锂电池在船舶应用现状及发展建议

李 伟 广东海事局 罗选斌

为促进绿色航运发展，推进电池动力在船舶上的应用成为趋势。电池动力船舶具有零排放、噪音小、震动小、舒适性高的特点，适用于在环保要求等级较高的水域运营。目前，我国在船用锂电池应用领域取得了一些成绩，但在锂电池船舶设计、建造、标准制定、配套设施、推广应用、政策方面还存在一些问题，尚需进行整体部署、稳步推进。

基本情况

基于安全性能、成本、能量密度等因素的综合考量，目前选用三元锂电池或磷酸铁锂电池作为船用动力电池。

1、政策基础

为了推进新能源在船舶产业领域的应用，国家和地方出台了一些针对锂电池在船舶领域应用的政策。

国家层面，虽然没有专门针对电池动力船舶的鼓励政策，但相关政策可见于各文件中。2018年11月30日，交通运输部印发《船舶大气污染排放控制区实施方案》，鼓励船舶使用清洁能源、新能源、船载蓄电装置或尾气后处理等替代措施以满足船舶排放控制的要求。2019年1月4日，生态环境部等11部委联合印发《柴油货车污染治理攻坚行动计划》，鼓励淘汰使用20年以上内河航运船舶，依法强制报废超过使用年限的航运船舶，推广使用纯电动和天然气船舶。2019年9月，中共中央国务院印发实施《交通强国建设纲要》，特别强调加强新能源在船舶行业的应用研究，要求推广新能源、清洁能源等技术装备，提升新能源船舶设计建造能力，强化新能源等前沿关键科技的研发。2020年6月，交通运输部发布《内河航运发展纲要》提出：加大新能源、清洁能源推广应用力度，推广LNG节能环保船舶，探索发展纯电力、清洁燃料等动力船舶。

地方层面，各地方政府出台的政策更具针对性，这些政策的发布与实施极大地推动了当地电池动力船舶产业的发展。如深圳市制定的《2018年“深圳蓝”可持续行动计划》、广州市制定的《广州港口船舶排放控制作战方案（2018-2020年）》、武汉市制定的东湖等封闭水域禁止运行燃油船舶的要求，以及湖北省即将出台的禁止封闭水域运行燃油船舶的规定等。

2、规范基础

电池动力船舶属于较新的船型，船舶及相关产品的设计尚处探索期，政策法规尚处于完善期，无论国际还是国内相应的法规都不够健全。

国际方面，纯电池动力船舶的相关标准分散在国际海事公约、检验法规、船级社规范和船舶及相关行业之中，但尚未形成体系。SOLAS公约规定了电源及发电机组的要求，但一直没有将纯电池动力引入到公约当中，成为制约国际航行电池动力船舶发展的一个重要因素。《国际海运危险货物规则》规范了电池组运输的要求。部分船级社针对电动船也发布了相关的指南和要求。国际电动委员会（IEC）发布了22项涉及船舶电气、蓄电池及燃料电池安全、性能、防爆领域的标准。这些标准在一定程度上满足了电池动力船舶的要求，但未形成系统和完善的应用规范。

国内方面，电池动力船舶的相关标准制定基本能够满足现阶段电池动力在船舶上的应用。国内标委会制定了与IEC对口的相关行业标准22项，能够为当前电动船舶的设计建造提供一定借鉴。2019年11月，中国船级社发布《纯电池动力船舶检验指南》。自2011年起，交通运输部海事局组织开展了电池动力船舶技术规范的制定工作。并于2019年7月23日发布《内河船舶法定检验技术规则（2019年修改通报）》，2019年11月13日发布《内河船舶法定检验技术规则（2019）》，针对内河船舶电气要求和磷酸铁锂电池的性能特点，制定了相应的技术要求。规则的出台，大大促进了船舶行业电动化的快速发展。另外，东疆海事局在内河电池动力船舶规范基础上，继续积极推进沿海电池动力船舶技术规范的制修订工作，磷酸铁锂电池在海船上的应用已纳入2020年船舶技术修订重点工作。同时将加快推动研究制定船用锂离子电池基础通用性能和试验标准。

应用现状

电池动力船舶是目前国际上最新颖的船型之一，其电气化特点能够为下一代智能船的发展提供基础。其设计和建造并不是动力系统的简单替代，需要设计和建造理念的革新。对于设计和建造部门来讲都是巨大的挑战。其船舶系统及功能的配备、设备操作和船员技能的要求、作业环境对船舶的影响、事故和风险的预防处置等方面较常规动力船舶更为复杂。各船级社、海事部门等都处于研究起步阶段，相关研究和设计体系尚不完善。

1、产业现状

从全球范围看，电池动力船舶的应用正处于探索、示范期，运营经验不足。截止2019年5月底，全球电动船舶数量为155艘，其中包括营运船舶75艘，拟建造船舶80艘，已实现1000KWh到4000KWh之间较大容量电池动力船舶的应用。电池动力的选择上既有磷酸铁锂电池，也有三元锂电池。我国内河已建纯电池动力船舶20余艘，在建及计划建造纯电池动力船舶10余艘。2015年以前，我国电池动力船舶的应用仅限于600KWh以下的小型船舶；2015年以后，使用的最大电池容量达到3000KWh,且全为磷酸铁锂电池。

我国电池行业发展相对成熟，但是船用产品及其配套产业占据的市场份额较小，参与船用电池认证的企业较少，仍存在较大发展空间。电池动力船舶的核心部件是为推进电池及其配套的电池管理系统。在全球前十的电池制造商中，国产厂家占到五家。2020年第一季度国内动力电池装机量合计约5.68GWh，涉及的装机动力电池企业51家，其中宁德时代、比亚迪、国轩高科、亿纬锂能、中航锂电等是排名靠前的企业，主要装机产品是新能源汽车。国内锂电池配套船舶作为动力源，必须经过中国船级社（CCS）的资质认证。截至2019年10月，中国船级社已完成和正在进行的船用电池产品认证共37项，其中15项动力电池项目、5项电池管理系统项目已经完成审核工作。在电池管理系统方面，中国船舶重工集团公司第712研究所、711研究所、704研究所已具备纯电池动力系统及整船解决方案的设计和供货能力，无锡赛思亿已具备船舶直流网电力推动系统、混合动力推进系统、试验站用电系统的供货能力，中车上海汉格已具备直流电力推进系统、交流电力推进系统、ESS节能系统的供货能力。

2、港口配套现状

港口配套设施特别是充电设施是限制电动船舶发展的因素之一。截至2018年底，我国已建成岸电2400余套，这些设备使用中存在与船舶供电不匹配等诸多问题，并且不能直接为纯电池动力船舶进行充电，但是为电池动力船舶获取动力提供了较好的硬件基础。随着《船舶大气污染物排放控制区实施方案》的持续推进，特别是船用岸电使用方面政策的强制实施，全国岸电的配套规模和区域有望进一步扩大和提升。

面临问题

1、缺少统一规划

一是电池动力船舶推广缺少统一部署。在电池动力船舶的应用和推广中，锂电池生产企业、电力企业、配套企业各自推进，缺少国家层面的宏观规划，技术研发、发展路径、推广模式缺少统一的规划和指导。目前，我国只有个别省市出台了电动船建设、改造补贴方案，如《深圳市绿色低碳港口建设补贴资金管理暂行办法实施细则》《广州港口船舶排放控制补贴资金实施方案》，积累了一定的经验。同时，由于电池动力船舶虽然使用成本低，但前期投入较多，电池动力船舶推进系统的造价一般是传统动力系统的2.2至2.5倍。由于电动船产业规模较小，国家对新建、改建电池动力船舶并未出台专门的补贴政策，在电价优惠、岸电规划方面缺少统一的部署。

二是缺少对锂电池全生命周期的规划。锂电池的生命周期受使用环境、充放电循环工况等因素的影响，电池一旦老化，安全风险会急剧增加。电池的负荷状态（SOC）由100%降低到80%一般认为电池即将寿命终止，按照目前的技术标准，厂家承诺的电池寿命为8年，而船舶的寿命按照20～30年计算，在船舶的生命周期内要进行三到四次的电池更换，对于电池的生产、使用、报废、分解以及再利用等整个生命周期的综合处理，缺少相应的政策引导。

2、技术法规不完善

一是船用标准尚未建立。锂电池根据不同的应用领域其性能标准不尽相同，目前船用锂电池性能标准参用电动汽车的相关标准，基础通用性能和试验标准还未形成。考虑到船用锂电池蓄能能力是车用锂电池能力级别的几十倍甚至上百倍，且船用产品工作环境更恶劣、安全性能要求更高，因而船用试验标准引用IEC及国标电动车标准，存在一定的局限性和不适用性。船用标准的构建和完善是目前急需解决的问题。

二是检验法规尚不完善。虽然相关海事局已经编制了内河动力船舶技术规范，但是由于船用锂电池产业能力偏弱，尚不具备向长途、大功率船舶供货的能力，因而对于沿海电池动力船舶相关法规的编制尚处于起步阶段。

三是锂电池作为船舶动力应用的研究有待进一步深入。电池动力船舶根据能源形式一般可归为两类：纯电池动力船舶和混合动力船舶。由于电池动力船舶实船较少，对此类系统的安全性、动力匹配性研究及积累的经验尚显不足。两种技术路径的优劣还有待实际运营的验证，缺少数据积累。纯电池动力的安全性差、能量密度低，以及一次性投入成本太高等缺点，是制约其在船舶领域大规模应用的主要障碍。动力电池作为大容量储能元件，其本身具有起火爆炸等隐患，在船舶航行中存在电池失效、控制系统失效风险，在船舶操纵过程中存在因故障、特殊天气条件导致的安全返航风险，在船舶停泊充电期间存在船岸操作安全事故风险等。

3、企业技术水平不高

电池动力船舶的整体性能取决于两个方面：船舶设计建造水平和关键部件（如动力电池和能源管理系统）生产质量。船舶建造设计方面，依然处于初级阶段，目前的电动船依然是能源动力的替换，需要按照电动能源的性能特点，进行创造性的设计革新。就电池动力和能源管理系统而言，并未形成具有明显市场优势的电池系统供应厂商以及推进和动力供应商，核心部件和产品与国外存在一定差距，船用电池系统、船用电池动力制造能力尚且不足。

4、船型应用受限

目前国内锂电池动力船舶的容量一般控制5000KWh以下，其续航里程受充电装置、充电时间的限制，其应用仅限于在短途客运、渡轮、景区旅游客船、短途定航线货船领域。

政策建议

1、优化管理政策，加快出台专门的指导意见，破除发展障碍

加强对船用锂电池产业政策的深入研究，了解电池动力船舶市场的发展需求，提炼锂电池在船舶动力应用中的阶段性特征，从而把握发展规律，制定切实可行的政策措施，明确发展路径和方向，在此基础上出台锂电池船舶的中长期科技发展规划，进一步深挖精研。

2、科学有序完善相关标准规范，促进绿色发展

加快建立船用电池产品的行业标准及体系，完善电动船舶相关产品的准入标准，优化市场准入的审批程序，在确保安全的基础上，尽可能的扩展锂电池在船舶动力应用中的品类，为电池动力船舶的发展提供标准支撑。

3、引导产业合作，鼓励科技创新

发挥企业在技术创新和科研投入中的主体地位，积极引导并推动企业的战略升级，瞄准国际电动船舶发展趋势，加大研究开发的投入力度，建立由骨干企业牵头，科研机构和高校共同参与实施的有效机制，依托骨干企业，围绕关键核心技术的研发，提升电池本身的安全性能和蓄能能力，重点突破动力电池、驱动装置、电池控制系统等核心产品技术，积极培育市场发展，引导船用电动产品的产业化，同时加大相关前沿技术的研发。

4、打造示范航线，发挥引领作用

基于电动船尚不具备市场竞争优势的客观因素考虑，在环保要求比较高的区域，充分调动地方政府的积极性，打造示范船型和运营航线，树立标杆企业，鼓励电池动力船舶的发展和运营。

5、强化质量监督，筑牢发展基础

全面落实安全质量责任，加大安全质量监管力度，进一步加强对中国船级社及地方船检机构的管理，强化检验质量监管，提升检验质量，把好船用产品质量关，把好船舶安全第一关，推动电池动力船舶的安全持续发展。