船电技术 | 船舶换电：另辟蹊径发展电动船产业

概述

电动船是一种以电力驱动的船舶，通过电动机以及电池组等电力装置提供动力，并替代传统的内燃机驱动船舶。根据电池安装形式不同，电动船还可以进一步分为固定充电式电动船和换电式电动船。固定充电式电动船指的是电池组安装在船舶固定舱室内，在码头等固定场所进行充电。换电式电动船指的是电池组集成在一个标准集装箱内，船舶既可以像固定充电式电动船一样在码头等固定场所进行充电，也可以在上述场所直接更换箱式电池组，快速进行补电。

与固定充电式电动船相比，换电式电动船具有以下优点：（1）换电式电动船效率更高。大容量电池往往需要数小时的充电时间，换电模式可在20分钟内完成吊装作业，可大幅提升电能补给效率。（2）初始建造成本低。船东可以采取租赁等方式，不必单独承担电动船高昂的建造成本。（3）可以降低用电成本。换电站可以在夜间等电价波谷期集中为箱式电池组充电，有助于降低船东的用电成本。（4）效益最大化。换电站可以作为储能系统参与电网的调峰调频，便于资源的最大化利用。

国内外典型项目

得益于换电技术在提高纯电动船舶补充电能效率、提升航行距离等方面的突出优势，近年来国内外已陆续开展了多个探索项目。从国外来看，目前荷兰、挪威、德国等国家相关企业已相继投用或正在建造以箱式移动电源为动力的中小型内河船舶。从国内来看，江苏、湖北等省份陆续有示范船投入运营，中国船舶、中远海运等主要企业也加快了产业布局。其中，典型项目有荷兰“阿尔芬纳”号内河电动货船、“江远百合”号纯电动集装箱运输船等。

“阿尔芬纳”（Alphenaar）号电动货船是荷兰首艘使用可更换箱式电池组的内河船舶，由零排放服务公司Zero Emission Services所有。该项目在船舶运输业实现了使用绿色能源充电的可更换集装箱式电池组、开放式充电站和按使用次数付费制度的有机结合。“阿尔芬纳”号使用瓦锡兰公司开发的集装箱式可更换锂电池组，由45个电池模块组成，总功率达到2兆瓦时，每组电池支持航行时间约2至4个小时，航行距离40至60英里左右。船只可在沿途的专用充电站进行充电或换电，每次充电大约需要150分钟，换电则不超过15分钟。该项目预计每年可减少二氧化碳排放1000吨，氮氧化物排放7吨。

“江远百合”号是我国第一艘纯电动示范应用试点船，由江苏省镇江船厂（集团）有限公司建造，江苏远洋运输有限公司负责运营。“江远百合”号以高安全性磷酸铁锂电池为能源载体，整船锂电池容量共计4620千瓦时，设计满电续航里程可达270公里。该船采用“即插即拔”式换电模式，在艉部装配3个20英尺标准集装箱高箱大小的船舶动力电池集装箱，单次换电仅需20分钟，约150分钟可充满一个箱式电池。目前，“江远百合”号已投入太仓港至京杭运河苏州工业园区港80公里航段运营，预计每年可减少燃油消耗160吨、降低二氧化碳排放500吨左右。

为降低温室气体排放、提高船舶能效，国内外陆续出台了一系列政策，推动了电动船舶、动力电池及船舶换电等技术的发展。

国际相关政策

国际海事组织（IMO）一直致力于在全球范围内推动航运业的节能减排工作，引导并支持绿色船舶、节能装置开发应用。2011年7月，IMO通过了全球第一套温室气体减排强制性措施，并将其纳入《国际防止船舶造成污染公约》（MARPOL公约）。2023年7月，IMO通过了《2023年船舶温室气体减排战略》，宣布了海运业需要在2030年实现温室气体排放总量与2008年相比减排20%，到2040年实现温室气体排放总量与2008年相比减排70%，并在2050年前后实现净零排放的发展目标。《2023年船舶温室气体减排战略》的发布将对我国船舶运输行业产生深远影响，行业低碳清洁化进程势必加速。

国内相关政策

自2020年宣布“3060”目标以来，我国已陆续印发了多项国家战略与政策规划，各重点领域工作有序推进，“双碳”工作取得良好开局。2022年9月，工业和信息化部等五部委联合发布《关于加快内河船舶绿色智能发展的指导意见》，提出：“加快发展电池动力船舶，重点推动纯电池动力技术在中短途内河货运船舶、滨江游船及库湖区船舶等应用，开展标准化箱式电源换电技术研究与应用；探索设施共享，实行标准化燃料罐、箱式电源等可移动船舶设备共担共用；探索船电分离，由第三方标准化箱式电源租赁企业提供公共电池设计、制造、租赁、回收、处理等服务”，为船舶换电技术普及及商业模式探索提供了有力的政策保障。此外，湖北等省份也相继发布了支持电动船舶、船用动力电池、充（换）电等产业发展的政策文件。