目前,我国在船用锂电池的应用方面取得了一些成就,但在锂电池船舶的设计方面,.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,整体部署还需要进行.稳步推进。
基本情况
基于安全性能.成本.综合考虑能量密度等因素,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
为推动新能源在船舶工业领域的应用,国家和地方政府出台了一些针对锂电池在船舶领域应用的政策。
在国家层面,虽然没有专门针对电池动力船的激励政策,但相关政策可以在各种文件中看到。2018年11月30日,交通运输部发布《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.满足船舶排放控制要求的船载蓄电装置或尾气后处理等替代措施。2019年1月4日,生态环境部等11部委联合发布《柴油车污染治理行动计划》,鼓励淘汰使用内河航运船舶20年以上,强制报废使用年限以上的航运船舶,推广使用纯电动和天然气船舶。2019年9月,中共中央、国务院发布实施《交通强国建设纲要》,特别强调加强船舶行业新能源应用研究,要求推广新能源.清洁能源等技术装备,提高新能源船舶的设计和施工能力,加强新能源等前沿关键技术的研发。2020年6月,交通运输部发布了《内河航运发展纲要》,提出增加新能源.推广应用清洁能源,推广LNG探索环保船舶,探索纯电力发展.清洁燃料等动力船舶。
在地方一级,地方政府发布的政策更有针对性。这些政策的出台和实施,极大地促进了当地电池动力船产业的发展。例如,2018年由深圳制定“深圳蓝”可持续行动计划.《广州港口船舶排放控制作战计划(2018-2020)》.关于禁止在东湖等封闭水域运行燃油船的要求,以及湖北省即将出台的禁止在封闭水域运行燃油船的规定。
2.规范基础
电池动力船是一种相对较新的船型。船舶及相关产品的设计仍处于探索期,政策法规仍处于完善期。相应的国际和国内法规都不够健全。
在国际上,纯电池动力船的相关标准分散在国际海事公约中.检验法规.船级社规范和船舶及相关行业,但尚未形成体系。SOLAS《公约》规定了电源和发电机组的要求,但纯电池动力尚未引入《公约》,这已成为制约国际航行电池动力船发展的重要因素。《国际海上危险货物规则》规定了电池组运输的要求。一些船级机构还发布了有关电动船的指导方针和要求。国际电力委员会(IEC)22项涉及船舶电气.电池和燃料电池安全.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,但没有形成系统和完善的应用规范。
在国内,电池动力船的相关标准制定基本可以满足现阶段电池动力在船舶上的应用。国内标准委员会制定并IEC22项相关行业标准,可为当前电动船的设计和建造提供一定的参考。中国船级社于2019年11月发布了《纯电池动力船舶检验指南》。自2011年以来,交通运输部海事局组织制定了电池动力船舶技术规范。根据内河船舶电气要求和磷酸铁锂电池的性能特点,知)于2019年7月23日发布,《内河船舶法定检验技术规则(2019年)》于2019年11月13日发布。规则的出台极大地促进了船舶工业电气化的快速发展。此外,在内河电池动力船规范的基础上,东江海事局继续积极推进沿海电池动力船技术规范的制定和修订。磷酸铁锂电池在海洋船舶上的应用已被纳入2020年船舶技术修订的重点任务。同时,将加快研究和制定船用锂离子电池的基本通用性能和试验标准。
应用现状
电池动力船是世界上最新颖的船型之一,其电气化特性可以为下一代智能船的发展提供基础。它的设计和施工不是电力系统的简单替代品,而是设计和施工理念的创新。这对设计和施工部门来说是一个巨大的挑战。其船舶系统和功能设备.要求设备操作和船员技能.作业环境对船舶的影响.事故和风险的预防和处置比传统的动力船舶更为复杂。船级社会.海事部门等都处于研究初期,相关的研究和设计体系还不完善。
1.产业现状
从全球范围来看,电池动力船的应用正在探索.示范期间,缺乏操作经验。截至2019年5月底,全球电动船舶数量为155艘,其中包括75艘营运船舶和80艘拟建船舶,已实现1000艘KWh到4000KWh大容量电池动力船的应用。电池动力的选择包括磷酸铁锂电池和三元锂电池。中国内河已建成20多艘纯电池动力船,10多艘纯电池动力船正在建造和规划中。2015年以前,中国电池动力船的应用仅限于600KWh以下小型船舶;2015年后,最大电池容量达到30000KWh,而且都是磷酸铁锂电池。
我国电池行业发展相对成熟,但海洋产品及其配套行业的市场份额较小,参与海洋电池认证的企业较少,发展空间仍较大。电池动力船的核心部件是推广电池及其配套的电池管理系统。在全球十大电池制造商中,国内厂商占5家。2020年第一季度,国内动力电池总装机量约50%.68GWh,涉及51家动力电池安装企业,其中包括宁德时代.比亚迪.国轩高科.亿纬锂能.中航锂电池等是顶级企业,主要装机产品是新能源汽车。作为电源,国内锂电池配套船舶必须通过中国船级社(CCS)资格认证。截至2019年10月,中国船级社已完成并正在进行的船用电池产品认证认证,其中包括15项动力电池项目.已完成5个电池管理系统项目的审核。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研究所拥有纯电池动力系统和整船解决方案的设计和供应能力,无锡赛斯亿拥有直流电网电力推进系统.混合动力推进系统.测试站电力系统的供电能力,中车上海汉格有直流电力推进系统.交流动力推进系统.ESS节能系统的供应能力。
2.港口配套现状
港口配套设施,特别是充电设施,是制约电动船舶发展的因素之一。截至2018年底,中国已建成2400多套岸上电力。这些设备在使用中存在许多问题,如与船舶供电不匹配,不能直接为纯电池动力船舶充电,但它们为电池动力船舶获得动力提供了良好的硬件基础。随着《船舶大气污染物排放控制区实施方案》的不断推进,特别是电力使用政策的强制实施,预计全国岸上电力配套规模和区域将进一步扩大和完善。
面临问题
1.缺乏统一规划
首先,电池动力船的推广缺乏统一的部署。在电池动力船的应用和推广中,锂电池制造商.电力企业.配套企业缺乏国家层面的宏观规划和技术研发.发展路径.推广模式缺乏统一的规划和指导。目前,我国只有部分省市出台了电动船建设.改造补贴计划,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》和《广州港口船舶排放控制补贴资金实施计划》,积累了一定的经验。同时,虽然电池动力船的使用成本较低,但早期投资较多,但电池动力船推广系统的成本一般为传统电力系统的2.2-2.5倍。由于电动船产业规模较小,国家对新建工业进行了重建.电池动力船改造没有出台专项补贴政策,电价优惠.缺乏统一的岸电规划部署。