鋰電池在船舶應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展建議

李 偉 廣東海事局 羅選斌

為促進(jìn)綠色航運(yùn)發(fā)展，推進(jìn)電池動(dòng)力在船舶上的應(yīng)用成為趨勢(shì)。電池動(dòng)力船舶具有零排放、噪音小、震動(dòng)小、舒適性高的特點(diǎn)，適用于在環(huán)保要求等級(jí)較高的水域運(yùn)營(yíng)。目前，我國(guó)在船用鋰電池應(yīng)用領(lǐng)域取得了一些成績(jī)，但在鋰電池船舶設(shè)計(jì)、建造、標(biāo)準(zhǔn)制定、配套設(shè)施、推廣應(yīng)用、政策方面還存在一些問(wèn)題，尚需進(jìn)行整體部署、穩(wěn)步推進(jìn)。

基本情況

基于安全性能、成本、能量密度等因素的綜合考量，目前選用三元鋰電池或磷酸鐵鋰電池作為船用動(dòng)力電池。

1、政策基礎(chǔ)

為了推進(jìn)新能源在船舶產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，國(guó)家和地方出臺(tái)了一些針對(duì)鋰電池在船舶領(lǐng)域應(yīng)用的政策。

國(guó)家層面，雖然沒(méi)有專門針對(duì)電池動(dòng)力船舶的鼓勵(lì)政策，但相關(guān)政策可見(jiàn)于各文件中。2018年11月30日，交通運(yùn)輸部印發(fā)《船舶大氣污染排放控制區(qū)實(shí)施方案》，鼓勵(lì)船舶使用清潔能源、新能源、船載蓄電裝置或尾氣后處理等替代措施以滿足船舶排放控制的要求。2019年1月4日，生態(tài)環(huán)境部等11部委聯(lián)合印發(fā)《柴油貨車污染治理攻堅(jiān)行動(dòng)計(jì)劃》，鼓勵(lì)淘汰使用20年以上內(nèi)河航運(yùn)船舶，依法強(qiáng)制報(bào)廢超過(guò)使用年限的航運(yùn)船舶，推廣使用純電動(dòng)和天然氣船舶。2019年9月，中共中央國(guó)務(wù)院印發(fā)實(shí)施《交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》，特別強(qiáng)調(diào)加強(qiáng)新能源在船舶行業(yè)的應(yīng)用研究，要求推廣新能源、清潔能源等技術(shù)裝備，提升新能源船舶設(shè)計(jì)建造能力，強(qiáng)化新能源等前沿關(guān)鍵科技的研發(fā)。2020年6月，交通運(yùn)輸部發(fā)布《內(nèi)河航運(yùn)發(fā)展綱要》提出：加大新能源、清潔能源推廣應(yīng)用力度，推廣LNG節(jié)能環(huán)保船舶，探索發(fā)展純電力、清潔燃料等動(dòng)力船舶。

地方層面，各地方政府出臺(tái)的政策更具針對(duì)性，這些政策的發(fā)布與實(shí)施極大地推動(dòng)了當(dāng)?shù)仉姵貏?dòng)力船舶產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。如深圳市制定的《2018年“深圳藍(lán)”可持續(xù)行動(dòng)計(jì)劃》、廣州市制定的《廣州港口船舶排放控制作戰(zhàn)方案（2018-2020年）》、武漢市制定的東湖等封閉水域禁止運(yùn)行燃油船舶的要求，以及湖北省即將出臺(tái)的禁止封閉水域運(yùn)行燃油船舶的規(guī)定等。

2、規(guī)范基礎(chǔ)

電池動(dòng)力船舶屬于較新的船型，船舶及相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)尚處探索期，政策法規(guī)尚處于完善期，無(wú)論國(guó)際還是國(guó)內(nèi)相應(yīng)的法規(guī)都不夠健全。

國(guó)際方面，純電池動(dòng)力船舶的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)分散在國(guó)際海事公約、檢驗(yàn)法規(guī)、船級(jí)社規(guī)范和船舶及相關(guān)行業(yè)之中，但尚未形成體系。SOLAS公約規(guī)定了電源及發(fā)電機(jī)組的要求，但一直沒(méi)有將純電池動(dòng)力引入到公約當(dāng)中，成為制約國(guó)際航行電池動(dòng)力船舶發(fā)展的一個(gè)重要因素。《國(guó)際海運(yùn)危險(xiǎn)貨物規(guī)則》規(guī)范了電池組運(yùn)輸?shù)囊?。部分船?jí)社針對(duì)電動(dòng)船也發(fā)布了相關(guān)的指南和要求。國(guó)際電動(dòng)委員會(huì)（IEC）發(fā)布了22項(xiàng)涉及船舶電氣、蓄電池及燃料電池安全、性能、防爆領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)在一定程度上滿足了電池動(dòng)力船舶的要求，但未形成系統(tǒng)和完善的應(yīng)用規(guī)范。

國(guó)內(nèi)方面，電池動(dòng)力船舶的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定基本能夠滿足現(xiàn)階段電池動(dòng)力在船舶上的應(yīng)用。國(guó)內(nèi)標(biāo)委會(huì)制定了與IEC對(duì)口的相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)22項(xiàng)，能夠?yàn)楫?dāng)前電動(dòng)船舶的設(shè)計(jì)建造提供一定借鑒。2019年11月，中國(guó)船級(jí)社發(fā)布《純電池動(dòng)力船舶檢驗(yàn)指南》。自2011年起，交通運(yùn)輸部海事局組織開(kāi)展了電池動(dòng)力船舶技術(shù)規(guī)范的制定工作。并于2019年7月23日發(fā)布《內(nèi)河船舶法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則（2019年修改通報(bào)）》，2019年11月13日發(fā)布《內(nèi)河船舶法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則（2019）》，針對(duì)內(nèi)河船舶電氣要求和磷酸鐵鋰電池的性能特點(diǎn)，制定了相應(yīng)的技術(shù)要求。規(guī)則的出臺(tái)，大大促進(jìn)了船舶行業(yè)電動(dòng)化的快速發(fā)展。另外，東疆海事局在內(nèi)河電池動(dòng)力船舶規(guī)范基礎(chǔ)上，繼續(xù)積極推進(jìn)沿海電池動(dòng)力船舶技術(shù)規(guī)范的制修訂工作，磷酸鐵鋰電池在海船上的應(yīng)用已納入2020年船舶技術(shù)修訂重點(diǎn)工作。同時(shí)將加快推動(dòng)研究制定船用鋰離子電池基礎(chǔ)通用性能和試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

應(yīng)用現(xiàn)狀

電池動(dòng)力船舶是目前國(guó)際上最新穎的船型之一，其電氣化特點(diǎn)能夠?yàn)橄乱淮悄艽陌l(fā)展提供基礎(chǔ)。其設(shè)計(jì)和建造并不是動(dòng)力系統(tǒng)的簡(jiǎn)單替代，需要設(shè)計(jì)和建造理念的革新。對(duì)于設(shè)計(jì)和建造部門來(lái)講都是巨大的挑戰(zhàn)。其船舶系統(tǒng)及功能的配備、設(shè)備操作和船員技能的要求、作業(yè)環(huán)境對(duì)船舶的影響、事故和風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)防處置等方面較常規(guī)動(dòng)力船舶更為復(fù)雜。各船級(jí)社、海事部門等都處于研究起步階段，相關(guān)研究和設(shè)計(jì)體系尚不完善。

1、產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

從全球范圍看，電池動(dòng)力船舶的應(yīng)用正處于探索、示范期，運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)不足。截止2019年5月底，全球電動(dòng)船舶數(shù)量為155艘，其中包括營(yíng)運(yùn)船舶75艘，擬建造船舶80艘，已實(shí)現(xiàn)1000KWh到4000KWh之間較大容量電池動(dòng)力船舶的應(yīng)用。電池動(dòng)力的選擇上既有磷酸鐵鋰電池，也有三元鋰電池。我國(guó)內(nèi)河已建純電池動(dòng)力船舶20余艘，在建及計(jì)劃建造純電池動(dòng)力船舶10余艘。2015年以前，我國(guó)電池動(dòng)力船舶的應(yīng)用僅限于600KWh以下的小型船舶；2015年以后，使用的最大電池容量達(dá)到3000KWh,且全為磷酸鐵鋰電池。

我國(guó)電池行業(yè)發(fā)展相對(duì)成熟，但是船用產(chǎn)品及其配套產(chǎn)業(yè)占據(jù)的市場(chǎng)份額較小，參與船用電池認(rèn)證的企業(yè)較少，仍存在較大發(fā)展空間。電池動(dòng)力船舶的核心部件是為推進(jìn)電池及其配套的電池管理系統(tǒng)。在全球前十的電池制造商中，國(guó)產(chǎn)廠家占到五家。2020年第一季度國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池裝機(jī)量合計(jì)約5.68GWh，涉及的裝機(jī)動(dòng)力電池企業(yè)51家，其中寧德時(shí)代、比亞迪、國(guó)軒高科、億緯鋰能、中航鋰電等是排名靠前的企業(yè)，主要裝機(jī)產(chǎn)品是新能源汽車。國(guó)內(nèi)鋰電池配套船舶作為動(dòng)力源，必須經(jīng)過(guò)中國(guó)船級(jí)社（CCS）的資質(zhì)認(rèn)證。截至2019年10月，中國(guó)船級(jí)社已完成和正在進(jìn)行的船用電池產(chǎn)品認(rèn)證共37項(xiàng)，其中15項(xiàng)動(dòng)力電池項(xiàng)目、5項(xiàng)電池管理系統(tǒng)項(xiàng)目已經(jīng)完成審核工作。在電池管理系統(tǒng)方面，中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第712研究所、711研究所、704研究所已具備純電池動(dòng)力系統(tǒng)及整船解決方案的設(shè)計(jì)和供貨能力，無(wú)錫賽思億已具備船舶直流網(wǎng)電力推動(dòng)系統(tǒng)、混合動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)、試驗(yàn)站用電系統(tǒng)的供貨能力，中車上海漢格已具備直流電力推進(jìn)系統(tǒng)、交流電力推進(jìn)系統(tǒng)、ESS節(jié)能系統(tǒng)的供貨能力。

2、港口配套現(xiàn)狀

港口配套設(shè)施特別是充電設(shè)施是限制電動(dòng)船舶發(fā)展的因素之一。截至2018年底，我國(guó)已建成岸電2400余套，這些設(shè)備使用中存在與船舶供電不匹配等諸多問(wèn)題，并且不能直接為純電池動(dòng)力船舶進(jìn)行充電，但是為電池動(dòng)力船舶獲取動(dòng)力提供了較好的硬件基礎(chǔ)。隨著《船舶大氣污染物排放控制區(qū)實(shí)施方案》的持續(xù)推進(jìn)，特別是船用岸電使用方面政策的強(qiáng)制實(shí)施，全國(guó)岸電的配套規(guī)模和區(qū)域有望進(jìn)一步擴(kuò)大和提升。

面臨問(wèn)題

1、缺少統(tǒng)一規(guī)劃

一是電池動(dòng)力船舶推廣缺少統(tǒng)一部署。在電池動(dòng)力船舶的應(yīng)用和推廣中，鋰電池生產(chǎn)企業(yè)、電力企業(yè)、配套企業(yè)各自推進(jìn)，缺少國(guó)家層面的宏觀規(guī)劃，技術(shù)研發(fā)、發(fā)展路徑、推廣模式缺少統(tǒng)一的規(guī)劃和指導(dǎo)。目前，我國(guó)只有個(gè)別省市出臺(tái)了電動(dòng)船建設(shè)、改造補(bǔ)貼方案，如《深圳市綠色低碳港口建設(shè)補(bǔ)貼資金管理暫行辦法實(shí)施細(xì)則》《廣州港口船舶排放控制補(bǔ)貼資金實(shí)施方案》，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)，由于電池動(dòng)力船舶雖然使用成本低，但前期投入較多，電池動(dòng)力船舶推進(jìn)系統(tǒng)的造價(jià)一般是傳統(tǒng)動(dòng)力系統(tǒng)的2.2至2.5倍。由于電動(dòng)船產(chǎn)業(yè)規(guī)模較小，國(guó)家對(duì)新建、改建電池動(dòng)力船舶并未出臺(tái)專門的補(bǔ)貼政策，在電價(jià)優(yōu)惠、岸電規(guī)劃方面缺少統(tǒng)一的部署。

二是缺少對(duì)鋰電池全生命周期的規(guī)劃。鋰電池的生命周期受使用環(huán)境、充放電循環(huán)工況等因素的影響，電池一旦老化，安全風(fēng)險(xiǎn)會(huì)急劇增加。電池的負(fù)荷狀態(tài)（SOC）由100%降低到80%一般認(rèn)為電池即將壽命終止，按照目前的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，廠家承諾的電池壽命為8年，而船舶的壽命按照20～30年計(jì)算，在船舶的生命周期內(nèi)要進(jìn)行三到四次的電池更換，對(duì)于電池的生產(chǎn)、使用、報(bào)廢、分解以及再利用等整個(gè)生命周期的綜合處理，缺少相應(yīng)的政策引導(dǎo)。

2、技術(shù)法規(guī)不完善

一是船用標(biāo)準(zhǔn)尚未建立。鋰電池根據(jù)不同的應(yīng)用領(lǐng)域其性能標(biāo)準(zhǔn)不盡相同，目前船用鋰電池性能標(biāo)準(zhǔn)參用電動(dòng)汽車的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，基礎(chǔ)通用性能和試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)還未形成?？紤]到船用鋰電池蓄能能力是車用鋰電池能力級(jí)別的幾十倍甚至上百倍，且船用產(chǎn)品工作環(huán)境更惡劣、安全性能要求更高，因而船用試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)引用IEC及國(guó)標(biāo)電動(dòng)車標(biāo)準(zhǔn)，存在一定的局限性和不適用性。船用標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)建和完善是目前急需解決的問(wèn)題。

二是檢驗(yàn)法規(guī)尚不完善。雖然相關(guān)海事局已經(jīng)編制了內(nèi)河動(dòng)力船舶技術(shù)規(guī)范，但是由于船用鋰電池產(chǎn)業(yè)能力偏弱，尚不具備向長(zhǎng)途、大功率船舶供貨的能力，因而對(duì)于沿海電池動(dòng)力船舶相關(guān)法規(guī)的編制尚處于起步階段。

三是鋰電池作為船舶動(dòng)力應(yīng)用的研究有待進(jìn)一步深入。電池動(dòng)力船舶根據(jù)能源形式一般可歸為兩類：純電池動(dòng)力船舶和混合動(dòng)力船舶。由于電池動(dòng)力船舶實(shí)船較少，對(duì)此類系統(tǒng)的安全性、動(dòng)力匹配性研究及積累的經(jīng)驗(yàn)尚顯不足。兩種技術(shù)路徑的優(yōu)劣還有待實(shí)際運(yùn)營(yíng)的驗(yàn)證，缺少數(shù)據(jù)積累。純電池動(dòng)力的安全性差、能量密度低，以及一次性投入成本太高等缺點(diǎn)，是制約其在船舶領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用的主要障礙。動(dòng)力電池作為大容量?jī)?chǔ)能元件，其本身具有起火爆炸等隱患，在船舶航行中存在電池失效、控制系統(tǒng)失效風(fēng)險(xiǎn)，在船舶操縱過(guò)程中存在因故障、特殊天氣條件導(dǎo)致的安全返航風(fēng)險(xiǎn)，在船舶停泊充電期間存在船岸操作安全事故風(fēng)險(xiǎn)等。

3、企業(yè)技術(shù)水平不高

電池動(dòng)力船舶的整體性能取決于兩個(gè)方面：船舶設(shè)計(jì)建造水平和關(guān)鍵部件（如動(dòng)力電池和能源管理系統(tǒng)）生產(chǎn)質(zhì)量。船舶建造設(shè)計(jì)方面，依然處于初級(jí)階段，目前的電動(dòng)船依然是能源動(dòng)力的替換，需要按照電動(dòng)能源的性能特點(diǎn)，進(jìn)行創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)革新。就電池動(dòng)力和能源管理系統(tǒng)而言，并未形成具有明顯市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)的電池系統(tǒng)供應(yīng)廠商以及推進(jìn)和動(dòng)力供應(yīng)商，核心部件和產(chǎn)品與國(guó)外存在一定差距，船用電池系統(tǒng)、船用電池動(dòng)力制造能力尚且不足。

4、船型應(yīng)用受限

目前國(guó)內(nèi)鋰電池動(dòng)力船舶的容量一般控制5000KWh以下，其續(xù)航里程受充電裝置、充電時(shí)間的限制，其應(yīng)用僅限于在短途客運(yùn)、渡輪、景區(qū)旅游客船、短途定航線貨船領(lǐng)域。

政策建議

1、優(yōu)化管理政策，加快出臺(tái)專門的指導(dǎo)意見(jiàn)，破除發(fā)展障礙

加強(qiáng)對(duì)船用鋰電池產(chǎn)業(yè)政策的深入研究，了解電池動(dòng)力船舶市場(chǎng)的發(fā)展需求，提煉鋰電池在船舶動(dòng)力應(yīng)用中的階段性特征，從而把握發(fā)展規(guī)律，制定切實(shí)可行的政策措施，明確發(fā)展路徑和方向，在此基礎(chǔ)上出臺(tái)鋰電池船舶的中長(zhǎng)期科技發(fā)展規(guī)劃，進(jìn)一步深挖精研。

2、科學(xué)有序完善相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，促進(jìn)綠色發(fā)展

加快建立船用電池產(chǎn)品的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及體系，完善電動(dòng)船舶相關(guān)產(chǎn)品的準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化市場(chǎng)準(zhǔn)入的審批程序，在確保安全的基礎(chǔ)上，盡可能的擴(kuò)展鋰電池在船舶動(dòng)力應(yīng)用中的品類，為電池動(dòng)力船舶的發(fā)展提供標(biāo)準(zhǔn)支撐。

3、引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)合作，鼓勵(lì)科技創(chuàng)新

發(fā)揮企業(yè)在技術(shù)創(chuàng)新和科研投入中的主體地位，積極引導(dǎo)并推動(dòng)企業(yè)的戰(zhàn)略升級(jí)，瞄準(zhǔn)國(guó)際電動(dòng)船舶發(fā)展趨勢(shì)，加大研究開(kāi)發(fā)的投入力度，建立由骨干企業(yè)牽頭，科研機(jī)構(gòu)和高校共同參與實(shí)施的有效機(jī)制，依托骨干企業(yè)，圍繞關(guān)鍵核心技術(shù)的研發(fā)，提升電池本身的安全性能和蓄能能力，重點(diǎn)突破動(dòng)力電池、驅(qū)動(dòng)裝置、電池控制系統(tǒng)等核心產(chǎn)品技術(shù)，積極培育市場(chǎng)發(fā)展，引導(dǎo)船用電動(dòng)產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化，同時(shí)加大相關(guān)前沿技術(shù)的研發(fā)。

4、打造示范航線，發(fā)揮引領(lǐng)作用

基于電動(dòng)船尚不具備市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的客觀因素考慮，在環(huán)保要求比較高的區(qū)域，充分調(diào)動(dòng)地方政府的積極性，打造示范船型和運(yùn)營(yíng)航線，樹(shù)立標(biāo)桿企業(yè)，鼓勵(lì)電池動(dòng)力船舶的發(fā)展和運(yùn)營(yíng)。

5、強(qiáng)化質(zhì)量監(jiān)督，筑牢發(fā)展基礎(chǔ)

全面落實(shí)安全質(zhì)量責(zé)任，加大安全質(zhì)量監(jiān)管力度，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)中國(guó)船級(jí)社及地方船檢機(jī)構(gòu)的管理，強(qiáng)化檢驗(yàn)質(zhì)量監(jiān)管，提升檢驗(yàn)質(zhì)量，把好船用產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)，把好船舶安全第一關(guān)，推動(dòng)電池動(dòng)力船舶的安全持續(xù)發(fā)展。