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电气化船舶对减少污染物排放具有重要意义，据统计，每年全球90%的货物通过海洋运输业进行贸易。航运业每年消耗350万桶低品质燃油（HFO），对海洋生态环境、空气污染和气候变化影响巨大。到2050年，海运排放量预计将占全球二氧化碳排放量的17%，对人类生存环境和身体健康构成重大威胁。对此，IMO颁布了限硫令和海运减排协议。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。本期焦点重点关注国内外纯电动集装箱船发展概况。
国外典型案例
1 全球首艘零排放全电动集装 箱船“Yara Birkeland”号 “Yara Birkeland”号最初是在2017年5月由挪威雅苒国际集团（Yara International）和康士伯集团（Kongsberg Gruppen）共同宣布联合建造的，由ENOVA（一家负责推广可再生能源的政府企业）提供资金1.335亿挪威克朗，在挪威船厂VARD建造。该船原计划在2020年年初交付，但因为疫情原因一再推迟，于2022年投入商业运营。作为全球首艘零排放全电动和自主驾驶的集装箱船，其最大亮点是使用纯电动和无人驾驶技术在保证节能减排的同时，利用安装于船舶的全球定位系统、雷达、摄像机和传感器等部件，实现在航道中的自动避让，并在到达终点时实现自行靠泊。 图：全球首艘零排放全电动集装箱船 “Yara Birkeland”号 “Yara Birkeland”号长79.5米，型宽14.8米，型深12米，满载吃水6米，空载吃水3米，可装载120TEU（TEU为国际标准箱单位，1TEU表示一个标准20英尺集装箱），3200载重吨。出于安全、节能、环保的考虑，该船正常航速仅为6节，最高航速13节。该船由瑞士Leclanché公司6.7MWh锂离子电池供电。该锂离子电池具有高能量密度，工作温度范围为-20至+55°C。Leclanché公司船用电池架系统（MRS，Marine Rack System）由20个电池组串组成，包含51个电池模块，每个模块包含32个电池单元，总共32 640个电池单元。电池系统具有内置冗余，有8个独立的电池室。当多个电池组串电力耗尽或停止工作时，船舶仍可以继续运行。
2 荷兰Port Liner公司全电动集 装箱船“PortLiner EC110”号 “PortLiner EC110”号由荷兰Port Liner公司制造，船长110米，宽11.45米，集装箱容量达到280 TEU， “PortLiner EC110”号的最大特点在于它的电池系统是采用换电式的，一次充电可以行驶34小时。电池为集装箱式，只需在港口更换即可，这意味着它们不必立即充电。Port Liner公司计划在未来几年为荷兰和比利时生产15艘电动船。 据报道，Port Liner公司电动船选择钒氧化还原液流电池。在钒氧化还原液流电池中，电能存储在不易燃和不易爆炸的液体电解质中，并且可以在环境条件下储存。当电力消耗完时，可以采取充电或者换电的方式。 图：荷兰Port Liner公司全电动集装箱船 “PortLiner EC110”号概念图
3 德国DB Schenker公司全电 动零排放无人近海集装箱船 德国供应链管理和物流方案公司德铁信可（DB Schenker）计划建造一艘全电动零排放无人近海集装箱船，用于服务挪威伊科内斯（Ikornnes）码头和奥勒松港（Ålesund）之间的航线。该项目旨在取代在沿挪威海岸线使用的传统支线船。这种新的无人、电动、近海集装箱支线船基于海军动力公司（Naval Dynamic）、康士伯海事公司和马斯特利公司（Massterly）合作开发的 NDS AutoBarge 250概念。 图：德国DB Schenker公司全电动零排 放无人近海集装箱船概念图 新船将长50米，可运输300载重吨货物，能够以7.7节航速在3个小时内完成43公里（23海里）的航线。无人驾驶时将由Massterly公司的远程运营中心监管，该中心配有经认证的各种船舶运营人员。该船预计将于2024年投入运营。有关该船动力系统的细节暂未公布，可能采用锂电池或燃料电池系统。
4 荷兰FPS公司“Maas”和“Maal” 集装箱船氢动力改造项目 Future Proof Shipping（FPS）公司是荷兰一家提供零排放运输服务的公司，FPS公司于2021年开始与荷兰造船厂集团（HSG）合作，对其内陆集装箱船“Maas”号进行改造。“Maas”号长110米，宽11.4米，投入使用后，将在鹿特丹和安特卫普之间进行集装箱运输。改装包括移除主发电机和变速箱，并安装一个新的模块化推进系统，包括电动机、氢气罐、PEM燃料电池系统和电池系统。压缩氢罐、燃料电池和电池系统是独立的单元，可以更换或拆卸进行维护。 氢气和燃料电池系统将安装在船的货舱内，氢气罐被放置在燃料电池系统上方的两个40英尺的容器中。燃料电池系统将有三倍的冗余，装机容量为825kW（提供推进和辅助动力）。Koedood海洋集团（Koedood Marine Group）为该船提供燃料电池系统，其合作伙伴Nedstack公司提供燃料电池堆。该船还配备504kWh的锂离子电池组用于调峰、二次和桥接动力。该系统还包含一个750V直流母线和一个用于推进的电动机。 图：“Maas”号改装后系统组成示意图 2022年11月，FPS公司宣布选择巴拉德动力系统公司（Ballard）为其第二艘内陆集装箱船“Waal”号的改装提供质子交换膜（PEM）燃料电池。“Waal”号长109.8米，型宽11.4米，型深3.53米，此次改装将安装6个巴拉德公司FCwave模块。改装完成后，该船的总安装功率将达约1.2兆瓦，载货能力将为200TEU。推进系统的功率、尺寸和设计都经过优化，以应对莱茵河鹿特丹至杜伊斯堡（Duisburg）段较高的能源消耗率。
5 挪威SeaShuttle氢燃料电池 集装箱船项目 挪威Seashuttle项目计划建造两艘氢动力、远程控制和自主航行的集装箱船，于2025年交付。该项目已获得挪威ENOVA提供的1.5亿挪威克朗资金资助，由多式联运和物流集团Samskip和海洋机器人公司Ocean Infinity共同开发，建造两艘在奥斯陆峡湾和鹿特丹之间无排放运行的500TEU集装箱船，每艘船由3.2MW的氢燃料电池提供动力。 图：SeaShuttle项目氢燃料电池集装箱船概念图
国内典型案例
1 山东海运纯电动集装箱船 “鲁清001”、“鲁清101”号 2022年12月30日，山东海运首制2艘内河航运纯电集装箱货运专用船舶“鲁清001”、“鲁清101”船在山东省小清河流域博兴港顺利完成首航仪式。 这两艘船是为山东省小清河复航工程量身定做的纯电动船，船长88米、宽13.8米、吃水3.3米，设计航速10千米/小时，分为内河兼海驳多用途船和内河兼海驳集装箱船两种船型，载重量为2400吨/130标准箱。船舶采用集装箱移动电源作为动力源，具备两个箱式电源落位，可为全船推进负载以及日用负载供电，每台移动电源可提供船舶在小清河流域最长170公里的理论续航里程。船型采用4E（节能、环保、经济、高效）设计理念，应用智能能效控制系统、自动倒桅等技术，实现船舶运行管理的智能化。 图：山东海运纯电动集装箱船 这两艘船搭载了中国船舶第七一二所自主研制的2000kWh船用集装箱移动电源及全船直流配电动力系统，该套设备历时两年研发，创造了国内多项技术领先及国内第一，实现了多项新技术的研发及应用。全液冷的综合热管理系统为箱式电源提供动态热管理；配置了主动式电池簇管理方案为电池提供冗余可靠的充放电管理；应用了具备专利技术的定点消防安全解决方案为箱式电源提供安全保障；配套了远程运维平台为每台箱式电源提供全时段全地域的服务支持。 图：中国船舶第七一二所自主研制 的船用集装箱移动电源
2 中远海运700 TEU纯电动 集装箱船N997 2022年12月8日，由扬州中远海运重工有限公司承建的两艘700TEU电动集装箱船首制船举行开工仪式，预计于2023年下半年交付。中国船级社、英国劳氏船级社先后为该项目颁发电池推进系统AiP认可证书，该项目也是我国首批自主研发设计、拥有自主知识产权的江海直达纯电池动力集装箱船，同时也是目前全球最大电池容量的纯电动集装箱船，具备绿色动力、智能系统两大核心技术。 图：中远海运700TEU电动集装箱船概念图 中远海运700TEU电动集装箱船是长江第一艘万吨级电池动力集装箱船，入CCS级，该船总长119.8米，型宽23.6米，设计吃水5.5米。该船配装36组箱式电源，共约57 600千瓦时，配有2台900千瓦交流异步推进电机，采用换电模式实现全程纯电航行，续航力为380公里。配载方便更换的船用集装箱式电池作为动力源，其多集装箱之间的换电策略为国际首创。中船集团第712研究所为其提供直流电站中心、推进电动机、能量管理系统、船载岸电系统等关键动力设备。该船还运用智能运维、智能辅助驾驶、可视化航道预警等智能化技术，进一步增强船舶安全驾驶能力。与同规模的常规燃料船舶相比，每行驶100海里可节约燃油3900kg，减少二氧化碳排放12.4吨，节约费用约3.35万元/百海里。
3 120TEU纯电动内河集装箱船 “江远百合”号 2022年10月10日，“江远百合”号驶离太仓港正和兴港集装箱码头，投入太仓港至京杭运河苏州工业园区港80公里航段运营，标志着全国首艘120标箱纯电动内河集装箱船正式投入运营。 “江远百合”号是零排放、零污染的新能源绿色船舶，是我国目前最大体量的内河运输电动船，由江苏省交通运输厅与江苏省港口集团联合推动，总长79.92米，船宽12.66米，总吨位1 469吨，载重1 631吨，航速17公里/小时，采用更加环保的纯电池驱动、双推进电机，以高安全性磷酸铁锂电池为能源载体，在艉部装配3个20英尺标准集装箱大小的船舶动力电池集装箱，每个内部安装1 540kWh磷酸铁锂电池，整船锂电池容量共计4 620kWh，续航力可达220公里。 图：120TEU纯电动内河集装箱船“江远百合”号
4 64TEU纯电动内河智能集装 箱船“国创”号 64TEU内河集装箱船“国创”号是我国首艘自主设计研发建造、拥有自主知识产权的内河纯电池动力集装箱船，由国网电动汽车服务有限公司投资、国网智慧能源交通技术中心牵头组织研发，集成了模块化集装箱电池动力组、直流组网、无轴轮缘驱动器、船舶安全辅助驾驶等多项创新技术。 “国创”号总长64.8米、型宽12.5米、型深3.4米，总吨位994吨，于2021年6月26日在江苏泰州正式下水，自2022年9月起投入运营。该船设计航速6节，载重量为1803吨，额定功率为2×150kW。单个电池箱容量为1 088.64kWh。船上最多可同时搭载4个箱组，总共约为4 356kWh。移动式电池集装箱组主要由电池组、BMS、电池架、消防系统、汇流柜、温控系统、集装箱等组成，经汇流柜可提供一定输出功率。 图：64TEU纯电动内河智能集装箱船“国创”号
5 PM120E内河纯电动集装箱船 2022年7月，骏烨能源旗下的骏烨电船科技（上海）有限公司推出了PowerMaster Model 120E 纯电动集装箱船，通过四个集装箱式电池组（1800千瓦时）供电，设计航速7节, 续航里程187 海里（347公里）。该船总长80米，型宽12.6米，型深4米，吃水3米，最大载重吨1880吨，最大航速10节。 图：PM120E内河纯电动集装箱船概念图 该船为内河型纯电动集装箱船舶，采用集装箱动力电池“换电模式”，四个集装箱电池放置在船的后部，露天甲板上面，并通过四个国标直流接插件联结，在船上放电，岸上充电。蓄电池单体采用中国船级社（CCS）认证通过的磷酸铁锂方块电池（LFP280），并配合电池管理系统（BMS）工作。四个集装箱动力电池通过岸上的160kW充电桩进行两路同时充电，充电时间为6.5小时。
6 招商局邮轮智能电动无人 集装箱船 2023年1月，招商局邮轮制造有限公司自主研发的智能电动无人集装箱船获得中国船级社原则性认可。该船总长约为79.9米，船宽12米，主要用于长江-通吕运河之间集装箱、干散货物的运输。该船设有64只标准20英尺集装箱，分别装在2个货舱内。货舱上方配有舱盖，舱盖上铺有太阳能电池板，可转换成电能并储存，为日常负荷提供电力。该型内河集装箱船以智能、无人为设计理念，配备自主航行系统，通过岸基基站配合，可以实现锚地至锚地的无人驾驶，也可通过岸基控制台实现遥控航行。同时该船配备快速插拔电池，运营过程可以达到零排放标准。 图：招商局邮轮智能电动无人集装箱船概念图
相 关 研 究 美国劳伦斯伯克利国家实验室Amol A. Phadke教授2022年7月在Nature Energy上发表了标题为“电池成本的快速下降加速全电动区域间集装箱航运发展 (Rapid battery cost declines accelerate the prospects of all-electric interregional container shipping) ”的论文，作者利用现有的最佳电池成本和能量密度，研究了电池电动集装箱船的技术前景、经济可行性和部署潜力等。 图：电池动力（BES）与内燃机动力（ICE）船舶推进总成本（TCP）比较。（a）现阶段ICE船的TCP；（b）现阶段BES船的TCP；（c）近期情境下ICE船的TCP；（d）近期情景下BES船的TCP。
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能量密度：125-160Wh/kg
充放电能力：5-10C（20-80%DOD）
温度范围：-40℃—65℃
自耗电：≤3%/月
过充电、过放电、针刺、 挤压、短路、
撞击、高温、枪击时电池不燃烧、爆炸。
动力电池循环寿命不低于2000次，
80%容量保持率；
电池管理系统可靠、稳定、适应性 强，
符合国军标要求。
