發(fā)展電池動(dòng)力船舶技術(shù)助推長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶綠色航運(yùn)發(fā)展

瞿小豪 袁裕鵬 嚴(yán)新平

摘 要：長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶是我國(guó)人口、資源和經(jīng)濟(jì)分布最為集中的區(qū)域，是世界上位居首位的內(nèi)河經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)帶，對(duì)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)具有重要影響。船舶作為貿(mào)易運(yùn)輸?shù)闹匾d體，在長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶建設(shè)發(fā)展中起到至關(guān)重要的作用。當(dāng)前，在長(zhǎng)江水網(wǎng)上航行的柴油機(jī)動(dòng)力船舶造成的大氣污染、水域污染和噪聲污染普遍存在，對(duì)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)環(huán)境造成了惡劣影響。新時(shí)代背景下，水運(yùn)行業(yè)升級(jí)轉(zhuǎn)型勢(shì)在必行，急需創(chuàng)新內(nèi)河船舶技術(shù)，研究和應(yīng)用以清潔、環(huán)保為核心的電池動(dòng)力綠色船舶技術(shù)，將對(duì)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶的綠色可持續(xù)發(fā)展有著重要意義。

關(guān)鍵詞：電池動(dòng)力船舶；長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶；綠色船舶

中圖分類號(hào)：U664.14 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006—7973（2018）9-0014-03

航運(yùn)業(yè)是國(guó)際貿(mào)易和經(jīng)濟(jì)全球化的支柱，全世界80 %的貿(mào)易運(yùn)輸都是通過航運(yùn)業(yè)完成的[1]。我國(guó)擁有豐富的內(nèi)河航運(yùn)資源，內(nèi)河航道通航里程達(dá)12.71萬(wàn)公里，居全世界首位[2]。內(nèi)河航運(yùn)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，也是綜合運(yùn)輸體系的重要組成環(huán)節(jié)[3]。長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶作為中國(guó)新一輪改革開放轉(zhuǎn)型區(qū)，其經(jīng)濟(jì)總量一直保持在全國(guó)總量 40 %以上，是全國(guó)經(jīng)濟(jì)的“頂梁柱”[4]。2016年9月份頒布的《長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展規(guī)劃綱要》從規(guī)劃背景、總體要求、保護(hù)長(zhǎng)江生態(tài)環(huán)境等方面描繪了長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展的宏偉藍(lán)圖。針對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)系，習(xí)近平總書記指出，在開發(fā)和建設(shè)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶時(shí)，不搞破壞性開發(fā)，要走生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展之路。

船舶是長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶上主要的污染源之一。以柴油為燃料的柴油機(jī)動(dòng)力船舶，在航行時(shí)，排放了大量的大氣污染物，如二氧化碳（CO2）、一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOx）、硫氧化物（SOx）和顆粒物（PM）等，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成惡劣影響[5]。同時(shí)，在航行過程中出現(xiàn)的溢油事故，產(chǎn)生的大量艙底水、垃圾和生活廢水等對(duì)長(zhǎng)江沿岸的水質(zhì)造成嚴(yán)重的污染。因此，大力開展和實(shí)施節(jié)能減排已刻不容緩。電池動(dòng)力船舶技術(shù)代表了內(nèi)河中小型船舶未來(lái)的發(fā)展方向，研究和推廣以電池動(dòng)力船舶為代表的“綠色船舶”，可擺脫傳統(tǒng)內(nèi)河船舶技術(shù)水平低下、污染嚴(yán)重的困境，達(dá)到節(jié)能減排和綠色環(huán)保的目的，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶綠色、協(xié)調(diào)和創(chuàng)新發(fā)展[6]。

1 長(zhǎng)江“黃金水道”的地位與發(fā)展

長(zhǎng)江素有“黃金水道”的美譽(yù)，宛如一條珠鏈，串起“長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶”上的9省兩個(gè)直轄市。長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶區(qū)域面積廣闊，約為205萬(wàn)平方公里，是資源富集帶，其中水資源、耕地資源和森林資源占全國(guó)比重高[7]，分別為39.47 %、34.42 %、40.77 %。作為橫跨我國(guó)地理意義上的東部、中部和西部三大經(jīng)濟(jì)區(qū)的階梯，長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶地理位置優(yōu)越，經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)雄厚，在區(qū)域發(fā)展格局中具有重要地位。習(xí)近平總書記在深入推動(dòng)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展座談會(huì)上，明確提出了推動(dòng)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展需要正確把握的5個(gè)關(guān)系。同時(shí)也特別強(qiáng)調(diào)，要堅(jiān)持在發(fā)展中保護(hù)、在保護(hù)中發(fā)展，不能把生態(tài)環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展割裂開來(lái)，更不能對(duì)立起來(lái)，要走生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展之路。在開發(fā)和建設(shè)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶時(shí)，必須從中華民族長(zhǎng)遠(yuǎn)利益考慮，把修復(fù)長(zhǎng)江生態(tài)環(huán)境擺在壓倒性位置，共抓大保護(hù)、不搞大開發(fā)。

2 電池動(dòng)力船舶技術(shù)助推長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶綠色航運(yùn)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，常年在長(zhǎng)江航道上航行的船舶有21萬(wàn)多艘，這些船舶每年向長(zhǎng)江排放的含油廢水和生活污水達(dá)3.6億噸，排放生活垃圾7.5萬(wàn)噸[8-9]。此外，因事故造成的油品、化學(xué)品污染事件也時(shí)有發(fā)生，對(duì)長(zhǎng)江水域生態(tài)環(huán)境造成了極大威脅。以三峽庫(kù)區(qū)水域?yàn)槔捌骄髁繛?0萬(wàn)艘/年，據(jù)環(huán)保部門測(cè)試，僅重慶籍的各類運(yùn)輸船舶每年產(chǎn)生垃圾4.2萬(wàn)噸，生活污水1500多萬(wàn)噸，含油廢水100多萬(wàn)噸[10]。20世紀(jì)末以來(lái)，長(zhǎng)江流域經(jīng)濟(jì)進(jìn)入高速發(fā)展期，航行于長(zhǎng)江水域的船舶對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。生態(tài)環(huán)境是實(shí)施長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展戰(zhàn)略的重要基礎(chǔ)和前提條件，只有優(yōu)化配置，有效保護(hù)好長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)環(huán)境，維護(hù)良好的水資源和水環(huán)境，才能促進(jìn)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶戰(zhàn)略的順利實(shí)施。

2.1電池動(dòng)力船舶的技術(shù)內(nèi)涵

電池動(dòng)力船舶技術(shù)是將傳統(tǒng)的以柴油機(jī)作為動(dòng)力源的機(jī)械推進(jìn)改為由動(dòng)力電池為動(dòng)力源的電力推進(jìn)技術(shù)，如圖1所示。電池動(dòng)力船舶技術(shù)改變了船舶傳統(tǒng)的動(dòng)力模式，不需要配備排放和污染大的柴油機(jī)，改由動(dòng)力電池為船舶提供能量源，在航行過程中無(wú)污染物的排放，可實(shí)現(xiàn)船舶“零排放”的目標(biāo)。

2.2電池動(dòng)力船舶的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

電池動(dòng)力船舶舍棄了傳統(tǒng)船舶上污染大和噪聲大的柴油機(jī)和發(fā)電機(jī)組，選用動(dòng)力電池作為船舶動(dòng)力源，在滿足船舶功率需求的同時(shí)，具備能耗低、排放少、安靜低噪的特點(diǎn)，是未來(lái)船舶發(fā)展的趨勢(shì)。

東京海洋大學(xué)于2010年5月開發(fā)了純電池推進(jìn)船“雷鳥I”號(hào)，如圖2所示。該船采用了先進(jìn)的鋰電池充電技術(shù)，克服了傳統(tǒng)純電動(dòng)船舶充電時(shí)間過長(zhǎng)的缺點(diǎn)，在航行過程中的噪音較小，無(wú)污染氣體排放。圖3所示為挪威船級(jí)社所屬的純電池驅(qū)動(dòng)的滾裝渡輪“Ampere”，該渡輪每天往返于于Lavik港和Oppedal港，可裝載120輛汽車和360名乘客，最大航行速度為10 kn。該渡輪在減少污染氣體排放，減小航行噪音和增加乘坐舒適度上具有創(chuàng)新性突破。

國(guó)內(nèi)采用動(dòng)力電池作為船舶動(dòng)力源的電動(dòng)船處于起步階段，主要應(yīng)用在內(nèi)河游船和小噸位的運(yùn)輸船上。近日，由武漢理工大學(xué)、中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一一研究所、湖州市航運(yùn)實(shí)業(yè)總公司等單位共同組成的《智能新能源內(nèi)河運(yùn)輸船舶技術(shù)創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟》研發(fā)的“48TEU智能新能源集裝箱船”項(xiàng)目在浙江湖州正式啟動(dòng)。該船是全國(guó)首艘48標(biāo)箱標(biāo)準(zhǔn)化智能新能源集裝箱船，建成后，將會(huì)在湖州安吉上港碼頭至上海共青碼頭的航線上航行。

該船針對(duì)內(nèi)河水域船舶航行環(huán)境及集裝箱運(yùn)輸，研發(fā)與集成純電池動(dòng)力系統(tǒng)、無(wú)軸輪緣推進(jìn)系統(tǒng)、智能航行系統(tǒng)、船岸協(xié)同智能內(nèi)河船舶輔助駕駛等關(guān)鍵系統(tǒng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)河運(yùn)輸船舶智能化、綠色化和高效化的發(fā)展目標(biāo)。在運(yùn)營(yíng)模式上，采取在航道沿岸和港口建設(shè)可充電和更換電池動(dòng)力系統(tǒng)的“服務(wù)站”，如圖4所示，開拓了創(chuàng)新性的內(nèi)河集裝箱運(yùn)輸營(yíng)運(yùn)模式。

2.3電池動(dòng)力船舶系統(tǒng)構(gòu)成

電池動(dòng)力船舶主要由岸基電能補(bǔ)給系統(tǒng)、動(dòng)力電池系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)、船舶電力系統(tǒng)、船舶推進(jìn)系統(tǒng)等組成，其中岸基電能補(bǔ)給系統(tǒng)的目的是為動(dòng)力電池系統(tǒng)提供電能補(bǔ)給。岸基電能補(bǔ)給系統(tǒng)可采取在航道沿岸或港口建立“服務(wù)站”的模式，通過充電樁或動(dòng)力電池?fù)Q裝設(shè)備為動(dòng)力電池系統(tǒng)進(jìn)行電能的補(bǔ)充?；趧?dòng)力電池的船舶推進(jìn)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖5所示，它主要包括以下幾部分：動(dòng)力電池、電池管理系統(tǒng)、船舶電力系統(tǒng)、船舶推進(jìn)系統(tǒng)等。動(dòng)力電池是全船動(dòng)力的能量源，在船舶航行和作業(yè)時(shí)，為船舶相關(guān)機(jī)械設(shè)備和系統(tǒng)提供能量。電池管理系統(tǒng)與動(dòng)力電池緊密相連，作為電池組的配套系統(tǒng)，主要作用是準(zhǔn)確估測(cè)動(dòng)力電池組的荷電狀態(tài)、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)動(dòng)力電池組的工作狀態(tài)、對(duì)整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)熱管理和均衡管理，保障動(dòng)力電池安全高效地工作。船舶電力系統(tǒng)是對(duì)電能進(jìn)行高效的分配和管理，實(shí)現(xiàn)全船能源的綜合利用。電力推進(jìn)系統(tǒng)則主要包括推進(jìn)電機(jī)和推進(jìn)器兩個(gè)部分。

2.4開展電池動(dòng)力船舶技術(shù)的意義

長(zhǎng)江航運(yùn)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展是建設(shè)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶的重要基礎(chǔ)。船舶是長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶上重要的載運(yùn)工具，也是生態(tài)水網(wǎng)上的重要污染源，構(gòu)建生態(tài)水網(wǎng)是改善和修復(fù)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶沿岸生態(tài)功能的重要途徑。電池動(dòng)力船舶是一種實(shí)現(xiàn)“綠色航運(yùn)”的創(chuàng)新性技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)航運(yùn)業(yè)“零排放”的目標(biāo)，與傳統(tǒng)柴油動(dòng)力船舶相比，在減少污染和排放、減小航行噪音和增加經(jīng)濟(jì)效益等方面上具有明顯優(yōu)勢(shì)。電池動(dòng)力船舶技術(shù)符合節(jié)能、環(huán)保和“綠色航運(yùn)”的發(fā)展需求，具有廣闊的應(yīng)用前景。因而，開發(fā)、應(yīng)用和推廣以電池動(dòng)力船舶為代表的綠色船舶技術(shù)將會(huì)從源頭上解決江、湖泊、庫(kù)區(qū)等水域的污染問題，深化長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)水網(wǎng)的構(gòu)建。

3 結(jié)語(yǔ)

建設(shè)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶是我國(guó)新時(shí)代區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成，區(qū)別于傳統(tǒng)的粗放掠奪式開發(fā)模式，新時(shí)代的長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶建設(shè)將區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護(hù)放在第一位，在建設(shè)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶時(shí)，以實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展、協(xié)調(diào)發(fā)展和創(chuàng)新發(fā)展為目標(biāo)。研發(fā)和推廣電池動(dòng)力船舶技術(shù)，將從源頭上解決船舶航行帶來(lái)的污染問題，從而深化長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)網(wǎng)的建設(shè)，助推長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶綠色可持續(xù)發(fā)展。

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