我国电动船舶发展现状

  船舶作为水上交通运输的重要工具，其分类依据不同航行区域、航行状态、推进方式、动力装置、造船材料以及用途等到方面可分为多种类型。按照目前已有的动力装置进行分类，现有船舶可以分类为蒸汽机船、内燃机船、汽轮机船、电动船和核动力船等。目前电动船舶主要使用在于民用领域，注重内湖、内河以及近海港口，从应用船型上看可大致分为车客渡船、客船、港口拖船、港务船以及海工船等；从应用吨位上可分为500吨以下、500-2000吨、2000-5000吨、5000吨以上等。

  目前，针对电动船舶尚没有明确的概念和定义，根据动力源的类型，同时参照电动汽车的划分方式，可将电动船舶初步划分为：纯电动船舶、混合动力电动船舶以及燃料电池电动船舶三种。其中，纯电动船舶最重要的包含锂电池＋超级电容电动船舶，铅酸电池电动船舶，镍氢电池电动船舶等；混合动力电动船舶最重要的包含柴电混合电动船舶，太阳能、电能混合电动船舶以及风能、电能混合电动船舶等；燃料电池船舶最重要的包含氢燃料电池电动船舶，甲醇燃料电池电动船舶以及锌燃料电池电动船舶等.

  目前，我国已经有电动船舶的建造和应用案例。如广船国际有限公司建造的2000吨级电动自卸船，整船电池容量约为2400kWh，满载情况下可续航80公里；上海瑞华集团改造的500吨级纯电动货船，充满1次可航行50个小时，航程可达500公里；长江船舶设计院接获的纯电池动力客船设计项目，该船总长100m，大多数都用在旅游航线所共同打造了国内首制柴电混合动力拖轮。

  因此，未来一段时间，我国电动船舶市场或将迎来加快速度进行发展期。目前来看，电动船舶应用领域主要在以下几个方面。一是沿江沿海城市渡船、观光船。目前，我国渡船保有量较大，仅上海、广州两大城市的内河客轮都超过100艘，部分渡船年限较长，随着内河船淘汰更新，其有可能选用电动船舶替代。二是内河货船。长江、珠江是我国交通最为繁忙的两大水系，内河货船数量保有量超过10万艘，部分船龄较大，即将进入更新换代周期。在新环保法规的影响下，部分船舶有更新为电动船舶的需求。三是港口拖船市场。我国拥有世界最为繁忙的港口，港作拖轮保有量超过300艘，而拖轮的多变工况较为适合电动船舶的应用。

  由于高昂的制造成本以及退役时核动力装置处理困难等相关因素，限制了核动力潜艇的大规模应用。目前潜艇配备的是传统的柴电推进装置，在水下航行时采用蓄电池，潜艇的潜航里程会受到铅酸蓄电池的容量限制，而采用柴油机潜航时，需为蓄电池进行充电，在蓄电池放电时，需使潜艇上浮至通气管状态从而继续航行，具有水下续航力较低的劣势。不仅在上浮充电时易于被对方雷达装置侦测到，而且采用柴油机为蓄电池进行充电时的噪声也易于被敌方水声设备探测到，这些都大幅度的降低了潜艇的隐蔽性，为此需减少通气管状态航行的时间，即采用不依赖空气(air independent propulsion，AIP)的动力装置。AIP动力装置在发展的数十年间采用了闭式循环柴油机、闭式循环燃气轮机、核动力装置和斯特林发动机等装置。

  PEMFC由于具备工作时候的温度较低、质量轻小，成本低廉、工艺相对简单、寿命较长等优势，目前可作为燃料电池汽车的主要动力来源。潜艇采用该系统后，也具备显著优势。通常在携带相同储量的燃料及氧化剂前提下，PEMFC的续航能力是传统柴油机的2倍，其潜航里程及自持力主要根据潜艇上携带的氢气及氧气的量。同时因其噪声振动与工作时候的温度则与铅酸蓄电池相近，具备发展成潜艇单一动力装置的潜力。

  PEMFC等低温燃料电池比高温燃料电池更适合于潜艇AIP动力装置。高温燃料电池通常启动速度较慢，影响到潜艇的作战机动性。同时其热源温度比较高，存在触发火灾的潜在危险，高温加热产生的水蒸气更是有可能产生物理性爆炸，与其安全性要求相悖，因此并不适用。

  目前PEMFC在潜艇领域已经得以成功应用。PEMFC内部并无运动构件，有效提升了整个AIP动力系统的可靠性与耐久性，潜艇本体亦可处于低噪声状态进行潜航。同时由于PEMFC具备较低的红外特征，并且基本不向艇外排放物质，有效提升了潜艇整体的隐蔽性，相比传统柴电推进方式或别的形式的热机AIP推进方式，有着显著的优势。

  在实际作战过程中，潜艇会将燃料电池系统及柴电动力系统结合使用。前者能够适用于水面下的长期隐蔽性潜航，后者则用于满足战时的高机动性要求。上述2套动力系统既可单独运作，也可同时运作。

  与此同时，燃料电池的氢源也是一大重要问题，相关流程包括氢气的制造、供给、储运及携带，需要具备相当规模的氢气生产能力，包括在潜艇基地设立加氢站，向潜艇供给加注氢气，并采用储氢合金等有关技术，安全问题也不容忽视。

  尽管我国在锂离子电池储能系统的关键技术上已经取得了重大突破，但基于安全性和经济性考虑，我国的纯电动船舶发展仍然不足。以我国内河的纯电动船舶应用为例，我国内河船舶约有13万艘，仅长江和京杭运河的船舶总数超过6万艘，但目前已建造的内河电动船舶仅20余艘。

  从目前对电池工业界的认识来看，电芯本身还未做到本质安全，电动车的事故概率企业是保密的，无法通过现在电动车的经验积累来评估电动船的安全性。因此，需要保持底线思维，持慎重的态度。一方面，要加大研发，提升锂电池本身的安全性；另一方面，在规范标准上通过技术方法降低锂电池船上应用风险。他建议首先从政府管理严格的公务船入手，积累一定经验后，在区域性游览船、过江渡轮上逐渐铺开。

  除考虑消防等因素外，锂电池成本造价也成为纯电动船舶推广的一大制约因素。肖曙明表示，锂电池价格高昂，导致船舶建造投资金额增加，对公司初期投入的负担较大。且因为续航能力不够，游览船在旅游黄金时期可能没办法持续性工作，对运营收入也会带来一定的影响。另外，因目前船用动力电池使用寿命一般在10年内，但是船舶的寿命可达到30年，船舶全生命周期内要换掉几次电池，考虑到后期营运费用主要根据电网供电以及锂离子电池的常规使用的寿命。因此，总体来说，在锂电池成本大幅度降低之前，大多数企业很难承担高额的建造和改造费用。

  我们能够正常的看到，受当前制约条件影响，大规模“油改电”难以实施。但纪永波认为，从长远看，随着电池单位体积内的包含的能量技术进步和造价下降，纯电动船舶的经济优势将会逐步显现，届时船舶规模化“油改电”的场景也将会逐步出现。

  随着未来电动船的发展，在电动船的总体性、安全性、经济性、续航性、产业链完整性等方面将产生一系列新的标准需求。国内行业要借鉴IMO、IACS等相关国际组织的技术发展的新趋势，制定符合国内电动船发展的标准。

  预测船舶电动化是重要的发展趋势，也是船舶行业实现节能减排和转变发展方式与经济转型的重要路径，尤其是我们国家发展电动船舶，还具有得天独厚的技术和产业优势。尽管我国已经走在世界的前沿，但是船舶电动化不是简单的动力系统更换，仍有众多技术难关需要攻克、商业模式需要探讨。因此，在电动船舶发展初期，需要国家政策的引领和支持，通过技术攻关解决关键瓶颈，通过示范运行明晰商业模式。电动船舶的发展还需要标准规范的引导技术提升，保证安全应用和健康发展。