一年時(shí)間，全球航運(yùn)會(huì)排放多少二氧化碳？

根據(jù)國際海事組織IMO的2020年溫室氣體研究顯示，2018年全球航運(yùn)活動(dòng)排放了大約10.5 億噸二氧化碳，約占當(dāng)年全球二氧化碳排放總量的2.9%。

一個(gè)多世紀(jì)以來，重燃料油 (HFO) 一直是大型船舶的首選燃料，因?yàn)樗鼉r(jià)格低廉且能量密集，簡單說就是可以用相對(duì)少的量推動(dòng)船舶行駛更遠(yuǎn)的距離。

但在全球減碳的背景下，航運(yùn)業(yè)自然繞不過去。船舶動(dòng)力燃料的選擇也被認(rèn)為是航運(yùn)業(yè)減碳的關(guān)鍵。對(duì)此，IMO頒布了限硫令和海運(yùn)減排協(xié)議。限硫令要求自2020年1月起，全球范圍內(nèi)航運(yùn)燃油硫含量從3.5%直降到0.5%。減排協(xié)議則定下了2050年航運(yùn)的二氧化碳排放量相比2008年減少50%的目標(biāo)，并朝著零碳排放的終極目標(biāo)邁進(jìn)。

我國也已經(jīng)定下了2030年碳達(dá)峰、2060年碳中和的目標(biāo)，因此低碳甚至零碳排放船舶已經(jīng)成為趨勢。在實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的眾多技術(shù)路線中，船舶電動(dòng)化是最受關(guān)注的方向之一。

2027年市場將超百億美元

杭州現(xiàn)代船舶設(shè)計(jì)研究院董事長黃桂林曾說，基于安全性和經(jīng)濟(jì)性，近年磷酸鐵鋰動(dòng)力電池及BMS電池管理系統(tǒng)發(fā)展迅速，充放電倍率的提高使船舶啟動(dòng)加速及動(dòng)力操控性更好，已經(jīng)具備了在船舶上推廣應(yīng)用的技術(shù)條件。

磷酸鐵鋰電池現(xiàn)在的材料成本為0.43元/Wh，單體能量密度也由過去的100Wh／kg提升到160Wh／kg。根據(jù)高工產(chǎn)研鋰電研究所（以下簡稱GGII）測算，船舶每百公里運(yùn)行成本，柴油動(dòng)力船舶為4100元，LNG燃料船舶為3700元，電動(dòng)船舶為2800元。

雖然現(xiàn)在純電動(dòng)船舶不如內(nèi)燃機(jī)船常見，但隨著純電動(dòng)船舶技術(shù)的不斷成熟和電池造價(jià)的逐步走低，純電動(dòng)船舶正在迎來發(fā)展機(jī)遇。

國外純電動(dòng)船舶發(fā)展較早，挪威是全球大型電動(dòng)船舶運(yùn)營最多的國家。挪威的奧斯陸港給自己定的目標(biāo)是到2030年將二氧化碳、硫氧化物、氮氧化物和顆粒物的排放量減少85%，未來要成為世界上第一個(gè)零排放港口。

去年11月，世界上第一艘純電動(dòng)且無人駕駛的集裝箱貨船Yara Birkeland 號(hào)已在挪威成功完成首航。該貨船投入運(yùn)營后，每年可以取代4萬次柴油卡車的運(yùn)輸量，預(yù)計(jì)每年可減少1000噸二氧化碳排放。

國外部分純電動(dòng)船舶

國內(nèi)首批純電動(dòng)船舶則是在2013年投入使用，主要應(yīng)用于民用領(lǐng)域，側(cè)重在內(nèi)湖、內(nèi)河以及近海港口?，F(xiàn)在不僅是純電動(dòng)打撈船、純電動(dòng)拖輪相繼在無錫、連云港交付使用，在執(zhí)法船、游船、渡船等水上交通領(lǐng)域也出現(xiàn)了越來越多的電動(dòng)船舶。

2021年，江龍船艇成功交付了“金龍魚”號(hào)280客位純電動(dòng)游船、“珠江王子”號(hào)486客位純電動(dòng)游船。

今年3月18日，中遠(yuǎn)海運(yùn)集團(tuán)宣布建造兩艘700TEU級(jí)長江干線電動(dòng)集裝箱船，并將于2023年底交付。船舶采用船電分離模式設(shè)計(jì)，配載換電模式船用集裝箱式動(dòng)力電池作為動(dòng)力源。首航航線為武漢至上海，全程純電航行。

與這一艘艘交付以及待交付的純電動(dòng)船舶相呼應(yīng)的是研究機(jī)構(gòu)預(yù)測的市場規(guī)模。根據(jù)市場調(diào)研機(jī)構(gòu)Fortune Business Insights在《電動(dòng)船舶市場規(guī)模和行業(yè)分析》報(bào)告中的分析顯示，預(yù)計(jì)到2027年電動(dòng)船舶市場規(guī)模將達(dá)到108.2億美元。

電池巨頭紛紛下場

這么大的市場規(guī)模，吸引的可不只是船舶制造商，背后的電池巨頭們也爭相涌入。

像混合動(dòng)力和船舶電池供應(yīng)商Corvus Energy公司、Akasol AG和Lion Smart公司以及電產(chǎn)安薩爾多工業(yè)系統(tǒng)公司、帥福得集團(tuán)、三星SDI等船舶和電池制造商都已經(jīng)開發(fā)了新型的船舶鋰電池系統(tǒng)，中國的大型電池企業(yè)也在積極布局純電動(dòng)船舶市場。

GGII調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，按照2019年、2022年以及2025船舶鋰電化滲透率分別為0.035%、0.55%、18.5%測算，截至2025年電動(dòng)船舶用鋰電池市場將達(dá)35.41GWh。

早在2016年，億緯鋰能的船用動(dòng)力電池就獲得了中國船級(jí)社認(rèn)證。之后，純電動(dòng)游船“闊闊真公主號(hào)”、純電動(dòng)商旅客船“君旅號(hào)”、純電動(dòng)港作拖輪“云港電拖一號(hào)”、純電動(dòng)集裝箱船“國創(chuàng)號(hào)”搭載的均為億緯鋰能的動(dòng)力電池。

中國船級(jí)社認(rèn)證是電池企業(yè)上船的“入場券”。按照規(guī)定，船用動(dòng)力鋰電池和電池管理系統(tǒng)在裝船前必須獲得中國船級(jí)社（CCS）的型式認(rèn)可證書。

2018年12月底，寧德時(shí)代也與CCS武漢規(guī)范研究所簽署了戰(zhàn)略合作協(xié)議，并在2020年4月通過CCS最新檢測指南《純電池動(dòng)力船舶檢驗(yàn)指南》認(rèn)可和檢驗(yàn)。

同一年，中國自主設(shè)計(jì)建造的首艘海上危險(xiǎn)品應(yīng)急指揮船“深海01”輪在廣州順利下水，搭載的正是寧德時(shí)代的鋰離子動(dòng)力電池系統(tǒng)。除此之外，福建省首艘電動(dòng)高端內(nèi)河游船“閩江之星”、國內(nèi)最大海洋綜合科考實(shí)習(xí)船“中山大學(xué)”號(hào)、珠江游純電動(dòng)游船主船體，以及全球電量最大的純電動(dòng)郵輪“長江三峽1號(hào)”，選擇的也是寧德時(shí)代的電池。

從EVTank的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看，2020年國內(nèi)船用鋰電池主要由億緯鋰能和寧德時(shí)代供應(yīng)，兩家合計(jì)市場份額達(dá)到80%以上。另外，中航鋰電、國軒高科電池企業(yè)都在積極開發(fā)船舶電池產(chǎn)品。比如純電動(dòng)豪華游船“滇景號(hào)選擇的是中航鋰電，配套國軒高科磷酸鐵鋰電池系統(tǒng)的秦皇島36米電力推進(jìn)休閑漁船也已經(jīng)投入使用。

截至2021年10月，獲得CCS認(rèn)證的船用鋰電池單體企業(yè)有30家，大部分的電池企業(yè)認(rèn)證的電池產(chǎn)品都是方形LFP電池。這與歐洲的稍有不同，歐洲的部分純電動(dòng)船舶仍采用了NCM電芯，比如丹麥的純電動(dòng)渡輪E-ferry，挪威的純電動(dòng)渡輪MF Ampere。

充電怎么解？

同電動(dòng)汽車的發(fā)展類似，電動(dòng)船舶若要正常運(yùn)營還需建設(shè)完備的充電設(shè)施。目前已投入運(yùn)營的電動(dòng)船舶，續(xù)航能力基本都在100公里以內(nèi)。如果要增加航行里程，主要是靠充電來解決。

岸電系統(tǒng)是電動(dòng)船舶續(xù)航的主要“補(bǔ)給站”。部分被確定為岸電系統(tǒng)設(shè)施改造試點(diǎn)的省份，岸電系統(tǒng)的建設(shè)相對(duì)較快。以江蘇省為例，全省港口累計(jì)建成岸電設(shè)施3036套。

但整體來看，現(xiàn)有的岸電設(shè)施設(shè)施的覆蓋面和數(shù)量都有限，同時(shí)還存在容量不足、電制不同、設(shè)備兼容性等問題并且充電速度還有待進(jìn)一步提升。

以中國船舶工業(yè)集團(tuán)有限公司所屬廣船國際有限公司建造的2000噸級(jí)純電動(dòng)自卸船為例，整船電池容量約為2400千瓦時(shí)，充電就需要2小時(shí)。

與每次充電都要回到岸上不同的是，英國有些公司還想到了海上充電的方式，就是將海上的風(fēng)力發(fā)電站和充電結(jié)合起來。

航運(yùn)巨頭馬士基成立了一家名為Stillstrom的新企業(yè)，用來開發(fā)其海上充電站并將其商業(yè)化。Stillstrom 目前正在建造其海上充電浮標(biāo)的原型，它要用一條輸電線路把電力從風(fēng)電場的陸上基礎(chǔ)設(shè)施輸送到浮標(biāo)。該原型裝置可產(chǎn)生不到1兆瓦的電力，能夠?qū)碜噪娋W(wǎng)的高壓電力轉(zhuǎn)換為適合船舶使用的低壓電力。

Stillstrom和丹麥海上風(fēng)電巨頭 Ørsted 計(jì)劃2022年第三季度推出世界上第一個(gè)全尺寸的海上船舶浮標(biāo)充電站。

Stillstrom充電浮標(biāo)

另一家位于蘇格蘭阿伯丁的Oasis Marine Power公司也在建造海上充電浮標(biāo)。但該公司并不像Stillstrom一樣把目標(biāo)客戶放在港口閑置的貨船身上，而是瞄準(zhǔn)了為海上風(fēng)電場提供服務(wù)的小型船舶。

直充之外，部分公司也在尋找跟電動(dòng)汽車類似的換電方式，當(dāng)然具體的方式不大相同。

Fleetzero是一家美國的初創(chuàng)企業(yè)，它就正在試驗(yàn)在標(biāo)準(zhǔn)的20英尺集裝箱中制造電池。這些集裝箱經(jīng)過改造后可以為海上較小的船只提供動(dòng)力。當(dāng)一艘船進(jìn)港時(shí)，集裝箱船上耗盡的電池就會(huì)被替換成新的電池。據(jù)了解，F(xiàn)leetzero正在阿拉巴馬州建造它的第一個(gè)電池組原型，打算在2022年底投入使用。

Fleetzero

國內(nèi)也有不少純電動(dòng)船舶在嘗試換電模式。

前文提到的中遠(yuǎn)海運(yùn)700TEU級(jí)長江干線電動(dòng)集裝箱船也是采用中創(chuàng)新航設(shè)計(jì)和開發(fā)的可更換船用集裝箱式電池作為動(dòng)力源。全船可配裝36個(gè)20teu箱式電源，裝機(jī)容量50MWh，采用碼頭岸基換電方式。

還有，國家電投綠電聯(lián)合江蘇遠(yuǎn)洋等打造的“120TEU純電池集裝箱船”，也在今年2月開工建造，按照設(shè)計(jì)，該船采用“即插即拔”式換電模式，單次換電作業(yè)時(shí)間僅需20分鐘。

結(jié)語

總體來看，受電池的能量密度、充放電速度等技術(shù)水平限制，現(xiàn)階段純電動(dòng)船舶還是主要集中在內(nèi)湖、內(nèi)河以及近海港口，應(yīng)用船型以車客渡船、客船、港口拖船、港務(wù)船以及海工船等為主，在大型、長距離航線船舶的應(yīng)用可行性并不高。

并且，目前船用動(dòng)力電池壽命一般在10年內(nèi)，但船舶的壽命可以達(dá)到30年，這也就意味著船舶全生命周期內(nèi)需要更換幾次電池，運(yùn)營成本、電費(fèi)再加上更換系統(tǒng)費(fèi)用等都將成為船舶電氣化過程中的攔路虎。

曾有行業(yè)發(fā)分析師在2020年發(fā)文判斷，當(dāng)時(shí)的電動(dòng)船舶就類似新能源汽車2004年左右的情況，電動(dòng)船產(chǎn)業(yè)化可能要再等10年。

但通過這兩年的發(fā)展，我們能夠判斷行業(yè)發(fā)展確實(shí)處在初期，困難也都還在，但技術(shù)擴(kuò)散的加速以及環(huán)保法規(guī)日趨嚴(yán)厲，多重因素的疊加也大概率會(huì)加速純電動(dòng)船舶的發(fā)展，或許行業(yè)的爆發(fā)不用再等10年。（作者/韓敬嫻，編輯/張敏）

關(guān)鍵詞： 動(dòng)力電池 二氧化碳