不同船型的内河纯电池动力船舶经济性分析

姜 磊，梁 强，李 响，杨 瑞

不同船型的内河纯电池动力船舶经济性分析

姜 磊1，梁 强2，李 响1，杨 瑞1

（1. 交通运输部水运科学研究院，北京 100088；2.中国长江电力股份有限公司检修厂，湖北宜昌 443000）

本文采用多学科交叉融合的分析方法，利用技术经济学中的经济适用性及效益分析理论，对内河纯电池动力船的经济适用性进行分析。重点面向干散货船、集装箱船、客船三种进行横向对比，分析了其三者运营经济性及全周期经济性，得出了纯电池动力在我国内河不同船型的适用性。

纯电池动力 船舶 经济性船型

0 引言

纯电池动力船舶是指以蓄电池为推进电源的船舶。蓄电池包含锂离子蓄电池和能量型超级电容器，可用作推进电源、主电源、应急电源、备用电源、起动电源和其他辅助电源[1]。纯电池动力船舶运营期间可实现NOX、SOX、CO2、PM等“零排放”，且振动小、噪音低、大幅减少含油污水排放，能够有效防治船舶大气污染、水污染，改善沿岸人居环境、优化航运能源结构、推动产业转型升级，成为航运业绿色船舶技术发展的热点之一[2]。我国纯电池动力船舶采用的动力方案主要有全锂电池、全超级电容、锂电池+超级电容3种方案，随着近年来技术日益成熟，全锂电池动力方案成为主流[3]。本文针对全锂电池动力方案的纯电池动力船舶进行分析。

1 纯电池动力船舶造价分析

船舶锂电池容量配置的主要影响因素包括主机推进功率、航线距离、航行速度以及生活用电功率等。根据交通运输部相关统计，“十三五”期我国内河货物平均运距约为400公里，旅客平均运距约为25公里；长江现有干散货、集装箱、客运船舶不同吨级平均主机功率配置如表1所示。

表1 干散货船平均主机功率及运距

图1 干散货船主机功率随吨级变化趋势

表2 集装箱船平均主机功率及运距

客船方面，由于不同地区和航线的客船个性化较强，航速及装修等生活设施配置选择差异性较大，但主机功率配置总体上随着船舶吨级增加而增大。

表3 客船主机配置及造价估算

图2 客船平均主机功率

纯电池动力船舶相比柴油动力船舶增加费用主要包括电池动力系统、推进系统及电控系统等。电池容量按照锂电池配置满足单航次用电量需求并冗余约20%估算，锂电池系统[4]价格按照市场平均造价水平1500元/kwh计。根据部分主流设备厂商调研统计，纯电池动力船舶增加主要设备造价估算如表4所示。

表4 干散货船电动化配置造价估算

表5 集装箱船电动化配置

表6 客船电动化配置

总体上来看，各船型都呈现随船舶吨级增加，锂电池配置、设备及系统造价上升的趋势。

2 纯电池动力船运营经济性分析

在纯电池动力船运营经济性[5]分析方面，对比现有常规柴油动力船舶，对于长江现有船舶运营情况进行分析，其中，电价按照0.7元/kWh计（不计服务费），柴油价格按6500元/吨计。各类型船舶按照货源/客源比较稳定的设计运营工况计算。

表7 纯电池动力船年节约燃料费（万元）

图4 干散货船电动与柴油动力营运费比较

图5 集装箱船电动与柴油动力营运费比较

图6 客船电动与柴油动力营运费比较

总体上来看，因油价高于电价，三种船型均满足随着船舶吨级增加，纯电池动力年节约的费用也同步增加的趋势。

3 纯电池动力船全周期经济性分析

为体现电动船舶全周期的经济性[6]，按照船舶营运年限30年，电池寿命为充放电3000次或10年取小值，电池更换成本暂按目前造价水平。

图7 干散货船全周期营运费用分析

图8 集装箱船全周期营运费用分析

图9 客船全周期营运费用分析

从全周期营运费用来看，随着船舶吨级增大，虽然节约费用增加，但由于造价增加幅度高于节约费用增速，总体上船舶越大总费用亏损越高。故现阶段来看，相比同型传统柴油动力，纯电池动力船舶尚难有经济优势。

从全周期总成本差占电池造价的比重来看，干散货船和集装箱船随着吨级增加呈现扩大的趋势，客船随着总吨增加呈现减少的趋势，故客船随着总吨增加采用纯电池动力的经济可行性高于干散货船和集装箱船。此外，各旅游景区的客船环保要求更高、舒适性要求更好，且各地对于新能源纯电池动力客船有补助和优惠政策，现阶段客船采用纯电池动力逐步成为趋势。从未来发展趋势看，随着船舶使用的动力电池（磷酸铁锂）能量密度提升和价格逐步下降，干散货、集装箱船舶应用纯电池动力的经济可行性将会逐步提高。

4 结论与建议

本文针对干散货船、集装箱船、客船进行横向比较分析，分析了纯电池动力船造价成本、运营经济性、全周期经济性。综合比较分析结果得出现阶段我国内河客船纯电池动力适用性高于集装箱船、干散货船。

目前我国纯电池动力船舶尚处于发展初期期，面临的重要问题是缺乏经济优势、相对于普通动力船舶投资回收期较长，主要体现在：一是船舶建造成本较高；二是运营成本节约有限，根据现在的供电价格，尽管船舶单位航行距离用电成本要低于用油成本，但幅度有限，不足以弥补增加的建造成本。与我国新能源电动车类似，建议在新能源纯电动船舶发展初期给予财政和政策支持。

[1] 中国船级社. 纯电池动力船舶检验指南(2019)[S]. 2019.

[2] 姜磊, 梁强, 陈攀. 基于客运安全的新能源纯电池动力客船发展分析[J]. 中国修船, 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] 张春来. 混合动力机车运营经济性研究[J]. 铁路工程技术与经济, 2020, 35(05): 35-37.

[6] 周玉良. LNG运输船全生命周期经济性分析要素探析[J]. 商讯, 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，硕士，助理研究员。研究方向：交通工程。E-mail：782345042@qq.com。

杨瑞(1979-)，男，硕士，研究员。研究方向：电气工程。E-mail：yangr@wti.ac.cn