梁译尹，刘隽

（1.交通运输部政策研究室，北京 100000 ；2.中国船级社上海分社，上海 200120）

1 内河电动船舶换电技术发展现状

2022 年12 月8 日，中远海运2 艘700 标箱长江干线电动集装箱船在江苏扬州投建。该船是以集装箱式移动电源为动力的万吨级江海直达船，船长119.8 米、型宽23.6 米、型深9 米，设计吃水5.5 米，配装36 个20英尺标箱（下同）箱式电源、2 台900 千瓦交流异步推进电机，设计航速10.5 节每小时，单次续航里程约380公里。配套岸基换电技术，在武汉、南京等港口布置换电码头实现分段续航，每次换电作业时长仅20～30 分钟。这种以集装箱式移动电源作为动力源、岸基换电续航的万吨级江海直达船在长江干线以船队运营尚属国内首次。与此前国内投用的64 标箱、120 标箱换电式集装箱船相比，该船在装载能力、续航里程方面均实现了新的突破，标志着内河电动船舶换电技术从研发进一步迈向应用。

1.1 研发应用和市场推广成果

内河电动船舶核心设备包括电源系统、电控系统和电推系统，集装箱式移动电源系指采用集装箱的箱体作为电池安装平台的蓄电池电源系统，通过吊装实现电池组替换。与直充模式相比，使用换电技术的船舶具有能源补充快、不占用码头岸线等优势，有利于提高港口周转效率和船舶运输效率。

从国外看，目前挪威、荷兰等国家相关企业已相继投用或正在建造以集装箱式移动电源为动力的中小型内河船舶。从国内看，2022 年2 月，湖北首艘120 标箱电动集装箱船（换电）开工建造；10 月，江苏省交通运输厅与省港口集团联合推动的120 标箱电动集装箱船（换电）“江远百合”号投入京杭运河运营；11 月，安徽芜湖—合肥105 标箱电动集装箱船（换电）示范项目投入运营；12 月，中远海运2 艘700 标箱电动集装箱船（换电）在扬州开工建造。相关企业也加快产业布局，中远海运组建“中国电动船舶创新联盟”，以长江流域为重点进行示范应用，推动船舶企业、港口企业、电池生产企业、船舶设计建造企业、电动系统研发企业、充换电配套服务企业、金融企业、技术认证单位和科研机构加强产业链合作；国家电投成立“科技+金融服务”产业平台，积极拓展船舶换电业务。

与此同时，多地政府加大产业扶持力度。福建省出台《2022 年福建省电动船舶产业发展试点示范实施方案》，对电推系统生产企业、电动船舶制造企业、通过融资租赁直租方式购入电动船舶的单位、电池租赁企业给予定量资金补助。湖北省印发《湖北省支持绿色智能船舶产业发展试点示范若干措施》，支持充（换）电基础设施、绿色航运综合服务区等配套设施建设和升级改造，对电池、电机、箱式电源、电池系统、充换电设备等上下游企业以及投资改造的船舶企业予以定量资金补助。《上海市交通节能减排专项扶持资金管理办法》规定，对新增电动船舶项目，按照动力系统成本30%予以补贴。《广州港口船舶排放控制补贴资金管理办法》亦规定，对电动船舶按照动力系统（包括电池及电推系统）予以定量补贴。总体上看，随着技术突破，船舶换电市场渗透率呈上升趋势。

1.2 制约因素

内河电动船舶换电技术在推广上也存在一些制约因素，主要表现为标准规范缺失和经济性约束。

一是在产品方面，各厂商研发生产的集装箱式移动电源在电池容量、充换电指标、接口等方面尚无统一标准，定期检测、维修保养也无统一规范，未来可能存在产品兼容性问题。此外，电池全周期管理、梯次利用、拆解回收方案仍需要进一步研究完善。

二是在管理方面，集装箱式移动电源在应用上具有船上使用、岸基吊装更换、陆路转运、换电场站充电和存放等多种场景，由于缺乏该类电源转运、配载以及换电场站建设、运营的安全管理体系和相关标准，电池的陆路转运、吊装更换、船上使用等场景应用与道路水路危险品货物运输、港口危险货物重大危险源管理之间的关系仍需进一步厘清确定。

三是在经济性方面，电动船初始建造成本比燃油船高1 倍左右，其中电池的初期投资成本一般占到电动船舶本体费用的 50%以上，且电池使用寿命仅为10 年（船舶使用寿命一般可达30 年），期间电池更替成本可观。此外，换电场站对选址、安防、设备、管理的要求高，投资需求大。

四是在技术方面，目前的电动船较多采用锂离子电池作为船用电池，受限电池能量密度，电动船的单次续航能力存在一定限制。电池技术瓶颈有待进一步研发突破。

2 内河电动船舶换电技术应用前景

2.1 内河船动力脱碳是交通运输降碳的重要目标

根据国际能源署、交通运输部规划研究院新近公开核算数据，综合节能减排和新冠疫情影响，2021 年我国交通运输碳排放量约10.6 亿吨（不含国际航空运输和远洋航运），较2020 年增长8.9%。其中，公路客运（含家用汽车，下同）、公路货运、铁路、航空、航运（含内河、沿海）分别占比40.9%、47.8%、0.7%、5.3%、5.3%。

如仅看运输设备，以2035 年基本实现交通运输碳达峰为目标，公路客运、公路货运降碳权重最大，需通过节能减排、新能源替代、调整运输结构等方式逐步实现碳达峰碳中和；铁路运输脱碳确定性最高，可通过提高电气化率基本实现近零碳；受燃料技术限制和货物周转量影响，航空和远洋、沿海航运降碳脱碳难度最大，需依靠生物质燃油、甲醇、氢能替代技术和碳捕集技术的发展成熟实现降碳。内河航运是航运领域中降碳脱碳潜力最大、可行性最高、技术相对最成熟的子领域，先行推动内河船动力降碳脱碳，有利于促进综合交通运输绿色低碳发展。

2.2 绿电较其他类型船舶低碳动力更具规模优势

船舶低碳动力的来源主要包括电能、LNG、甲醇、氢能四种能源。由于国内氢燃料电池技术发展尚未成熟，因此，我们主要比较LNG、甲醇和电能在内河船舶动力替代上的优劣。

2.2.1 LNG 动力

从长远看，以LNG 作为内河船舶替代能源的溢价较高，技术过渡性、对外依存性强。

一是燃料经济性的问题。据测算，新建和改造一艘1000 吨级LNG 动力船分别需500 万元、100 万元，初始投资比同类型柴油动力船高出30%。而2022 年受国际局势影响，国内LNG 全年均价为6354 元每吨，同比增长28.01%，比2019 年全年均价几乎翻了一番，综合考虑气价和国内运价变化，设备投资回收期进一步拉长。

二是燃料补给网的问题。根据交通运输部办公厅印发的《长江干线京杭运河西江航运干线液化天然气加注码头布局方案（2017-2025 年）》，到2025 年前，要基本建成长江干线、京杭运河、西江航运干线LNG 加注码头体系，长江干线布局45 处LNG 加注码头。但在实际推进中，LNG 加注站审批手续复杂，建设申报涉及发展和改革、住房和城乡建设、水利、海事和港航等10 余个部门，缺乏牵头协调部门。截至2022 年底，全国LNG 船舶加注站共31 座，其中运营仅5 座、已建成未运营12 座、在建14 座。以重庆巴南麻柳LNG 加注站为例，2011—2017 年陆续获得政府部门审批，项目一期投资约1.5 亿元，一年运营费用近1000 万元。但自2019 年试运营以来，只有50 余航次加注业务，收入不足百万元，一直处于亏损状态。此外，LNG 存储供应涉及港口岸线用地规划问题，布局推广难度较大。

三是燃料对外依存度的问题。我国是富煤贫油少气国家，2022 年全国天然气表观消费量（即当年产量加上净进口量）为3663 亿立方米，进口天然气10925 万吨（按每吨天然气1390 立方米计算，约合1518.58 亿立方米），进口占比约41%。如进一步推广内河船舶LNG 动力化，则国际天然气交易价格将持续影响我国内河运价结构。

四是技术过渡性的问题。从全球气候变化来看，生物燃料参与全球现代碳循环，从碳循环中吸收二氧化碳，燃烧时又释放出二氧化碳，二氧化碳达到平衡；而化石燃料燃烧只增加了现代碳循环中的二氧化碳含量，促进了全球气候变暖。作为化石能源，天然气氢碳比较煤和石油要高，在相同的质量下，热值比煤和石油高。获得相同单位热量下，天然气排放的二氧化碳数比石油产品和煤排放得少，但并非零碳排放燃料。与此同时，天然气主要由甲烷构成，如在生产运输使用过程中发生甲烷逃逸，则其产生的温室效应为二氧化碳的30 倍。从长远看，大范围推广LNG，不能根本性实现内河航运零碳目标。

2.2.2 甲醇动力

以甲醇作为内河船舶替代能源技术可行性、经济性较差。

一是甲醇热值低，大约只有燃油的一半。相同船型使用甲醇燃料就需要设计更大的燃料舱，影响经济性。

二是适用内河船舶的甲醇发动机目前处于研发阶段，商业化应用尚未成熟。

三是甲醇为非零碳燃料，在同等热值下若要实现碳中和，需从空气中捕捉CO2，并采用绿电电解水产生H2后生成甲醇（总反应：2CO2+4H2O=电解=2CH3OH+3O2），该工艺的制造成本是燃油的3 倍以上，经济性差。

2.2.3 电能动力

与LNG、甲醇相比，电能经济性好、更可持续。主要表现为以下几个方面。

一是价格优势。以80 标箱内河集装箱船舶为例，燃油船舶平均每公里油耗当下约为5 千克（45 元），纯电船舶平均每公里电耗约为18 千瓦时（13 元）。按照集装箱式移动电源营运期为10 年，应用经济内部收益率反向测算，当年节约成本在130 万元时，应用纯电动内河集装箱船舶具有经济效益。

二是零碳优势。电池放电过程中不产生二氧化碳等温室气体，船舶终端碳排放将全部转移至发电上游。

三是电动船舶更容易实现智能化无人化。全球首艘无人集装箱船“Yara Birkeland”号（120 标箱）即采用6.8兆瓦时电池的纯电动船舶。

四是再生能源利用优势。我国当前风电光伏发电不稳定，发电量占比不高，储能问题是关键。截至2022年底，全国风电光伏发电装机突破了7 亿千瓦，2022年风电光伏新增装机占全国新增装机的78%，新增风电光伏发电量占全国当年新增发电量的55%以上。随着蓄能和电消纳技术快速发展，未来可进一步替代火电机组，形成以可再生能源为主流、火电辅助稳定的能源结构。

2.3 换电模式较靠岸充电模式更加安全节约高效

一是建设集中式换电站较传统岸电充电站对岸线资源的利用率更高，避免电动船舶长时间充电占用岸线，提高运营时长。电池集中管理更便于电池溯源和梯次利用。

二是标准化程度高，可以使用通用的集装箱电池储能单元。

三是船舶换电站的建设只需要针对几条主要航道建设，可以批量规模化使用，覆盖难度相对较小。

四是换电模式可以船电分离，船东只需负担除动力源外的船舶费用，集装箱式移动电源可以通过租赁使用。换电站提供的充换电服务按照实际用电量进行度电收费，与船舶运费收入匹配，大幅降低了船东初次投资的负担。同时，换电船舶省去了传统燃油船舶全生命周期中高昂的发动机维修保养成本，结合油电能源成本的价差，在同等高效运营的情况下，换电船舶较同等配置的燃油船舶可实现较高的经济性价值。

五是可在20～30 分钟完成换电过程，便捷性极大提高，可极大保证船舶营运效率。

六是集装箱式移动电源可采取统一慢充方式，避免快充而引起的电池寿命问题。电池集装箱换下后进行集中充电管理，安全可控，大幅降低充电过程中的电池自燃概率，充电方式平稳可控，提升梯次利用价值。

七是集装箱式移动电源可在用电低谷时段充电，起到“削峰填谷”作用，充电方式平稳可控，对电网友好。

八是电池租赁公司可以根据用户需求调配集装箱式移动电源供给，保障航运企业需求与移动电源利用率最大化。

因此，我们认为换电技术路线可作为内河船舶电动化的首选技术路线。

3 关于试点推广内河电动船舶换电技术的建议

一是研究出台专项规划。以长江、西江干线流域为示范区，对水水联运、港内航行、定线航行等的内河集装箱船舶实施试点推广，支持地方和有关企业在沿线港口配设船舶换电作业设备设施、建设换电场站，推进船舶升级，进一步提高内河电动船舶换电技术渗透率，并为该技术创新研发提供丰富应用场景和有效市场需求。

二是联合制定产业政策。联合发展改革、工业和信息化、财政、税务等部门制定有关政策，引导中央和地方财政适度加强对内河电动船舶建（改）造，换电技术研发应用，集装箱式移动电源租赁、维修、回收等上下游企业的财税支持，引导产业健康规范发展。

三是加快完善标准规范。围绕构建统一开放交通运输市场，会同发展改革、工业和信息化、生态环境、应急管理等部门，加快完善内河电动船舶电池动力、箱式电源和换电技术相关标准规范。重点完善集装箱式移动电源的产品规格和生产标准，陆路转运、码头作业标准，充电场站建设、安防、存放、充电等技术标准，更好统筹发展和安全。

四是更好发挥协会作用。引导港口协会、船东协会、航海学会等发挥联系政府、服务企业、促进行业自律的作用，围绕内河船舶动力降碳脱碳开展综合性产业性研究，吸收企业和机构在技术研发、管理运营等方面创新成果，推广应用先进适用技术和管理模式，协助政府推动内河航运绿色低碳发展，帮助企业开拓市场、解决争端，促进船舶、港口、科技、能源、金融企业和科研院校集成创新。