随着动力电池技术不断发展，船舶电动化趋势渐升，纯电池动力系统船舶在全球已得到广泛推广应用。根据英国克拉克松研究的近年统计数据，全球营运中和拟建造的电动船舶数量为155艘，其中营运中船舶75艘，拟建造船舶80艘。电动船舶的快速发展得益于电池动力自身的优点以及政府和环境等各方面对行业的加持。
电动船舶技术特点
目前电动船舶主要应用于民用领域，注重内湖、内河以及近海港口，从应用船型上看可以分为车客渡船、客船、港口拖船、港务船以及海工船等；从应用吨位上可分为500吨以下、500-2000吨、2000-5000吨、5000吨以上等。
船舶使用锂电池做动力驱动的特点是电动船舶具有绿色环保、零污染、安全以及使用成本低等，根据锂电研究所测算，船舶每百公里运行成本，柴油动力船舶为4100元，LNG燃料船舶为3700元，电动船舶为2800元。电动船舶的运行成本明显低于柴油和LNG燃料船舶。同时由于电动船舶结构简单，转动部件少，工作可靠，所以维护成本极低，电动船舶非常符合当下发展绿色船舶的趋势。
现阶段超过5000吨级的中大型船舶完全锂电化替代难度较大，会以少量混合动力型为主要，每年旧船更新以及新入船舶中锂电化的比例将呈现逐年增长趋势。
.jpg)
未来民用机动船舶数量总数量与总吨位将呈现下降走势，对应的内江、内湖的船舶总吨位也将呈下降趋势，但船舶单位吨位重量有轻微上升（人员或货物总量不变的情况下）。
未来景区游船以及2000吨以下客船以及渡船将首先实现电动化，目前新疆、武汉的客轮与渡轮大多数实现纯电动化，未来在中部地区、长三角地区等诸多水系风景区将有更多的纯电动化船舶运行。
未来7年，按照每年民用船舶总数量按照平均下降4.9%计，单位船舶吨位平均净重0.178万吨/艘计，内湖船舶总吨位占比民用机动船舶总吨位平均按照92%的比例计。
电动船舶的优势分析
船舶动力系统的发展经历了蒸汽动力装置、汽轮机动力装置和目前主流的柴油机动力装置三个主要阶段。新兴的纯电力推进和常规的柴油机机械推进相比，具有如下优点：
经济性好。纯电动船舶较常规柴油机船舶运营成本具有较大优势，以拖轮为例测算，纯电动船舶使用寿命30年内动力消耗可节省一条常规拖轮的造价, 经济性可观。
操纵性好。纯电动船舶的推进电机转速易于调节，螺旋桨采用全回转设计，在正反转各种转速下都能提供恒定的转矩，因此能得到最佳的工作特性。具体来说船舶来车快，更利于船舶瞬时操纵。
可靠性强。柴油机推进的船舶，一旦主机重要部件或舵机、辅机出现故障往往会致船舶瘫痪。纯电力推进船舶使用多组电池组作为能源并互为备用，电池管理系统可以及时隔离故障组，不影响其它电池组正常供电。
空间利用率高。传统船舶轴系长度往往占到船长的40%左右，纯电力推进的船舶替代了传统的传动轴系、发电机、分油机、油柜、燃油锅炉等设备设施以及燃油管线，改善了机舱的布置，可以更加合理地利用机舱空间。
环保性能佳。纯电力推进船舶大大减少了船上振动和噪音，提高了船员和乘客的舒适度且工作期间无大气污染物排放，也减少了燃油对水域污染的可能性。电池到达使用寿命后，厂家对废旧电池进行回收和集中处理，避免生态环境污染。
为船舶智能化发展提供了路径。纯电动船舶摒除了大量燃油机器设备，取而代之的是操控便捷、集成化智能化更高的电气设备，自动化程度高，更有利于实现“机驾合一”模式，甚至可以进一步推进船舶智能化发展，实现未来无人船舶愿景。
.jpg)
电动船舶的风险研究
电池动力船舶相对于传统船舶的主要区别在于动力源的改变，将传统以柴油为燃料的柴油机动力源改为动力电池，这将实现船舶航行过程中的无污染、低噪音，但也涉及了新的风险点。
船舶失电风险
作为全船唯一的动力来源，电池动力系统不仅要提供船舶航程所需的电力，还需要保障对船舶正常航行、船舶安全及冷藏货物所必需的设备供电，并保证至少最低舒适的居住条件和生活条件的供电。在电池动力系统严重受损情况下，将造成全船同时失去动力和电力。而船舶的航行环境与陆上环境有很大不同，大多数水域水是流动的，受气象、水文、航道和交通等因素影响，一旦失去动力，极有可能引发撞船、搁浅等船舶事故。因此，电池动力船舶设计需认真考虑船舶失电风险。
火灾风险
2018年中国新能源汽车保有量为261万辆，国家市场监督管理总局数据显示，2018 年中国至少发生了40起涉及新能源汽车的火灾事故。2021年1月到9月，国内已发生多起新能源汽车起火事件，平均一个月至少3起以上。幸运的是电动汽车车主开门便可逃生，因此以上事故并无造成人员伤亡，但也提醒我们必须正视动力电池的火灾风险和安全性。目前全球只有七十多艘电池动力船舶，营运经验积累匮乏。船舶相对于汽车有着明显的工作环境差异，不能仅借鉴现有电动汽车的经验来评估电动船舶的安全性。
锂电池热失控
锂电池作为船舶动力唯一来源，其系统安全关系到船舶本质安全。锂电池本身存在诸如电池自身安全性风险、电池系统缺陷及保护系统不到位风险、锂离子电池使用环境温升风险、能量集聚风险、碰撞风险、电池管理系统故障或与船舶管理系统协调风险、管理与维护不当风险等。这些风险会直接或间接导致锂电池发生热失控事件，因此理解热失控事件机理及热失控事件带来的后果对分析锂电池动力船舶安全性及事故应急处理等具有非常重要的意义。
电池发生热失控事故时，如果电池已发生燃烧，会产生更多热量而相应释放气体量则减少。如没有发生燃烧则相反。因此在进行热风险评估时需在大量发热与大量爆炸性和有毒气体产生之间进行权衡，应考虑是否在靠近地板和靠近天花板分别应用与舱室爆炸风险相关的气体检测。
锂电池舱发生火灾后，工作人员进行现场勘查时应做好人身防护。进入现场勘验时，工作人员应准备防触电设备，制定触电应急措施，并对舱内气体进行采样检测，在确保人员安全的前提下展开现场勘验，避免事故现场对人员造成次生伤害。
电池舱通风要求
热失控事故不仅会造成温度升高热蔓延，还会释放具有燃烧爆炸性及毒性气体。分析磷酸铁锂电池热失控实验发现，局域电池温度并没有明显剧烈温升但是存在大量气体释放现象。为了防止热失控事件后果升级，可以通过应急通风减少或消除气体释放产生的气体云团。
.jpg)
电动船舶的发展前景
当前，电动船舶的大规模推广应用受制于电池动力船舶相关标准缺失、充电设施不完善、电网供电能力有限、商业模式不清晰等问题，亟需多方合力解决。但是船舶电动化是重要的发展方向，也是船舶行业实现节能减排和转型升级的重要路径。我国发展电动船舶具有得天独厚的技术和产业优势，相信通过技术攻关解决关键瓶颈，通过示范运行明晰商业模式，电动船舶将在船舶航运市场占据一席之地。
“新能源船舶电动化趋势明显，且呈现加速态势。”在武汉长江船舶设计院有限公司有关负责人汤文军看来，船舶装备升级，为传统动力系统产业创造了新的发展机遇。新能源船舶发展必将和锂电池、燃料电池、直流配电、电机、供电等系统的产业发展深度融合，产业形态将更加复杂。产业融合发展会带来新的发展空间，产业发展模式将有大变革，包括社会资本介入，也将促进船舶行业快速发展。
.jpg)
业内人士提出，电动船舶从示范走向推广，需要破除一系列发展障碍，如：充换电模式和盈利模式，技术迭代带来的投资风险，岸电配套建设，纯电动船舶建造规范等。
“为进一步发挥纯电动内河集装箱船舶优势，我们将加快拓展应用场景，在京杭运河江苏段全域和其他干线航道开通航线，并力争尽早开辟苏南、苏北和太仓至与上海外高桥的‘沪太通快线’。”省交通运输厅副厅长梅正荣表示，预计到2025年，将投入超过17艘纯电动内河集装箱船舶，形成6条“零碳”集装箱航线，以低碳绿色发展，全面支撑和引领交通强国试点和交通运输现代化示范区建设。
来源：燃料电池与混合动力船舶
