頡翔宇 周利坤 童俊騫 王 艷

（武警后勤學(xué)院 后勤保障系 天津300309）

0 引 言

節(jié)能、綠色、環(huán)保是未來(lái)船舶行業(yè)的必然趨勢(shì)，隨著化石燃料的弊端日益凸顯和國(guó)際海事組織（IMO）的減排政策陸續(xù)出臺(tái)，新能源船舶的概念應(yīng)運(yùn)而生?！吨袊?guó)制造2025》將研發(fā)高技術(shù)的新能源船舶列為未來(lái)重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域之一，要讓我國(guó)的船舶行業(yè)在產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型中占據(jù)時(shí)代潮頭，應(yīng)加大對(duì)新能源船舶的重視程度。本文梳理了常見新能源在船舶上的應(yīng)用現(xiàn)狀，對(duì)比總結(jié)當(dāng)前新能源船舶的優(yōu)缺點(diǎn)，并展望其發(fā)展方向，以便人們對(duì)新能源船舶有一個(gè)宏觀的總體認(rèn)識(shí)。

1 新能源在船舶上的應(yīng)用

1.1 風(fēng)能的應(yīng)用

風(fēng)能在船舶上的應(yīng)用形式主要有風(fēng)帆助航和風(fēng)能發(fā)電。風(fēng)帆助航是將風(fēng)力作為船舶的主動(dòng)力或輔助動(dòng)力來(lái)推動(dòng)船舶前進(jìn)。我國(guó)在商朝時(shí)期就已經(jīng)有了風(fēng)帆船，此后風(fēng)帆船在國(guó)內(nèi)外都獲得極為廣泛的應(yīng)用，成為大航海時(shí)期人類越過海洋探索新大陸的重要利器。近代以來(lái)，隨著內(nèi)燃機(jī)的發(fā)明，風(fēng)帆驅(qū)動(dòng)的船舶因動(dòng)力差、速度慢而逐步被行業(yè)淘汰。

風(fēng)能發(fā)電則是依靠風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)力機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)使其將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的技術(shù)。由于技術(shù)成本高、需求空間大等特點(diǎn)，不適宜在船舶上應(yīng)用，因此未能大范圍推廣。

1.2 太陽(yáng)能的應(yīng)用

太陽(yáng)能的應(yīng)用主要分為光伏發(fā)電技術(shù)和光熱發(fā)電技術(shù)。光伏發(fā)電原理是半導(dǎo)體受到光照時(shí)，PN結(jié)產(chǎn)生光伏效應(yīng)，使內(nèi)部電荷分布發(fā)生改變，產(chǎn)生電勢(shì)差形成電動(dòng)勢(shì)和電流，其有能源充足、轉(zhuǎn)換品質(zhì)好和技術(shù)難度低等優(yōu)點(diǎn)。光伏發(fā)電在船舶上的應(yīng)用起步較晚，特別是關(guān)于船舶電網(wǎng)光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)、船舶電力離并網(wǎng)匹配等關(guān)鍵技術(shù)尚待突破。

光熱發(fā)電是利用太陽(yáng)熱能將水加熱成水蒸氣進(jìn)而驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)工作的發(fā)電方式。由于技術(shù)所需設(shè)備較多，在船艙空間難以實(shí)現(xiàn)，所以其應(yīng)用局限性較大。

1.3 新型動(dòng)力電池的應(yīng)用

新型動(dòng)力電池主要有鋰電池系統(tǒng)和燃料電池系統(tǒng)兩大類型。鋰電池系統(tǒng)是將鋰離子電池通過串聯(lián)、并聯(lián)等方式組成大型電池陣列以提供全船動(dòng)力。燃料電池系統(tǒng)是通過燃燒含氫燃料（如甲烷、乙醇等）使其中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能，其高效率、零污染和零排放等特點(diǎn)被譽(yù)為最理想的清潔能源。

近年來(lái)，中國(guó)研發(fā)的能量密度高、電池容量大以及循環(huán)次數(shù)多的鋰電池在電動(dòng)汽車行業(yè)獲得極為廣泛的應(yīng)用。2017年全球十大電池企業(yè)中，中國(guó)公司共占7席，相信未來(lái)中國(guó)將引領(lǐng)世界電池領(lǐng)域發(fā)展。

常用的燃料電池主要有質(zhì)子交換膜燃料電池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC）和固體氧化物燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC），其在電動(dòng)汽車和發(fā)電系統(tǒng)上具有很大的商業(yè)化潛力。

PEMFC的技術(shù)瓶頸主要集中于貴金屬催化劑和純氫燃料兩個(gè)領(lǐng)域，目前正在改良催化劑結(jié)構(gòu)或采用新的材料以提高能量轉(zhuǎn)化效率。

SOFC沒有很大的技術(shù)短板，目前亟待解決的是材料熱膨脹匹配性問題，通過對(duì)材料結(jié)構(gòu)的改良，預(yù)期未來(lái)將廣泛應(yīng)用于商用領(lǐng)域。

1.4 核能的應(yīng)用

核能發(fā)電是利用核燃料進(jìn)行裂變或聚變反應(yīng)，產(chǎn)生大量熱量將水加熱成高溫高壓的水蒸氣進(jìn)而驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作。核燃料中蘊(yùn)含著巨大的能量，同單位核反應(yīng)釋放能量是化石燃料（煤）釋放能量的30萬(wàn)倍，適用于制造動(dòng)力需求強(qiáng)勁的船舶。

此外，核燃料反應(yīng)時(shí)占據(jù)空間相對(duì)較小，其在潛艇和深海探測(cè)器上的應(yīng)用十分廣泛。

1.5 波浪能的應(yīng)用

波浪能是儲(chǔ)量極為豐富的一種海洋能，我國(guó)近海海域波浪能的蘊(yùn)含量可達(dá)1.5億kW，對(duì)船舶而言有得天獨(dú)厚的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。目前，波浪能的應(yīng)用主要是將波浪產(chǎn)生的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能或電能，并廣泛應(yīng)用于大型無(wú)動(dòng)力海洋平臺(tái)。

波浪能在船舶上應(yīng)用有多方面限制：

（1）波浪能雖儲(chǔ)量豐富，但能量密度低，且能量轉(zhuǎn)換設(shè)備龐大，不適合應(yīng)用在航行船舶上。

（2）波浪能利用裝置要通過與水面的接觸才能轉(zhuǎn)換能量，無(wú)疑增加了船舶航行的阻力。

（3）波浪能裝置會(huì)對(duì)船體本身的承重性和穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，其安全因素需要進(jìn)一步考量。

因此，航行船舶上不適宜直接應(yīng)用波浪能作為航行動(dòng)力。

2 國(guó)內(nèi)外船舶新能源的研究發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 風(fēng) 能

日本在20世紀(jì)80年代建造出世界上第一艘現(xiàn)代化風(fēng)帆助推船新愛德丸號(hào)（圖1）。該船使用鋼骨架和聚酯纖維制成的硬質(zhì)風(fēng)帆，并通過“帆-機(jī)結(jié)合”使其無(wú)需人力就可以根據(jù)風(fēng)速和風(fēng)向等參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)帆。

圖1 新愛德丸號(hào)

法國(guó)在1985年研制出一種可以自適應(yīng)風(fēng)向的抽氣式渦輪帆，并裝配于翠鳥號(hào)，升力系數(shù)達(dá)到6.0。不僅大幅度提升了船速，節(jié)能效果也有所改善。抽氣式渦輪帆結(jié)構(gòu)圖（圖2）。

圖2 抽氣式渦輪帆結(jié)構(gòu)圖

德國(guó)在2007年制造出全球第一艘用巨型風(fēng)箏拉動(dòng)的貨輪白鯨天帆號(hào)（圖3）。該船利用沖壓式傘翼的原理，把懸在貨輪上方的巨型風(fēng)箏作為船舶的輔助動(dòng)力，風(fēng)箏與船舶的連接處安裝電子控制器和機(jī)械驅(qū)動(dòng)元件，用于檢測(cè)和控制風(fēng)箏的飛行軌跡。

圖3 白鯨天帆號(hào)

瑞士維京郵輪在2018年4月公布旗下的Viking Grace號(hào)客運(yùn)船使用轉(zhuǎn)筒風(fēng)帆作為動(dòng)力， 成為全球第一艘采用此技術(shù)的客船（圖4）。8月，丹麥馬士基集團(tuán)宣布在其LR2型油輪上安裝2個(gè)高30 m、直徑5 m的轉(zhuǎn)筒風(fēng)帆， 此為迄今為止最大的轉(zhuǎn)筒風(fēng)帆（見下頁(yè)圖5）。

圖4 Viking Grace號(hào)

圖5 馬士基LR2型油輪

我國(guó)的風(fēng)帆助推技術(shù)起步于20世紀(jì)80年代。1985年，武漢水運(yùn)工程學(xué)院（現(xiàn)為武漢理工大學(xué)）和南京航運(yùn)公司聯(lián)合研發(fā)出一種小型風(fēng)帆助推貨船，其節(jié)能效果達(dá)到50%以上。

1996年，中國(guó)船舶及海洋工程設(shè)計(jì)研究院（MARIC）和711研究所聯(lián)合寧波海運(yùn)公司研發(fā)了1艘基于風(fēng)帆助推的多功能集裝箱船，命名為明州22號(hào)，見圖6。明州22號(hào)首航于日本，風(fēng)帆為鋼制圓弧形帆翼，采用計(jì)算機(jī)-液壓控制系統(tǒng)，全折至全張時(shí)間僅需1～2 min，設(shè)計(jì)航速可達(dá)11.5 kn，能夠運(yùn)輸146個(gè)標(biāo)準(zhǔn)集裝箱。

圖6 “明州”系列散貨船

2008年，上海海事大學(xué)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)洋船風(fēng)帆助推技術(shù)的重大突破，取得百葉風(fēng)帆等新型風(fēng)帆的專利授權(quán)，并研發(fā)出基于百葉帆型的現(xiàn)代大型遠(yuǎn)洋帆船動(dòng)力助推系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)圖見圖7。

圖7 百葉風(fēng)帆結(jié)構(gòu)圖

2018年11月13日，由大連船舶重工集團(tuán)有限公司（以下稱大船集團(tuán)）為招商輪船建造的全球首艘安裝風(fēng)帆裝置的30.8萬(wàn)噸級(jí)超大型原油船（VLCC）New Vitality（凱力）號(hào)交付，如圖8所示。該船的成功交付標(biāo)志著由大船集團(tuán)牽頭的國(guó)內(nèi)研發(fā)團(tuán)隊(duì)成功掌握了翼型風(fēng)帆研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造與應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)，高質(zhì)量完成了風(fēng)帆在VLCC上的工程化應(yīng)用。

圖8 大船集團(tuán)風(fēng)帆（VLCC）New Vitality（凱力）號(hào)

該船由一對(duì)翼型風(fēng)帆作為推進(jìn)動(dòng)力，單個(gè)風(fēng)帆由回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、桅桿和帆翼等部分組成，高39.68 m、寬14.8 m、回轉(zhuǎn)底座最大外徑5.3 m、底座中間圓筒直徑4.5 m。相關(guān)海試數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示，凱力號(hào)搭載的翼型風(fēng)帆符合設(shè)計(jì)預(yù)期，節(jié)能效果顯著。

2.2 太陽(yáng)能

在國(guó)外，1985年，日本松下電器在太平洋上成功試航了一種太陽(yáng)能小艇。

2000年，世界上第一艘“太陽(yáng)能+風(fēng)能”混合動(dòng)力客船Bay Tri號(hào)在澳大利亞成功研發(fā)，如圖9所示。

圖9 Bay Tri號(hào)

該船既可以單獨(dú)使用太陽(yáng)能或風(fēng)能航行，也可以同時(shí)利用雙動(dòng)力航行，同時(shí)船上還配備有羅經(jīng)、GPS、液壓自動(dòng)化操舵等現(xiàn)代化航海儀器與設(shè)備，設(shè)計(jì)航速最高達(dá)11 kn。

2010年，由德國(guó)制造、于瑞士注冊(cè)的世界上最大的全太陽(yáng)能船圖蘭星球太陽(yáng)號(hào)開始了環(huán)球航行，如圖10所示。這艘太陽(yáng)能巨輪的船身長(zhǎng)31 m，可容納40名乘客。船上太陽(yáng)能板的總面積約為536 m，配備6個(gè)巨型鋰電池，可產(chǎn)生90 kW的推進(jìn)力，為船體兩側(cè)安裝的4個(gè)與螺旋槳相連的電動(dòng)馬達(dá)提供動(dòng)力。

圖10 圖蘭星球太陽(yáng)號(hào)

2012年，由日本三洋電機(jī)組與三菱重工合作研發(fā)的汽車運(yùn)輸船Emerald Ace號(hào)正式投入使用。該船的特點(diǎn)是使用一套160 kW（768塊光伏電池組件）的太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)和324 480塊鋰電池組成的儲(chǔ)能系統(tǒng)，是目前世界上功率較大、電池容量較高的太陽(yáng)能電動(dòng)船。

在國(guó)內(nèi)，2010年世博會(huì)前夕，上海世博園企業(yè)聯(lián)合館與上海國(guó)盛集團(tuán)共同發(fā)表聲明，中國(guó)第一艘太陽(yáng)能電動(dòng)船尚德國(guó)盛號(hào)將于世博會(huì)首航，同時(shí)被指定為博覽會(huì)專用船。

2013年，武漢理工大學(xué)設(shè)計(jì)一套基于船舶的太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)，并于2014年在汽車運(yùn)輸船中遠(yuǎn)騰飛號(hào)上完成實(shí)船安裝。

近年來(lái)，我國(guó)實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)研究的全面突破，目前已形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的光伏系統(tǒng)總成和相關(guān)配套系統(tǒng)。根據(jù)《世界前沿技術(shù)發(fā)展報(bào)告2020》的預(yù)測(cè)，2021年是太陽(yáng)能光伏技術(shù)的黃金發(fā)展期。因此，我國(guó)應(yīng)緊抓市場(chǎng)需求，加大太陽(yáng)能船舶的推廣力度。

2.3 新型動(dòng)力電池

在國(guó)外，日本和歐盟的船舶動(dòng)力電池推進(jìn)技術(shù)處于世界領(lǐng)先地位，且已完成實(shí)船試驗(yàn)，正在全面推廣階段。以動(dòng)力電池類型劃分，船舶電力推進(jìn)主要分為鋰電池推進(jìn)和燃料電池推進(jìn)兩大類型。國(guó)外電力推進(jìn)示范項(xiàng)目見表1。

表1 國(guó)外電力推進(jìn)船舶示范項(xiàng)目

在國(guó)內(nèi)，純電動(dòng)船舶的市場(chǎng)份額逐年上升，混合動(dòng)力船舶仍是市場(chǎng)主力。2017年1月，“浙湖州貨1625”交付，供能裝置由原來(lái)的柴油機(jī)模組改為鋰電池+超級(jí)電容模組。

2017年5月，浙漁科2號(hào)科考船交付，這艘船是柴電混合動(dòng)力船舶，可根據(jù)任務(wù)航程不同切換3種推進(jìn)模式，最大航速13.6 kn。

2019年1月，采用鋰電池+超級(jí)電容為動(dòng)力的純電動(dòng)自卸船河豚號(hào)如期交付，載重2 000 t，采用160 kW雙推進(jìn)器推動(dòng)，排放標(biāo)準(zhǔn)滿足中國(guó)船級(jí)社（CCS）制定的《內(nèi)河綠色船舶規(guī)范》。

2019年11月，中國(guó)第一艘大型純電動(dòng)商旅客船君旅號(hào)從武漢關(guān)碼頭緩緩駛出，見圖11。該船采用億緯鋰能配套的磷酸鐵鋰電池，相比同尺度燃油動(dòng)力船舶，每年可省燃油近百噸。在岸基快充技術(shù)加持下，晚上充電4～5 h就可以滿足白天8 h的續(xù)航需求，同時(shí)行駛過程中全船平均噪聲預(yù)估值為54 dB，達(dá)到內(nèi)河綠色船舶3級(jí)。君旅號(hào)的投入使用標(biāo)志我國(guó)掌握了建造純電動(dòng)船舶的關(guān)鍵技術(shù)，隨著相關(guān)技術(shù)設(shè)備的不斷改良升級(jí)，船舶性能將得到進(jìn)一步提升。

圖11 君旅號(hào)

2021年1月，大連海事大學(xué)新能源船舶動(dòng)力技術(shù)研究院牽頭建造的中國(guó)第一艘燃料電池游艇蠡湖號(hào)通過試航，如圖12所示。該燃料電池游艇船長(zhǎng)13.9 m，采用70 kW的燃料電池及86 kW·h的鋰離子電池組成混合動(dòng)力，設(shè)計(jì)船速18 km/h、續(xù)航180 km、可載乘員10人。該船是我國(guó)首次將兩種新型動(dòng)力電池同時(shí)作為船舶動(dòng)力的應(yīng)用實(shí)例，改變了常用的“柴油機(jī)/燃?xì)廨啓C(jī)+電池”的混動(dòng)模式，給未來(lái)船舶動(dòng)力電池混動(dòng)方案提供了工程化案例。

圖12 蠡湖號(hào)

近期來(lái)看，技術(shù)難度較低、產(chǎn)業(yè)鏈相對(duì)成熟的混合動(dòng)力船舶或鋰電池船舶，比燃料電池船舶更容易在國(guó)內(nèi)推廣；中長(zhǎng)期來(lái)看，燃料電池應(yīng)用優(yōu)勢(shì)更加明顯。中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所研制的硅酸鹽燃料電池由于發(fā)電效率高、功率密度大且循環(huán)壽命長(zhǎng)，未來(lái)將有極大的市場(chǎng)空間。

2.4 核 能

1955年，世界第一艘核動(dòng)力潛艇鸚鵡螺號(hào)正式在美國(guó)海軍服役；1957年，蘇聯(lián)制造出第一艘核動(dòng)力破冰船列寧號(hào)；隨后，英國(guó)和中國(guó)都相繼掌握了核動(dòng)力潛艇的制造技術(shù)。

目前，俄羅斯擁有世界上最大的核動(dòng)力破冰船Arktika號(hào)，美國(guó)擁有10艘核動(dòng)力航空母艦，法國(guó)也擁有核動(dòng)力航空母艦，但其核動(dòng)力裝置屬于潛艇核動(dòng)力裝置，非艦用核動(dòng)力裝置，存在設(shè)計(jì)缺陷。

近年來(lái)，我國(guó)對(duì)核動(dòng)力船舶的研究程度愈發(fā)成熟。2018年，我國(guó)攻克艦用核反應(yīng)堆關(guān)鍵技術(shù)，首艘核動(dòng)力破冰船開始建造。該船的滿載排水量將超過30 000 t，主要在北極地區(qū)執(zhí)行科考任務(wù)。

由于經(jīng)濟(jì)效益較低而管理成本過高，核動(dòng)力船商用化發(fā)展一直較為緩慢。目前只有極個(gè)別國(guó)家具備核動(dòng)力客商船的研發(fā)能力，多用于實(shí)驗(yàn)、科考等特種工況。

2.5 波浪能

1977年，日本研發(fā)出波浪能發(fā)電船海明號(hào)，年發(fā)電量可達(dá)19萬(wàn)kW·h，并于20年后研發(fā)出其改良版巨鯨號(hào)，發(fā)電量進(jìn)一步提升。

1999年，瑞典制造出漂浮式波浪能發(fā)電船，該船利用海浪起伏不定的特點(diǎn)，通過船體質(zhì)心的改變驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)發(fā)電。整船發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)巧妙，能達(dá)到絕大多數(shù)海況等級(jí)的要求。

2011年，美國(guó)波士頓大學(xué)制造出一種具有自返能力的波浪能發(fā)電船。該船可實(shí)時(shí)測(cè)量船舶航行環(huán)境參數(shù)，當(dāng)參數(shù)評(píng)定達(dá)到惡劣海況標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，該船可自動(dòng)返回港口進(jìn)行躲避，并通過錨泊將波浪能轉(zhuǎn)換成電能儲(chǔ)存。

我國(guó)對(duì)波浪能發(fā)電船的研究雖起步較晚，但碩果累累。1975年，浙江嵊泗列島首先試用了一種功率可達(dá)1 kW的波浪能發(fā)電浮標(biāo)；1990年，借鑒日本波浪能發(fā)電專家益田善雄的構(gòu)想，我國(guó)成功制造出一種振蕩水柱式的波浪能發(fā)電導(dǎo)航船中水道1號(hào)；2020年，我國(guó)鷹式波浪能發(fā)電裝置萬(wàn)山號(hào)投入使用，如圖13所示。

圖13 萬(wàn)山號(hào)鷹式波浪能發(fā)電裝置

為解決波浪能在船舶上的應(yīng)用難題，國(guó)內(nèi)外專家提供了一些有用的設(shè)計(jì)方案，但多數(shù)適用于固定船舶，無(wú)法直接應(yīng)用于航行船舶，一定程度上限制了波浪能在船舶上的推廣應(yīng)用。

3 新能源船舶的應(yīng)用探析

3.1 新能源船舶的比較分析

目前，新能源在船舶上的應(yīng)用形式十分繁多。國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的是鋰電池船、燃料電池船、太陽(yáng)能推進(jìn)船和柴油（天然氣）混動(dòng)船等。未來(lái)將在能源利用效率、供電設(shè)備布局、設(shè)備可靠性和綜合能源管理系統(tǒng)等方面向多能源形式綜合利用的方向發(fā)展。幾種新能源船的優(yōu)缺點(diǎn)比較見表2。

表2 幾種新能源船的優(yōu)缺點(diǎn)比較

3.2 新能源船舶的技術(shù)短板

（1）儲(chǔ)能技術(shù)劣勢(shì)明顯

新能源供能是將其他形式能源轉(zhuǎn)化為儲(chǔ)能裝置中貯存的能量，再向全船設(shè)備進(jìn)行供能。因此，國(guó)內(nèi)外一直致力于研發(fā)能量密度高、循環(huán)次數(shù)多、安全性優(yōu)且續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)的高性能儲(chǔ)能系統(tǒng)。

我國(guó)現(xiàn)階段正面臨儲(chǔ)能行業(yè)成本高、經(jīng)濟(jì)性差和融資困難等問題，前期研發(fā)力度不足導(dǎo)致難以通過技術(shù)革新帶動(dòng)后期生產(chǎn)成本大幅下降，要想新能源成為中國(guó)的標(biāo)志性產(chǎn)業(yè)，儲(chǔ)能行業(yè)還有很長(zhǎng)的路要走。

（2）能量轉(zhuǎn)換效率不高

新能源船舶融合多種能源于一體，如何根據(jù)船舶航行的實(shí)際情況，通過信息感知和智能算法，對(duì)不同形式的能源轉(zhuǎn)化、儲(chǔ)存、供給和回收等工序進(jìn)行合理調(diào)度，是提高能源利用效率的一大難點(diǎn)。因此，研發(fā)基于多種能源形式的能量管理系統(tǒng)成為領(lǐng)域內(nèi)的焦點(diǎn)課題。

目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于能量管理系統(tǒng)的研究正處在關(guān)鍵技術(shù)突破階段，待其實(shí)裝完成后，可大幅提高新能源船舶的能源利用效率，提升產(chǎn)品整體的可靠性和安全性，更容易獲得市場(chǎng)的青睞。

（3）整體布局有待優(yōu)化

傳統(tǒng)動(dòng)力船舶的動(dòng)力設(shè)備占用空間集中，機(jī)組尺寸形狀大，往往只能設(shè)置于船艙底部，導(dǎo)致其不利于與氧氣混合，增加了排氣系統(tǒng)阻力。新能源船舶可通過多電堆串并聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)大功率輸出；采用分布式布置，靈活多變、節(jié)約空間、動(dòng)力傳導(dǎo)損耗小。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)新能源船舶的市場(chǎng)需求持續(xù)升溫，但應(yīng)用實(shí)例還需要通過工況和時(shí)間進(jìn)一步檢驗(yàn)其設(shè)計(jì)可靠性，這對(duì)大批量制造新能源船舶產(chǎn)生了一定阻礙。

3.3 新能源船舶發(fā)展方向

（1）發(fā)展船舶智能技術(shù)

新能源技術(shù)與智能技術(shù)的融合是未來(lái)船舶發(fā)展的必然趨勢(shì)。船舶通過搭載基于“5G+”、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)的信息系統(tǒng)，可對(duì)航行時(shí)的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行收集、分析和預(yù)測(cè)，進(jìn)而對(duì)數(shù)字化減排、航速優(yōu)化、電力調(diào)控等系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)參考，以提高船舶的整體效能。

經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)，新型動(dòng)力電池船舶搭載智能技術(shù)的可靠性較高，是未來(lái)發(fā)展智能化船舶的主陣地。

（2）設(shè)計(jì)能量管理系統(tǒng)

能量管理系統(tǒng)（Power Management System ， PMS）是船舶基于航道通航環(huán)境、水文條件、氣象條件和設(shè)備動(dòng)力等綜合情況分析而對(duì)全船電能統(tǒng)一調(diào)度、管理和控制的新型系統(tǒng)。

未來(lái)新能源船將會(huì)實(shí)現(xiàn)多能源綜合應(yīng)用的發(fā)展模式，精準(zhǔn)調(diào)度以實(shí)現(xiàn)能量的優(yōu)化配置顯得十分重要。因此，針對(duì)船舶能量調(diào)度問題，建議加大船舶能量管理系統(tǒng)、智能算法決策系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)、航行仿真模擬系統(tǒng)等高技術(shù)系統(tǒng)研究力度，繼而實(shí)現(xiàn)船舶能量精準(zhǔn)調(diào)度。

（3）合理規(guī)劃船舶空間

傳統(tǒng)動(dòng)力船舶均配備主輔機(jī)供給全船用電，空間占用大、機(jī)器笨重且維修難度高。新能源船舶可將傳統(tǒng)動(dòng)力設(shè)備替代為能源轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)能設(shè)備，由電池直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，減少中間環(huán)節(jié)的能量損耗。

由于新能源船舶的空間要求較多，因此特別需要重新設(shè)計(jì)船艙設(shè)備總體布局，以提高空間利用率，使其能搭載更多先進(jìn)設(shè)備，同時(shí)為船舶未來(lái)升級(jí)換代預(yù)置空間。

4 結(jié) 語(yǔ)

未來(lái)新能源船舶動(dòng)力將從當(dāng)前柴油發(fā)電機(jī)主導(dǎo)地位向動(dòng)力電池、波浪能、生物質(zhì)能和太陽(yáng)能-風(fēng)能綜合利用等多能源一體化模式發(fā)展，集綠色節(jié)能、智能互聯(lián)和全生命周期三位一體的現(xiàn)代化船舶將成為市場(chǎng)的主流。

未來(lái)新能源船舶的應(yīng)用研究可能有以下3個(gè)階段：

（1）3～5年內(nèi)重點(diǎn)突破船舶混合動(dòng)力領(lǐng)域及能量管理系統(tǒng)研究。

（2）8～10年內(nèi)重點(diǎn)發(fā)展燃料電池船舶商用化及核心系統(tǒng)自主研發(fā)。

（3）15～20年內(nèi)重點(diǎn)加強(qiáng)自主電動(dòng)船舶國(guó)際化推廣應(yīng)用，建立國(guó)際通用的新能源船舶規(guī)范化指標(biāo)。