巨星陨落 | 可持续能源在船舶工业中的应用与趋势

苍龙级第11艘凰龙号

全世界第一艘采用锂电池为动力的常规潜艇

日本由于被限制发展核动力，因此在常规动力方面加深研究与发展。苍龙级常规动力潜艇之前采用AIP动力系统。AIP系统是一个闭环系统，其中一种是通过气态氢和液态氧之间的连续化学反应来产生电能，循环过程中不需要空气。

第11艘苍龙级潜艇采用锂离子电池作为动力系统，电池由汤浅（GS Yuasa Corporation）制造的高性能锂离子电池供应，替代铅蓄电池。有分析认为，一般来说，如果是相同个数和尺寸的电池，蓄电容量将增至2倍左右。

优势如下：

• 功率密度更大，维持更强持久动力

• 充电速度快，长时间续航
  

• 动力系统尺寸减小，增加其余系统布局空间（例如：声呐探测、作战攻击鱼雷等）
  

• 运行过程噪音低，有助于潜艇隐蔽性
  

苍龙级采用锂离子电池，不仅为全球锂电发展提供新思路，而且在电池自燃防护方面也有着主动与被动实践。

对于常规潜艇而言，水下潜航时电池提供的能源堪称必不可少，此前各国潜艇均采用成熟和稳定的铅酸电池，但其潜力已经挖掘殆尽，难以继续提升。

新兴的船舶锂电池市场迎来发展机遇 。

在国内，宁德时代、亿纬锂能、星盈科技已经开始布局该市场。

比如，宁德时代与多方企业签署了在电动船舶领域的合作意向协议，并针对性的开发推出了船舶用锂电池系统。

中国海军的一份研究显示，得益于中国电动汽车行业的发展，由铅酸电池驱动的中国大型常规潜艇舰队可能很快就能以锂离子电池取代，其生存和作战能力将大幅提升。据报道，中国海军潜艇学院于2022年10月15日在《船电技术》期刊上发表的一篇研究论文称，锂电池可使潜艇潜在水下时间增加一倍以上，潜艇的加速更快且稳定，也能让潜艇放置更多武器。

电池技术在船舶动力中的应用现状

随着对环境污染、资源紧缺等问题越来越重视，航运业污染问题也受到越来越多人的关注。船舶是排放大户，近年来各国航运业积极行动，不断推动和拓展绿色船舶技术的应用。

虽然业界关注的船舶新能源种类众多，如LNG、甲醇、LPG、生物质燃料、太阳能、氢气、燃料电池、锂电池等，但真正能够实现零排放,并在海运业逐步推广且具初步市场规模的新能源动力，目前只有锂电池电动船舶。纯锂电池动力船舶主要适用于航线固定、航程短、补点便捷的场合,对于航线距离相对较长的场合，柴电混合动力则更能兼顾节能减排与航程适应性。

1.锂电池在纯电动船舶的应用

相较传统的推进系统，电力推进系统具有经济性良好、操纵灵活、安全性高、振动小和可靠性高等特点，电力推进系统现广泛应用于渡轮、挖泥船、拖轮和大型邮轮等。随着电力电子技术快速发展以及能源危机日益加剧，电力推进替代传统的柴油机推进成为不可阻挡的趋势。

电力推进技术依靠其在机动性、可靠性、运行效率、布置灵活性、经济性、易于维护等方面的巨大优势，广泛应用于工程船、油船、豪华游船等船舶上。在世界各国都在追求可持续发展、倡导低碳经济的今天，其将成为未来绿色船舶的前进动力。

2.锂电池在混动船舶的应用

混合动力船舶过去通常指的是柴-电混合动力船舶，但随着船舶新能源技术逐步得到推广，以太阳能、燃料电池LNG等为代表的新能源技术开始在船舶上应用，使混合动力船舶定义越来越广。混合动力船舶包含了以电能为中心的多种能量来源，其多样性赋予了船舶运行灵活、经济的优点，而不同能量来源只有通过管理,充分利用各自的特性、协调控制它们之间的流动,才能在保证船舶的功能性、安全性的同时，有效降低能耗、减少排放。

电池技术在船舶储能中的应用现状

在多数情况下，船舶电力推进系统都是内燃机驱动发电机组为系统供电。由于海洋环境复杂多变，负载是变化的，当负载偏离最佳负荷点时，燃油就会得不到充分燃烧，燃油的利用率随之大幅度下降，同时会产生大量的氮氧化物和硫氧化物，对环境造成污染。

能量存储技术是解决这一问题的办法之一。利用储能单元在系统轻载时将多余的能量储存起来，来防止该能量对电网的冲击。在系统过载时，储能单元释放能量来满足负载的需求。能量存储技术已经很好的应用于电动汽车行业。而大容量能量存储技术的发展，使得储能单元应用于船舶电力推进系统成为可能，利用储能单元来克服功率波动对船舶电力推进系统的影响将是未来船舶推进技术发展的新方向。