航运瞄准电池供电的未来

Nature Energy Journal上的一项新研究探索了集装箱船直接电气化的经济和环境效益，该研究表明，电池的显著改进已经释放了为今天航行5000公里的大型集装箱船通电的潜力。

 

 

该报告的主要发现由加州伯克利的三位科学家撰写，表明集装箱船的电气化在长达5000公里的航程中更为经济，效率是绿色氢和氨等电子燃料的三到五倍。

 

 

该研究称，使用当前技术，全球40%以上的集装箱运输可以经济高效地实现电气化，同时还指出，电池式集装箱运输可以将美国船舶的二氧化碳排放量减少14%。

 

 

该研究称，必须重新调整最小运载能力，以容纳短至中等长度航线上大多数船舶大小级别的电池系统。对于7650标准箱的集装箱船，电池系统所需的体积小于目前用于3000公里以下航线的冰和燃油箱的体积。

 

 

一个220兆瓦的充电器可以在24小时内为一艘7650标准箱的集装箱船充电。对于需要更大电池容量的较长航程，该研究的作者建议，海上充电基础设施可以战略性地位于全球航运阻塞点，如霍尔木兹海峡、巴拿马运河和马六甲海峡，在这些地方，船只通常会排几天的队等待通过。

 

 

在更长航程内，电池电力船与冰船的成本平价的主要约束是电池成本。对于能够穿越大西洋或太平洋的10000公里航程的电池电力船，电池价格需要达到20 kWh，才能在不充电的情况下实现成本效益。考虑到这些电池所用材料的成本，目前的商用锂电池技术和固态电池等新兴技术预计不会下降到这种程度。然而，为低成本材料的长时间存储应用而设计的电池技术正在开发中。例如，该报告预测，铁-空气电池提供的能量密度相当于当前锂离子电池成本的一小部分，并可能为具有成本竞争力的远程运输提供途径。

 

 

如今，这种高效、经济的集装箱运输零排放解决方案似乎已经面世，大大早于之前的设想，总部位于美国的Fleetzero等先驱正准备为世界航运业提供一个电池供电的未来。

 

 

一艘80米长的全电动集装箱船“亚拉比克兰”号已在挪威开始自主运营。日本、中国、瑞典和丹麦也在进行类似的电池电力船项目。

至少在不久的将来，采用全电力推进的远洋船舶可能仍无法预见。然而，不可否认的是，航运业着眼于电池供电的未来，人们对电动船舶发展的兴趣日益浓厚就证明了这一点。

就目前的电池技术而言，全电动船舶将继续主要用于港口和沿海航运中的短距离运输。

然而，根据 DNV GL 电池服务和项目总监 Narve Mjøs 的说法，该行业确实越来越多地看到深海船舶使用电池来优化动力使用——无论是在推进力还是辅助动力方面——以节省燃料和降低维护成本。

“使用电池提供无排放港口航行的插电式混合动力解决方案也将变得更加普遍，并且随着电池价格的持续下降，将越来越多地用于更多的船舶航线，”Mjøs 观察到。

事实上，根据 Mjøs 的说法，电池驱动的船舶已经取得了“惊人”的市场渗透率，从 2010 年的几乎为零增加到目前运营或在建的 364 艘。

“电池安装速度更快地达到了今天的水平。多年来，液化天然气的建造速度越来越慢，而其他替代燃料的第一艘船正在订购或投入运营。在渡轮等某些领域，电动或混合动力似乎几乎是首选，”他说。

随着航运业面临越来越严格的 IMO 减排法规，零排放的全电动船舶将成为海上运营的理想资产。

2018 年，国际海事组织通过了到 2050 年减少温室气体 (GHG) 排放的初步战略。随着航运业从 2020 年开始朝着 0.5% 的燃料硫含量上限迈进，下一步将是温室气体减排，即所谓的中期- 到 2030 年，与 2008 年的水平相比，每项运输工作的二氧化碳 (CO2) 排放量平均减少 40%。
 

到 2050 年，IMO 要求与 2008 年的水平相比每年温室气体排放总量减少 50%，此外还鼓励进一步努力完全淘汰温室气体排放。

虽然全电力推进能使航运走多远仍然是一个问号，但电池技术的使用肯定有助于节省燃料，从而在许多方面减少温室气体排放。

“电池是减少燃料消耗和成本、维护和空气排放的主要推动力。更重要的是，电力可以最大限度地减少噪音和振动，并提高船舶的响应能力和安全性，”Mjøs 说。

“电池允许通过更少的发动机和更高的利用率来优化车载发电机组，同时降低燃料消耗，并实现平均负载而不是峰值负载。它们还可以储存从废热回收、起重机再生制动和可再生能源（如风能或太阳能）中收集的能量。此外，他们还可以优化使用液化天然气和其他环保燃料的推进系统，并提高减排技术的性能，”他解释道。

例如，渡轮的电池混合动力可以节省 10-30% 的燃料成本，投资回收期为三到五年，而全电动渡轮可以节省 30-80% 的燃料成本，具体取决于石油和电力价格.

Mjøs 分享说，在最近与 SolstadFarstad 的 DNV GL 项目中，该公司正在根据 DNV GL 的电池功率符号将两个 PSV 转换为混合动力。这艘 5,300 载重吨的船舶将安装 560 kWh 的电池来取代柴油发电机，从而减少 15-20% 的排放量。在另一个 DNV GL 项目中，Hurtigruten 订购了两艘 140 米的混合动力游轮，电池动力补充辅助发动机，用于旋转备用和调峰，从而减少 20% 的燃料消耗。
 

本月早些时候，日本公司 Mitsui OSK Lines (MOL)、Asahi Tanker、Mitsubishi Corp 和 Exeno Yamamizu Corp 联手成立了一家名为 e5 Lab 的新公司，以开发和推广零排放全电动船舶。

e5 Lab 的目标是到 2021 年中期建造世界上第一艘零排放沿海油轮，该油轮将由大容量电池提供动力。新公司还将推动沿海和远洋船舶的电气化，以帮助海运业实现IMO 50%的温室气体减排目标。