我国电动船舶产业现状与发展对策研究

王力波（中远海运发展股份有限公司，上海 200082）

一、引言

2020年9月，习近平总书记首次在第75届联合国大会上郑重承诺，中国二氧化碳排放力争“2030年前实现达峰，2060年前实现中和”。2021年10月，国务院印发《2030年前碳达峰行动方案》，要求交通运输业/航运业推动运输工具装备低碳转型，开展沿海、内河绿色智能船舶示范应用，到2030年，当年新增新能源、清洁能源动力交通工具比例达到40%。

截至2021年，我国现有内河船舶数量约为12.43万艘，1.37亿载重吨，大都是船型老旧、船龄较长、污染较大、吨位较小的传统船舶，不利于生态环境保护和水道安全，面临严峻的环保形势，这些船舶在绿色转型上刻不容缓[1]。在此背景下，基于绿电的纯电动船舶成为我国航运业尤其是内河航运业脱碳减排，实现“双碳”战略的重要抓手和主要技术路径。

二、中国电动船产业发展及研究现状

不同于北欧国家在电动船产业领域布局较早，如挪威等国家在2010年前后即以公募资金资助的方式启动了国家层面的电动船产业研究[2]，我国的电动船产业起步略晚，其研究主要集中于技术层面，比如：船舶充电方式的研究[3]，船舶直流并网设计研究[4]，不同材质的船用电池安全性能分析[5]以及电动船舶的能量管理等[6]，主要聚集电池本体及安全管理、能效管理等领域，缺少针对行业的顶层设计与系统性研究论述，主要通过从行业宏观层面分析行业发展所面临的困难挑战并给出解决方案。

得益于在电动车领域的技术积累与丰富的水域应用场景，近几年我国电动船产业发展势头足，示范项目多，应用船型丰富。从2019年世界首艘2 000吨级内河电动船“河豚”号在广州交付，到2022年3月搭载7 500 kW·h磷酸铁锂电池的“长江三峡1号”游轮首航，都表明在“双碳”战略背景下，我国电动船产业所呈现的蓬勃发展之势。

在国家政策层面，从2016年至今，国家发展改革委、工业和信息化部、交通运输部等部委陆续出台了一系列鼓励电动船舶发展的引导性文件，旨在提高市场参与主体的积极性，但总体以指导性为主，缺少明确、具体的落地细则，尚不足以推动行业实施跨越式发展。

三、中国电动船产业展望分析

目前我国电动船舶仍处于初期发展阶段，但有加快发展的态势。预计未来会形成中小型船舶的电动化产业集群，成为中短途运输、中小量运输的中坚力量，应用将主要集中在接驳船、渡轮、观光船、公务船、港口拖轮、班轮货运船舶等场景。

我国内河船舶数量众多，根据国家相关政策，对于排放不达标的船舶未来将逐步替换为纯电动、氢能、氨能等新能源船舶。假设1.37亿载重吨内河船舶中50%替换为纯电动船舶，国内纯电动船舶市场规模将达到5 000亿元以上（不包含电池系统费用），这将有利于国内航运绿色转型，形成以电动船舶设计建造产业为龙头、相关配套产业协调发展的绿色船舶研发生产体系，促进我国绿色港航新能源产业创新发展。此外，与之配套的船用动力电池市场前景广阔，假设1艘千吨级船舶电池容量约为2 000 kW·h，按照50%的渗透率保守测算，船舶电动化产业中，仅船用电池市场规模就达到150 GW·h，按照1 kW·h锂电池系统对应造价1 200元保守估算，则对应1 800亿元的市场份额，对国民经济拉动巨大。同时会形成显著的温室减排效应（以“长江三峡1号”游轮为例，每年减少油耗超过530 t，废气减排达1 600 t以上），极大地改善水路沿岸生态环境。

电动船产业所带动的是从材料研发、电池制造到船舶动力优化、船舶建造、船舶管理等一系列行业的变革，将显著改变我国内河航运业噪音大、污染多的现状，提升从业人员的职业尊严。

基于对电动船舶市场的良好预期，国内一些头部电池生产商家，如宁德时代、中创新航、亿纬锂能等也纷纷成立了电动船舶业务部，以加大对电动船用市场的开发力度。

（一）技术环境分析

船舶减碳、脱碳的核心是替代能源的应用，在航运业低碳、零碳替代能源的研究中，主要有液化天然气（LNG）、甲醇、氨、氢、锂动力电池等备选方案。对于船舶替代能源的选择，需要从技术成熟度、安全、成本、存储空间、环境影响、航行区域等多个方面考虑[7]。比较来看，LNG能源比传统化石燃料仅可实现20%左右的减碳效果，而其主要构成甲烷本身也是温室气体，且其温室效应是二氧化碳的28倍[8]，使用过程中出现的甲烷逃逸将进一步降低LNG的减碳效果，因此不能实现零碳排放，可定位为过渡能源；氨、氢作为二次能源，其应用受到配套设施的制约，且易发生爆炸，安全配套要求较高，目前业内主要是小功率的研究示范，距离大规模推广还为时尚早。而基于锂电池的船舶动力方案，经过近10年的发展，已经展现出一定的技术优势，并初步具备了产业化的条件，主要表现在以下几个方面：

1.船用电池技术日趋成熟

受益于我国电动汽车产业的发展，近几年我国船用动力锂电池技术发展迅速，在锂离子电池储能系统关键技术上取得了重大突破，目前市场上常见的船用锂电池能量密度基本都达到了160～200 Wh/kg。其中，磷酸铁锂电池以其高安全性、长寿命、低成本、性能均衡等多方面优势成为现阶段国内船舶动力电池的最优选择[9]，宁德时代、中创新航、亿纬锂能等主流电池企业的磷酸铁锂电池产品也已获得中国船级社认可证书，已陆续应用于多艘船舶。

2.船舶电力推进技术日趋提升

随着陆基大功率电力推进技术、电力系统组网技术的进步，近几年船舶电力推进直流组网技术、直流系统选择性保护技术、交直流协同控制技术等也相继获得了突破，并实现自主可控[10]，可实现兆瓦级功率输出，已达到推动中大型船舶的技术条件，为电动船舶实现从中小型客运到中大型货运提供了技术支撑。目前国内包括中船704所、中船712所、无锡赛思亿等在内的头部企业或机构所研发的船舶电力推进系统均已取得了不错的实船应用业绩。

3.船舶能源管理和控制日趋优化

随着现代管理和控制系统持续优化，特别是船用电池管理系统（BMS）的应用提高了电池系统的充放电能力、提升了电力输出的均衡与稳定性，满足船舶启动加速及操控等需求。未来随着电池关键技术的持续突破，电池能量密度向着350～400 Wh/kg迈进，通过BMS的优化升级，将在长寿命、低内阻等方面实现船用电池全生命周期内的最佳使用策略[2]。

4.船用电池产业链日趋完备

锂电池作为船用电池的核心要素，在其全球产业格局中，中国拥有丰富完善的产业链，以及庞大的基础人才储备，是全球最大的锂电池材料和电池生产基地。同时，随着技术的进步，至2021年中期，锂电池的成本价格在过去10年中降幅达80%以上。同时随着新一代纳粒子电池的研发突破，为未来经济性推广创造了条件。

5.基础设施及法规配套日趋健全

内河航道方面，“十三五”以来，我国内河水运基本建成了以长江干线、西江干线、京杭运河、长三角和珠三角高等级航道网为主体、干支衔接的内河航道体系，2020年全国内河航道通航里程达12.77万公里，形成了“通江达海”的水路运输格局。

码头基础设施方面，自2010年交通运输部开展靠港船舶使用岸电以来，我国船舶岸基供电设施的建设进入了快速发展期。截至2019年底，全国已建成港口岸电设施5 400多套，覆盖泊位7 000多个，以此为基础，根据船舶充换电的规划需求升级港口电力配套，有望在较短的时间内实现船舶充换电网络的布局。

综上分析，我国内河船舶电动化的技术条件已基本满足。加之，法规方面：在2019年9月中国船级社通过了《纯电池动力船舶检验指南》，为船舶建造提供了法规依据。后又结合行业发展需求，进一步组织《船舶应用电池动力规范》（2022）的意见征求与完善工作，为未来电动船舶的大规模推广提供了技术与法规支持。

（二）电动船推广的困难与挑战

纯电动船舶产业的蓬勃发展源于国家对于“双碳”战略的重大需求，长远来看有望形成近万亿的工业产值，具有鲜明的需求导向和目标导向，其社会意义和经济意义巨大。近年来，国内外相关人士已做了大量的工作，取得了显著的成就，但距离电动船在行业内全面推广尚存在一定的困难与挑战，主要表现在以下几个方面：

1.航行里程问题

受制于电池能量密度，加之船舶体积大、载货量多，相较于传统燃油船舶，纯电池动力船舶在航行里程方面仍存在一定不足。出于安全考虑，目前我国普遍采用磷酸铁锂电池作为船用动力电池，但其电池能量密度相对较低。根据已有纯电动船舶项目的实施情况来看，航行里程通常在200公里左右，航行区域受到一定限制。

2.充电时间及安全保障问题

由于船用电池电量较大，小则上千kW·h，大则接近上万kW·h，在现有充电倍率下，充电时间较长，即便现在业界一些项目采用了高压充电、低压补电方式，对于近上万kW·h的电量补充，充电时间通常也要在10小时以上。同时受电芯一致性影响，如果充放电倍率（充放电电流除以电池容量）过大，将加速电池衰减并影响到电池的使用寿命[11]，甚至引发安全风险。充电时间增加将影响到船舶的周转效率，特别是对于时效性要求较高的班轮等，其应用面临挑战。

此外，如果采用纯内置电池方案，电池在使用一定的期限（通常为8—10年）后将会衰竭而影响使用，而这与船舶25—30年的使用寿命相比，存在期限错配，而船舶更换电池将增加船东的投资成本。同时，内置电池的日常维护保养也缺少专业人士的指导，不利用长久使用，如果保养不当还可能引发安全风险。

3.初期投入经济性尚需提高

纯电动船舶的经济性在不同的细分市场表现不同（比如轮渡好于货船），但总体来看，其前期初置成本上投入相对较大，主要表现在：一是纯电动船舶主要以磷酸铁锂/三元锂电池为能量来源，相对较高的价格导致前期投入较大[1]；二是岸电配套需进行充换电站的投资建设，在电动船推广未形成规模效应之前，两者叠加对投资项目的经济性形成一定影响。

4.箱式动力电池的性质认定问题

基于充电时间较长及在维护保养过程中面临的安全风险等问题，业界提出换电的船舶运营模式，即充分利用集装箱标准化在现代港航业中的运用，将船用箱式动力电池按照集装箱的尺寸进行标准化，通过在堆场充电，码头换电的方式，解决电动船舶续航问题。这一做法得到业界的认同，并已有相关产品通过中国船级社认证，标志着船舶换电的核心基础已经具备。但受到《国际海运危险货物规则》的影响，在部分港口船用动力电池箱被认定为九类危险品[12]，其存储及运输受到一定的限制，需要特定的经营资质，不利于推广应用。

5.港口充换电站建设及换电操作缺少统一规范

根据与航运监管部门的沟通，目前我国关于船用动力电池箱充换电站的选址及建设要求，尚属空白，对于船舶充换电过程中存在的风险及如何规范操作缺少系统的研究，对于船用电池箱如何进行全生命周期的监管也缺少相关的政策，这些都需要站在行业的高度，由国家主管部门牵头给出系统解决方案。

四、行业发展对策与建议

作为一种全新的业态，纯电动船舶在运营中污染少、噪音小，非常适合于内河及沿海短途水路运输，特别是在我国能源消费转型的背景下，绿电在能源消费中的占比持续提升。因此基于绿电的纯电动船舶运输对国民经济的长远健康发展意义深远。结合电动船行业现状及我国水运业发展情况，提出以下对策建议：

（一）代表区域先行先试

针对电动船舶震动小、噪音小、污染少、操控性好等特点，从环境保护角度，可在水质要求较高的一些场景优先推广，如长江黄金水道、京杭大运河、珠江水系等；从经济回报及运营保障角度，优先布局游船、公务船、渡轮、港作拖轮以及集装箱班轮等，如海峡轮渡、长三角—洋山穿梭巴士等，通过以点带面、先行先试的做法，带动行业的全面发展。

（二）注重研发提升航行里程

受磷酸铁锂能量密度影响，目前市场上纯电动船舶主要以中短航程为主，三元锂电池能量密度稍高，但安全性不足，这些都制约着电动船舶的大规模推广。随着电池科技的进度，尤其是随着半固态电池、固态电池技术路线的突破，使得以金属空气电池为代表的新一代电池商用化成为可能，其电芯能量密度有望达到400～600 Wh/kg[2]，与之相应，同样尺寸电池配置的情况下，船舶航程将提升至现在的3～5倍。

（三）大力推广标准化换电运营模式

换电运营模式可在一定程度上延伸船舶的航程，同时减少船舶在港充电时间，提高船舶运营效率，特别是对于靠离泊频次较高的渡轮、穿梭巴士等应用场景尤为适用。需要国家在宏观层面由监管部门牵头，建立统一的电池箱标准体系，以助于箱式动力电池在不同船舶之间的无差异使用。

（四）推进港口源网荷储一体化发展新模式

针对部分换电港口电网电力、功率冗余不足的问题，建议除架设电网专线增大供应外，还应从提升港口能源最大化利用效率、提高电力系统功率动态平衡能力角度出发，因地制宜在港区适当发展风电、光伏等新能源发电模式，推进源网荷储一体化协同发展，一方面提升港口绿电比例，满足港口对于船舶充换电电力供应的需求；另一方面充分利用储能设备的削峰填谷功能，实现电网侧与负荷侧在时空的有效匹配。

（五）出台行业统一的船舶充换电操作规范

对于船舶在港口的充换电操作，目前我国尚没有形成统一的规范标准，从目前实施的情况来看，各地交通运输主管部门对于船用电池箱的认定标准、充换电站的建设要求、船舶充换电的操作规程都缺少明确且统一的规范或法规，管理相对粗放，不利于行业的长远健康发展。建议对于通过专业机构（如船级社）认证的箱式船用动力电源，在港口按照船用设备对待，由国家交通运输部门出台全国统一的船舶充换电站建设要求及船舶充换电操作规程，从政策层面助力行业健康发展。

（六）财政助力政策支持

纯电动船舶作为近年来兴起的社会业态，需要与传统燃油船舶进行竞争，在部分场景其经济性还不如燃油船舶，但由于其污染少、噪音小、工作舒适度高等原因，对社会总体有利。因此，建议在国家财政层面，参考电动汽车的做法，在行业发展初期，给予船舶一定的建造补贴和零碳运营补贴，随着行业壮大、市场成熟，再逐渐退出补贴的做法来支持行业发展；在企业税收方面，给予纯电动船运输企业税收支持；在运营监管方面，给予纯电动船舶优先通航权和优先靠泊权，提升船舶运营效率，增强船东的获得感。

（七）积极推进航运业碳交易事宜

纯电动船舶解决了传统燃油船舶碳排放的问题，而一个科学、健全、开放的碳交易市场则是行业长久发展的有力保障。航运业肩负保护绿水青山的神圣使命，而碳交易作为调节航运业碳排放的有效市场手段，将对以电动船舶为代表的新能源船型推广起到积极的推动作用。令人欣慰的是，我国海事部门已于2019年出台了《船舶能耗数据收集管理办法》，启动了内河船舶能耗数据的收集工作[13]，为航运业实施碳交易提供了有力保障，建议从国家层面统筹规划，由行业监管部门对接能源环境交易所，加速推进内河船舶碳交易事宜，为我国“双碳”目标的顺利实现做出积极贡献。

五、结语

作为一种全新的业态，电动船舶适应了现代社会对于绿色交通发展的要求，有积极的社会意义。通过结合市场实际分析了行业发展在技术、港口硬件及法规方面所面临的困难与挑战，并给出了针对性的对策建议。作为一项系统性工程，后续仍需在国家政策的引导下，通过船东、港口、电网企业的共同努力，实现电动新能源船舶行业的健康发展。