池是电动船舶核心部件,磷酸铁锂电池以其高安全性、长寿命、低成本、性能均衡等多方面优势,成为现阶段船舶动力电池的最优选择,目前诸多船用电池厂家的磷酸铁锂动力电池产品已通过实验测试,获得了中国船级社认可证书,已经具备了进行实船推广应用的技术条件。但与电动车电池类似,电动船舶续航里程、充电速度等仍需持续改进。技术层面,近年来,电动船舶无轴轮缘推进技术,船舶电力系统组网技术,以及船舶电力推进直流组网技术,大功率电力并网技术等关键技术相继获得了突破。但在锚地跨船供电技术方面仍面临安全挑战,江中抛锚自泊船舶电力供应技术也需攻克,电动船舶与岸电间的充电连接也比较费时费力。

  国家支持产业发展,但初期经济性不足。政策层面对船舶电动化给予了大力支持,尤其是在岸电建设方面。2018年,交通运输部提出,到2020年底前实现全国主要港口50%以上已建的集装箱、客滚、邮轮、3000吨级以上客运和5万吨级以上干散货专业化泊位具备向船舶供应岸电能力的目标。据统计,截至2018年6月底,全国已建成岸电设备2400余套,覆盖泊位3200多个,主要港口以及排放控制区内港口岸电设施覆盖率达40%。目前来看,船舶电动化仍存在经济性不足。一是建造成本高,受动力电池成本影响,纯电动船在建船初期比传统燃油船的投资高20%~30%,另外锂电池寿命一般为10年,而船舶寿命周期为30年,期间更换电池成本比较高。二是运营成本尚未降低,岸电电价优势不明显,港口电价约为1.0~1.7元,而提供相同电能所耗费的燃油成本也基本在这个范围,降低了电动船舶的应用动力。

  市场开始萌芽,但商业模式尚不清晰。统计显示,截止到2019年5月份,全球运营中和拟建造电动船舶數量为155艘,包括营运中的船舶有75艘,拟建造船舶80艘,近两年将迎来交付爆发期。欧洲是电动船舶的主要市场,挪威、土耳其是欧洲最大的建造和运营市场,船型以5000吨以下中小型车客渡船为主,但应用范围已经拓展到3万总吨的邮轮上。国内市场来看,我国已建造的内河电动船舶约20余艘,自2015年起,我国研制的500吨级、2000吨级纯电动运货船成功运行在长江、珠江水域,填补了世界同吨位内河纯电动散货船的空白,标志着我国内河水运开启了电力驱动的新时代,成为业界绿色水运转型的典范。但目前,电动船舶商业模式尚不成熟,多采用裸船销售/电池租赁的运营模式,这缓解了部分整船销售的高成本问题,但提供船舶动力电池技术和电池租赁的企业较少,尚未形成规模。

  相关企业开始布局,但管理体系亟需跟上。近年来,上海瑞华、中船重工等造船企业纷纷开始设计制造电动船舶,动力电池企业宁德时代、比亚迪、亿纬锂能等纷纷布局电动船舶领域,在船舶动力电池技术产品开发、标准制定、产业化布局等方面进行了实质性探索。目前来看,统筹推进电动船舶方面的顶层设计不够,船舶制造商与动力电池核心部件企业、港口岸电运营企业等缺乏联动;标准体系不完善,电动船舶技术标准体系尚未建立,船舶跟岸电互联互通的标准不完善,船岸通信接口标准不一致,纯电动船舶的充电设备仍是“一船一策”;推动电动船舶产业发展的法规制度缺失,造成电动船舶发展无法可依。

  电动化的四大着力点

  强化技术攻关,持续提升性能。一是继续提高动力电池性能,提升船用磷酸铁锂电池安全性、可靠性,攻破高续航能力、长寿命等难题;鼓励多种锂离子电池技术并存,研发磷酸铁锂、三元锂、碳酸锂、镍酸锂等多种类型锂离子电池在船舶动力系统的应用,优先发展经济型的混合电推系统,以加速形成电动船舶市场规模;二是加大产学研合作,深入研发大容量电动船舶设计、岸电接驳及快速充电系统成套技术;三是研究锚地跨船安全供电技术和江中抛锚自泊船舶电力供应技术,有条件的情况下研究电动船舶无线充电技术。

  国家大力支持,完善配套设施建设。一是充分运用财政、税收、环保政策引导和扶持电动船舶产业,鼓励航运界积极采用纯电动推进系统。二是实施补贴政策,电动船舶推进初期可以参照电动汽车的模式进行财政补贴,如建造补贴、行驶里程补贴、碳排放交易补贴等,另外实施岸电建设补贴和充电补贴以降低岸电建造成本和使用价格。三是完善配套设施建设,推动水上服务区优先规划建设充、换电站,制定优惠政策吸引第三方投资主体参与换电站的投资建设。四是推动电力供应商研发更新更好的输电网络和技术,以解决电动船舶发展带来的用电需求问题。

  开展试点示范,探索商业模式。划定特殊水源保护水域(航区)只能运营纯电池推进船舶,选择重点水域、重点船型开展试点示范,包括长江、珠江等内河货船保有量大的水域;上海、广州两大城市渡船、观光船保有量大的地区;港口拖轮等开展电动化试点示范;推动中船重工等国有企业优先发展纯电动船舶引领船舶制造业转型。通过实体工程的运作吸引更多投资主体,逐步探索电动船舶及岸电设施运营的商业模式,推动船舶动力电池租赁产业发展,探索除电池租赁模式以外的适合电动船舶产业快速发展的整船/融资租赁模式,通过“互联网+”模式构建成熟的运维、管理、服务模式。

  完善管理体系,建立标准法规。一是加强顶层设计,国家制定统筹推动电动船舶创新发展的指导意见,凝聚船舶制造骨干企业、港口岸电运营企业、信息通信领军企业、互联网龙头企业、重点科研单位和高等院校、金融机构等多方力量,共同组建电动船舶创新发展平台,形成发展合力,共同推动电动船舶产业发展。二是完善法律法规、产品监管和信息安全体系框架,保证电动船舶新产业发展的基础安全。三是借鉴国际海事组织和国际船级社协会等相关国际组织的技术发展趋势,制定符合我国电动船舶产业发展的技术标准体系,在电动船舶的总体性、安全性、经济性、续航性、产业链完整性等方面设立门槛,推动形成统一的充电标准、通信标准、电池标准等技术标准体系,完善岸电接口及设施检验等标准规范的建立。

霍婧

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