淺析純電動(dòng)船的應(yīng)用前景

周鎮(zhèn)海

摘 要：純電動(dòng)船具有零排放、噪音小、高能效等優(yōu)點(diǎn)，在全球石油資源不斷消耗、環(huán)境問題日益突出的大背景下，大力發(fā)展純電動(dòng)船勢(shì)在必行。隨著電池技術(shù)的不斷突破發(fā)展，作為綠色新能源船舶，純電動(dòng)船將有著廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：純電動(dòng)船;環(huán)保;應(yīng)用前景

中圖分類號(hào)：U674.92? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2020）11-0109-02

1 引言

進(jìn)入本世紀(jì)，能源枯竭和環(huán)境惡化是人們?cè)絹碓疥P(guān)注的問題。船舶行業(yè)作為一個(gè)高耗能高排放的行業(yè)，如何降低能源消耗和減少污染物排放迫在眉睫。加上國(guó)際海事組織“限硫令”的日益臨近，在船舶行業(yè)推行節(jié)能減排是大勢(shì)所趨。純電動(dòng)船作為一種清潔能源船將有著廣闊的應(yīng)用前景，與此配套的相關(guān)行業(yè)還處于待開發(fā)的狀態(tài)，可以說純電動(dòng)船行業(yè)還是一片藍(lán)海。

2 純電動(dòng)船的優(yōu)勢(shì)

（1）純電動(dòng)船因?yàn)榱闩欧诺奶攸c(diǎn)，具有優(yōu)良的環(huán)保效果，符合當(dāng)前環(huán)保節(jié)能發(fā)展方向。利用電能這種綠色清潔能源可以實(shí)現(xiàn)低碳模式，有效地減少污染物的排放。根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，以一艘內(nèi)河船與一輛小轎車排污進(jìn)行比較（以最常見的車型與船型為例，如下表1）：以中國(guó)PM5標(biāo)準(zhǔn)，1艘內(nèi)河船只每年平均顆粒/煤煙排放量等于20000兩轎車;每日的顆粒/煤煙排放量（對(duì)港口城市影響）等于9萬輛轎車的排放量[1]。所以純電動(dòng)船相比傳統(tǒng)柴油機(jī)船有著巨大的環(huán)保效益，在當(dāng)前追求綠色環(huán)保、節(jié)能減排的大環(huán)境下，推行純電動(dòng)船可以說是“恰逢其時(shí)”。

（2）純電動(dòng)船結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以有效簡(jiǎn)化船舶系統(tǒng)，優(yōu)化船舶布局。純電動(dòng)船只有一個(gè)蓄電池艙，相比傳統(tǒng)柴油機(jī)船的機(jī)艙減少了燃油系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、推進(jìn)軸系、柴油機(jī)等等，結(jié)構(gòu)布置簡(jiǎn)單，有效提升空間利用率，進(jìn)而為優(yōu)化船舶線型提供可能。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單也為日常的維護(hù)和保養(yǎng)帶來了便捷，進(jìn)一步提升了船舶的可操控性。

（3）純電動(dòng)船的傳動(dòng)效率更高，能有效減少能耗，降低運(yùn)營(yíng)成本。柴油機(jī)船能量傳輸過程是由柴油機(jī)將柴油中的化學(xué)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，再通過齒輪箱和軸系傳遞到螺旋槳，然后轉(zhuǎn)化船舶動(dòng)能。而純電動(dòng)船是將蓄電池里的電能通過電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)化為推進(jìn)器上的機(jī)械能，再轉(zhuǎn)為船舶動(dòng)能。減少了中間的轉(zhuǎn)化和傳遞過程，有效降低能量損耗，從而實(shí)現(xiàn)了節(jié)能的目標(biāo)。

（4）純電動(dòng)船的運(yùn)營(yíng)成本更低。按目前柴油6.5元/升、10千伏一般工商業(yè)電價(jià)0.6465元/度估算，純電動(dòng)船舶與燃油船舶相比，單位里程要節(jié)省75%以上的能源成本。以京杭運(yùn)河千噸級(jí)的純電動(dòng)運(yùn)輸船為例，假設(shè)該航線運(yùn)輸?shù)V砂年需求1000萬噸估算，千噸級(jí)貨船全年耗油3187.5噸，將折合減少排放二氧化碳2.23噸、氮氧化物151.73噸、碳?xì)浠衔?9.73噸、一氧化碳75.86噸。船舶能源成本降低和污染物排放減少效果顯著。同時(shí)純電動(dòng)船由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，日常的維護(hù)保養(yǎng)成本也要比柴油機(jī)船低。

（5）純電動(dòng)船噪音低。純電動(dòng)船沒有柴油機(jī)的使用，減少了船舶振動(dòng)，降低了船舶噪音，既有利于優(yōu)化船舶環(huán)境，使船員和乘客獲得人性化效益，亦有利于保護(hù)水體生態(tài)環(huán)境。2020年4月28日，安徽首艘純電動(dòng)車客渡船——“新太白渡”在蕪湖交付使用，該型純電動(dòng)車客渡船無噪音、零排放，滿足其運(yùn)營(yíng)區(qū)域淡水豚國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)的環(huán)境保護(hù)要求。純電動(dòng)船因噪音低的優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用，并取得了良好經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益。

3 純電動(dòng)船的發(fā)展現(xiàn)狀

3.1國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，隨著國(guó)際海事組織（IMO）船舶排放新法規(guī)的逐步實(shí)施，船舶電池技術(shù)不斷完善，電動(dòng)船舶得到了快速發(fā)展。挪威、荷蘭等歐洲國(guó)家因?yàn)樵陔妱?dòng)船舶領(lǐng)域起步較早，加上政府出臺(tái)相應(yīng)的法律法規(guī)，給予電動(dòng)船相應(yīng)的政策和財(cái)政支持。所以這兩個(gè)國(guó)家在電動(dòng)船技術(shù)領(lǐng)域目前處于領(lǐng)先地位。其中，挪威更是全球運(yùn)營(yíng)大型電動(dòng)船舶最多的國(guó)家。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止2019年5月，全球營(yíng)運(yùn)中和擬建造電動(dòng)船為155艘，其中營(yíng)運(yùn)中船舶75艘，擬建造船舶80艘，預(yù)計(jì)2020年，全球電船舶將迎來快速增長(zhǎng)期[2]。

3.2國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

相較于國(guó)外，我國(guó)純電動(dòng)船舶發(fā)展起步晚、市場(chǎng)規(guī)模也還不夠大。據(jù)了解，我國(guó)電動(dòng)船舶主要為長(zhǎng)江、珠江等內(nèi)河貨船，應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)檠亟睾５某鞘卸纱⒂^光船以及港口拖船市場(chǎng)。目前，我國(guó)內(nèi)河船舶約有13萬艘，僅長(zhǎng)江和京杭運(yùn)河的內(nèi)河船舶總數(shù)就超過6萬艘，相較之下，電動(dòng)船舶的數(shù)量微乎其微，已建造的內(nèi)河電動(dòng)船舶僅20余艘。

近年來，隨著《船舶工業(yè)深化結(jié)構(gòu)調(diào)整加快轉(zhuǎn)型升級(jí)行動(dòng)計(jì)劃（2016-2020）》《珠三角、長(zhǎng)三角、環(huán)渤海（京津冀）水域船舶排放控制區(qū)實(shí)施方案》和《打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)劃》等政策的相繼發(fā)布，我國(guó)在擴(kuò)大船舶排放控制區(qū)、加快船舶綠色升級(jí)等方面重點(diǎn)發(fā)力，為逐步推動(dòng)船舶“電動(dòng)化”創(chuàng)造了良好環(huán)境，純電動(dòng)船將迎來大發(fā)展。

4 純電動(dòng)船規(guī)模推廣面臨的難題

盡管我國(guó)在電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)上已經(jīng)取得了重大突破，但基于實(shí)用性、安全性和經(jīng)濟(jì)性考慮，目前我國(guó)純電動(dòng)船的發(fā)展仍然不足。純電動(dòng)船的推廣應(yīng)用還面臨著以下難題：

（1）初期投入成本大。目前應(yīng)用于純電動(dòng)船的鋰電池價(jià)格高昂，造成船舶建造投資金額增加，對(duì)于船東來說，初期投入的負(fù)擔(dān)較大，鋰電池成本造價(jià)是純電動(dòng)船推廣的制約因素之一[3]。

（2）續(xù)航里程短。當(dāng)前純電動(dòng)船主要應(yīng)用于旅游觀光船和內(nèi)河短途貨船，主要是受限于電池的續(xù)航不足，電動(dòng)船還難以在長(zhǎng)江、沿海干線貨船和大型船舶中推廣應(yīng)用。不過隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)水平的發(fā)展，未來的電池容量將會(huì)滿足長(zhǎng)距離續(xù)航的要求。

（3）充電技術(shù)及充電設(shè)施發(fā)展不足。純電動(dòng)船的充電過程相比傳統(tǒng)柴油機(jī)船的加油過程要復(fù)雜的多，而且充滿電要比加滿油消耗的時(shí)間長(zhǎng)。另外傳統(tǒng)的柴油機(jī)動(dòng)力推進(jìn)船舶有著完善的加油站配套系統(tǒng)，不用擔(dān)心船無油可加。純電動(dòng)船屬于新興船舶，相應(yīng)的船用充電配套設(shè)施還未建立完善，營(yíng)運(yùn)中的純電動(dòng)船很容易遇到無處充電的尷尬情況。純電動(dòng)船的充電技術(shù)和充電設(shè)施還有很長(zhǎng)的路要走。

（4）存在較大安全隱患。純電動(dòng)船的蓄電池艙屬于易發(fā)生火災(zāi)的危險(xiǎn)場(chǎng)所。一方面，如果蓄電池的可靠性不足，在遇到船舶振動(dòng)和碰撞時(shí)就有可能發(fā)生火災(zāi)，甚至發(fā)生爆炸的情況;另一方面，如果船舶的消防安全措施不到位，也容易造成蓄電池艙失火后無法控制，從而引發(fā)更大的火災(zāi)，甚至爆炸的情況。所以純電動(dòng)船還需要不斷的經(jīng)驗(yàn)積累來評(píng)估安全性。

（5）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范還有待完善。純電動(dòng)船屬于新能源船，發(fā)展的歷史還很短，與之相對(duì)應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)還在建立完善中，相應(yīng)的規(guī)范也在出臺(tái)中。這給純電動(dòng)船的設(shè)計(jì)、建造和檢驗(yàn)帶來挑戰(zhàn)。

5 解決純電動(dòng)船推廣應(yīng)用難題的思路及未來發(fā)展趨勢(shì)

目前制約純電動(dòng)船規(guī)模應(yīng)用最大的難題還是蓄電池和充電技術(shù)這兩個(gè)方面的問題。為解決以上難題，可從加強(qiáng)蓄電池的科研攻關(guān)和充電技術(shù)的開發(fā)研究著手：

（1）加大對(duì)船用蓄電池的科研攻關(guān)。為滿足船舶續(xù)航里程的提升、噸位提高的需求，純電動(dòng)船舶需要實(shí)現(xiàn)電池能量密度、使用壽命、充電速度、電池管理系統(tǒng)性能的提升，同時(shí)降低建造和使用的成本。隨著政府加大對(duì)蓄電池領(lǐng)域的科研投入，相關(guān)的科研院所和電池廠商增強(qiáng)技術(shù)攻關(guān)，未來可以制造容量更大、可靠性更高、體積更小、價(jià)格更低的船用蓄電池，可以有效降低純電動(dòng)船的初期投入成本，提高續(xù)航里程，增強(qiáng)船舶安全性。

（2）開發(fā)和完善充電設(shè)施。一方面開發(fā)創(chuàng)新充電方式，不僅要大力發(fā)展有線充電，還要將無線充電應(yīng)用到實(shí)踐中，通過充電方式革新，有效降低充電時(shí)間，提高純電動(dòng)船的運(yùn)營(yíng)效率。另一方面，制定統(tǒng)一的充電標(biāo)準(zhǔn)，加大充電設(shè)施的建設(shè)投入，在內(nèi)河航運(yùn)密集的地方，配套建設(shè)充電樁等設(shè)施。隨著充電技術(shù)的發(fā)展和充電設(shè)施的完善，純電動(dòng)船推廣應(yīng)用的障礙將進(jìn)一步減少，此外采用可快速更換的模塊化電池組模式來代替充電方式，有效減少充電等候時(shí)間，相關(guān)研究正在逐步開展，未來將有希望實(shí)現(xiàn)推廣應(yīng)用。

（3）政府應(yīng)給予純電動(dòng)船相應(yīng)的補(bǔ)貼和政策優(yōu)惠。像電動(dòng)汽車的推廣應(yīng)用一樣，可以給予純電動(dòng)船一定的新能源補(bǔ)貼，減輕船東初次投入的成本負(fù)擔(dān)。另外，可以給純電動(dòng)船頒發(fā)綠色標(biāo)識(shí)，在純電動(dòng)船運(yùn)營(yíng)中給予一定的優(yōu)惠政策，為純電動(dòng)船規(guī)模推廣應(yīng)用創(chuàng)造有利的大環(huán)境。

6 結(jié)語(yǔ)

純電動(dòng)船不僅是船舶行業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排和轉(zhuǎn)型升級(jí)的環(huán)境要求，更是船舶智能化、綠色化發(fā)展的必然產(chǎn)物。隨著《推進(jìn)交通運(yùn)輸生態(tài)文明建設(shè)實(shí)施方案》《交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》和《純電池動(dòng)力船舶檢驗(yàn)指南》的陸續(xù)發(fā)布，為純電動(dòng)船及其配套產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了良好的政策環(huán)境和技術(shù)支持。相信在我國(guó)政府、船檢機(jī)構(gòu)、造船及配套企業(yè)、設(shè)計(jì)院所及高校等的共同努力下，純電動(dòng)船的規(guī)模推廣應(yīng)用指日可待，純電動(dòng)船的應(yīng)用將在建設(shè)交通強(qiáng)國(guó)和綠色水運(yùn)上發(fā)揮重要作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]高潔，包虹璐，陳玲.純電動(dòng)船充電方式的研究[J].船舶，2018，29（S1）：151-156.

[2]李強(qiáng)，李天煜，劉偉.電動(dòng)船舶標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀及發(fā)展思路研究[J].中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化，2019（21）：125-130.

[3]敖陽(yáng)利.電動(dòng)船舶方興未艾 規(guī)模推廣未來可期[N].中國(guó)船舶報(bào)，2019-6-26（008）.