姜 磊，梁 強(qiáng)，李 響，楊 瑞

不同船型的內(nèi)河純電池動力船舶經(jīng)濟(jì)性分析

姜 磊1，梁 強(qiáng)2，李 響1，楊 瑞1

（1. 交通運(yùn)輸部水運(yùn)科學(xué)研究院，北京 100088；2.中國長江電力股份有限公司檢修廠，湖北宜昌 443000）

本文采用多學(xué)科交叉融合的分析方法，利用技術(shù)經(jīng)濟(jì)學(xué)中的經(jīng)濟(jì)適用性及效益分析理論，對內(nèi)河純電池動力船的經(jīng)濟(jì)適用性進(jìn)行分析。重點(diǎn)面向干散貨船、集裝箱船、客船三種進(jìn)行橫向?qū)Ρ?，分析了其三者運(yùn)營經(jīng)濟(jì)性及全周期經(jīng)濟(jì)性，得出了純電池動力在我國內(nèi)河不同船型的適用性。

純電池動力 船舶 經(jīng)濟(jì)性船型

0 引言

純電池動力船舶是指以蓄電池為推進(jìn)電源的船舶。蓄電池包含鋰離子蓄電池和能量型超級電容器，可用作推進(jìn)電源、主電源、應(yīng)急電源、備用電源、起動電源和其他輔助電源[1]。純電池動力船舶運(yùn)營期間可實(shí)現(xiàn)NOX、SOX、CO2、PM等“零排放”，且振動小、噪音低、大幅減少含油污水排放，能夠有效防治船舶大氣污染、水污染，改善沿岸人居環(huán)境、優(yōu)化航運(yùn)能源結(jié)構(gòu)、推動產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，成為航運(yùn)業(yè)綠色船舶技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一[2]。我國純電池動力船舶采用的動力方案主要有全鋰電池、全超級電容、鋰電池+超級電容3種方案，隨著近年來技術(shù)日益成熟，全鋰電池動力方案成為主流[3]。本文針對全鋰電池動力方案的純電池動力船舶進(jìn)行分析。

1 純電池動力船舶造價(jià)分析

船舶鋰電池容量配置的主要影響因素包括主機(jī)推進(jìn)功率、航線距離、航行速度以及生活用電功率等。根據(jù)交通運(yùn)輸部相關(guān)統(tǒng)計(jì)，“十三五”期我國內(nèi)河貨物平均運(yùn)距約為400公里，旅客平均運(yùn)距約為25公里；長江現(xiàn)有干散貨、集裝箱、客運(yùn)船舶不同噸級平均主機(jī)功率配置如表1所示。

表1 干散貨船平均主機(jī)功率及運(yùn)距

圖1 干散貨船主機(jī)功率隨噸級變化趨勢

表2 集裝箱船平均主機(jī)功率及運(yùn)距

客船方面，由于不同地區(qū)和航線的客船個(gè)性化較強(qiáng)，航速及裝修等生活設(shè)施配置選擇差異性較大，但主機(jī)功率配置總體上隨著船舶噸級增加而增大。

表3 客船主機(jī)配置及造價(jià)估算

圖2 客船平均主機(jī)功率

純電池動力船舶相比柴油動力船舶增加費(fèi)用主要包括電池動力系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)及電控系統(tǒng)等。電池容量按照鋰電池配置滿足單航次用電量需求并冗余約20%估算，鋰電池系統(tǒng)[4]價(jià)格按照市場平均造價(jià)水平1500元/kwh計(jì)。根據(jù)部分主流設(shè)備廠商調(diào)研統(tǒng)計(jì)，純電池動力船舶增加主要設(shè)備造價(jià)估算如表4所示。

表4 干散貨船電動化配置造價(jià)估算

表5 集裝箱船電動化配置

表6 客船電動化配置

總體上來看，各船型都呈現(xiàn)隨船舶噸級增加，鋰電池配置、設(shè)備及系統(tǒng)造價(jià)上升的趨勢。

2 純電池動力船運(yùn)營經(jīng)濟(jì)性分析

在純電池動力船運(yùn)營經(jīng)濟(jì)性[5]分析方面，對比現(xiàn)有常規(guī)柴油動力船舶，對于長江現(xiàn)有船舶運(yùn)營情況進(jìn)行分析，其中，電價(jià)按照0.7元/kWh計(jì)（不計(jì)服務(wù)費(fèi)），柴油價(jià)格按6500元/噸計(jì)。各類型船舶按照貨源/客源比較穩(wěn)定的設(shè)計(jì)運(yùn)營工況計(jì)算。

表7 純電池動力船年節(jié)約燃料費(fèi)（萬元）

圖4 干散貨船電動與柴油動力營運(yùn)費(fèi)比較

圖5 集裝箱船電動與柴油動力營運(yùn)費(fèi)比較

圖6 客船電動與柴油動力營運(yùn)費(fèi)比較

總體上來看，因油價(jià)高于電價(jià)，三種船型均滿足隨著船舶噸級增加，純電池動力年節(jié)約的費(fèi)用也同步增加的趨勢。

3 純電池動力船全周期經(jīng)濟(jì)性分析

為體現(xiàn)電動船舶全周期的經(jīng)濟(jì)性[6]，按照船舶營運(yùn)年限30年，電池壽命為充放電3000次或10年取小值，電池更換成本暫按目前造價(jià)水平。

圖7 干散貨船全周期營運(yùn)費(fèi)用分析

圖8 集裝箱船全周期營運(yùn)費(fèi)用分析

圖9 客船全周期營運(yùn)費(fèi)用分析

從全周期營運(yùn)費(fèi)用來看，隨著船舶噸級增大，雖然節(jié)約費(fèi)用增加，但由于造價(jià)增加幅度高于節(jié)約費(fèi)用增速，總體上船舶越大總費(fèi)用虧損越高。故現(xiàn)階段來看，相比同型傳統(tǒng)柴油動力，純電池動力船舶尚難有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。

從全周期總成本差占電池造價(jià)的比重來看，干散貨船和集裝箱船隨著噸級增加呈現(xiàn)擴(kuò)大的趨勢，客船隨著總噸增加呈現(xiàn)減少的趨勢，故客船隨著總噸增加采用純電池動力的經(jīng)濟(jì)可行性高于干散貨船和集裝箱船。此外，各旅游景區(qū)的客船環(huán)保要求更高、舒適性要求更好，且各地對于新能源純電池動力客船有補(bǔ)助和優(yōu)惠政策，現(xiàn)階段客船采用純電池動力逐步成為趨勢。從未來發(fā)展趨勢看，隨著船舶使用的動力電池（磷酸鐵鋰）能量密度提升和價(jià)格逐步下降，干散貨、集裝箱船舶應(yīng)用純電池動力的經(jīng)濟(jì)可行性將會逐步提高。

4 結(jié)論與建議

本文針對干散貨船、集裝箱船、客船進(jìn)行橫向比較分析，分析了純電池動力船造價(jià)成本、運(yùn)營經(jīng)濟(jì)性、全周期經(jīng)濟(jì)性。綜合比較分析結(jié)果得出現(xiàn)階段我國內(nèi)河客船純電池動力適用性高于集裝箱船、干散貨船。

目前我國純電池動力船舶尚處于發(fā)展初期期，面臨的重要問題是缺乏經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢、相對于普通動力船舶投資回收期較長，主要體現(xiàn)在：一是船舶建造成本較高；二是運(yùn)營成本節(jié)約有限，根據(jù)現(xiàn)在的供電價(jià)格，盡管船舶單位航行距離用電成本要低于用油成本，但幅度有限，不足以彌補(bǔ)增加的建造成本。與我國新能源電動車類似，建議在新能源純電動船舶發(fā)展初期給予財(cái)政和政策支持。

[1] 中國船級社. 純電池動力船舶檢驗(yàn)指南(2019)[S]. 2019.

[2] 姜磊, 梁強(qiáng), 陳攀. 基于客運(yùn)安全的新能源純電池動力客船發(fā)展分析[J]. 中國修船, 2020, 33(3): 56-58.

[3] Jiang Lei, Yongbo Ji, Yalin Yi, etc. Research on the application of new energy pure battery powered ships in the Yangtze River[J]. IOP Conference Series Materials Science and Engineering, 2019, 688: 022046.

[4] Yu Le et al. Boosting lithium batteries under harsh operating conditions by a resilient ionogel with liquid-like ionic conductivity[J]. Journal of Energy Chemistry, 2021, 62 : 408-414.

[5] 張春來. 混合動力機(jī)車運(yùn)營經(jīng)濟(jì)性研究[J]. 鐵路工程技術(shù)與經(jīng)濟(jì), 2020, 35(05): 35-37.

[6] 周玉良. LNG運(yùn)輸船全生命周期經(jīng)濟(jì)性分析要素探析[J]. 商訊, 2020(12): 145-146.

Economic Analysis of Different Types of Inland Pure Battery Powered Ships

Jiang Lei1, Liang Qiang2, Li Xiang1，Yang Rui1

(1. China Waterborne Transport Research Institute, Beijing100088, China; 2. China Yangtze Power Co.,Ltd., Yichang 443000, Hubei, China )

U664

A

1003-4862（2021）06-0011-04

2021-05-29

姜磊(1987-)，男，碩士，助理研究員。研究方向：交通工程。E-mail：782345042@qq.com。

楊瑞(1979-)，男，碩士，研究員。研究方向：電氣工程。E-mail：yangr@wti.ac.cn