鋰電池在船舶應用現狀及發展建議

李 偉 廣東海事局 羅選斌

為促進綠色航運發展，推進電池動力在船舶上的應用成為趨勢。電池動力船舶具有零排放、噪音小、震動小、舒適性高的特點，適用于在環保要求等級較高的水域運營。目前，我國在船用鋰電池應用領域取得了一些成績，但在鋰電池船舶設計、建造、標準制定、配套設施、推廣應用、政策方面還存在一些問題，尚需進行整體部署、穩步推進。

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力電池。

1、政策基礎

為了推進新能源在船舶產業領域的應用，國家和地方出臺了一些針對鋰電池在船舶領域應用的政策。

國家層面，雖然沒有專門針對電池動力船舶的鼓勵政策，但相關政策可見于各文件中。2018年11月30日，交通運輸部印發《船舶大氣污染排放控制區實施方案》，鼓勵船舶使用清潔能源、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，生態環境部等11部委聯合印發《柴油貨車污染治理攻堅行動計劃》，鼓勵淘汰使用20年以上內河航運船舶，依法強制報廢超過使用年限的航運船舶，推廣使用純電動和天然氣船舶。2019年9月，中共中央國務院印發實施《交通強國建設綱要》，特別強調加強新能源在船舶行業的應用研究，要求推廣新能源、清潔能源等技術裝備，提升新能源船舶設計建造能力，強化新能源等前沿關鍵科技的研發。2020年6月，交通運輸部發布《內河航運發展綱要》提出：加大新能源、清潔能源推廣應用力度，推廣LNG節能環保船舶，探索發展純電力、清潔燃料等動力船舶。

地方層面，各地方政府出臺的政策更具針對性，這些政策的發布與實施極大地推動了當地電池動力船舶產業的發展。如深圳市制定的《2018年“深圳藍”可持續行動計劃》、廣州市制定的《廣州港口船舶排放控制作戰方案（2018-2020年）》、武漢市制定的東湖等封閉水域禁止運行燃油船舶的要求，以及湖北省即將出臺的禁止封閉水域運行燃油船舶的規定等。

2、規范基礎

電池動力船舶屬于較新的船型，船舶及相關產品的設計尚處探索期，政策法規尚處于完善期，無論國際還是國內相應的法規都不夠健全。

國際方面，純電池動力船舶的相關標準分散在國際海事公約、檢驗法規、船級社規范和船舶及相關行業之中，但尚未形成體系。SOLAS公約規定了電源及發電機組的要求，但一直沒有將純電池動力引入到公約當中，成為制約國際航行電池動力船舶發展的一個重要因素。《國際海運危險貨物規則》規范了電池組運輸的要求。部分船級社針對電動船也發布了相關的指南和要求。國際電動委員會（IEC）發布了22項涉及船舶電氣、蓄電池及燃料電池安全、性能、防爆領域的標準。這些標準在一定程度上滿足了電池動力船舶的要求，但未形成系統和完善的應用規范。

國內方面，電池動力船舶的相關標準制定基本能夠滿足現階段電池動力在船舶上的應用。國內標委會制定了與IEC對口的相關行業標準22項，能夠為當前電動船舶的設計建造提供一定借鑒。2019年11月，中國船級社發布《純電池動力船舶檢驗指南》。自2011年起，交通運輸部海事局組織開展了電池動力船舶技術規范的制定工作。并于2019年7月23日發布《內河船舶法定檢驗技術規則（2019年修改通報）》，2019年11月13日發布《內河船舶法定檢驗技術規則（2019）》，針對內河船舶電氣要求和磷酸鐵鋰電池的性能特點，制定了相應的技術要求。規則的出臺，大大促進了船舶行業電動化的快速發展。另外，東疆海事局在內河電池動力船舶規范基礎上，繼續積極推進沿海電池動力船舶技術規范的制修訂工作，磷酸鐵鋰電池在海船上的應用已納入2020年船舶技術修訂重點工作。同時將加快推動研究制定船用鋰離子電池基礎通用性能和試驗標準。

應用現狀

電池動力船舶是目前國際上最新穎的船型之一，其電氣化特點能夠為下一代智能船的發展提供基礎。其設計和建造并不是動力系統的簡單替代，需要設計和建造理念的革新。對于設計和建造部門來講都是巨大的挑戰。其船舶系統及功能的配備、設備操作和船員技能的要求、作業環境對船舶的影響、事故和風險的預防處置等方面較常規動力船舶更為復雜。各船級社、海事部門等都處于研究起步階段，相關研究和設計體系尚不完善。

1、產業現狀

從全球范圍看，電池動力船舶的應用正處于探索、示范期，運營經驗不足。截止2019年5月底，全球電動船舶數量為155艘，其中包括營運船舶75艘，擬建造船舶80艘，已實現1000KWh到4000KWh之間較大容量電池動力船舶的應用。電池動力的選擇上既有磷酸鐵鋰電池，也有三元鋰電池。我國內河已建純電池動力船舶20余艘，在建及計劃建造純電池動力船舶10余艘。2015年以前，我國電池動力船舶的應用僅限于600KWh以下的小型船舶；2015年以后，使用的最大電池容量達到3000KWh,且全為磷酸鐵鋰電池。

我國電池行業發展相對成熟，但是船用產品及其配套產業占據的市場份額較小，參與船用電池認證的企業較少，仍存在較大發展空間。電池動力船舶的核心部件是為推進電池及其配套的電池管理系統。在全球前十的電池制造商中，國產廠家占到五家。2020年第一季度國內動力電池裝機量合計約5.68GWh，涉及的裝機動力電池企業51家，其中寧德時代、比亞迪、國軒高科、億緯鋰能、中航鋰電等是排名靠前的企業，主要裝機產品是新能源汽車。國內鋰電池配套船舶作為動力源，必須經過中國船級社（CCS）的資質認證。截至2019年10月，中國船級社已完成和正在進行的船用電池產品認證共37項，其中15項動力電池項目、5項電池管理系統項目已經完成審核工作。在電池管理系統方面，中國船舶重工集團公司第712研究所、711研究所、704研究所已具備純電池動力系統及整船解決方案的設計和供貨能力，無錫賽思億已具備船舶直流網電力推動系統、混合動力推進系統、試驗站用電系統的供貨能力，中車上海漢格已具備直流電力推進系統、交流電力推進系統、ESS節能系統的供貨能力。

2、港口配套現狀

港口配套設施特別是充電設施是限制電動船舶發展的因素之一。截至2018年底，我國已建成岸電2400余套，這些設備使用中存在與船舶供電不匹配等諸多問題，并且不能直接為純電池動力船舶進行充電，但是為電池動力船舶獲取動力提供了較好的硬件基礎。隨著《船舶大氣污染物排放控制區實施方案》的持續推進，特別是船用岸電使用方面政策的強制實施，全國岸電的配套規模和區域有望進一步擴大和提升。

面臨問題

1、缺少統一規劃

一是電池動力船舶推廣缺少統一部署。在電池動力船舶的應用和推廣中，鋰電池生產企業、電力企業、配套企業各自推進，缺少國家層面的宏觀規劃，技術研發、發展路徑、推廣模式缺少統一的規劃和指導。目前，我國只有個別省市出臺了電動船建設、改造補貼方案，如《深圳市綠色低碳港口建設補貼資金管理暫行辦法實施細則》《廣州港口船舶排放控制補貼資金實施方案》，積累了一定的經驗。同時，由于電池動力船舶雖然使用成本低，但前期投入較多，電池動力船舶推進系統的造價一般是傳統動力系統的2.2至2.5倍。由于電動船產業規模較小，國家對新建、改建電池動力船舶并未出臺專門的補貼政策，在電價優惠、岸電規劃方面缺少統一的部署。

二是缺少對鋰電池全生命周期的規劃。鋰電池的生命周期受使用環境、充放電循環工況等因素的影響，電池一旦老化，安全風險會急劇增加。電池的負荷狀態（SOC）由100%降低到80%一般認為電池即將壽命終止，按照目前的技術標準，廠家承諾的電池壽命為8年，而船舶的壽命按照20～30年計算，在船舶的生命周期內要進行三到四次的電池更換，對于電池的生產、使用、報廢、分解以及再利用等整個生命周期的綜合處理，缺少相應的政策引導。

2、技術法規不完善

一是船用標準尚未建立。鋰電池根據不同的應用領域其性能標準不盡相同，目前船用鋰電池性能標準參用電動汽車的相關標準，基礎通用性能和試驗標準還未形成。考慮到船用鋰電池蓄能能力是車用鋰電池能力級別的幾十倍甚至上百倍，且船用產品工作環境更惡劣、安全性能要求更高，因而船用試驗標準引用IEC及國標電動車標準，存在一定的局限性和不適用性。船用標準的構建和完善是目前急需解決的問題。

二是檢驗法規尚不完善。雖然相關海事局已經編制了內河動力船舶技術規范，但是由于船用鋰電池產業能力偏弱，尚不具備向長途、大功率船舶供貨的能力，因而對于沿海電池動力船舶相關法規的編制尚處于起步階段。

三是鋰電池作為船舶動力應用的研究有待進一步深入。電池動力船舶根據能源形式一般可歸為兩類：純電池動力船舶和混合動力船舶。由于電池動力船舶實船較少，對此類系統的安全性、動力匹配性研究及積累的經驗尚顯不足。兩種技術路徑的優劣還有待實際運營的驗證，缺少數據積累。純電池動力的安全性差、能量密度低，以及一次性投入成本太高等缺點，是制約其在船舶領域大規模應用的主要障礙。動力電池作為大容量儲能元件，其本身具有起火爆炸等隱患，在船舶航行中存在電池失效、控制系統失效風險，在船舶操縱過程中存在因故障、特殊天氣條件導致的安全返航風險，在船舶停泊充電期間存在船岸操作安全事故風險等。

3、企業技術水平不高

電池動力船舶的整體性能取決于兩個方面：船舶設計建造水平和關鍵部件（如動力電池和能源管理系統）生產質量。船舶建造設計方面，依然處于初級階段，目前的電動船依然是能源動力的替換，需要按照電動能源的性能特點，進行創造性的設計革新。就電池動力和能源管理系統而言，并未形成具有明顯市場優勢的電池系統供應廠商以及推進和動力供應商，核心部件和產品與國外存在一定差距，船用電池系統、船用電池動力制造能力尚且不足。

4、船型應用受限

目前國內鋰電池動力船舶的容量一般控制5000KWh以下，其續航里程受充電裝置、充電時間的限制，其應用僅限于在短途客運、渡輪、景區旅游客船、短途定航線貨船領域。

政策建議

1、優化管理政策，加快出臺專門的指導意見，破除發展障礙

加強對船用鋰電池產業政策的深入研究，了解電池動力船舶市場的發展需求，提煉鋰電池在船舶動力應用中的階段性特征，從而把握發展規律，制定切實可行的政策措施，明確發展路徑和方向，在此基礎上出臺鋰電池船舶的中長期科技發展規劃，進一步深挖精研。

2、科學有序完善相關標準規范，促進綠色發展

加快建立船用電池產品的行業標準及體系，完善電動船舶相關產品的準入標準，優化市場準入的審批程序，在確保安全的基礎上，盡可能的擴展鋰電池在船舶動力應用中的品類，為電池動力船舶的發展提供標準支撐。

3、引導產業合作，鼓勵科技創新

發揮企業在技術創新和科研投入中的主體地位，積極引導并推動企業的戰略升級，瞄準國際電動船舶發展趨勢，加大研究開發的投入力度，建立由骨干企業牽頭，科研機構和高校共同參與實施的有效機制，依托骨干企業，圍繞關鍵核心技術的研發，提升電池本身的安全性能和蓄能能力，重點突破動力電池、驅動裝置、電池控制系統等核心產品技術，積極培育市場發展，引導船用電動產品的產業化，同時加大相關前沿技術的研發。

4、打造示范航線，發揮引領作用

基于電動船尚不具備市場競爭優勢的客觀因素考慮，在環保要求比較高的區域，充分調動地方政府的積極性，打造示范船型和運營航線，樹立標桿企業，鼓勵電池動力船舶的發展和運營。

5、強化質量監督，筑牢發展基礎

全面落實安全質量責任，加大安全質量監管力度，進一步加強對中國船級社及地方船檢機構的管理，強化檢驗質量監管，提升檢驗質量，把好船用產品質量關，把好船舶安全第一關，推動電池動力船舶的安全持續發展。